CN201574161U - 基于高温热载体过热的转炉烟气余热发电系统 - Google Patents

Abstract

基于高温热载体过热的转炉烟气余热发电系统，包括饱和蒸汽制取系统、蓄热系统、蒸汽过热系统、汽轮机发电系统、冷却水系统和转炉烟气净化系统，转炉烟气进入汽化冷却烟道，汽化冷却烟道的蒸发管束出口与汽包连接，汽包的蒸汽出口经管道分别与蓄热器的蒸汽入口、过热器蒸汽入口连接，蓄热器的蒸汽出口连接过热器蒸汽入口；汽化冷却烟道出口与高温旋风除尘器相连，高温旋风除尘器与热载体加热器烟气入口连接，热载体加热器的高温热载体入口、输出口与液包连接，热载体加热器烟气出口与省煤器烟气入口相连接，省煤器烟气出口与布袋除尘器连接，液包与过热器的高温热载体入口连接，过热器的高温热载体出口与液包连接，过热器蒸汽出口与汽轮机组连接。

Description

基于高温热载体过热的转炉烟气余热发电系统

技术领域

本实用新型涉及炼钢转炉烟气余热回收利用领域，具体涉及一种基于高温热载体过热的转炉烟气余热发电系统。

背景技术

氧气顶吹转炉在炼钢过程中产生相当可观的高温烟气，转炉出口处烟气温度高达1400-1600℃，其富含大量的余热资源。根据目前的转炉炼钢工艺，一般借助汽化冷却烟道将高温烟气冷却至800-1000℃，以产生饱和蒸汽的方式利用烟气余热，冷却后的烟气再利用湿法净化回收工艺(OG法)或者干法净化回收工艺(LT法)对转炉烟气的进行处理。以上所述的两种处理方法都是以保证转炉炼钢生产运行和净化、回收煤气为出发点，而没有重点考虑烟气的显热回收和转炉煤气资源的综合利用。然而，转炉烟气经过汽化冷却烟道后的温度依然有800-1000℃，这部分余热资源则没有得到有效的利用。而且，由于炼钢转炉过程间歇生产的特点，所产生的蒸汽具有周期性，蒸汽产量与参数波动非常剧烈。蒸汽的波动性使其有效利用受到很大的限制，绝大多数炼钢企业直接将其排放，造成烟气余热资源的严重浪费。

目前，国内已有应用转炉烟气余热饱和蒸汽发电系统成功案列(如新余钢铁有限公司)，转炉烟气余热饱和蒸汽发电系统由蒸汽制取系统、蓄热系统、汽轮机发电系统和冷却水系统等组成。其工艺流程：转炉烟气进入汽化冷却烟道换热产生压力为2.5Mpa的饱和蒸汽，汽包内的饱和蒸汽一部分进入蓄热器内进行蓄热，另一部分直接经减压阀减压至1.3Mpa送入冷凝式汽轮机组发电；在转炉非吹炼期，蒸汽制取系统不产生蒸汽，此时蓄热器内饱和水沸腾产生的饱和蒸汽经减压阀减压至1.3Mpa送入冷凝式汽轮机组发电，通过蓄热器保证供应参数波动比较平缓的饱和蒸汽，确保发电系统稳定可靠(曹武，韩慧珍.炼钢转炉烟气余热饱和蒸汽发电[J].煤气与热力，2005，25(9)：56-57)。转炉烟气余热饱和蒸汽发电系统提出了一种有效利用转炉烟气余热的方案，且基本克服蒸汽参数波动剧烈难以利用的困难。但是其不足之处：1)饱和蒸汽参数较低，其含湿量大，易凝结为水，发电效率较低；2)转炉烟气经过汽化冷却烟道后的温度依然有800-1000℃，这部分的余热资源则没有得到有效的利用，而白白浪费了。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有炼钢转炉的汽化冷却烟道产生的饱和蒸汽因参数波动频繁而难以有效利用的难题，造成转炉烟气余热资源严重浪费，而提出一种基于高温热载体过热的转炉烟气余热发电系统。在不影响炼钢生产的前提下，充分利用转炉烟气余热资源，通过高温热载体对烟气余热进行蓄热，利用高温热载体将饱和蒸汽加热成过热蒸汽后推动汽轮机组发电，最大限度地利用炼钢生产过程中的余热资源，提高汽轮机入口蒸汽参数，提高发电效率，降低炼钢生产能耗，节约能源，提高企业产品的市场竞争力。

为实现上述发明目的，本实用新型的系统采用如下技术方案：

基于高温热载体过热方法的转炉烟气余热发电系统，由饱和蒸汽制取系统、蓄热系统、蒸汽过热系统、汽轮机发电系统、冷却水系统和转炉烟气净化系统以及相关辅助系统组成，其特征在于，所述的饱和蒸汽制取系统包括汽化冷却烟道和汽包，所述的蓄热系统包括蒸汽蓄热器，所述的蒸汽过热系统包括工质为高温热载体与转炉烟气的热载体加热器、储蓄高温热载体的液包、工质为高温热载体与饱和蒸汽的过热器，汽轮机发电系统包括汽轮机组和发电机组，冷却水系统包括冷凝器、循环水泵、冷却塔，转炉烟气净化系统包括高温旋风除尘器、布袋除尘器以及放散烟囱；转炉烟气通过活动烟罩进入汽化冷却烟道，汽化冷却烟道的蒸发管束出口与汽包连接，汽包的蒸汽出口经管道分别与蓄热器的蒸汽入口、过热器蒸汽入口连接，蓄热器的蒸汽出口连接过热器蒸汽入口；汽化冷却烟道出口与高温旋风除尘器相连，高温旋风除尘器与热载体加热器烟气入口连接，所述热载体加热器的高温热载体入口与液包连接，高温热载体输出口与液包连接，热载体加热器的烟气出口与省煤器烟气入口相连接，省煤器烟气出口与布袋除尘器连接，所述液包与过热器的高温热载体入口连接，过热器的高温热载体出口与液包连接，所述过热器蒸汽出口与汽轮机组连接，汽轮机组与发电机连接。

上述技术方案的运行过程如下：在转炉吹炼期，转炉烟气首先经过汽化冷却烟道冷却，汽化冷却烟道产生的饱和蒸汽经汽包一部分送入蒸汽蓄热器存储，另一部分饱和蒸汽送入过热器；高温热载体与经过汽化冷却烟道冷却后的转炉烟气进行换热，高温热载体吸热蓄能，吸热蓄能后的高温热载体将另一部分饱和蒸汽加热为过热蒸汽，推动汽轮发电机组发电；在转炉非吹炼期，蒸汽蓄热器因压力降低，其中的饱和水沸腾产生饱和蒸汽，蓄热的高温热载体将饱和水沸腾产生饱和蒸汽加热为过热蒸汽，推动汽轮发电机组发电。

本实用新型的目的及解决的技术问题还可采用以下措施来进一步实现：

本实用新型所使用的高温热载体材料可为金属或金属合金、熔融盐。金属材料热载体有：铝Al、铜Cu、镁Mg、锌Zn等，其相变温度介于600-1900K之间，导热系数大，相变潜热大；Mg-Zn、Al-Mg、Al-Cu、Mg-Cu等二元合金以及Al-Si-Mg、Al-Si-Cu等三元合金的熔化热也非常高，也是很好的高温热载体材料；熔融盐材料有碳酸盐、硝酸盐、氯化物、氟化物等。高温热载体材料，必须安全无毒，对生态环境无危害，物理、化学性质稳定，热稳定，熔化热高，蒸汽压力低，热价廉、易获得等特性。

高温热载体存储于特殊制造的液包内，其外表面设有保温层以减少散热损失，其内置电加热器，可在系统启动时为高温热载体进行预热，也可以防止系统在运行时高温热载体凝固而堵塞管道，发生事故。

为了克服转炉间隙生产而造成蒸汽参数剧烈波动而难以工业化利用的技术困难，本系统设置一套蓄热系统，主要为蒸汽蓄热器，在转炉吹炼期，将汽化冷却烟道产生的一部分饱和蒸汽送入蒸汽蓄热器加热其中的储水，饱和蒸汽本身也凝结其中，蒸汽蓄热器中的压力随之上升；在转炉非吹炼期，饱和蒸汽量减少，蒸汽蓄热器中的压力也相应降低，蒸汽蓄热器中的储水因降压而沸腾，产生饱和蒸汽，减小了蒸汽参数的剧烈波动，可以为下一步工序提供相对稳压、稳流的饱和蒸汽。

转炉烟气含尘量较高，约为80-150mg/Nm³，为了保护热载体加热器和净化转炉烟气以减少对热载体加热器的换热性能的不利影响，本实用新型在汽化冷却烟道烟气出口与所述热载体加热器烟气入口之间设置一高温旋风除尘器，对转炉烟气进行预除尘，粗颗粒的除尘效率可达90％以上，经过预除尘的烟气进入热载体加热器换热后，烟气仍具有350℃左右的温度，为了进一步利用烟气余热，降低烟气温度，同时为了保护布袋除尘器，在其之前布置一个省煤器，热载体加热器的烟气出口与省煤器烟气入口连接，省煤器烟气出口与布袋除尘器的入口连接，省煤器给水入口与除氧器相连接，省煤器热水出口与汽包连接，提高汽包给水温度，增加蒸汽蒸发量，提高系统的发电能力，同时保证布袋除尘器的正常工作。

经过布袋除尘器对烟气进一步精除尘、净化后的烟气，使其烟尘含量降至10mg/Nm³以下，烟气的CO含量在45％以上的为合格煤气，将其降温至60-70℃后收集；不合格的煤气经放散烟囱燃烧后排放。

本实用新型的优点为：

1、本实用新型无需额外增加燃料，充分地利用转炉烟气余热资源，特别是经过汽化冷却烟道冷却后烟气中的余热资源(800-1000℃)，并净化、回收转炉煤气，有效降低炼钢生产能耗，节约能源；

2、烟气余热储热工质为高温热载体，可以在较低的压力条件下，实现高温(450-550℃)工作条件，相比较有机热载体和结晶水合盐热载体，可以实现更高的工作温度，而且没有有机热载体易焦结、爆炸的危险，高温热载体更安全、稳定；

3、利用高温热载体将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，提高汽轮机入口蒸汽参数，提高发电效率，避免了饱和蒸汽含湿量高，易凝结为水而危害汽轮机安全运行的缺点。

附图说明

图1是基于高温热载体过热的转炉烟气余热发电系统。

图中除已标明文字外，1-转炉；2-活动烟罩；3-汽包；4-汽化冷却烟道；5-#1高温插板阀；6-#2高温插板阀；7-#1三通阀；8-蒸汽蓄热器；9-高温旋风除尘器；10-热载体加热器；11-蒸发冷却器；12-电加热器；13-高温热载体液包；14-过热器；15-省煤器；16-汽轮机组；17-发电机组；18-冷凝器；19-冷凝水泵；20-#1给水泵；21-除氧器；22-循环水泵；23-冷却塔；24-#2给水泵；25-布袋除尘器；26-#2三通阀；27-引风机；28-放散烟囱；29-#1高温热载体循环泵；30-#2高温热载体循环泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例作进一步说明。

如图1所示，基于高温热载体过热的转炉烟气余热发电系统，由饱和蒸汽制取系统、蓄热系统、蒸汽过热系统、汽轮机发电系统、冷却水系统和转炉烟气净化系统以及相关辅助系统组成，饱和蒸汽制取系统包括转炉1、活动烟罩2、汽包3和汽化冷却烟道4；蓄热系统包括蒸汽蓄热器8；蒸汽过热系统包括工质为高温热载体与烟气的热载体加热器10、储蓄高温热载体的液包13、工质为高温热载体与饱和蒸汽的过热器14；汽轮机发电系统包括汽轮机16、发电机17；冷却水系统包括冷凝器18、循环水泵22、冷却塔23；转炉烟气净化系统包括高温旋风除尘器9和布袋除尘器25以及放散烟囱28等。

转炉1的烟气通过活动烟罩2，送入汽化冷却烟道4，汽化冷却烟道4产生的饱和蒸汽送入汽包3，汽包3出口经三通阀7分别与蒸汽蓄热器8的饱和蒸汽入口、过热器14蒸汽入口连接，蒸汽蓄热器8的蒸汽出口连接过热器14蒸汽入口。汽化冷却烟道4烟气出口与热载体加热器10烟气入口连接，热载体加热器10的高温热载体入口通过循环泵29与液包13左出口连接，热载体加热器10的高温热载体出口与液包13的左入口连接，热载体加热器10的烟气出口与省煤器15烟气入口连接，省煤器15烟气出口与布袋除尘器25的入口连接。液包13的右出口与过热器14的高温热载体入口连接，过热器14的高温热载体出口与液包的右入口连接，过热器14的过热蒸汽出口与所述汽轮机发电系统中的汽轮机16的蒸汽入口相连，汽轮机16通过联轴器与发电机17连接。汽轮机16的乏汽出口与冷凝器18的蒸汽入口连接，冷凝器18中的冷凝水通过冷凝水泵19送入除氧器21；冷凝器18的冷却水入口通过循环水泵与冷却塔23连接，冷凝器18的冷却水出口与冷却塔23相连。

此外，汽化冷却烟道4设置转炉烟气旁路系统，其包括蒸发冷却器11，汽化冷却烟道4的烟气旁路出口与蒸发冷却器11相连，蒸发冷却器11与布袋除尘器25相连。

高温热载体存储于特殊制造的液包13内，液包13外表面设有保温层以减少散热损失，内置电加热器12，可在系统启动时对高温热载体进行预热，也可以防止系统在运行时高温热载体凝固而堵塞管道，发生事故。

基于高温热载体过热方法的转炉烟气余热发电系统的具体工艺流程为：如图1所示，关闭旁路管路上的#1高温插板阀5，开启#2高温插板阀6，在炼钢转炉1吹炼期，高温的转炉烟气(温度1400-1600℃)，经活动式烟罩2收集，进入汽化冷却烟道4换热冷却，产生饱和蒸汽，将一部分的饱和蒸汽送入蒸汽蓄热器8储存，换热后的烟气依然具有800-1000℃的高温，为了充分利用烟气余热，先利用高温旋风除尘器9对转炉烟气进行预除尘，初步净化的烟气(温度约为850℃)进入热载体加热器10与液包13中的高温热载体换热，加热高温热载体，使其温度升至450-550℃，加热的高温热载体送至过热器9，将另一部分的饱和蒸汽加热成中温中压参数的过热蒸汽，通过主蒸汽管道推动汽轮机组16发电，从汽轮机组16出来的乏汽通过冷凝器18成为冷凝水，冷凝器18与冷却塔23相连，冷凝水通过除氧器21后，作为给水送入省煤器15和蓄热器8，形成一个完整的循环回路。

经过热载体加热器10后的转炉烟气温度可降至350℃左右，通过省煤器15可进一步降低烟气温度，同时提高汽包3给水温度，省煤器15出口处的烟气温度低于180℃，利用布袋除尘器25对烟气进一步除尘，使其含尘量低于10mg/Nm³，合格的转炉煤气(CO含量在45％以上)收集，不合格的转炉煤气通过放散烟囱28处理后排放。

在转炉非吹氧期，汽化冷却烟道4产生的饱和蒸汽量逐渐减少至零，蒸汽蓄热器8中的压力下降，其中的饱和水沸腾产生饱和蒸汽，再利用高温热载体储蓄的热量在过热器14中加热成过热蒸汽，使其推动汽轮机组16、17发电，保证系统稳定发电。

通常一座炼钢厂拥有两台或多台转炉，本实用新型——基于高温热载体过热方法的转炉烟气余热发电系统，依然可以实施，每台转炉均设各自的汽化冷却烟道和汽包，只要将各自汽包产生的饱和蒸汽一部分送入公共的蓄热器，另一部分直接由公共过热器加热成过热蒸汽，使其推动汽轮机组发电。两台或多台转炉烟气余热发电系统的实施方式和本实用新型一致。

同样，基于高温热载体过热方法的烟气余热发电系统也可以用于炼钢电炉、铁合金电炉以及有色金属冶炼的矿热炉的烟气余热回收和利用。

Claims (6)

1.基于高温热载体过热的转炉烟气余热发电系统，由饱和蒸汽制取系统、蓄热系统、蒸汽过热系统、汽轮机发电系统、冷却水系统和转炉烟气净化系统以及相关辅助系统组成，其特征在于，所述的饱和蒸汽制取系统包括汽化冷却烟道和汽包，所述的蓄热系统包括蒸汽蓄热器，所述的蒸汽过热系统包括工质为高温热载体与转炉烟气的热载体加热器、储蓄高温热载体的液包、工质为高温热载体与饱和蒸汽的过热器，汽轮机发电系统包括汽轮机组和发电机组，冷却水系统包括冷凝器、循环水泵、冷却塔，转炉烟气净化系统包括高温旋风除尘器、布袋除尘器以及放散烟囱；转炉烟气通过活动烟罩进入汽化冷却烟道，汽化冷却烟道的蒸发管束出口与汽包连接，汽包的蒸汽出口经管道分别与蓄热器的蒸汽入口、过热器蒸汽入口连接，蓄热器的蒸汽出口连接过热器蒸汽入口；汽化冷却烟道出口与高温旋风除尘器相连，高温旋风除尘器与热载体加热器烟气入口连接，所述热载体加热器的高温热载体入口与液包连接，高温热载体输出口与液包连接，热载体加热器的烟气出口与省煤器烟气入口相连接，省煤器烟气出口与布袋除尘器连接，所述液包与过热器的高温热载体入口连接，过热器的高温热载体出口与液包连接，所述过热器蒸汽出口与汽轮机组连接，汽轮机组与发电机连接。

2.根据权利要求1所述的基于高温热载体过热的转炉烟气余热发电系统，其特征在于，所述高温热载体材料可为金属或金属合金、熔融盐。

3.根据权利要求1所述的基于高温热载体过热方法的转炉烟气余热发电系统，其特征在于，所述高温热载体液包为密闭的容器包，液包外设有保温层，液包内置电加热器。

4.根据权利要求1所述的基于高温热载体过热方法的转炉烟气余热发电系统，其特征在于，在汽化冷却烟道出口与热载体加热器烟气入口之间设有高温旋风除尘器。

5.根据权利要求1所述的基于高温热载体过热方法的转炉烟气余热发电系统，其特征在于，在热载体加热器的烟气出口与布袋除尘器之间设有省煤器，热载体加热器的烟气出口与省煤器的烟气入口连接，省煤器的烟气出口与布袋除尘器的入口连接，省煤器给水入口与除氧器连接，省煤器出口与汽包连接。

6.根据权利要求1所述的基于高温热载体过热方法的转炉烟气余热发电系统，其特征在于，所述的汽化冷却烟道设有紧急旁路系统，紧急旁路系统包括蒸发冷却器，汽化冷却烟道的烟气旁路出口与蒸发冷却器相连，蒸发冷却器与布袋除尘器相连。

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