CN201607131U - 加热炉余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种加热炉余热回收系统，包括蒸汽过热器、余热回收蒸发器、汽包和给水装置，所述的蒸汽过热器和余热回收蒸发器沿加热炉烟道内烟气的流动方向依次设置在加热炉的烟道内；所述蒸汽过热器与所述的汽包相连接，所述的余热回收蒸发器与所述的汽包通过供水管和汽水混合物输送管组成一循环回路，在所述的供水管上设有循环泵，所述的给水装置与所述的汽包通过水管相连接。本实用新型具有余热回收效率高，能够提高蒸汽品质，充分回收烟气中热量的优点。并且，由于蒸汽过热器和余热回收蒸发器的管束横向间隙根据允许的阻力进行设计，烟气可依靠自升抽力排出，不需要另设置排烟风机，降低设备成本，具有热能回收成本低等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种余热回收装置，尤其涉及一种烟气排放温度较低、无需增加排烟风机进行排烟、能够产生高品质蒸汽的加热炉余热回收系统。
背景技术
众所周知，冶金行业中加热炉运行时要消耗大量的热量，而加热炉产生的炉尾烟气具有较高的温度，如果将这些高温烟气直接排放到大气中，会造成极大的能源浪费。为此，加热炉余热的回收和利用，是实现加热炉节能降耗的重要措施之一。
目前，现有的加热炉烟气的余热回收处理是，在加热炉的烟道中设置助燃空气预热器，利用高温烟气对助燃空气预热器的空气进行预热，再将预热后的空气通入至加热炉的炉窑中，对炉窑中燃料的燃烧起到助燃的作用；同时，将高温烟气的温度降低至380℃～400℃排放。这样，高温烟气的一部分热量被回收应用到助燃空气预热器的空气预热过程中。
另外，在加热炉工作过程中，钢坯作为被加热件由炉内支撑梁支撑，在钢坯加热过程中，部分热量被炉内支撑梁吸收，需要对加热炉炉内支撑梁的余热进行回收。图1为现有技术的加热炉炉内支撑梁的余热回收装置的结构示意图。如图1所示，该加热炉炉内支撑梁的余热回收装置包括所述炉内支撑梁中空部形成的炉内支撑管101，该炉内支撑管101与热钢坯相接触，且在炉内支撑管101中可通入冷却水。所述的加热炉炉内支撑管101通过管路与设置在炉窑外部的汽包102形成闭合的循环回路。利用汽包102的储存水作为冷却水通过汽包102底部的输水口107输出至供水管103，经过设置在供水管103上的循环泵104加压后产生动力，将冷却水输送至加热炉炉内支撑管101中，并与炉内支撑梁进行热交换。经过热交换处理，冷却水吸收炉内支撑梁的热量而升温，并产生蒸汽，形成汽水混合物。该汽水混合物通过汽水混合物进管105输送至汽包102内，再由汽包102对汽水进行分离，此汽水分离技术在本领域中较为常见，在此不再赘述。分离出的饱和蒸汽被输送至蒸汽管网，而分离出的水存留在汽包102中，形成可循环利用的冷却水，从而实现对炉内支撑梁的余热回收，并产生可利用的蒸汽。由于汽化和合理消耗而减少的冷却水量通过汽包102外接的给水装置106进行补充。
但上述余热回收装置存在有如下不足之处：
1、由于加热炉需要的助燃空气量有限，且助燃空气预热器出口的空气温度要求控制在550℃～600℃范围内，因此助燃空气对烟气余热的回收量是有限的，不能对高温烟气进行充分的热量回收和利用，烟气的排放温度仍然较高。据统计，加热炉烟道出口处的烟气排放温度为380℃～400℃，烟气的余热回收率比较低，不能满足节能降耗的要求。
2、虽然在现有技术中通过汽包的冷却水能够回收加热炉炉内支撑梁的部分热量，并且冷却水汽化分离后能够产生蒸汽，但该蒸汽仅为饱和蒸汽，如蒸汽压力为0.8～1.3MPa，其饱和温度为179℃～190.4℃，蒸汽的品质较差，不能满足向蒸汽管网输送高品质的过热蒸汽的要求。
因此，如何对加热炉的余热进一步回收，降低烟气的排放温度，并且提高汽包产生的蒸汽的品质，已成为本领域技术人员急于解决的重要技术问题。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种余热回收效率高，能够提高蒸汽品质，烟气排放温度低的加热炉余热回收系统。
为达到上述目的，本实用新型提出了一种加热炉余热回收系统包括：蒸汽过热器、余热回收蒸发器、汽包和给水装置，所述的蒸汽过热器和余热回收蒸发器沿加热炉烟道内烟气的流动方向依次设置在加热炉的烟道内；所述蒸汽过热器与所述汽包通过蒸汽输入管路相连接，所述的余热回收蒸发器与所述的汽包通过供水管和汽水混合物输送管组成一循环回路，在所述的供水管上设有循环泵，所述的给水装置与所述的汽包通过给水管相连接。
在本实用新型中，在所述的蒸汽过热器上设有蒸汽进口和蒸汽出口，在所述汽包的上端设有蒸汽输送口，所述蒸汽过热器的蒸汽进口与所述汽包的蒸汽输送口通过所述蒸汽输入管路相连接，所述蒸汽过热器的蒸汽出口与一蒸汽输出管路相连接；在所述的余热回收蒸发器上设有输入口和输出口，所述汽包的底部和侧壁上分别设有出水口和汽水混合物进口，所述余热回收蒸发器的输入口与所述汽包的出水口通过所述供水管相连接，所述余热回收蒸发器的输出口与所述汽包的汽水混合物进口通过所述汽水混合物输送管相连接。
在本实用新型中，所述的加热炉余热回收系统还包括与炉内热钢坯相接触的炉内支撑管，所述炉内支撑管与所述汽包通过输水管和汽水混合物进管组成循环回路，在所述的输水管上设有循环泵。
在本实用新型中，所述的蒸汽过热器包括多个并排设置的蛇形吸热管。
在本实用新型中，所述的余热回收蒸发器包括多个并排设置的吸热管组，每个吸热管组由多个沿所述烟气流动方向顺序排布的吸热管件构成，各个吸热管件由吸热管围接而成，且相邻的吸热管件的底部相互连接。
在本实用新型中，所述的余热回收蒸发器的吸热管组包括四个吸热管件，该四个吸热管件沿所述烟气流动的方向依次为第一吸热管件、第二吸热管件、第三吸热管件和第四吸热管件，在所述的第四吸热管件的上端设有所述输入口，所述输入口与所述供水管相连接，在所述的第一吸热管件、第二吸热管件和第三吸热管件的上端分别设有所述输出口，所述输出口与所述汽水混合物输送管相连接。
在本实用新型中，所述多个蛇形吸热管中相邻的蛇形吸热管之间具有横向间隙；且所述多个吸热管组中相邻的吸热管组之间也具有横向间隙。
在本实用新型中，所述供水管上的循环泵的压力等于所述供水管、余热回收蒸发器及汽水混合物输送管的阻力的总和。
在本实用新型中，在所述的供水管上设有流量控制阀门。
与现有结构相较之下，本实用新型具有以下的特点和优点：
1、本实用新型通过高温烟气与设置在烟道内的蒸汽过热器和余热蒸发器之间进行热交换，将烟气的排放温度降低至260℃～280℃，与现有技术中烟气排放温度为380℃～400℃相比，大幅度降低了烟气的排放温度；提高了烟气的余热回收率。
2、并且，本实用新型的蒸汽过热器设置在余热蒸发器的前方，可利用高温烟气将蒸汽过热器内的饱和蒸汽加热形成为过热蒸汽，节省了为加热蒸汽过热器所需的设备投资，也提高了蒸汽品质，能够满足向蒸汽管网输送高品质蒸汽的要求，同时还提高了余热的回收利用率，实现了节能降耗。
3、由于在本实用新型中沿烟道横截面并排设置的多个蛇形吸热管和吸热管组，且相邻的蛇形吸热管和相邻的吸热管组之间均具有横向间隙，这样减少了烟气在排放过程中受到的阻力，使得烟气靠自升抽力即可排出，无需设置排烟风机，节省了设备投资，降低了余热回收成本。
4、本实用新型还可以通过炉内高温支撑梁与冷却水之间进行热交换，将炉内支撑管冷却水加热形成可分离出饱和蒸汽的汽水混合物，并且实现对支撑梁的冷却，进一步提高了加热炉的余热回收率。
5、由于本实用新型的余热回收蒸发器采用多个顺序排布的吸热管件结构，有利于冷却水与高温烟气进行热交换，换热效率高；并且，更进一步的，余热回收蒸发器设有四个吸热管组，且使冷却水在进入一个处于烟气温度较低部分的吸热管件(即第四吸热管件)，冷却水水流向下流动，再进入另外三个吸热管件中向上流动。这样使得冷却水在第四吸热管件内高速流过，产生的蒸汽量很少，可避免气泡对冷却水向下流动的不利影响。在处于烟气温度较高部分的三个吸热管件产生大量的气泡，由于水流向上流动有利于气泡被冷却水带出，从而大幅度降低了由于气泡给冷却水的流动所带来的阻力，节约了能源。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，
图1为现有技术的加热炉炉内支撑梁的余热回收装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例一的结构示意图；
图3为本实用新型的蒸汽过热器的结构示意图；
图4为本实用新型的余热回收蒸发器的结构示意图；
图5为本实用新型的汽包的结构示意图；
图6为本实用新型实施例二的结构示意图。
附图标记说明：
现有技术：
101-炉内支撑管；102-汽包；103-供水管；104-循环泵；
105-汽水混合物进管；106-给水装置；107-输水口；
108-汽水混合物进口。
本实用新型：
1-蒸汽过热器；11-蒸汽进口；12-蒸汽出口；13-蒸汽输入管路；14-蒸汽输出管路；15-蛇形吸热管；2-余热回收蒸发器；20-吸热管组；21-输入口；22-输出口；23-第一吸热管件；24-第二吸热管件；25-第三吸热管件；26-第四吸热管件；3-汽包；31-蒸汽输送口；32-出水口；33-汽水混合物进口；34-供水管；35-汽水混合物输送管；4-给水装置；5-循环泵；6-给水管；7-炉内支撑管；71-输水管；72-汽水混合物进管；73-循环泵；8-流量控制阀门；9-烟道。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。本实用新型的技术方案是以现有的余热回收装置为基础，利用设置在现有的助燃空气预热器后侧烟道中的蒸汽过热器和余热回收蒸发器吸收高温烟气的热量，以进一步回收加热炉的余热，但本实用新型的技术方案并不仅限于设置在烟道中的助燃空气预热器之后，本领域的技术人员应可较容易的联想到本实用新型的技术方案也可稍加变换而直接应用到加热炉烟道中回收余热。
实施例一
图2为本实用新型实施例一的结构示意图。如图2所示，本实用新型的加热炉余热回收系统包括蒸汽过热器1、余热回收蒸发器2和汽包3，蒸汽过热器1和余热回收蒸发器2沿烟道9中烟气的流动方向依次设置在该烟道内，即烟道中的烟气依次流经蒸汽过热器1和余热回收蒸发器2。请参见图2所示，烟道9中粗箭头所表示的方向即为烟气的流动方向，这样使得蒸汽过热器1中的饱和蒸汽经高温烟气加热形成过热蒸汽，提高了蒸汽品质；余热回收蒸发器2与汽包3通过供水管34和汽水混合物输送管35组成一循环回路，余热回收蒸发器用于将冷却水加热形成汽水混合物，汽包3用于使该汽水混合物分离出饱和蒸汽和水，通过蒸汽过热器1将饱和蒸汽加热形成过热蒸汽。并且，在上述过程中，蒸汽过热器1和余热回收蒸发器2吸收烟道9内的高温烟气热量，使得高温烟气的温度显著降低，可实现加热炉烟气低温排放并大幅度提高加热炉的余热回收率。另外，在供水管34上设有循环泵5，循环泵5对冷却水加压，使得冷却水能够在汽包3、供水管34、余热回收蒸发器2和汽水混合物输送管35形成的循环回路中流动。给水装置4与汽包3通过给水管6相连接，利用给水装置4为汽包3进行补水作业。
请参考图3、图4以及图5，其分别为本实用新型的蒸汽过热器的结构示意图、余热回收蒸发器的结构示意图和汽包的结构示意图。如图3、图4和图5所示，在蒸汽过热器1上设有蒸汽进口11和蒸汽出口12；在余热回收蒸发器2上设有输入口21和输出口22；在汽包3的上端设有蒸汽输送口31，其底部设有出水口32，其侧壁上部设有汽水混合物进口33。请再参见图2所示，在本实施例中，蒸汽过热器1的蒸汽进口11与汽包3的蒸汽输送口31通过蒸汽输入管路13相连接，由于蒸汽过热器后部连接的蒸汽管网压力低，因此蒸汽可自动从汽包流向蒸汽过热器，这样汽包3中分离出来的饱和蒸汽由蒸汽输送口31输出，经由蒸汽输入管路13，从蒸汽进口11处进入蒸汽过热器1内；蒸汽过热器1的蒸汽出口12与蒸汽输出管路14相连接，通过蒸汽输出管路14可将过热蒸汽输出至蒸汽管网加以利用。并且，余热回收蒸发器2与汽包3通过供水管34和汽水混合物输送管35组成一循环回路，其具体结构为：余热回收蒸发器2的输入口21与汽包3的出水口32通过供水管34相连接，余热回收蒸发器的输出口22与汽包3的汽水混合物进口33通过汽水混合物输送管35相连接，这样汽包3、供水管34、余热回收蒸发器2和汽水混合物输送管35便形成一循环回路。
本实用新型的工作原理是利用汽包中的冷却水作为冷源与高温烟气和进行热交换，在对高温烟气进行冷却的同时，产生高品质的过热蒸汽。其具体工作过程为：汽包3中储存的冷却水经供水管34进入余热回收蒸发器2，并与烟道中的高温烟气进行热交换，冷却水吸热并产生汽化，形成汽水混合物，该汽水混合物经汽水混合物输送管35输送回汽包3，并在汽包3中进行汽水分离，分离出饱和蒸汽和水，该汽水分离技术为本领域的常规技术，在此不再赘述。随后，分离出的水储存于汽包3的下部，形成可循环利用的冷却水；而分离出的饱和蒸汽(如压力为0.8～1.3MPa的饱和蒸汽，其温度为180℃～200℃)通过蒸汽输入管路13被引入至蒸汽过热器1中。由于蒸汽过热器1设置在余热回收蒸发器2的前侧，蒸汽过热器1首先与380℃～400℃的高温烟气相接触，蒸汽过热器1中的饱和蒸汽经高温烟气加热后形成温度不低于250℃～300℃(即饱和蒸汽温度以上50℃～100℃)的过热蒸汽，最后将该过热蒸汽通过蒸汽输出管路14输送至蒸汽管网加以利用。而380℃～400℃的高温烟气依次与蒸汽过热器1和余热回收蒸发器2进行热交换后，其温度可降至260℃～280℃。由此，既实现了加热炉烟气低温排放，又利用回收的热量生成了高品质的过热蒸汽。
在本实施例中，蒸汽过热器1由多个沿烟道横截面并排设置且相互连通的蛇形吸热管15构成，高温烟气沿烟道流动的过程中，能够顺序的通过蛇形吸热管15的各部分，该蒸汽过热器1的结构与现有技术的结构相同，且该蛇形吸热管15与传统的吸热管的材料和功能相同，可起到吸收高温烟气的热量的作用。蛇形吸热管的长度和截面大小，可根据实际工况进行调整，只要保证蒸汽过热器1能够吸收足够的热量。
在本实施例中，余热回收蒸发器2由多个沿烟道横截面并排设置且相互连通的吸热管组20组成，每个吸热管组由多个沿烟气流动方向顺序排布的吸热管件构成，且各相邻的吸热管件的底部相互连接，这样冷却水能够进入各个吸热管件，以保证高温烟气通过时，能够与各个吸热管件中的冷却水进行热交换，换热效率高。每个吸热管件由吸热管围接而成，其形状可以呈环形、方形或其他适宜的几何形状，只要能够保证冷却水与高温烟气的热量交换。
如图2和图4所示，进一步的，余热回收蒸发器2的吸热管组20包括四个吸热管件，该四个吸热管件沿烟气流动的方向依次设置为第一吸热管件23、第二吸热管件24、第三吸热管件25和第四吸热管件26，其中第一吸热管件23首先与烟气相接触。并且，在第四吸热管件26的上端设有输入口21，该输入口21与供水管34相连接，在第一吸热管件23、第二吸热管件24和第三吸热管件25的上端分别设有输出口22，该些输出口22与汽水混合物输送管35相连接。这样，汽包3中的冷却水经循环泵5加压后，从第四吸热管件26上端的输入口21注入余热回收蒸发器2，再经由各吸热管件的底端进入第一吸热管件23、第二吸热管件24、第三吸热管件25，冷却水与高温烟气热交换形成汽水混合物，汽水混合物再分别从第一吸热管件23、第二吸热管件24、第三吸热管件25的上端的输出口22流出至汽水混合物输送管35。由此可见，冷却水首先经第四吸热管件26向下流动，再经由底部并联设置的第三吸热管件25、第二吸热管件24、第一吸热管件23向上流动，这样使得冷却水在第四吸热管件内高速流过，产生的蒸汽量很少，可避免气泡对冷却水向下流动的不利影响。在处于高温烟气段的三个吸热管件(即从第一吸热管件23、第二吸热管件24、第三吸热管件25)处产生大量的气泡，由于水流向上流动有利于气泡被冷却水带出，从而大幅度降低了由于气泡给冷却水的流动所带来的阻力，节约了能源。
进一步的，本实用新型采用多个并排设置的蛇形吸热管15和吸热管组20，且相邻的蛇形吸热管15之间具有横向间隙；相邻的吸热管组20之间也具有横向间隙，上述横向间隙的大小根据烟道允许的阻力进行设计。这样烟气在通过蛇形吸热管15和吸热管组20时能够从间隙中穿过，烟气受到的阻力较小，使得烟气依靠自升抽力即可排出烟道外，无需设置排烟风机，节省了设备投资，降低了余热回收成本。
另外，在供水管34上设有流量控制阀门8，以控制供水管中的冷却水流量。
实施例二
请参考图6，为本实用新型实施例二的结构示意图。在本实施例中与实施例一相同的部件，采用相同的标号。
如图6所示，加热炉余热回收系统还包括与热钢坯相接触的炉内支撑管7，炉内支撑管7与汽包3之间通过输水管71和汽水混合物进管72组成循环回路，在输水管71上设有循环泵73，其结构与现有的炉内支撑梁余热回收装置的结构基本相同，在此不再赘述。与现有技术不同之处在于，由冷却水吸收支撑梁的热量而产生的汽水混合物，经汽包3分离出的饱和蒸汽不是如现有技术被直接输送到蒸汽管网中，而是将饱和蒸汽输送至蒸汽过热器1中进行加热，从而形成过热蒸汽，而后再输送至蒸汽管网中，这样提高蒸汽的品质。
在本实施例中，供水管34上的循环泵5的压力等于供水管34、余热回收蒸发器2及汽水混合物输送管35的阻力的总和，保证冷却水的正常循环流动。并且，输水管71上的循环泵73的扬程为0.3MPa～0.5MPa，使汽包3可向和炉内支撑管7供水。
本实施例的其他结构、工作原理和有益效果与实施例一相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (10)
1.一种加热炉余热回收系统，其特征在于，所述的加热炉余热回收系统包括：蒸汽过热器、余热回收蒸发器、汽包和给水装置，所述的蒸汽过热器和余热回收蒸发器沿加热炉烟道内烟气的流动方向依次设置在加热炉的烟道内；所述蒸汽过热器与所述汽包通过蒸汽输入管路相连接，所述的余热回收蒸发器与所述的汽包通过供水管和汽水混合物输送管组成一循环回路，在所述的供水管上设有循环泵，所述的给水装置与所述的汽包通过给水管相连接。
2.根据权利要求1所述的加热炉余热回收系统，其特征在于，在所述的蒸汽过热器上设有蒸汽进口和蒸汽出口，在所述汽包的上端设有蒸汽输送口，所述蒸汽过热器的蒸汽进口与所述汽包的蒸汽输送口通过所述蒸汽输入管路相连接，所述蒸汽过热器的蒸汽出口与一蒸汽输出管路相连接；在所述的余热回收蒸发器上设有输入口和输出口，所述汽包的底部和侧壁上分别设有出水口和汽水混合物进口，所述余热回收蒸发器的输入口与所述汽包的出水口通过所述供水管相连接，所述余热回收蒸发器的输出口与所述汽包的汽水混合物进口通过所述汽水混合物输送管相连接。
3.根据权利要求1所述的加热炉余热回收系统，其特征在于，所述的加热炉余热回收系统还包括与炉内热钢坯相接触的炉内支撑管，所述炉内支撑管与所述汽包通过输水管和汽水混合物进管组成循环回路，在所述的输水管上设有循环泵。
4.根据权利要求1所述的加热炉余热回收系统，其特征在于：所述的蒸汽过热器包括多个并排设置且相互连通的蛇形吸热管。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的加热炉余热回收系统，其特征在于，所述的余热回收蒸发器包括多个并排设置且相互连通的吸热管组，每个吸热管组由多个沿所述烟气流动方向顺序排布的吸热管件构成，各个吸热管件由吸热管围接而成，且相邻的吸热管件的底部相互连接。
6.根据权利要求5所述的加热炉余热回收系统，其特征在于，所述多个蛇形吸热管中相邻的蛇形吸热管之间具有横向间隙；且所述多个吸热管组中相邻的吸热管组之间也具有横向间隙。
7.根据权利要求5所述的加热炉余热回收系统，其特征在于，所述的余热回收蒸发器的吸热管组包括四个吸热管件，该四个吸热管件沿所述烟气流动的方向依次为第一吸热管件、第二吸热管件、第三吸热管件和第四吸热管件，在所述的第四吸热管件的上端设有所述输入口，所述输入口与所述供水管相连接，在所述的第一吸热管件、第二吸热管件和第三吸热管件的上端分别设有所述输出口，所述输出口与所述汽水混合物输送管相连接。
8.根据权利要求7所述的加热炉余热回收系统，其特征在于，所述多个蛇形吸热管中相邻的蛇形吸热管之间具有一定间隙；且所述多个吸热管组中相邻的吸热管组之间也具有一定间隙。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的加热炉余热回收系统，其特征在于，所述供水管上的循环泵的压力等于所述供水管、余热回收蒸发器及汽水混合物输送管的阻力的总和。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的加热炉余热回收系统，其特征在于，在所述的供水管上设有流量控制阀门。
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