CN110411227A - 一种电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪及其应用方法,预热式氧枪包括导热油预热装置和冷却水预热装置;导热油预热装置包括:导热油受热回路,其一部分伸入电弧炉烟气管道内;导热油预热回路与导热油受热回路传热连接,导热油预热回路一部分伸入氧枪内;冷却水预热装置包括:第三导热油池,其进油管和出油管均与导热油受热回路连通;冷却水预热回路一部分伸入氧枪内;冷冻水回路;溴化锂吸收式制冷机组通过第二热管与第三导热油池连接,冷却水预热回路和冷冻水回路均与溴化锂吸收式制冷机组连接。该预热式氧枪可利用烟气余热对氧气进行预热,并且可得到热水和冷冻水。

Description

一种电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪及其应用方法
技术领域
本发明涉及炼钢设备技术领域,具体而言,涉及一种电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪及其应用方法。
背景技术
当今钢铁生产中以“从废钢到钢材”为主要流程的电弧炉炼钢工艺,因其生产线工序少、投资低、建设周期短、生产灵活,以及利用电能作为热源,易于实现熔池加热制度的自动化和温度的控制,减少烟气污染和噪声问题,热效率高等优点,在近些年的钢铁可再生性及环境、资源和能源等方面日益严苛的前提下,以废钢的综合利用为主的电弧炉炼钢逐步成为国际趋势。
在电弧炉炼钢过程中,吹氧对降低电耗、缩短冶炼时间有显著的效果。吹氧操作在融化开始时是助熔、化渣,在氧化精炼期是脱碳、搅动熔池和升温。近年来,电弧炉炼钢用氧技术取得迅速发展,主要有炉门氧枪、炉壁氧枪等技术。这些技术使电弧炉炼钢的生产成本逐步下降,钢产量大幅度提高。氧枪是氧气炼钢中向炼钢炉内输送氧气的专用设备,其性能的好坏对于炼钢过程具有十分重要的影响,它直接影响到钢的质量、能耗和生产作业率。氧枪的性能主要取决于氧气射流,射流特性是氧气炼钢的技术关键。
炉门氧枪和炉壁氧枪都是氧枪喷口在熔池液面之上,利用高速射流冲击液面,达到把氧气送入到液面之内,与钢液中的碳反应形成泡沫渣,从而吸收更多的电弧辐射能,并将其传递给熔池液面,同时也可以与钢液中的P、S等有害元素反应生成氧化物得到炉渣从而减少有害元素含量,同时利用氧化反应释放大量的热量,供给熔池熔解钢材。并且,形成的搅动作用更使不同温度的钢液、钢液和待溶解的废钢之间的热量传递更加快速和充分。
目前,电弧炉所使用的常规氧枪在向电弧炉内输入氧气时,由于未对氧气进行升温,相当于给电弧炉这个热源输入了冷物料,因而会在一定程度上对电弧炉内部温度产生影响,同时未经升温加热处理的氧气所起到的作用也受到限制,并且加大了电弧炉的能量输入,对钢液内部的化学反应造成一定的影响,也会影响氧气射流的速度,从而影响对钢液的搅拌。
基于此不利之处,也有相关专利提出了改进方法,即对预先加入到电弧炉当中的氧气进行预热处理,让氧气温度升高到所需要的值,然后再通过氧枪输入到电弧炉当中,这种优化处理使得氧枪氧气射流氧化能力和冲击搅拌能力都有大幅提升,氧气利用率也有相应提高,脱碳速率明显加快,钢铁消耗量减少,具有诸多优点。但是不足之处在于常用的预热式氧枪是预先采用天然气燃烧,给氧气加热,然后再进行喷射,这样做相当于给电弧炉炼钢过程额外增加了一份能源投入,预热氧气的过程中对能源的消耗量也不能忽视。同时需要注意的是电弧炉炼钢过程中的废气烟气中蕴含着大量热量,很多场合在没有适宜的热回收装置下,这些热量会被白白浪费掉了,同时会向大气中排放大量废热,对局部环境造成不利影响,其中的有害物也会对环境造成破坏。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪及其应用方法,以解决现有技术中的预热式氧枪需要额外消耗能源进行预热、电弧炉烟气热量浪费大的问题。
为了实现上述目的,本发明提供了一种电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,包括导热油预热装置和冷却水预热装置;
导热油预热装置包括:
导热油受热回路,导热油受热回路的一部分伸入电弧炉烟气管道内并沿电弧炉烟气管道呈螺旋状延伸,导热油受热回路的另一部分位于电弧炉烟气管道的外部;
第一导热油池,第一导热油池的进油管和出油管均与导热油受热回路连通,第一导热油池的进油管上安装一第三阀门;
第二导热油池,第二导热油池与第一导热油池之间通过第一热管进行热交换连接;
导热油预热回路,导热油预热回路与第二导热油池的进油口和出油口连通,导热油预热回路的一部分伸入氧枪内并沿氧枪呈螺旋状延伸;
冷却水预热装置包括:
第三导热油池,第三导热油池的进油管和出油管均与导热油受热回路连通;
冷却水预热回路,冷却水预热回路的一部分伸入氧枪内并沿氧枪呈螺旋状延伸;
冷冻水回路;
溴化锂吸收式制冷机组,溴化锂吸收式制冷机组通过第二热管与第三导热油池进行热交换连接,冷却水预热回路和冷冻水回路均与溴化锂吸收式制冷机组连接;溴化锂吸收式制冷机组用于吸收第三导热油池的热量,将热量传递给冷却水预热回路,并对冷冻水回路进行制冷。
进一步地,溴化锂吸收式制冷机组包括:
发生器,发生器与第三导热油池之间通过第二热管进行热交换连接,发生器内盛装有溴化锂溶液,发生器上设有发生器溴化锂稀溶液入口、发生器溴化锂浓溶液出口和发生器制冷剂出口;
冷凝器,冷凝器上设有冷凝器制冷剂入口、冷凝器制冷剂出口、冷凝器冷却水入口和冷凝器冷却水出口,冷凝器制冷剂入口与发生器制冷剂出口连通;冷凝器冷却水入口和冷凝器冷却水出口均与冷却水预热回路连通;
蒸发器,蒸发器上设有蒸发器制冷剂入口、蒸发器制冷剂出口、蒸发器冷冻水入口和蒸发器冷冻水出口;蒸发器制冷剂入口与冷凝器制冷剂出口连通,并且在其连通的管路上安装一节流阀;蒸发器冷冻水入口和蒸发器冷冻水出口均与冷冻水回路连通;
吸收器,吸收器上设有吸收器制冷剂入口、吸收器溴化锂稀溶液出口、吸收器溴化锂浓溶液入口,吸收器制冷剂入口与蒸发器制冷剂出口连通,吸收器溴化锂浓溶液入口与发生器溴化锂浓溶液出口连通,吸收器溴化锂稀溶液出口与发生器溴化锂稀溶液入口连通。
进一步地,溴化锂吸收式制冷机组还包括:
溶液热交换器,溶液热交换器上设有热交换器溴化锂浓溶液出口、热交换器溴化锂浓溶液入口、热交换器溴化锂稀溶液入口和热交换器溴化锂稀溶液出口;热交换器溴化锂浓溶液出口与吸收器溴化锂浓溶液入口连通,并且在其连通的管路上安装一减压阀;热交换器溴化锂稀溶液入口与吸收器溴化锂稀溶液出口连通,并且在其连通的管路上安装一溶液循环泵;热交换器溴化锂稀溶液出口与发生器溴化锂稀溶液入口连通,热交换器溴化锂浓溶液入口与发生器溴化锂浓溶液出口连通。
进一步地,位于电弧炉烟气管道外部的导热油受热回路上依次设有第一阀门、第一变频泵和第二阀门;第一导热油池的进油管和出油管连通于第一变频泵和第二阀门之间,第一导热油池的进油管上安装一第三阀门;导热油预热回路位于氧枪外部的部分设有一第四阀门和一第二变频泵;第三导热油池的进油管和出油管连通于第一变频泵和第二阀门之间,第三导热油池的进油管上安装一第五阀门,导热油受热回路上于第三导热油池的进油管和出油管连接点之间安装一第六阀门。
进一步地,冷却水预热回路伸入吸收器内与溴化锂溶液进行热交换。
进一步地,冷却水预热回路与冷凝器冷却水出口连接的部分依次安装第七阀门、冷却水泵和第八阀门;冷却水泵和第八阀门之间通过管道连接一热水箱,并且在其连接的管道上安装一第九阀门。
进一步地,冷冻水回路上依次安装第十阀门、冷冻水泵、第十一阀门和冷冻水箱。
进一步地,导热油受热回路上还连接一储油支路,储油支路上设有储油箱和第十二阀门,储油箱和第十二阀门与第二阀门并联,储油箱的外部包裹相变吸热材料。
根据本发明的另一方面,提供了一种上述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪的应用方法,包括:
在炼钢开始阶段,开启第一变频泵,打开第一阀门、第六阀门和第二阀门,其余阀门和泵处于关闭状态,氧枪不向电弧炉吹氧;导热油受热回路内的导热油被电弧炉烟气管道内的废气加热,将废气的热量进行储存;
当电弧炉底部逐步形成熔池,废钢开始熔化时,通过氧枪向电弧炉内吹氧;打开第一阀门、第三阀门、第五阀门、第二阀门、第四阀门、第七阀门、第八阀门、第十一阀门和第十阀门,关闭第六阀门和第十二阀门,开启第一变频泵、第二变频泵、冷冻水泵、冷却水泵和溶液循环泵,节流阀和减压阀保持常开状态;通过导热油预热装置和冷却水预热装置同时对氧枪进行预热,并通过冷冻水回路制得冷冻水;
当电弧炉炼钢进入氧化精炼期时,关闭第二阀门,打开第十二阀门,使储油箱内的导热油参与到循环中来,导热油中多余的热量被储油箱外部的相变吸热材料吸收;
当电弧炉不再需要吹氧时,打开第一阀门、第五阀门,第一变频泵常开,打开第十二阀门或第二阀门,第三阀门和第六阀门关闭,此时溴化锂吸收式制冷机组和冷冻水回路保持运行状态;关闭第八阀门,打开第七阀门和第九阀门,冷却水携带热量进入热水箱,然后通过热水箱上的外接管道将冷却水输送到需要使用热水的场合。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)利用电弧炉烟气的余热,对氧枪氧气进行预热,不仅可以大幅减少烟气废热直接向大气中排放而带来的一系列不利影响,同时也可以减少由于对氧气加热而带来的额外的能源资源消耗,既节约了资源,又保护了环境。
(2)在回收电弧炉烟气余热用于给电弧炉氧枪氧气进行预热的过程中,不仅实现了给氧枪氧气进行预热的目的,同时电弧炉烟气余热利用过程中所产生的一系列副产品同样有很大的用途,并且间接节省了很多能源;所得到的低温冷冻水,可以作为电弧炉炼钢厂房空调用冷冻水,可以节省一大笔制取空调冷冻水的费用,同时此低温冷冻水依旧可以用于电弧炉炼钢工艺中需要降温冷却的场合,特别是在炎热的夏季,冷冻水的需求就更为迫切,这样的副产品也在很大程度上起到了极其重要的作用;冷却水在给氧气预热后,依旧可以提供生活热水,解决生活热水来源问题。
(3)经过预热后的氧枪氧气射流氧化能力和冲击搅拌能力都有大幅提升,氧气利用率也有相应提高,脱碳速率明显加快,钢铁消耗量减少,具有诸多优点。
(4)针对不同的电弧炉炼钢过程,通过控制各个阀门和泵的开启或关闭,采用相应的处理方式,在保证氧气温度的情况下,充分利用了电弧炉烟气余热。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例的预热式氧枪的结构示意图。
图2为本发明实施例的预热式氧枪中导热油预热装置的结构示意图。
图3为本发明实施例的预热式氧枪中冷却水预热装置的结构示意图。
图4为本发明实施例的预热式氧枪中溴化锂吸收式制冷机组的结构示意图。
图5为本发明实施例的预热式氧枪中冷却水预热回路的结构示意图。
图6为本发明实施例的预热式氧枪中冷冻水回路的结构示意图。
其中,上述附图包括以下附图标记:
10、导热油预热装置;11、导热油受热回路;12、第一导热油池;13、第二导热油池;14、导热油预热回路;15、第一热管;16、储油箱;17、第十二阀门;20、冷却水预热装置;21、第三导热油池;22、冷却水预热回路;23、冷冻水回路;24、溴化锂吸收式制冷机组;25、第二热管;100、电弧炉烟气管道;111、第一阀门;112、第一变频泵;113、第二阀门;121、第三阀门;141、第四阀门;142、第二变频泵;200、氧枪;211、第五阀门;212、第六阀门;221、第七阀门;222、冷却水泵;223、第八阀门;224、热水箱;225、第九阀门;231、第十阀门;232、冷冻水泵;233、第十一阀门;234、冷冻水箱;241、发生器;242、冷凝器;243、蒸发器;244、吸收器;245、溶液热交换器;300、燃气加热装置;2411、发生器溴化锂稀溶液入口;2412、发生器溴化锂浓溶液出口;2413、发生器制冷剂出口;2421、冷凝器制冷剂入口;2422、冷凝器制冷剂出口;2423、冷凝器冷却水入口;2424、冷凝器冷却水出口;2431、蒸发器制冷剂入口;2432、蒸发器制冷剂出口;2433、蒸发器冷冻水入口;2434、蒸发器冷冻水出口;2435、节流阀;2441、吸收器制冷剂入口;2442、吸收器溴化锂稀溶液出口;2443、吸收器溴化锂浓溶液入口;2451、热交换器溴化锂浓溶液出口;2452、热交换器溴化锂浓溶液入口;2453、热交换器溴化锂稀溶液入口;2454、热交换器溴化锂稀溶液出口;2455、减压阀;2456、溶液循环泵。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述,但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样,“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也相应地改变。
参见图1至图6,一种本发明实施例的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,该预热式氧枪包括导热油预热装置10和冷却水预热装置20。
其中,导热油预热装置10包括:导热油受热回路11、第一导热油池12、第二导热油池13和导热油预热回路14。导热油受热回路11的一部分伸入电弧炉烟气管道100内并沿电弧炉烟气管道100呈螺旋状延伸,导热油受热回路11的另一部分位于电弧炉烟气管道100的外部;第一导热油池12的进油管和出油管均与导热油受热回路11连通,第一导热油池12的进油管上安装一第三阀门121;第二导热油池13与第一导热油池12之间通过第一热管15进行热交换连接;导热油预热回路14与第二导热油池13的进油口和出油口连通,导热油预热回路14的一部分伸入氧枪200内并沿氧枪200呈螺旋状延伸。
冷却水预热装置20包括:第三导热油池21、冷却水预热回路22、冷冻水回路23和溴化锂吸收式制冷机组24。第三导热油池21的进油管和出油管均与导热油受热回路11连通;冷却水预热回路22的一部分伸入氧枪200内并沿氧枪200呈螺旋状延伸;溴化锂吸收式制冷机组24,溴化锂吸收式制冷机组24通过第二热管25与第三导热油池21进行热交换连接,冷却水预热回路22和冷冻水回路23均与溴化锂吸收式制冷机组24连接;溴化锂吸收式制冷机组24用于吸收第三导热油池21的热量,将热量传递给冷却水预热回路22,并对冷冻水回路23进行制冷。
上述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,利用电弧炉烟气的余热对氧枪200氧气进行预热,不仅可以大幅减少烟气废热直接向大气中排放而带来的一系列不利影响,同时也可以减少由于对氧气加热而带来的额外的能源资源消耗,既节约了资源,又保护了环境;在回收电弧炉烟气余热用于给电弧炉氧枪氧气进行预热的过程中,不仅实现了给氧枪氧气进行预热的目的,同时电弧炉烟气余热利用过程中所产生的一系列副产品同样有很大的用途,并且间接节省了很多能源;所得到的低温冷冻水,可以作为电弧炉炼钢厂房空调用冷冻水,可以节省一大笔制取空调冷冻水的费用,同时此低温冷冻水依旧可以用于电弧炉炼钢工艺中需要降温冷却的场合,特别是在炎热的夏季,冷冻水的需求更为迫切;冷却水在给氧气预热后,依旧可以提供生活热水,解决生活热水来源问题;上述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪可以针对不同的电弧炉炼钢过程,采用相应的处理方式,在保证氧气温度的情况下,充分利用电弧炉烟气余热。经过加热后的氧气进入电弧炉内,不仅可以减少电弧炉的热损失,同时流经拉法尔管时还可以获得更大的动能,对钢液的搅拌作用更加显著,同时较高的温度又有利于氧气与钢液的化学反应快速进行,钢液脱碳效率明显提高。
具体来说,参见图1、图3和图4,在本实施例中,溴化锂吸收式制冷机组24主要包括:发生器241、冷凝器242、蒸发器243和吸收器244。其中,发生器241与第三导热油池21之间通过第二热管25进行热交换连接,发生器241内盛装有溴化锂溶液,发生器241上设有发生器溴化锂稀溶液入口2411、发生器溴化锂浓溶液出口2412和发生器制冷剂出口2413;冷凝器242上设有冷凝器制冷剂入口2421、冷凝器制冷剂出口2422、冷凝器冷却水入口2423和冷凝器冷却水出口2424,冷凝器制冷剂入口2421与发生器制冷剂出口2413连通;冷凝器冷却水入口2423和冷凝器冷却水出口2424均与冷却水预热回路22连通;蒸发器243上设有蒸发器制冷剂入口2431、蒸发器制冷剂出口2432、蒸发器冷冻水入口2433和蒸发器冷冻水出口2434;蒸发器制冷剂入口2431与冷凝器制冷剂出口2422连通,并且在其连通的管路上安装一节流阀2435;蒸发器冷冻水入口2433和蒸发器冷冻水出口2434均与冷冻水回路23连通;吸收器244上设有吸收器制冷剂入口2441、吸收器溴化锂稀溶液出口2442、吸收器溴化锂浓溶液入口2443,吸收器制冷剂入口2441与蒸发器制冷剂出口2432连通,吸收器溴化锂浓溶液入口2443与发生器溴化锂浓溶液出口2412连通,吸收器溴化锂稀溶液出口2442与发生器溴化锂稀溶液入口2411连通。
上述的溴化锂吸收式制冷机组24工作时,热量经过第二热管25传入发生器241后,发生器241内部的溴化锂溶液受热温度升高,作为制冷剂的水变成高温高压的气态水蒸气,沿着管道进入冷凝器242,流经冷凝器242后,高温高压气态水蒸气冷凝变成高压常温的液态水,并且将自身携带的热量传给冷凝器242,这部分热量由冷却水预热回路22带走,给冷却水升温;高压常温的液态水经节流降压后,变成常温常压的液态水,此时再流经蒸发器243后吸收蒸发器243的热量,自身再度气化成常温常压水蒸气,此时蒸发器243温度变化下降,流经蒸发器243的冷冻水与蒸发器243进行换热而温度下降;气态的常温常压水蒸气经蒸发器243后进入吸收器244,被吸收器244内部的高浓度溴化锂溶液所吸收,此时吸收器244内部的高浓度溴化锂溶液被水所稀释,变成了溴化锂稀溶液,溴化锂稀溶液加压后送往发生器241;吸收剂溴化锂则开始在发生器241中被加热后,由于内部水分的蒸发,变成了高温高压溴化锂浓溶液,降低压力后进入吸收器244,此时的高浓度的溴化锂浓溶液在吸收器244内部作为吸收剂,吸收来自蒸发器243的气态水蒸气,吸收水蒸气后溴化锂浓溶液就会变成溴化锂稀溶液;在溴化锂吸收式机组中,制冷剂和吸收剂流通的管道是互相分开的,只有在吸收器244和发生器241,以及从吸收器244到发生器241的管道里面制冷剂和吸收剂是混在一起的。采用上述的溴化锂吸收式制冷机组24,不仅可以很好地将导热油的热量传输给冷却水预热回路22对氧枪200中的氧气进行预热,而且可以获得热水和冷冻水。
由于溴化锂稀溶液在吸收器244内已被冷却,温度较低,为了节省加热稀溶液的热量,提高整个装置的热效率,参见图1、图3和图4,在本实施例中,溴化锂吸收式制冷机组24还包括溶液热交换器245,溶液热交换器245上设有热交换器溴化锂浓溶液出口2451、热交换器溴化锂浓溶液入口2452、热交换器溴化锂稀溶液入口2453和热交换器溴化锂稀溶液出口2454;热交换器溴化锂浓溶液出口2451与吸收器溴化锂浓溶液入口2443连通,并且在其连通的管路上安装一减压阀2455;热交换器溴化锂稀溶液入口2453与吸收器溴化锂稀溶液出口2442连通,并且在其连通的管路上安装一溶液循环泵2456;热交换器溴化锂稀溶液出口2454与发生器溴化锂稀溶液入口2411连通,热交换器溴化锂浓溶液入口2452与发生器溴化锂浓溶液出口2412连通。通过在吸收器244和发生器241之间设置溶液热交换器245,让发生器241流出的高温浓溶液与吸收器244流出的低温稀溶液进行热交换,提高稀溶液进入发生器241的温度,进而节省了加热稀溶液的热量,提高了整个装置的热效率。
进一步地,在本实施例中,位于电弧炉烟气管道100外部的导热油受热回路11上依次设有第一阀门111、第一变频泵112和第二阀门113;第一导热油池12的进油管和出油管连通于第一变频泵112和第二阀门113之间,第一导热油池12的进油管上安装有一个第三阀门121;导热油预热回路14位于氧枪200外部的部分设有一个第四阀门141和一个第二变频泵142;第三导热油池21的进油管和出油管连通于第一变频泵112和第二阀门113之间,第三导热油池21的进油管上安装有一个第五阀门211,导热油受热回路11上于第三导热油池21的进油管和出油管连接点之间安装有一个第六阀门212。通过上述各阀门和泵的设置,可使预热式氧枪能够根据不同的电弧炉炼钢过程,通过控制各个阀门和泵的开启或关闭,采用相应的处理方式,在保证氧气温度的情况下,实现了对电弧炉烟气余热的充分利用。
在本实施例中,冷却水预热回路22伸入吸收器244内与溴化锂溶液进行热交换。在冷却水预热回路22中,冷却水首先流经吸收器244,带走吸收器244里面的热量,然后流入冷凝器242,带走冷凝器242内部由于高温高压气态制冷剂水液化后释放的热量,冷却水携带着吸收器244和冷凝器242的热量,进入氧枪200内对氧气进行预热,冷却水与氧气换热完毕后温度会下降,再流向吸收器244,进行下一轮循环。冷却水依次流经吸收器244和冷凝器242,充分吸收热量,提高了热量利用率。
参见图1、图3和图5,在本实施例中,冷却水预热回路22与冷凝器冷却水出口2424连接的部分依次安装第七阀门221、冷却水泵222和第八阀门223;冷却水泵222和第八阀门223之间通过管道连接有一个热水箱224,并且在其连接的管道上安装有一个第九阀门225。在炼钢后期,电弧炉不再需要吹氧时,可打开第一阀门111、第五阀门211,打开第十二阀门17或第二阀门113,第三阀门121和第六阀门212关闭,关闭第八阀门223,打开第七阀门221和第九阀门225,冷却水携带热量进入热水箱224,然后通过热水箱224上的外接管道将冷却水输送到需要使用热水的场合,将烟气热量充分利用制得热水。
参见图1、图3和图6,在本实施例中,冷冻水回路23上依次安装有第十阀门231、冷冻水泵232、第十一阀门233和冷冻水箱234。冷冻水回路23工作时,蒸发器243内部由于常温常压液态制冷剂气化吸热,导致蒸发器243温度下降,冷冻水流经蒸发器243时,与蒸发器243进行换热,使得冷冻水的温度下降,一般情况下冷冻水的温度有7℃左右,第十阀门231、第十一阀门233后,冷冻水泵232开启,冷冻水就会从蒸发器243流出,流到冷冻水箱234,可以通过给冷冻水箱234外接管道,将冷冻水送往钢铁厂厂房的空调机组,或者是在电弧炉炼钢过程中需要冷量的工艺流程或者场合中,实现对冷冻水的综合利用。利用冷冻水的冷量后,冷冻水会有一定程度的温升,又再次返回蒸发器243继续降温,进行下一个流程的循环。
参见图1、图2和图3,在本实施例中,导热油受热回路11上还连接有一个储油支路,该储油支路上设置有储油箱16和第十二阀门17,储油箱16和第十二阀门17与第二阀门113并联,储油箱16的外部包裹相变吸热材料。当电弧炉炼钢进入氧化精炼期时,关闭第二阀门113,打开第十二阀门17,使储油箱16内的导热油参与到循环中来,导热油中多余的热量被储油箱16外部的相变吸热材料吸收;这部分能量被高温相变吸热材料吸收后,如果后续电弧炉炼钢流程中,电弧炉烟气温度相对而言不够高,装置吸收的热量少,那么这部分能量依旧可以由相变吸热材料释放出来,继续参与循环中来,补足缺失的能源。
在本实施例中,在氧枪200的出口端还设有一个燃气加热装置300,通过设置该燃气加热装置300可防止氧气经过冷却水预热和导热油预热后,其温度仍然达不到要求,因而作为补充加热装置使用。如果冷却水预热和导热油预热所提供的热量能够满足氧气温度需要,则不需要启动该燃气加热装置300,若达不到要求,则需要使用燃气加热装置300。
该电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪的使用方法如下:
在炼钢开始阶段,废钢加入电弧炉,进行熔化;在此阶段中,由于烟气产生的量相对而言较少,本身的温度并不是很高,电弧炉底部还没有逐步形成熔池,炉料中心刚刚变红,在此阶段中,不需要吹氧,但是依旧有具有可回收热量潜力的电弧炉烟气产生;开启第一变频泵112,打开第一阀门111、第六阀门212和第二阀门113,其余阀门和泵处于关闭状态,氧枪200不向电弧炉吹氧;导热油受热回路11内的导热油被电弧炉烟气管道100内的废气加热,将废气的热量进行储存;这一过程为导热油的预热过程,在此过程中导热油被开始阶段的电弧炉废气加热,自身储存一定热量,温度有所升高,此阶段的电弧炉烟气较少,并未开始吹氧操作,烟气自身携带的热量也相对而言较少;
当电弧炉底部逐步形成熔池,废钢开始熔化时,通过氧枪200向电弧炉内吹氧;此时吹氧的作用是助熔化渣,此过程中电弧炉烟气量逐步增多,温度也有明显升高,也就开始了利用电弧炉高温烟气给氧气进行预热升温的操作流程;打开第一阀门111、第三阀门121、第五阀门211、第二阀门113、第四阀门141、第七阀门221、第八阀门223、第十一阀门233和第十阀门231,关闭第六阀门212和第十二阀门17,开启第一变频泵112、第二变频泵142、冷冻水泵232、冷却水泵222和溶液循环泵2456,节流阀2435和减压阀2455保持常开状态;通过导热油预热装置10和冷却水预热装置20同时对氧枪200进行预热,并通过冷冻水回路23制得冷冻水;首先,第一阀门111、第三阀门121、第五阀门211、第二阀门113开启,第六阀门212、第十二阀门17关闭,此过程利用导热油进行热量运输,将热量运输到第一导热油池12和第三导热油池21;进入第一导热油池12的高温导热油对第一热管15的热端进行加热,第一热管15热端受热后,其内部的液体吸热蒸发,变成气态向下运动,遇到热管冷端后发生冷凝,释放热量,变成液态沿第一热管15内部的吸液芯运动到热管热端,进行下一个循环过程;在此过程中,热量由第一导热油池12,经过第一热管15传递到了第二导热油池13;此时第四阀门141和第二变频泵142开启,热量由导热油携带流向导热油预热回路14,对氧枪流道内的氧气进行加热;进入第三导热油池21的高温导热油对第二热管25的热端进行加热,热管热端受热后,其内部的液体就会吸热蒸发,变成气态向下运动,遇到热管冷端后就会发生冷凝,释放热量,变成液态沿热管内部的吸液芯运动到热管热端,进行下一个循环过程;在此过程中,热量由第三导热油池21,经过第二热管25传递到了发生器241;此时第七阀门221、第八阀门223、第十一阀门233、第十阀门231开启,冷冻水泵232、冷却水泵222开启,溶液循环泵2456开启,节流阀2435和减压阀2455维持常开状态,此时溴化锂吸收式制冷机组24、冷却水预热回路22和冷冻水回路23全部都进入工作状态;
随着电弧炉温度不断升高,电弧炉炼钢进入氧化精炼期,吹氧量明显增大,同时电弧炉烟气量增多,烟气所蕴含的可以回收的热量明显增多,这个时候导热油本身的温度很高,整个装置给氧气输送的热量,可以达到氧枪内所需要氧气预热的温度所需,还有多余的热量;关闭第二阀门113,打开第十二阀门17,使储油箱16内的导热油参与到循环中来;因为此时电弧炉烟气中蕴含着大量可回收的热量,因此导热油温度会很高,给氧气预热后还有多余的热量,这部分热量除了给储油箱16内新参与循环的导热油自身储存一部分之外,多余的热量会有一部分被位于储油箱16外壁的高温相变材料所吸收,这部分能量被高温相变材料吸收后,如果后续电弧炉炼钢流程中,电弧炉烟气温度相对而言不够高,装置吸收的热量少,那么这部分能量依旧可以由相变材料释放出来,继续参与循环中来,补足缺失的能源;
当电弧炉不再需要吹氧时,打开第一阀门111、第五阀门211,第一变频泵112常开,打开第十二阀门17或第二阀门113,第三阀门121和第六阀门212关闭,此时溴化锂吸收式制冷机组24和冷冻水回路23保持运行状态;此时导热油将不进入第一导热油池12,热量也不再传向导热油预热回路14,导热油直接经第五阀门211进入第三导热油池21,并将从电弧炉烟气吸收的热量传入第三导热油池21,经过第二热管25传入到发生器241中,驱动溴化锂吸收式制冷机组24;此时溴化锂继续运行状态跟吹氧时是一样的,冷冻水回路23跟吹氧时是一样的;但是冷却水预热回路22中,冷却水将不再进入氧枪200内,转而通过第九阀门225的开启,第八阀门223的关闭而进入热水箱224,将冷却水所携带的热量通过热水箱224外接管道带到需要使用热水的场合,待这部分热量消耗完毕后,冷却水温度会下降,继续返回冷却水预热回路22,开启下一流程的循环。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,其特征在于,包括导热油预热装置(10)和冷却水预热装置(20);
所述导热油预热装置(10)包括:
导热油受热回路(11),所述导热油受热回路(11)的一部分伸入电弧炉烟气管道(100)内并沿所述电弧炉烟气管道(100)呈螺旋状延伸,所述导热油受热回路(11)的另一部分位于所述电弧炉烟气管道(100)的外部;
第一导热油池(12),所述第一导热油池(12)的进油管和出油管均与所述导热油受热回路(11)连通,所述第一导热油池(12)的进油管上安装一第三阀门(121);
第二导热油池(13),所述第二导热油池(13)与所述第一导热油池(12)之间通过第一热管(15)进行热交换连接;
导热油预热回路(14),所述导热油预热回路(14)与所述第二导热油池(13)的进油口和出油口连通,所述导热油预热回路(14)的一部分伸入氧枪(200)内并沿所述氧枪(200)呈螺旋状延伸;
所述冷却水预热装置(20)包括:
第三导热油池(21),所述第三导热油池(21)的进油管和出油管均与所述导热油受热回路(11)连通;
冷却水预热回路(22),所述冷却水预热回路(22)的一部分伸入所述氧枪(200)内并沿所述氧枪(200)呈螺旋状延伸;
冷冻水回路(23);
溴化锂吸收式制冷机组(24),所述溴化锂吸收式制冷机组(24)通过第二热管(25)与所述第三导热油池(21)进行热交换连接,所述冷却水预热回路(22)和所述冷冻水回路(23)均与所述溴化锂吸收式制冷机组(24)连接;所述溴化锂吸收式制冷机组(24)用于吸收所述第三导热油池(21)的热量,将热量传递给所述冷却水预热回路(22),并对所述冷冻水回路(23)进行制冷。
2.根据权利要求1所述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,其特征在于,所述溴化锂吸收式制冷机组(24)包括:
发生器(241),所述发生器(241)与所述第三导热油池(21)之间通过所述第二热管(25)进行热交换连接,所述发生器(241)内盛装有溴化锂溶液,所述发生器(241)上设有发生器溴化锂稀溶液入口(2411)、发生器溴化锂浓溶液出口(2412)和发生器制冷剂出口(2413);
冷凝器(242),所述冷凝器(242)上设有冷凝器制冷剂入口(2421)、冷凝器制冷剂出口(2422)、冷凝器冷却水入口(2423)和冷凝器冷却水出口(2424),所述冷凝器制冷剂入口(2421)与所述发生器制冷剂出口(2413)连通;所述冷凝器冷却水入口(2423)和所述冷凝器冷却水出口(2424)均与所述冷却水预热回路(22)连通;
蒸发器(243),所述蒸发器(243)上设有蒸发器制冷剂入口(2431)、蒸发器制冷剂出口(2432)、蒸发器冷冻水入口(2433)和蒸发器冷冻水出口(2434);所述蒸发器制冷剂入口(2431)与所述冷凝器制冷剂出口(2422)连通,并且在其连通的管路上安装一节流阀(2435);所述蒸发器冷冻水入口(2433)和所述蒸发器冷冻水出口(2434)均与所述冷冻水回路(23)连通;
吸收器(244),所述吸收器(244)上设有吸收器制冷剂入口(2441)、吸收器溴化锂稀溶液出口(2442)、吸收器溴化锂浓溶液入口(2443),所述吸收器制冷剂入口(2441)与所述蒸发器制冷剂出口(2432)连通,所述吸收器溴化锂浓溶液入口(2443)与所述发生器溴化锂浓溶液出口(2412)连通,所述吸收器溴化锂稀溶液出口(2442)与所述发生器溴化锂稀溶液入口(2411)连通。
3.根据权利要求2所述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,其特征在于,所述溴化锂吸收式制冷机组(24)还包括:
溶液热交换器(245),所述溶液热交换器(245)上设有热交换器溴化锂浓溶液出口(2451)、热交换器溴化锂浓溶液入口(2452)、热交换器溴化锂稀溶液入口(2453)和热交换器溴化锂稀溶液出口(2454);所述热交换器溴化锂浓溶液出口(2451)与所述吸收器溴化锂浓溶液入口(2443)连通,并且在其连通的管路上安装一减压阀(2455);所述热交换器溴化锂稀溶液入口(2453)与所述吸收器溴化锂稀溶液出口(2442)连通,并且在其连通的管路上安装一溶液循环泵(2456);所述热交换器溴化锂稀溶液出口(2454)与所述发生器溴化锂稀溶液入口(2411)连通,所述热交换器溴化锂浓溶液入口(2452)与所述发生器溴化锂浓溶液出口(2412)连通。
4.根据权利要求3所述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,其特征在于,
位于所述电弧炉烟气管道(100)外部的所述导热油受热回路(11)上依次设有第一阀门(111)、第一变频泵(112)和第二阀门(113);
所述第一导热油池(12)的进油管和出油管连通于所述第一变频泵(112)和所述第二阀门(113)之间,所述第一导热油池(12)的进油管上安装一第三阀门(121);
所述导热油预热回路(14)位于所述氧枪(200)外部的部分设有一第四阀门(141)和一第二变频泵(142);
所述第三导热油池(21)的进油管和出油管连通于所述第一变频泵(112)和所述第二阀门(113)之间,所述第三导热油池(21)的进油管上安装一第五阀门(211),所述导热油受热回路(11)上于所述第三导热油池(21)的进油管和出油管连接点之间安装一第六阀门(212)。
5.根据权利要求4所述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,其特征在于,所述冷却水预热回路(22)伸入所述吸收器(244)内与溴化锂溶液进行热交换。
6.根据权利要求4所述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,其特征在于,所述冷却水预热回路(22)与所述冷凝器冷却水出口(2424)连接的部分依次安装第七阀门(221)、冷却水泵(222)和第八阀门(223);所述冷却水泵(222)和所述第八阀门(223)之间通过管道连接一热水箱(224),并且在其连接的管道上安装一第九阀门(225)。
7.根据权利要求6项所述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,其特征在于,所述冷冻水回路(23)上依次安装第十阀门(231)、冷冻水泵(232)、第十一阀门(233)和冷冻水箱(234)。
8.根据权利要求7所述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪,其特征在于,所述导热油受热回路(11)上还连接一储油支路,所述储油支路上设有储油箱(16)和第十二阀门(17),所述储油箱(16)和所述第十二阀门(17)与所述第二阀门(113)并联,所述储油箱(16)的外部包裹相变吸热材料。
9.如权利要求8所述的电弧炉用高温烟气热回收预热式氧枪的应用方法,其特征在于,包括:
在炼钢开始阶段,开启第一变频泵(112),打开第一阀门(111)、第六阀门(212)和第二阀门(113),其余阀门和泵处于关闭状态,氧枪(200)不向电弧炉吹氧;导热油受热回路(11)内的导热油被电弧炉烟气管道(100)内的废气加热,将废气的热量进行储存;
当电弧炉底部逐步形成熔池,废钢开始熔化时,通过氧枪(200)向电弧炉内吹氧;打开第一阀门(111)、第三阀门(121)、第五阀门(211)、第二阀门(113)、第四阀门(141)、第七阀门(221)、第八阀门(223)、第十一阀门(233)和第十阀门(231),关闭第六阀门(212)和第十二阀门(17),开启第一变频泵(112)、第二变频泵(142)、冷冻水泵(232)、冷却水泵(222)和溶液循环泵(2456),节流阀(2435)和减压阀(2455)保持常开状态;通过导热油预热装置(10)和冷却水预热装置(20)同时对氧枪(200)进行预热,并通过冷冻水回路(23)制得冷冻水;
当电弧炉炼钢进入氧化精炼期时,关闭第二阀门(113),打开第十二阀门(17),使储油箱(16)内的导热油参与到循环中来,导热油中多余的热量被储油箱(16)外部的相变吸热材料吸收;
当电弧炉不再需要吹氧时,打开第一阀门(111)、第五阀门(211),第一变频泵(112)常开,打开第十二阀门(17)或第二阀门(113),第三阀门(121)和第六阀门(212)关闭,此时溴化锂吸收式制冷机组(24)和冷冻水回路(23)保持运行状态;关闭第八阀门(223),打开第七阀门(221)和第九阀门(225),冷却水携带热量进入热水箱(224),然后通过热水箱(224)上的外接管道将冷却水输送到需要使用热水的场合。
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