CN203869520U - 一种稳定的矿冶炉低温余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于节能、热回收技术领域，尤其涉及一种稳定的矿冶炉低温余热回收系统，可用于余热烟气高质量回收利用系统。一种稳定的矿冶炉低温余热回收系统，包括通过烟道依次连接的矿热炉、余热锅炉、热交换器、脱硫塔、风机、烟囱，所述余热锅炉旁设蓄热器，所述矿热炉与所述余热锅炉通过防坍塌的高温炉烟道连接，在所述防坍塌的高温炉烟道上还并接有补燃型防爆装置。本实用新型所提供的热回收系统更加安全可靠，更易工业使用。

Description

一种稳定的矿冶炉低温余热回收系统

技术领域

本实用新型属于节能、热回收技术领域，尤其涉及一种稳定的矿冶炉低温余热回收系统，可用于余热烟气高质量回收利用系统。

背景技术

烟气余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后的产物，或是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。按照温度品位，工业上，余热一般分为600℃以上的高温余热和300℃以下的低温余热。

低温余热量大，温度分布范围宽，占工业余热资源总量的50％以上，分布广泛，如冶金、化工、建材、机械、电力等行业，各种冶炼炉、加热炉、内燃机和锅炉的排气排烟，而且有些工业窑炉的烟气余热量甚至高达炉窑本身燃料消耗量的30％～60％，节能潜力大，是余热利用的主要研发对象。低温烟气作为低温余热的载体，排放量很大，携带热能丰富，但由于低温限制导致换热效率低、余热产品应用范围窄、利用价值低、烟气余热回收经济效益差，使得低温烟气难以得到有效利用，烟气直接排放还出现严重热污染，小范围内热污染造成城市热岛效应，导致居住环境变差，全球范围内的影响则是造成全球气候的不可预测的变化，恶化全球生存环境。

而高温余热回收利用时传热动力足，回收和利用相对容易，见效快，实现技术难度低，因此简单的高温余热的利用比较普遍，然而，目前的高温余热的回收利用停留在一种粗放式的利用，热利用效率低下获取单位重量余热产品(蒸汽)的高温余热消耗量大、浪费严重。我国拥有大量的半封闭式电弧矿冶炉，烟气温度在500℃左右，排放量大，粉尘含量大，污染大。在生产过程中，受生产工艺和设备的限制，烟气温度波动范围大，且烟气温度属于低品位热源，回收成本高，利用率低。并且，传统的余热回收系统中的这种结构装置存在较多的问题，甚至是安全隐患。

一方面，矿热炉炉膛温度较高，可达到1200℃以上。通过对高温烟气的回收利用，可以有效的节能减排，符合现在日趋紧张的环境、资源的要求，也符合国家节能减排的号召。目前，在高温炉烟气的余热回收的系统中，从矿冶电路排出的高温烟气需经烟道疏导，再进入余热锅炉等装置中进行预热回收。经过较长时间的使用，烟道的耐火材料衬体开裂、剥落、甚至大面积脱落，引起了管道管壳发红、变形甚至发生事故等严重问题，烟道的损坏直接影响到高温烟气的流通，使得整个热回收系统处于瘫痪，影响的正常的工业生产，并带来的管道维护的成本的增加。因此，高温烟道成为了矿冶电炉等高温余热回收系统中潜在的威胁，使得正常的热能回收面临严重的考验，严重威胁了余热回收的进一步流程。

烟道容易受到高温烟气气流的摩擦和冲刷作用，碳素沉积，炉料中碱金属和其他有害金属的破坏。碳素沉积是指煤气沿着砌缝和炉衬自身的透气孔侵入内衬中，在适宜的温度下，分解成二氧化碳和析出碳，这种丝状的碳在适宜条件下无限扩展，致使内衬结构松散、强度下降、龟裂而破坏。如内衬中含有Fe₂O₃，则如同催化剂一样，使其方解和析出更严重。炉料中的碱金属氧化物会与内衬形成低熔点化合物，使之更易磨损，并且形成的固体碳会破坏内衬，另外，碱金属化合物会影响内衬强度。管道材料由于承受频繁的温度波动，并且管道内的温度梯度较大，导致热应力分布不均易使内衬材料出现裂纹、开裂和剥落，从而使整个砌体损毁。

目前，虽然有针对烟道材料的技术改进，研发了高温下具有一定韧性的和较高的耐磨性，同时还能够抵御碳气氛的渗透的耐火材料。这些耐火材料具有合理的蠕变率，较好的高温热震性以抵抗管道的变形以及热应力的作用。但是，从管道本身的结构角度出发进行的改进却极少。而通过对烟道结构的合理改进，可以简单、有效的解决烟道因长时间的使用而造成塌陷的问题。

另一方面，矿热炉炉内火焰温度较高，气相化学反应十分迅速，主要燃烧产物（CO₂、H₂O和O₂）之间很快达到平衡，因此，只有当炉内局部区域运行或在低于化学当量配风时，即只有当烟气中的过剩O₂接近于零0.5%时，才会产生较多的CO（＞100ppm），在大型锅炉炉膛内，燃料/空气比率及其分布不可能十分完善，也不可能靠一般的炉内混合过程来纠正这种不均匀状态。

实际的生产过程中，由于现场工况复杂，设备运行不稳定，通过烟道进入余热锅炉的余热热源常出现温度不稳定的情况，从而导致余热锅炉不能在额定负荷下运行，甚至发生短期停机的情况，降低了发电机组运行效率，并使得发电机组安全运行无法得到保障，降低了发电机组及其他发电设备的使用寿命。而另一方面，烟道烟气中CO浓度，飞灰可燃物损失与过量空气有一致的关系，即随着过量空气的减少，CO浓度升高，飞灰可燃物损失也增加，当过量空气减少到临界点以下时，CO浓度急剧增加。当通过烟道进入余热锅炉的高温气体中CO较高时，在余热锅炉中甚至有可能发生爆炸，因此造成了很大的安全隐患。

因此，有必要开发出一种烟气余热回收系统，既简单实用，又能解决现有技术中的各个问题。通过各种用能设备及产品排放或携带出的有回收价值的多余的热能回收，达到循环经济，节能增效，促进解决环境问题，并提高能源利用率，有效地增加企业的经济效益和社会效益。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种稳定的矿冶炉低温余热回收系统。其具有防坍塌的高温炉烟道和补燃型防爆装置。该防坍塌的高温炉烟道在现有的烟道的结构上进一步的进行了结构改进，简单、有效、低成本的解决了高温烟道长期使用而造成塌陷的问题。且对于已经投入使用的传统的烟道，可通过简单的替换或加工，即可对局部进行修理、维护，具有很普遍的适用性。该补燃型防爆装置并接在余热锅炉进口端的管道上，使CO在进入锅炉炉膛之前在防暴器燃烧嘴中进行充分燃烧，从而保证了烟气进入炉膛的完全燃烧以及优化控制能使锅炉运行、也是保证最佳的过量空气之下，从而减少排烟热损失及送、引风机耗电量，提高运行效率（约0.5%），同时,控制炉内不产生局部缺风，避免由此产生严重的炉内结渣或水冷壁管金属腐蚀，对降低NO_x、SO₃的形成与排放也十分有益。总体上，相对于现有的余热回收系统，本实用新型所提供的热回收系统更加安全可靠，更易工业使用。

一种稳定的矿冶炉低温余热回收系统，包括通过烟道依次连接的矿热炉、余热锅炉、热交换器、脱硫塔、风机、烟囱，所述余热锅炉旁设蓄热器，所述矿热炉与所述余热锅炉通过防坍塌的高温炉烟道连接，在所述防坍塌的高温炉烟道上还并接有补燃型防爆装置。

优选的，所述防坍塌的高温炉烟道包括管道和管道的支撑底座，所述管道包括由内到外的金属管道和保温层，所述支撑底座沿着平行于管道主轴线的方向设置在所述管道的下方，并与管道下部固定连接，在所述金属管道的外表面还设置有螺旋形钢带或钢条，所述螺旋形钢带或钢条的主轴线与所述金属管道的主轴线共线。

金属管道外表面设置的螺旋形钢带或钢条构成成了金属管道的腰筋，可以有效的承受和分散烟道因为结垢而导致的局部过高的压力，减缓和防止了烟道局部的变形，有效防止了烟道的坍塌。

优选的，在所述金属管道所述支撑底座之间的保温层部分中，还设置有瓦形支撑板，所述瓦形支撑板沿着平行于金属管道主轴线的方向排布，且所述瓦形支撑板的内弧面与所述金属管道的外壁紧密贴合。

保温层因为材质的原因，长期受支撑力的影响容易变形，变形后导致烟道的金属管道的下部受理不均，容易变形、碎裂，导致烟道坍塌。通过设置瓦形支撑板，可以在保温层变形后进一步保护金属管道的下部，有效减缓和防止烟道的坍塌。

更优选的，所述支撑底座设置于所述螺旋形钢带或钢条的相邻的两牙之间。

优选的，所述补燃型防爆装置包括圆管状的外壁和封闭了所述外壁的一端的底板，在所述外壁和所述底板合围成的空间内设置圆管状的中层导热壁，所述中层导热壁的一端被所述底板封闭，且所述外壁和所述中层导热壁共轴线，所述外壁、所述中层导热壁和所述底板合围成的一端封闭、另一端开口的圆管状空间构成热交换室，在所述中层导热壁和所述底板合围成的空间内还设置有圆管状的内保温薄壁，所述中层导热壁和所述内保温薄壁共轴线。

所述中层导热壁远离所述底板的一端和所述内保温薄壁远离所述底板的一端共同连接有一个环形的顶盖，由所述底板、所述顶盖、所述内保温薄壁和所述中层导热壁共同合围成的圆管状的密闭空间构成进气室，在所述底板上设置有伸入到所述进气室内的进气管。

所述底板和所述内保温薄壁合围成的一端封闭一端开口的圆柱形的空间构成燃烧室，所述底板上还设置有燃烧嘴伸入到所述燃烧室内的燃烧器，在所述内保温薄壁上设置有连通所述进气室和所述燃烧室的通气孔，所述通气孔沿着所述内保温薄壁的轴向均匀分布。

优选的，在所述燃烧室内远离所述底板的一端设置有滤网。

更优选的，在所述烟道的一侧对应于所述补燃型防爆装置的燃烧室的部位设置有燃烧室开口，所述燃烧室与所述烟道通过所述燃烧室开口连通；在所述烟道的一侧对应于所述补燃型防爆装置的热交换室的部位设置有热交换室开口，所述热交换室与所述烟道通过所述热交换室开口连通。

优选的，在所述烟道内还设置有将烟道内的气流导向所述燃烧室内部的导流板。

设置有所述补燃型防爆装置的余热回收烟道的工作原理为：烟道内部的450℃左右的烟气由抽气泵带动在烟道内部流动。当经过导流板时，烟道内部还有较高的CO的烟气流向燃烧室内部。同时，进气管不断向进气室送入氧气含量较高的空气。空气经由均匀分布的通气孔，均匀的与燃烧室内的高温烟气混合。之后燃烧器工作，烟气中的可燃气体燃烧，可除去CO。在CO燃烧的过程中，CO的化学能得到回收。其释放的热量补充了混合进入燃烧室内的常温空气带来的降温，使得烟气与空气的混合气体在燃烧反应后仍然具有较高的温度，以满足余热锅炉的用气需要。同时，所设置的内保温薄壁可以有效的防止燃烧室内的气体和进气室内的空气进行热交换。而另一方面，烟道内的高温烟气会聚集于热交换室内，其热量通过中层导热壁传递给进气室的低温空气，使得进气室的低温空气在进入燃烧室之前就过得加热，更利于燃烧室内部CO的燃烧。

附图说明

图1为本实用新型所提供的余热回收系统的系统示意图。

图2为本实用新型所提供的余热回收系统的防坍塌的高温炉烟道的轴截面示意图。

图3为本实用新型所提供的余热回收系统的防坍塌的高温炉烟道的立体结构示意图。

图4为本实用新型所提供的余热回收系统的设置有补燃型防爆器的烟道内部结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、矿热炉，2、余热锅炉，3、热交换器，4、脱硫塔，5、风机，6、烟囱，7、蓄热器，8、防坍塌的高温炉烟道，9、补燃型防爆器，11、金属管身，12、保温层，13、支撑底座，14、螺旋形钢带或钢条，15、瓦形支撑板，16、主轴线，22、外壁，23、底板，24、中层导热壁，25、热交换室，26、内保温薄壁，27、顶盖，28、进气室，29、进气管，30、燃烧室，31、燃烧器，32、通气孔，33、滤网，34、燃烧室开口，35、热交换室开口，36导流板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在一个具体的实施方式中，如图1所示，一种稳定的矿冶炉低温余热回收系统，包括通过烟道依次连接的矿热炉1、余热锅炉2、热交换器3、脱硫塔4、风机5、烟囱6，所述余热锅炉旁设蓄热器7，所述矿热炉与所述余热锅炉通过防坍塌的高温炉烟道8连接，在所述防坍塌的高温炉烟道上还并接有补燃型防爆装置9。蓄热器可采用给水蓄热器，可起到稳压的辅助作用。

如图2所示，防坍塌的高温炉烟道包括管道和管道的支撑底座13。所述管道包括由内到外的金属管道11和保温层12。所述管道设置支撑底座，其沿着平行于管道主轴线的方向设置在所述管道的下方，并与管道下部固定连接，便于沿着平行于管道的方向设置烟道的支撑柱。在所述金属管道的外表面还设置有螺旋形钢带或钢条14，所述螺旋形钢带或钢条的主轴线与所述金属管道的主轴线16共线。所述螺旋形钢带或钢条可直接焊接至所述金属管道的外表面，从而进行连接固定。

在所述金属管道所述支撑底座之间的保温层部分中，还设置有瓦形支撑板15，所述瓦形支撑板沿着平行于金属管道主轴线的方向排布，且所述瓦形支撑板的内弧面与所述金属管道的外壁紧密贴合。瓦形支撑板也可通过焊接的方式固定于金属管道下部的表面。

由于所述焊接至金属管道外面的所述螺旋形钢带或钢条与金属管道连续的连接，可以对烟道整个管段进行连续、均匀的保护。所述支撑底座设置于所述螺旋形钢带或钢条的相邻两牙之间。且所述支撑底座根据距离的需要，连续或间隔的设置。

如图3所示，为本实用新型所提供的余热回收系统的防坍塌的高温炉烟道的立体结构示意图。

如图4所示，所述防爆装置并接在防坍塌的高温炉烟道8上，所述防爆装置包括圆管状的外壁22和封闭了所述外壁的一端的底板23，在所述外壁和所述底板合围成的空间内设置圆管状的中层导热壁24，所述中层导热壁的一端被所述底板封闭，且所述外壁和所述中层导热壁共轴线，所述外壁、所述中层导热壁和所述底板合围成的一端封闭、另一端开口的圆管状空间构成热交换室25。所述中层导热壁可采用易导热的材料，如合金等。

在所述中层导热壁和所述底板合围成的空间内还设置有圆管状的内保温薄壁26，所述中层导热壁和所述内保温薄壁共轴线。内保温薄壁采用隔热的保温材料。

所述中层导热壁远离所述底板的一端和所述内保温薄壁远离所述底板的一端共同连接有一个环形的顶盖27，由所述底板、所述顶盖、所述内保温薄壁和所述中层导热壁共同合围成的圆管状的密闭空间构成进气室28，在所述底板上设置有伸入到所述进气室内的进气管29。

所述底板和所述内保温薄壁合围成的一端封闭一端开口的圆柱形的空间构成燃烧室30，所述底板上还设置有燃烧嘴31伸入到所述燃烧室内的燃烧器，燃烧器提供燃烧室内混合气体燃烧所需要的条件。在所述内保温薄壁上设置有连通所述进气室和所述燃烧室的通气孔32，所述通气孔沿着所述内保温薄壁的轴向均匀分布。通气孔将进气室的空气引入燃烧室。

在所述燃烧室内远离所述底板的一端，设置有滤网33。烟道的内的烟气伴有烟尘，防爆装置长期工作，通气孔可能堵死，引发安全隐患。

在所述烟道的一侧对应于所述补燃型防爆装置的燃烧室的部位设置有燃烧室开口34，所述燃烧室与所述烟道通过所述燃烧室开口连通。滤网即可以设置在所述燃烧室开口处附近。在所述烟道的一侧对应于所述补燃型防爆装置的热交换室的部位设置有热交换室开口35，所述热交换室与所述烟道通过所述热交换室开口连通。在所述烟道内还设置有将烟道内的气流导向所述燃烧室内部的导流板36，以使烟道内的气流可以先流向燃烧室，防爆处理后再回到烟道内，流向余热锅炉。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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 (8)

1.一种稳定的矿冶炉低温余热回收系统，包括通过烟道依次连接的矿热炉、余热锅炉、热交换器、脱硫塔、风机、烟囱，所述余热锅炉旁边设有与之相连的蓄热器，其特征在于：所述矿热炉与所述余热锅炉通过防坍塌的高温炉烟道连接，在所述防坍塌的高温炉烟道上还并接有补燃型防爆装置。

2.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于：所述防坍塌的高温炉烟道包括管道和管道的支撑底座，所述管道包括由内到外的金属管道和保温层，所述支撑底座沿着平行于管道主轴线的方向设置在所述管道的下方，并与管道下部固定连接，在所述金属管道的外表面还设置有螺旋形钢带或钢条，所述螺旋形钢带或钢条的主轴线与所述金属管道的主轴线重合。

3.根据权利要求2所述的回收系统，其特征在于：在所述防坍塌的高温炉烟道的所述金属管道与所述支撑底座之间的保温层部分中，还设置有瓦形支撑板，所述瓦形支撑板沿着平行于金属管道主轴线的方向排布，且所述瓦形支撑板的内弧面与所述金属管道的外壁紧密贴合。

4.根据权利要求2或3所述的回收系统，其特征在于：所述支撑底座设置于所述螺旋形钢带或钢条的相邻的两牙之间。

5.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于：所述补燃型防爆装置包括圆管状的外壁和封闭了所述外壁的一端的底板，在所述外壁和所述底板合围成的空间内设置圆管状的中层导热壁，所述中层导热壁的一端被所述底板封闭，且所述外壁和所述中层导热壁共轴线，所述外壁、所述中层导热壁和所述底板合围成的一端封闭、另一端开口的圆管状空间构成热交换室，在所述中层导热壁和所述底板合围成的空间内还设置有圆管状的内保温薄壁，所述中层导热壁和所述内保温薄壁共轴线；

所述中层导热壁远离所述底板的一端和所述内保温薄壁远离所述底板的一端共同连接有一个环形的顶盖，由所述底板、所述顶盖、所述内保温薄壁和所述中层导热壁共同合围成的圆管状的密闭空间构成进气室，在所述底板上设置有伸入到所述进气室内的进气管；

所述底板和所述内保温薄壁合围成的一端封闭一端开口的圆柱形的空间构成燃烧室，所述底板上还设置有燃烧嘴伸入到所述燃烧室内的燃烧器，在所述内保温薄壁上设置有连通所述进气室和所述燃烧室的通气孔，所述通气孔沿着所述内保温薄壁的轴向均匀分布。

6.根据权利要求5所述的回收系统，其特征在于：在所述补燃型防爆装置的燃烧室内远离所述底板的一端设置有滤网。

7.根据权利要求5或6所述的回收系统，其特征在于：在所述烟道的一侧对应于所述补燃型防爆装置的燃烧室的部位设置有燃烧室开口，所述燃烧室与所述烟道通过所述燃烧室开口连通；在所述烟道的一侧对应于所述补燃型防爆装置的热交换室的部位设置有热交换室开口，所述热交换室与所述烟道通过所述热交换室开口连通。

8.根据权利要求7所述的回收系统，其特征在于：在所述烟道内还设置有将烟道内的气流导向所述燃烧室内部的导流板。