CN201740408U - 带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统 - Google Patents

带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统 Download PDF

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杨宏宜
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方明
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Abstract

带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统,包括蜂窝蓄热沉降室、下进风式余热锅炉、除氧器、分汽缸、喷雾冷却塔、布袋除尘器、引风机和放散烟囱,其特征在于,电炉烟气的水冷烟道出口处设置高温三通阀,高温三通阀通往余热回收系统的一侧通过烟气管道与冷风阀连接,冷风阀与蜂窝蓄热沉降室连接,烟气经过蓄热沉降室粗除尘、蓄热后,送至下进风式余热锅炉,余热锅炉的烟气出口与布袋除尘器相连接,布袋除尘器的烟气出口与引风机连接,引风机与放散烟囱连接。

Description

带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统 
技术领域
本实用新型属于钢铁冶金行业的烟气余热回收利用技术领域,特别是涉及带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统。 
背景技术
钢铁、有色金属冶炼制造业是一个高能耗产业,每年需要消耗大量的二次能源——电力,虽然随着电热、电解技术的发展,系统热效率得到了较大的提高,但仍有大量的中、低温烟气余热未能被充分利用,这部分热量约占电炉冶炼系统总热耗量的30%左右,造成大量的余热资源浪费。随着中国GDP的快速增长,能源供应紧张的状态日趋明显,特别是从2004年开始,中国的煤炭、电力价格不断上涨,冶炼制造业作为高能耗产业,成本上涨的压力越来越大。为了进一步充分利用这些中、低品位的余热资源,对电炉进行改造,建设纯中、低温烟气余热回收利用工程,一方面可以综合利用电炉生产线排放的余热资源,回收中、低温烟气的热量变废为宝,降低企业生产成本和提高经济效益,部分缓解生产用电紧张的形势,提高企业的竞争能力,另一方面可降低排烟温度和排尘浓度,节约能源,减少对环境的污染和温室效应。 
目前,国内运行的电炉烟气除尘系统只是解决了电炉生产对环境造成的污染问题而没有有效利用烟气中的余热资源。现有的电炉烟气除尘系统,如图1所示,包括喷雾冷却塔、布袋除尘器、和放散烟囱以及相关辅助设备,烟气从电炉的全封闭或半封闭烟罩经水冷烟道送入喷雾冷却塔,冷却后进入布袋除尘器除尘,最后从放散烟囱排出。 
针对电炉烟气中所蕴含余热资源的回收,国内科研院所以及钢铁冶金企业均作过大量的研究与探索,但都没有取得实质性的突破。电炉烟气余热回收系统所涉及的最大难点为作为热源的高温烟气在电炉生产过程中非常的不稳定,其流量和温度都有剧烈的波动。 
电炉烟气的特点:温度高且波动频繁,烟气瞬时量大、粉尘颗粒较细且粘附性较强,具体如下: 
1、炼钢电炉冶炼周期约为1小时,烟气参数波动较大,烟气量最大值产生于电炉吹氧和通电阶段,在电炉出钢和加料阶段,烟气量几乎为零; 
2、烟气温度呈周期性变化,烟气温度在200-1400℃之间波动; 
3、烟气中粉尘的颗粒较细,且粘附性很强。 
目前对钢铁、有色金属及铁合金冶炼等电炉排放的烟气余热处理方式主要有如下方式: 
1)直接散热排空,电炉产生的中、低温含尘烟气通过排管风冷器等冷却设备冷却后,通 过布袋除尘器等除尘设备后,直接排入环境中,造成大量的烟气余热白白浪费,且对环境造成了热污染。 
2)电炉产生的烟气通过换热器或余热蒸汽发生器(HRSG),产生饱和蒸汽或热水,供生产和生活使用,由于电炉生产工艺的波动性,造成蒸汽或热水参数的波动频繁,使得烟气的余热难以工业化利用,且利用效率很低,最终使得产生的蒸汽或热水排空、浪费。 
3)利用余热锅炉回收电炉烟气的余热,产生较低参数的饱和蒸汽,采用蒸汽蓄热器克服电炉烟气的周期性造成蒸汽参数的波动,利用饱和蒸汽推动汽轮机组进行发电。 
前两种电炉烟气处理方式,余热回收效率很低;此方式较前两种方式,余热回收效率得到了较大的提高,但是饱和蒸汽为低压蒸汽,其含湿量大,易凝结为水,发电效率不高,且不利于汽轮机组的长期稳定运行。 
发明内容
针对以上烟气余热处理方式存在的问题,本实用新型提出了带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统。在不影响电炉生产过程的前提下,利用蜂窝式蓄热沉降室,有效地克服了电炉烟气波动造成蒸汽波动频繁而难以工业化利用的困难,充分利用电炉烟气的余热资源,降低生产能耗,节约能源,提高企业产品的市场竞争力,创造了显著的环保效益和社会效益。 
为实现上述目标,本实用新型采用如下的技术方案:带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统,包括蜂窝蓄热沉降室、下进风式余热锅炉、除氧器、分汽缸、喷雾冷却塔、布袋除尘器、引风机和放散烟囱,电炉烟气的水冷烟道出口处设置高温三通阀,高温三通阀的余热回收系统一侧与冷风阀连接,冷风阀与蜂窝蓄热沉降室连接,烟气经过蜂窝蓄热沉降室初除尘、蓄热后,送至下进风式余热锅炉,余热锅炉的烟气出口与布袋除尘器相连接,布袋除尘器的烟气出口与引风机连接,引风机与放散烟囱连接;在紧急状况下,烟气经紧急旁路管道至喷雾冷却塔,喷雾冷却塔与布袋除尘器相连,烟气经过布袋除尘器后,由引风机送至放散烟囱。 
所述的余热锅炉由I级蒸发器、II级蒸发器、省煤器和汽包构成,所述的除氧器通过给水泵与省煤器入口相连,省煤器出口与汽包饱和水入口相连,汽包饱和水出口与II级蒸发器入口相连,II级蒸发器出口与I级蒸发器入口相连,I级蒸发器的出口与汽包的饱和蒸汽入口相连接,汽包的饱和蒸汽出口与分汽缸相连。 
从电炉顶部排出的烟气经半封闭烟罩收集通过水冷烟道,由高温三通阀,接至冷风阀,烟气进入蜂窝蓄热沉降室,经过蜂窝蓄热单元的蓄热,利用重力沉降初步除去烟气中部分的含尘颗粒,引入自带沉降段的下进风式余热锅炉,在余热锅炉中换热产生饱和蒸汽,并进一步粗除尘,换热冷却后的烟气(温度低于180℃),进入布袋除尘器进行精除尘后,经过引风机送至放散烟囱处理后排到大气中。 
为了克服电炉生产的周期造成电炉烟气参数波动频繁的问题,本实用新型利用冷风阀,控制掺入系统的冷风量,保证进入余热锅炉的烟气量相对连续。在电炉的生产周期(约一个小时)中,前期(10-20min内,电炉烟气的温度约为700-800℃),关闭或者微开冷风阀,保证电炉烟气至蓄热沉降室对蜂窝蓄热单元组加热储能;电炉生产后期,烟气流量和温度逐渐下降,逐步调整冷风阀的开度,掺入部分冷空气进入烟气中,在蓄热沉降室,利用高温的蜂窝蓄热单元组对其进行加热,再送至余热锅炉产生蒸汽。 
所述的沉降蓄热室采用十字砖结构,利用耐火砖砌筑而成,蓄热室内为若干蜂窝状蓄热单元组,蓄热室下部为沉降灰斗。 
所述的下进风式余热锅炉入口处设有均流导流板,采用立式结构,自然循环,底部布置有沉降段,烟气自锅炉下部进入,上部排出。 
所述的余热锅炉设有钢珠清灰装置,钢珠清灰装置包括钢珠、输送分配装置和收集装置,钢珠经过输送分配装置进入余热锅炉,然后通过其顶部钢珠分配装置下落到余热锅炉内,钢珠在受热面之间经过碰撞,将受热面上的积灰清除,钢珠最终落入余热锅炉底部的收集装置,再通过输送、提升、分配装置回到余热锅炉顶部,再进行下一次循环。 
在所述电炉烟气余热回收系统设有烟气紧急旁路系统,在电炉和余热锅炉之间的管道上设有高温三通阀,高温切换阀的紧急旁路出口与喷雾冷却塔入口相连,喷雾冷却塔的出口与布袋除尘器入口相连接。当余热回收系统出现故障或者需要检修时,打开高温三通阀切换至旁路系统,使烟气经过旁路管道进入喷雾冷却塔进行冷却,同时部分除尘后,再到布袋除尘器进一步除尘后经放散烟囱排放到大气中,确保电炉炼钢生产过程正常运行。 
进一步地,对于两台或多台电炉的烟气的余热回收系统,本实用新型的余热回收系统技术方案依然适用,可采用一台电炉设置一套蜂窝蓄热沉降室和一台余热锅炉的方案,两台或多台余热锅炉的饱和蒸汽汇入分汽缸,通过分汽缸向下游热用户供汽。 
电炉烟气余热回收系统产生的饱和蒸汽,可用于炼钢工艺过程的用汽,也可以进一步加热为过热蒸汽,进行发电,将低品位的余热资源转变为高品质的电能,供炼钢企业的自用电。 
由于采用了上述的技术方案,本实用新型具有以下优点: 
1、本实用新型采用蜂窝蓄热沉降室,利用蜂窝蓄热单元对烟气进行蓄热,克服电炉烟气参数波动的不利影响,保证了余热锅炉能够稳定运行;同时降低烟气流速,利用重力惯性进行除尘,解决了高温除尘问题。 
2、本实用新型的自带沉降段的余热锅炉,采用下进风的方式,利用重力惯性进行粗除尘,并降低烟气流速,取消了外置沉降室,减少了设备的占地面积,减少了投资成本,更重要的 是减少了烟气的散热损失,提高了余热回收效率。 
3、本实用新型设有烟气旁路系统,当余热回收系统出现故障或者需要检修时,烟气经过旁路管道进入喷雾冷却塔进行部分除尘、冷却后,再到布袋除尘器除尘后排放到大气中,保证炼钢工艺正常运行。 
附图说明
图1是改造前电炉烟气净化系统示意图。 
图2是本实用新型实施例1结构示意图。 
图3是包括两台或多台电炉烟气余热回收系统工艺图。 
除了在附图中标注的文字外,其他分别为:1-电极;2-水冷烟道;3-电炉;4-高温三通阀;5-冷风阀;6-蜂窝蓄热沉降室;7-余热锅炉;71-I级蒸发器;72-II级蒸发器;73-省煤器;8-汽包;9-喷雾冷却塔;10-锅炉给水泵;11-布袋除尘器;12-引风机;13-放散烟囱;14-除氧器;15-分汽缸。 
具体实施方式
为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合实施案例和附图对本实用新型作进一步的说明。 
实施例 
如图2所示,带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统,主要包括蜂窝蓄热沉降室6、下进风式余热锅炉7、除氧器14、分汽缸15、喷雾冷却塔9、布袋除尘器11、放散烟囱13,所述的电炉烟气余热回收系统,电炉烟气的水冷烟道2出口处设置高温三通阀4,高温三通阀4连接余热回收系统和紧急旁路系统;高温三通阀4的余热回收系统一侧与冷风阀5连接,冷风阀5经管道与蜂窝蓄热沉降室6连接,烟气经过蜂窝蓄热沉降室6粗除尘、蓄热后,送至下进风式余热锅炉7,余热锅炉7的烟气出口与布袋除尘器11相连接,布袋除尘器11的烟气出口与引风机12连接,引风机12与放散烟囱13连接;在紧急状况下,烟气经紧急旁路管道至喷雾冷却塔9,喷雾冷却塔9与布袋除尘器11相连,烟气经过布袋除尘器11后,由引风机12送至放散烟囱13。 
所述的余热锅炉由I级蒸发器71、II级蒸发器72、省煤器73和汽包8构成,所述的除氧器14通过给水泵10与省煤器73入口相连,省煤器73出口与汽包8饱和水入口相连,汽包8饱和水出口与II级蒸发器72入口相连,II级蒸发器72出口与汽包8饱和蒸汽入口相连,汽包8的饱和蒸汽出口与I级蒸发器71入口相连,I级蒸发器71的出口与分汽缸15相连。 
电炉烟气余热回收系统的工作流程如下:在电炉3炼钢周期的前期,从电炉3顶部排出的烟气经半封闭烟罩收集,经水冷烟道2,送入蜂窝蓄热沉降室6中加热蜂窝蓄热单元组, 储蓄部分热量,并利用重力惯性对烟气中的含尘颗粒进行初步沉降,烟气从蓄热沉降室出口进入自带沉降段的下进风式余热锅炉,产生饱和蒸汽,送至分汽缸14,向热用户供汽;在电炉3炼钢周期的后期,当电炉烟气的流量和温度低于一定程度时,逐步调大冷风阀的开度,在蓄热后的蓄热沉降室内,高温的蜂窝蓄热单元组对掺入冷空气的电炉烟气加热,之后烟气进入余热锅炉换热产生饱和蒸汽,送至分汽缸。 
此外,净化处理过的软水送至除氧器14,经给水泵10将除氧后的给水送至省煤器73预热,锅炉给水加热后送至汽包8,汽包8再将饱和水送至II级蒸发器72,产生一定参数的饱和蒸汽,饱和蒸汽送至I级蒸发器71,I级蒸发器71加热饱和蒸汽后,将蒸汽送至汽包8中。 
本实用新型设置了紧急烟气旁路系统,当烟气余热回收系统出现故障或者需要检修时,打开高温三通阀4切换至旁路管道,使烟气经过旁路管道进入喷雾冷却塔9进行降温冷却和部分除尘,电炉烟气再至布袋除尘器11进一步除尘后,由引风机12送至放散烟囱13处理后排放到大气中,确保电炉炼钢生产正常运行。 
具体实施时,本实用新型采用的是下进风式余热锅炉6从其下部一侧进入炉膛内,为优化锅炉进风处的流场,提高余热锅炉6换热效率,在余热锅炉6入口处设置若干导流板,均化烟气流动,保证锅炉受热面的均匀换热,同时利用重力惯性对烟气中粉尘颗粒进行分离而部分除尘,同时利用钢珠(滚珠)清灰装置,及时清除锅炉受热面上的积灰,提高余热锅炉的换热效率,保证锅炉稳定、安全、高效运行,延长系统设备使用寿命。 
如图3所示,两台或多台电炉3的烟气余热回收系统,烟气分别接入各自的蓄热沉降室6、余热锅炉7、汽包8、布袋除尘器11、引风机12和放散烟囱13,两台或多台余热锅炉7产生的蒸汽一并汇入分汽缸15,向热用户供汽。 
以上所述,只是本实用新型的一则实施案例,并非对本实用新型作任何形式的限制,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化等,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。 

Claims (6)

1.带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统,包括蜂窝蓄热沉降室、下进风式余热锅炉、除氧器、分汽缸、喷雾冷却塔、布袋除尘器、引风机和放散烟囱,其特征在于,电炉烟气的水冷烟道出口处设置高温三通阀,高温三通阀通往余热回收系统的一侧通过烟气管道与冷风阀连接,冷风阀与蜂窝蓄热沉降室连接,烟气经过蓄热沉降室粗除尘、蓄热后,送至下进风式余热锅炉,余热锅炉的烟气出口与布袋除尘器相连接,布袋除尘器的烟气出口与引风机连接,引风机与放散烟囱连接。
2.根据权利要求1所述的带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统,其特征在于,所述的余热锅炉由I级蒸发器、II级蒸发器、省煤器和汽包构成,所述的除氧器通过给水泵与省煤器入口相连,省煤器出口与汽包饱和水入口相连,汽包饱和水出口与II级蒸发器入口相连,II级蒸发器出口与I级蒸发器入口相连,I级蒸发器的出口与汽包的饱和蒸汽入口相连接,汽包的饱和蒸汽出口与分汽缸相连。
3.根据权利要求1所述的带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统,其特征在于,所述的沉降蓄热室采用十字砖结构,利用耐火砖砌筑而成,蓄热室内为若干蜂窝状蓄热单元组,蓄热室下部为沉降灰斗。
4.根据权利要求1所述的带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统,其特征在于,所述的下进风式余热锅炉入口处设有均流导流板,采用立式结构,自然循环,底部布置有沉降段,烟气自锅炉下部进入,上部排出。
5.根据权利要求1所述的带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统,其特征在于,所述的余热锅炉设有钢珠清灰装置,钢珠清灰装置包括钢珠、输送分配装置和收集装置,钢珠经过输送分配装置进入余热锅炉,然后通过其顶部钢珠分配装置下落到余热锅炉内。
6.根据权利要求1所述的带有沉降蓄热室的电炉烟气余热回收系统,其特征在于,所述余热回收系统设有烟气旁路系统,该烟气旁路系统包括:在电炉与余热锅炉之间的管道上设有高温三通阀,高温三通阀的旁路接口通过管道与喷雾冷却塔连接,喷雾冷却塔的出口与布袋除尘器相连。 
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