CN201754032U - 电炉烟气余热锅炉 - Google Patents

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胡帆
史庆玺
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Abstract

本实用新型公开了一种电炉烟气余热锅炉,包括第一通道、卸灰装置、第二通道、过热器和锅筒,其中,第一通道的一端设置有进气口,进气口连接至矿石电热还原炉的排气口,另一端与第二通道的一端连接,第一通道用于将来自排气口的烟气输送至第二通道;卸灰装置于第一通道连通,且卸灰装置用于容纳烟气在第一通道中传输时沉降的粉尘,并排出容纳的粉尘;过热器与锅筒连接,过热器设置于第二通道处,过热器用于利用输送至第二通道的烟气对来自锅筒的饱和蒸汽进行加热,并输出加热后得到的过热蒸汽;第二通道用于将其中传输的对来自锅筒的饱和蒸汽进行加热后的烟气排出。本实用新型能够利用矿石电热还原炉排出的烟气对来自锅筒的饱和蒸汽进行加热。

Description

电炉烟气余热锅炉
技术领域
本实用新型涉及热能动力领域,尤其涉及一种电炉烟气余热锅炉。
背景技术
铁合金冶炼过程是一个在高温环境下进行的物理化学变化过程,冶炼厂大多使用能达到所需高温的矿石电热还原炉(也可称为矿热炉、电炉或铁合金电炉),其工艺过程主要为:将还原剂(例如,焦炭等)、调节剂(例如,钢屑等)、待冶炼矿石(例如,硅石等)等按照一定比例混合均匀配成炉料后送入电炉内;电炉电极放出电弧,将电能转变成热能,形成高温区;硅石和炭质还原剂在高温环境下进行还原反应,硅石中的SiO2被还原为液态Si,同时生成CO、SiO和Si蒸气等,统称炉气,其中,CO的含量约占60~80%;每间隔2小时左右,熔融状态的金属Si流出电炉,接着经浇铸、精整等工艺形成硅铁。
炉气经料层逸出时,大部分的CO与炉口浸入的空气氧化合生成CO2,并产生一定温度的烟气余热,通常,烟气会被直接排走,而排走的烟气往往要带走相当大的一部分热量,例如,在多种矿石电热还原炉中,半封闭式电炉排出的废气带走的热量相当于输入电能总量的40%~50%,但是目前却很少有人提出对烟气的余热进行再利用,导致烟气中的热量被浪费。
目前,针对烟气的热回收,已经提出了一些解决方案,例如,已经提出了一种硅铁矿热炉低温烟气余热发电锅炉,这种余热锅炉采用卧式结构,蒸发器采用强制循环,为了避免锅炉的管壁上沉积烟气中携带的粉尘,还在管束下设置机械振打装置,可以通过振击管道来清落粉尘。
但是,在上述锅炉的应用当中,烟气是直接进入锅炉的,由于烟气中含有大量粉尘,因此,烟气中的粉尘会明显降低锅炉的换热系数,导致烟气余热利用率低的问题;此外,在进行强制循环的过程中,使用者需要额外设置并运行给水泵,因此会增加使用的成本,并且会增加厂用电率,无法有效达到节能的目的。
针对相关技术中无法有效利用烟气中余热而导致资源大量浪费的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
针对相关技术中无法有效利用烟气中余热而导致资源大量浪费的问题,本实用新型提供了一种电炉烟气余热锅炉,能够有效利用烟气中剩余的热量对需要加热的饱和蒸汽进行加热,从而有效提高了资源的利用,节省了成本。
根据本实用新型,提供了一种电炉烟气余热锅炉,用于利用矿石电热还原炉排出的烟气对待加热的饱和蒸汽进行加热。
该电炉烟气余热锅炉包括第一通道、卸灰装置、第二通道、过热器和锅筒,其中,所述第一通道的一端设置有进气口,所述进气口连接至所述矿石电热还原炉的排气口,另一端与所述第二通道的一端连接,所述第一通道用于将来自所述排气口的烟气输送至所述第二通道;所述卸灰装置于所述第一通道连通,且所述卸灰装置用于容纳烟气在所述第一通道中传输时沉降的粉尘,并排出容纳的所述粉尘;所述过热器与所述锅筒连接,所述过热器设置于所述第二通道处,所述过热器用于利用输送至所述第二通道的烟气对来自所述锅筒的饱和蒸汽进行加热,并输出加热后得到的过热蒸汽;所述第二通道用于将其中传输的对来自所述锅筒的饱和蒸汽进行加热后的烟气排出。
该电炉烟气余热锅炉可以进一步包括可调节热水器、省煤器和蒸发器,所述可调节热水器与所述省煤器连接,所述省煤器和所述蒸发器与所述锅筒连接,其中,所述可调节热水器具有工质入口,并用于将外界经所述工质入口输入的水输送至所述省煤器;所述省煤器用于对来自所述可调节热水器的水进行加热,并将加热后的水输送至所述锅筒,由所述锅筒将加热后的水输送给所述蒸发器;所述蒸发器用于将来自所述锅筒的水转换为饱和蒸汽,并将所述饱和蒸汽输送给所述锅筒,由所述锅筒将所述饱和蒸汽进一步提供给所述过热器。
并且,所述第一通道基本垂直于水平面设置,且所述卸灰装置设置在所述第一通道的下方。进一步地,所述第一通道与所述第二通道并列设置。
其中,一方面,所述第一通道可以与所述第二通道在顶部彼此连通,所述进气口设置在所述第一通道与所述第二通道连通处的下方,且所述进气口沿水平方向将所述烟气引入所述第一通道,所述卸灰装置设置在烟气向所述第一通道的顶部流动的弯折处。
另一方面,所述第一通道还可以与所述第二通道在底部彼此连通,所述进气口设置在所述第一通道与所述第二通道连通处的上方,并且,所述卸灰装置设置在所述第一通道与所述第二通道连通处。
优选地,该电炉烟气余热锅炉可以进一步包括燃气脉冲吹灰装置和钢珠清灰装置,其中,所述第二通道的壁上设置有至少一个气孔,所述燃气脉冲吹灰装置用于通过所述至少一个气孔向所述第二通道内输送可燃气体;所述钢珠清灰装置设置于所述过热器上方,所述钢珠清灰装置设置用于向所述过热器的对流换热受热面排放用于清灰的钢珠。
可选地,所述卸灰装置为卸灰阀、加湿搅拌机、或其结合。
优选地,所述过热器设置于所述第二通道的管道空间内,且所述过热器通过与所述烟气接触的对流换热受热面对所述饱和蒸汽加热,其中,对流换热受热面沿水平方向设置。
借助于本实用新型的上述技术方案,通过第一通道引入高温烟气,并通过卸灰装置对烟气进行沉降使烟气能够满足使用的要求,之后由第二通道处设置的过热器利用烟气对来自锅筒的饱和蒸汽进行加热,以便将加热后的过热蒸汽用于各种用途(例如,发电等),从而有效提高了资源的利用率,避免资源浪费,节省生产成本。
附图说明
图1是根据本实用新型实施例的电炉烟气余热锅炉的结构实例1的框图;
图2是根据本实用新型实施例的电炉烟气余热锅炉的结构实例2的框图。
具体实施方式
针对相关技术中无法有效利用烟气中余热而导致资源大量浪费的问题,本实用新型提出过第一通道引入高温烟气,并通过卸灰装置对烟气进行沉降使烟气能够满足使用的要求,之后由第二通道处设置的过热器利用烟气对来自锅筒的饱和蒸汽进行加热,以便将加热后的过热蒸汽用于各种用途(例如,发电等),从而有效提高了资源的利用率,避免资源浪费,节省生产成本。
本实用新型考虑到通常矿石电热还原炉的烟气具有如下特性:
(1)电炉烟气量的大小及温度的高低取决于炉子的容量、炉料组成、炉面状态和加料周期、混入空气的多少等因素,且通常烟气余热的温度大约在400~500℃,每吨产品产生的烟气量约25000~35000Nm3,烟气和烟气温度呈波动性,主要受冶炼炉况和半封闭烟罩操作门开闭状况的影响。当出现刺火和踏料时,烟气量将大幅度上升,而温度可上升到600~900℃;
(2)电炉烟气的主要组分是空气,并且包含硅微粉(SiO2微粉)以及少量的炉料中碳质物燃烧的产物,例如,CO2、CO、和SO2等,其中,空气经过炉罩上的开口被吸入炉面上,并且,电炉中还会携带炉料中的其他微粒和反应产物。通常,烟气的含尘量约为10g/Nm3左右,电炉烟气粉尘的主要特点是粒度极细,90%左右的粉尘粒径都在1μm以下,其中的大部分粉尘的直径为0.4~0.5μm,并由球形微粒和这些微粒的球团组成,并且,烟气中的粉尘容量较轻,约200kg/m3,因此,电炉烟气粉尘在空气中停留时间长、不易沉降、比电阻大,硅粉带油性,粘度随温度的增高而增大。
由此可见,电炉的烟气余热的烟气流量和烟气温度的波动性很大,烟气中粉尘量较大、粉尘难于处理,容易在锅炉受热面上沉积。
本实用新型就针对烟气的上述特性,提出了合理利用烟气进行工质(饱和蒸汽)加热的方案,下面将结合附图详细描述本实用新型的实施例。
根据本实用新型的实施例,提供了一种电炉烟气余热锅炉,用于利用矿石电热还原炉排出的烟气对待加热的工质(例如,可以是饱和蒸汽或水)进行加热(热交换)。
其中,根据本实用新型的电炉烟气余热锅炉包括第一通道、卸灰装置、第二通道、过热器和锅筒,其中,第一通道的一端设置有进气口,进气口连接至矿石电热还原炉的排气口,另一端与第二通道的一端连接,第一通道用于将来自排气口的烟气输送至第二通道;卸灰装置于第一通道连通,且卸灰装置用于容纳烟气在第一通道中传输时沉降的粉尘,并排出容纳的粉尘;过热器与锅筒连接,过热器设置于第二通道处,过热器用于利用输送至第二通道的烟气对来自锅筒的饱和蒸汽进行加热,并输出加热后得到的过热蒸汽(例如,可以将加热后的过热蒸汽输出到热发电机以进行发电);第二通道用于将其中传输的对来自锅筒的饱和蒸汽进行加热后的烟气排出。
通过上述电炉烟气余热锅炉,能够借助第一通道对烟气中的粉尘进行沉降,使得在第二通道对进行热回收时的烟气中的粉尘含量明显降低,有效提高热交换的效率,从而能够更加高效地利用烟气中的热量。
根据本实施例的电炉烟气余热锅炉可以进一步包括可调节热水器、省煤器和蒸发器,可调节热水器与省煤器连接,省煤器和蒸发器与锅筒连接,其中,可调节热水器具有工质入口,并用于将外界经工质入口输入的工质(例如,此时的工质可以是水)输送至省煤器;省煤器用于对来自可调节热水器的工质进行加热,并将加热后的工质输送至锅筒,由锅筒将加热后的工质输送给蒸发器;蒸发器用于将来自锅筒的工质转换为饱和蒸汽,并将饱和蒸汽输送给锅筒,由锅筒将饱和蒸汽进一步提供给过热器。
优选地,沿着第二通道中烟气流动的方向,可以依次设置过热器→蒸发器→省煤器→可调节热水器,使得以上四个部件能够以最优的方式利用烟气中的热量,根据实际需要,也可以对上述四个部件的设置顺序进行变更,本文不再一一列举。
优选地,为了保证烟气中的粉尘能够较好地沉降,可以将第一通道基本垂直于水平面设置,且卸灰装置设置在第一通道的下方。并且,第一通道与第二通道并列设置(且两者可以临近设置),第一通道和第二通道既可以平行设置,也可以呈一定角度。并且,过热器、蒸发器、省煤器以及可调节热水器均可以与第二通道内的烟气进行热交换,为了保证热交换的效果,这四个部件均可设置在第二通道内,且这四个部件均可以包含对流换热受热面,且对流换热受热面可以沿水平方向设置,保证与第二通道内的烟气进行接触,提高加热的效率;此外,对于过热器、蒸发器、省煤器以及可调节热水器的对流换热受热面,可以设置为一组或多组,具体可以根据实际需求确定。
可选地,上述卸灰装置可以为卸灰阀、加湿搅拌机等,为了提高清灰的效率,还可以对多种用于清灰的装置进行组合使用,并且,为了保证热交换的效率,可以采用多种清灰方式对过热器等部件进行清灰,优选地,可以同时采用钢珠清灰和燃气脉冲吹灰方式。在之前背景技术部分列举的硅铁矿热炉低温烟气余热发电锅炉中,虽然可以通过机械振打装置进行清灰,但是由于烟气中携带的粉尘具有一定的粘性,因此这种振打的清灰方式只能够清掉沉积在部件管壁最外层的粉尘,不能达到良好的清灰效果,影响换热效率,而采用本申请提出的钢珠清灰和燃气脉冲吹灰的组合方式进行清灰,就能够彻底地将过热器等部件的换热面上沉积的粉尘清除掉,达到良好的清灰效果,提高锅炉的换热效率。
此时,根据本实用新型的锅炉可以进一步包括燃气脉冲吹灰装置和钢珠清灰装置,其中,第二通道的壁上设置有至少一个气孔,燃气脉冲吹灰装置用于通过至少一个气孔向第二通道内输送可燃气体,可燃气体在烟气的压力和温度的作用下会出现爆燃,从而将第二通道内过热器、蒸发器、省煤器以及可调节热水器的对流换热受热面处沉积的粉尘吹掉,根据可燃气体爆炸所能够影响到的范围,可以选择第二通道的壁上需要设置气孔的位置,以保证对上述四个部件均能够进行吹灰。
另外,钢珠清灰装置设置于过热器上方,优选地,钢珠清灰装置可以设置于在第二通道的顶部,位于过热器、蒸发器、省煤器以及可调节热水器的上方,钢珠清灰装置用于向上述四个部件的对流换热受热面排放用于清灰的钢珠,其中,钢珠可以在重力的作用下下落至各个部件的对流换热受热面,从而砸落对流换热受热面上沉积的粉尘,其中,钢珠的尺寸大小应当根据粉尘的粘性来选择,并且,钢珠的尺寸不能过大,避免掉落的钢珠损坏上述的四个部件的对流换热受热面以及第二通道。由于钢珠最终会落到第二通道的最底部因此,可选地,还可以在第二通道的最底部设置用于存储和回收钢珠的回收装置,该回收装置能够将通过燃气脉冲吹灰装置和钢珠清灰装置清落的粉尘与钢珠区分开,并且能够将存储的钢珠输送至第二通道顶部的钢珠清灰装置,以便实现钢珠的重复利用。
应当注意,具体应当如何选择和组装清灰装置,以及如何选择清灰的方式是本领域技术人员所公知的,本文不再一一列举。
下面将结合具体的实例描述本实用新型的技术方案。
实例1
在本实例中,电炉烟气余热锅炉包括沉降烟道(即,上述的第一通道)2、过热器3、蒸发器4、省煤器5、可调节热水器6、灰斗7、烟气出口8、锅筒9、集箱10、第二通道11,其中,沉降烟道包括进气口1,而过热器3、蒸发器4、省煤器5和可调节热水器6设置在第二通道11中。
沉降烟道2与第二通道11在底部彼此连通,进气口1设置在沉降烟道2与第二通道11连通处的上方,并且,灰斗(即,上述的卸灰装置,其中,灰斗可以包含卸灰阀(未示出))7设置在沉降烟道2与第二通道11的连通处。
在进行加热(即,烟气与工质进行热交换)时,烟气从进气口1水平(或沿着基本水平的方向)进入沉降烟道2,由于烟气在流入灰斗7之前的流向为向下,而之后需要向上才能流入第二通道11,因此,烟气中的粉尘会沉降在灰斗7中,即,对烟气进行了粉尘分离,提高在第二通道中进行烟气余热回收的效率;然后,烟气进入过热器3、蒸发器4、省煤器5和可调节热水器6,烟气余热和这些部件内的工质(例如,可以是水或蒸气)进行热交换,最后从烟气出口8排出;烟气粉尘在过热器3、蒸发器4、省煤器5和可调节热水器6的受热面管子上产生积灰可以通过组合式清灰方式进行清灰,清除下来的灰将会落入灰斗7中。
另外,在上述锅炉进行工作时,工质(此时可以是液态)会沿着图中所示的X方向流入可调节热水器6中;之后经由集箱10从可调节热水器6进入省煤器5;之后从煤器5流入锅筒9;再由锅筒9流入蒸发器4,在蒸发器4内工质会从液态变为气态(饱和蒸汽,也可能会包含一定量的液态工质),之后会流回锅筒9,在由锅筒9流入过热器3中,在过热器3中得到第二通道11中烟气的加热,最后沿着Y方向从过热器3的工质出口(未示出)放出,例如,可以流入热发电机,以便利用加热后得到的过热蒸汽进行发电。并且,根据本实用新型的锅炉中的工质可以反复使用,即,经由工质出口输出的过热蒸汽在使用后会变为水,并经由工质入口重新流入可调节热水器中,之后,继续按照上述方式在锅筒以及蒸发器、省煤器、过热器中流动。
其中,可以通过中间通道实现沉降烟道2与第二通道11的连接,此时,中间烟道可以与图1中所示的灰斗呈一体设置。
优选地,钢珠清灰装置(未示出)可以设置在第二通道11在垂直方向上的最顶部,钢珠回收装置(未示出)可以设置在灰斗7处。
实例2
在本实例中,电炉烟气余热锅炉同样包括沉降烟道(即,上述的第一通道)2、过热器3、蒸发器4、省煤器5、可调节热水器6、灰斗7、烟气出口8、锅筒9、集箱10、第二通道11,其中,沉降烟道2包括进气口1,而过热器3、蒸发器4、省煤器5和可调节热水器6设置在第二通道11中。
本实例的锅炉与上一实例中锅炉的区别在于,沉降烟道2与第二通道11在顶部彼此连通,进气口1设置在沉降烟道2与第二通道11连通处的下方,且进气口1沿水平方向(或基本水平的方向)将烟气引入沉降烟道2,灰斗7则设置在烟气向沉降烟道2的顶部流动的弯折处。
由于烟气沿着基本水平的方向进入沉降烟道2,之后向需要沉降烟道2的顶部流动,因此,在烟气流动的转弯处设置灰斗7,能够有效避免粉尘进入第二通道11,防止粉尘损坏过热器等部件,提高烟气热回收过程换热的效率,具体的烟气流动方式以及工质的流动方式均可以参照上一实例中的描述,这里不再重复。
可选地,为了减小烟气在传输过程中的热量损耗,在沉降烟道与第二通道在延伸方向上重合且相对的部分,沉降烟道和第二通道的管壁可以合一设置,即,两者可以共用同一管壁。
此外,在实际应用中,为了保证经由烟气出口8排出的烟气的温度足够高,以避免烟气对环境带来污染,可以在第二通道内烟气温度不足时通过阀门等装置,避免烟气流经可调节热水器,从而防止可调节热水器进一步降低烟气的温度,因此,通过可调节热水器能够有效应对烟气余热的大幅度波动的情况,同时也能够解决现有技术中的硅铁矿热炉低温烟气余热发电锅炉无法对排烟温度进行调节的问题。并且,通过上述方式设置的蒸发器等部件,能够在不采用给水泵的前提下就实现工质的自然循环,从而进一步节省成本和能源。
应当注意,以上列举的工质流动方向、以及过热器、蒸发器、省煤器、可调节热水器、锅筒之间的连接关系仅仅是具体的实例,并不应用限定本实用新型,本领域技术人员可以根据实际需求对图1和2中所示的结构进行改进和变形。并且,上述的过热器、蒸发器、省煤器以及可调节热水器中的一个或多个可以通过其他各种能够实现类似功能的部件进行替换,并且可以根据需要将其中的多个进行合一设置,本文不再一一列举具体的改变方式。
此外,为了进一步减少进入第二通道的烟气中的粉尘量,可以将第一通道设置为具有多个弯折结构(例如,可以呈S形),并在每个弯折处的下方均设置卸灰装置,这样,在烟气从进气口进入电炉烟气余热锅炉后,会经过多次转弯后流入第二通道,从而可以对烟气中的粉尘进行多次沉降,进一步减轻粉尘在受热面的积灰程度,提高换热效率。
综上所述,借助于本实用新型的上述技术方案,通过第一通道引入高温烟气,并通过卸灰装置对烟气进行沉降使烟气能够满足使用的要求,之后由第二通道处设置的过热器利用烟气对来自锅筒的饱和蒸汽进行加热,实现热能量的再利用,以便将加热后的过热蒸汽用于各种用途(例如,发电等),从而有效提高了资源的利用率,避免资源浪费,节省生产成本。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电炉烟气余热锅炉,用于利用矿石电热还原炉排出的烟气对待加热的饱和蒸汽进行加热,其特征在于,所述电炉烟气余热锅炉包括第一通道、卸灰装置、第二通道、过热器和锅筒,其中,
所述第一通道的一端设置有进气口,所述进气口连接至所述矿石电热还原炉的排气口,另一端与所述第二通道的一端连接,所述第一通道用于将来自所述排气口的烟气输送至所述第二通道;
所述卸灰装置于所述第一通道连通,且所述卸灰装置用于容纳烟气在所述第一通道中传输时沉降的粉尘,并排出容纳的所述粉尘;
所述过热器与所述锅筒连接,所述过热器设置于所述第二通道处,所述过热器用于利用输送至所述第二通道的烟气对来自所述锅筒的饱和蒸汽进行加热,并输出加热后得到的过热蒸汽;
所述第二通道用于将其中传输的对来自所述锅筒的饱和蒸汽进行加热后的烟气排出。
2.根据权利要求1所述的电炉烟气余热锅炉,其特征在于,进一步包括可调节热水器、省煤器和蒸发器,所述可调节热水器与所述省煤器连接,所述省煤器和所述蒸发器与所述锅筒连接,其中,所述可调节热水器具有工质入口,并用于将外界经所述工质入口输入的水输送至所述省煤器;所述省煤器用于对来自所述可调节热水器的水进行加热,并将加热后的水输送至所述锅筒,由所述锅筒将加热后的水输送给所述蒸发器;所述蒸发器用于将来自所述锅筒的水转换为饱和蒸汽,并将所述饱和蒸汽输送给所述锅筒,由所述锅筒将所述饱和蒸汽进一步提供给所述过热器。
3.根据权利要求1所述的电炉烟气余热锅炉,其特征在于,所述第一通道基本垂直于水平面设置,且所述卸灰装置设置在所述第一通道的下方。
4.根据权利要求1或3所述的电炉烟气余热锅炉,其特征在于,所述第一通道与所述第二通道并列设置。
5.根据权利要求4所述的电炉烟气余热锅炉,其特征在于,所述第一通道与所述第二通道在顶部彼此连通,所述进气口设置在所述第一通道与所述第二通道连通处的下方,且所述进气口沿水平方向将所述烟气引入所述第一通道,所述卸灰装置设置在烟气向所述第一通道的顶部流动的弯折处。
6.根据权利要求4所述的电炉烟气余热锅炉,其特征在于,所述第一通道与所述第二通道在底部彼此连通,所述进气口设置在所述第一通道与所述第二通道连通处的上方,并且,所述卸灰装置设置在所述第一通道与所述第二通道连通处。
7.根据权利要求1所述的电炉烟气余热锅炉,其特征在于,进一步包括燃气脉冲吹灰装置和钢珠清灰装置,其中,
所述第二通道的壁上设置有至少一个气孔,所述燃气脉冲吹灰装置用于通过所述至少一个气孔向所述第二通道内输送可燃气体;所述钢珠清灰装置设置于所述过热器上方,所述钢珠清灰装置设置用于向所述过热器的对流换热受热面排放用于清灰的钢珠。
8.根据权利要求1所述的电炉烟气余热锅炉,其特征在于,所述卸灰装置为卸灰阀、加湿搅拌机、或其结合。
9.根据权利要求1所述的电炉烟气余热锅炉,其特征在于,所述过热器设置于所述第二通道的管道空间内,且所述过热器通过与所述烟气接触的对流换热受热面对来自所述锅筒的所述饱和蒸汽进行加热,其中,对流换热受热面沿水平方向设置。
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