CN214038332U - 一种熔融还原余热循环收集发电系统 - Google Patents

Abstract

一种熔融还原余热循环收集发电系统，涉及熔融还原余热回收发电装置技术领域，包括汽化烟道，汽化烟道连接有汽化烟道汽包和余热回收装置；余热回收装置分别连接有中压汽包和低压汽包，汽化烟道汽包与中压汽包分别连接于电厂燃气锅炉汽包，低压汽包连接有除氧器，燃气锅炉汽包连接有多级过热装置，多级过热装置连接发电机组，发电机组出口连接凝汽器，凝汽器连接锅炉给水泵组，锅炉给水泵组连接除氧器，除氧器出口分别连接汽化烟道汽包、中压汽包以及低压汽包。本实用新型解决了传统技术中受限于高炉余热回收装置的特性，无法应用于熔融还原工艺中使用，无法实现对烟气降温冷却产生的余热充分收集利用的问题。

Description

一种熔融还原余热循环收集发电系统

技术领域

本实用新型涉及熔融还原余热回收发电装置技术领域，具体涉及一种熔融还原余热循环收集发电系统。

背景技术

HIsmelt熔融还原技术是世界上唯一种完全不使用焦炭、烧结及球团工艺的冶金技术，在熔融还原炉炉顶煤气室中产生大量高温烟气，烟气温度可达1600～1800℃，在生产过程中持续产出。吨铁烟气量约为2200-3200Nm3/tHM，烟气携带的物理热和化学热约占到能量输入总量的40％左右，对SRV炉烟气的余热余能进行高效利用，是改善工艺能源利用效率的关键。

中国国家知识产权局公开了一个申请号为200620138166.0的专利，该方案在高炉的鼓风入口与炉顶的烟气排放口之间连接有由极速超导热管组成的余热回收装置，该余热回收装置的蒸发段与所述高炉的烟气排放口串联，该余热回收装置的冷凝段与所述高炉的鼓风入口串联。在余热回收装置的蒸发段与所述高炉的烟气排放口串联后，还连接有除尘装置、透平膨胀机和发电机，透平膨胀机带动发电机转动输出电能。本实用新型的高炉鼓风首先与炉顶煤气在极速超导热管余热回收装置中进行换热，然后再进入热风炉加热，这样经过余热回收，热风炉进口鼓风较传统方式提高200℃以上，大幅度降低了热风炉能耗，提高了高炉热风温度，降低了焦比和生铁成本，并为高炉强化冶炼打下良好的基础。

现有高炉余热回收利用技术是在高炉的鼓风入口与炉顶的烟气排放口之间连接余热回收装置，通过余热回收装置高炉鼓风与炉顶煤气进行换热，加热后的高炉鼓风进入热风炉进一步加热，降温后的煤气经除尘装置和减压阀组进入透平膨胀机做功，带动发电机转动，输出电能。

由于熔融还原工艺的特殊性,熔融还原炉会持续输出大量高温烟气，烟气温度可达1600～1800℃，吨铁烟气量达2200-3200Nm3/tHM，烟气携带的物理热和化学热约占到能量输入总量的40％左右。系统产生的烟气温度高、余热量大，现有的高炉余热回收装置显然不能实现烟气的降温冷却和余热的充分收集利用目的。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种熔融还原余热循环收集发电系统，用以解决传统技术中受限于高炉余热回收装置的特性，无法实现应用于熔融还原工艺中使用，无法实现对烟气的降温冷却和余热的充分收集利用的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种熔融还原余热循环收集发电系统，包括汽化烟道，所述汽化烟道连接有汽化烟道汽包和余热回收装置；所述汽化烟道与所述汽化烟道汽包之间还连接有冷却水强制循环装置，所述余热回收装置分别连接有中压汽包和低压汽包，所述汽化烟道汽包与所述中压汽包分别连接于电厂燃气锅炉汽包，所述低压汽包连接有除氧器，所述除氧器出口分别连接所述汽化烟道汽包、所述中压汽包以及所述低压汽包，所述燃气锅炉汽包连接有多级过热装置，所述多级过热装置连接发电机组，所述发电机组出口连接凝汽器，所述凝汽器连接锅炉给水泵组，所述锅炉给水泵组连接除氧器。

作为一种优化的方案，所述汽化烟道包括依次连接的烟道炉口段、烟道一段、烟道二段以及烟道末端，所述烟道炉口段倾斜于水平面3-70°设置，所述烟道二段呈倒U形设置。

作为一种优化的方案，所述冷却水强制循环装置包括强制循环泵组，所述强制循环泵组一端与所述汽化烟道汽包连接，另一端分别连接所述烟道炉口段和所述烟道二段，所述强制循环泵组包括并联设置的强制循环电动泵和强制循环柴油泵。

作为一种优化的方案，所述余热回收装置包括两个并列设置的自除氧双压锅炉，所述自除氧双压锅炉的中压区连接所述中压汽包，低压区连接所述低压汽包。

作为一种优化的方案，所述发电机组包括与所述多级过热装置连接的汽轮机与发电机。

作为一种优化的方案，所述锅炉给水泵组包括并联设置的三台给水泵，其中两台电动给水泵和一台柴油给水泵。

作为一种优化的方案，所述除氧器分别连接锅炉给水泵组出口与低压汽包出口。

作为一种优化的方案，所述除氧器出口连接的管道上还分别设有用以匹配所述汽化烟道汽包、所述中压汽包以及所述低压汽包的电动调节阀。

作为一种优化的方案，所述汽化烟道汽包、中压汽包、低压汽包电厂燃气锅炉汽包上分别装有就地液位计、安全阀、第一压力表。

作为一种优化的方案，所述汽化烟道汽包、中压汽包与低压汽包出口连接的蒸汽管道上还设有蒸汽管道主调节阀、第二压力表以及流量计。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

熔融还原炉出口高温烟气经汽化烟道冷却、预热回收二级冷却后，温度由1500-2300℃降至200-250℃，汽化烟道冷却系统连接汽化烟道汽包，余热回收装置连接中压汽包和低压气包，高温烟气冷却产生的余热经汽包转化为饱和蒸汽，其中汽化烟道汽包与中压汽包产生的中压饱和蒸汽经电厂燃气锅炉汽包与多级过热装置后加热成过热蒸汽进入发电系统发电，发电完后的蒸汽经冷凝器冷却后，由锅炉给水泵组供入除氧器进行除氧，低压汽包产生的低压饱和蒸汽直接进入除氧器进行蒸汽除氧，最后由除氧器出口重新供入汽水循环系统，实现了余热的循环收集利用；余热利用率高，系统运行稳定；提高工作过程中的稳定性；部件少，工序简便，且故障率低；结构简单，使用寿命长；操作控制简便，易于大规模制造与安装，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1-汽化烟道；2-余热回收装置；3-汽化烟道汽包；4-中压汽包；5-低压汽包；6-除氧器；7-燃气锅炉汽包；8-汽轮机；9-发电机；10-多级过热装置；11-锅炉柴油给水泵；12-锅炉电动给水泵；13-就地液位计；14-第一压力表；15-安全阀；16-电动调节阀；17-蒸汽管道主调节阀；18-第二压力表；19-流量计；20-强制循环柴油泵；21-强制循环电动泵；22-凝汽器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，熔融还原余热循环收集发电系统，包括汽化烟道1，汽化烟道1连接有汽化烟道汽包3和余热回收装置2；汽化烟道1与汽化烟道汽包3之间还连接有冷却水强制循环装置，余热回收装置2分别连接有中压汽包4和低压汽包5，汽化烟道汽包3与中压汽包4分别连接于电厂燃气锅炉汽包7，低压汽包5连接有除氧器6的进口，除氧器6出口分别连接汽化烟道汽包3、中压汽包4以及低压汽包5，燃气锅炉汽包7连接有多级过热装置10，多级过热装置10连接发电机组，发电机组出口连接凝汽器22，凝汽器22连接锅炉给水泵组，锅炉给水泵组连接除氧器6。

汽化烟道1包括依次连接的烟道炉口段、烟道一段、烟道二段以及烟道末端，烟道炉口段倾斜于水平面3-70°设置，烟道二段呈倒U形设置。

冷却水强制循环装置包括强制循环泵组，强制循环泵组一端与汽化烟道汽包3连接，另一端分别连接烟道炉口段和烟道二段，强制循环泵组包括并联设置的强制循环电动泵21和强制循环柴油泵20。

余热回收装置2包括两个并列设置的自除氧双压锅炉，自除氧双压锅炉的中压区连接中压汽包4，低压区连接低压汽包5。

发电机组包括与多级过热装置10连接的汽轮机8与发电机9。

锅炉给水泵组包括并联设置的三台给水泵，其中两台电动给水泵和一台柴油给水泵。

除氧器分别连接锅炉给水泵组出口与低压汽包出口。

除氧器出口连接的管道上还分别设有用以匹配所述汽化烟道汽包、所述中压汽包以及所述低压汽包的电动调节阀。

汽化烟道汽包、中压汽包、低压汽包电厂燃气锅炉汽包上分别装有就地液位计接管、安全阀接管、第一压力表接管；

还连接有放空接管、平衡容器接管、加药口接管、给水接管、连续排污管和定期排污管、紧急放水管以及上升管和下降管接管。

汽化烟道汽包、中压汽包与低压汽包出口连接的蒸汽管道上还设有蒸汽管道主调节阀、第二压力表以及流量计。

汽化烟道1冷却系统通过上升管与下降管连接汽化烟道汽包3，产生中压饱和蒸汽。

余热回收装置2通过上升管与下降管分别连接中压汽包4和低压气包，分别产生中压饱和蒸汽和低压饱和蒸汽。

汽化烟道汽包3和中压汽包4分别产生的中压饱和蒸汽经发电系统燃气锅炉汽包与多级过热装置加热成过热蒸汽，低压汽包5产生的低压饱和蒸汽则进入除氧器用作除氧蒸汽，整个系统产生的过热蒸汽进入汽轮机8，汽轮机8带动发电机9产生电能，汽轮机8出口蒸汽由冷凝器进行冷却，经锅炉给水泵组供入除氧器，后由除氧器再次供入系统各个汽包，实现余热的收集循环利用。

汽化烟道1冷却系统可将SRV炉中产生的烟气温度由1500-2300℃冷却至700-800℃，同时产生3.5-5.5MPa、200-300℃的中压饱和蒸汽，蒸发量为50～200t/h。

汽化烟道1冷却系统主要包括汽化烟道汽包3、烟道炉口段、烟道一段、烟道二段，烟道末段、烟道密封伸缩连接装置及冷却水强制循环泵组等，汽包与汽化烟道之间通过冷却水上升管和下降管连接，分别采用自然循环和强制循环的汽水循环方式，其中炉口段及烟道二段分别与汽包通过强制循环泵组组成强制循环汽水系统，烟道一段、烟道末段与汽包组成自然循环系统。

汽化烟道1设置在SRV炉炉口上方，全部是固定烟道，烟道支撑在各层平台上。烟道分为烟道炉口段、烟道一段、烟道二段、烟道末段共4段。

其中烟道炉口段为与水平成3-70°夹角的斜烟道，采用强制循环。烟气管道进口设波纹连接装置与SRV炉出口法兰连接，烟气管道底部设水冷人孔。

烟道一段、二段、末段为圆柱形管板式结构，受热管束纵向布置，管与板之间进行气密性焊接，形成膜式水冷壁。

每段进、出口处设压力测量点，出口处设人孔。烟道二段为倒U型烟道，在二段上方设有2个压力释放阀，进口处设人孔和压力测量点。

末段烟道设置烟气分析接口。整个烟道在3点布置膨胀节，采用复式万向铰链型膨胀节，来满足SRV炉垂直向上膨胀30-80mm的要求，同时满足烟道自身膨胀的要求。

汽化烟道汽包布置在烟道钢架～+70.500m平台上。汽包壳体内直径为2000-4000mm，材料采用Q345R，设计压力为3.5-5.5MPa，设计温度为200-300℃。

汽包壳体上布置有安全阀15接管、第一压力表14接管、就地液位计13接管、放空接管、平衡容器接管、加药口接管、给水接管、连续排污管和定期排污管、紧急放水管以及上升管和下降管接管。

冷却水强制循环泵组由2台供水泵组成，其中1台是强制循环电动泵21，1台是强制循环柴油泵20，采用1用1备的运行方式，正常使用时强制循环电动泵21运行，分别向汽化烟道炉口段及烟道二段供水。

强制循环柴油泵20作为事故泵应急使用，当强制循环电动泵21出现故障或系统断电时，柴油泵应急启动，保证强制循环汽水系统正常运行。

余热回收装置2可将烟气从700-900℃冷却至150-250℃，同时分别产生中压饱和蒸汽和低压饱和蒸汽。

由于烟气量大，装置使用台自除氧双压锅炉，每台锅炉分中压和低压双压布置，采用立式塔型结构，通过筒体上的支座安装在框架的横梁上。

2台锅炉共用一台中压汽包4和一台低压汽包5。汽化烟道1出来的高温烟气经重力除尘装置除尘后，分两路进入两台余热锅炉，烟气从余热锅炉上部向下进入，依次经中压蒸发器与低压蒸发器换热面，从下部侧面排出。

汽包与余热锅炉之间用上升管和下降管连接，采用自然循环的方式。

中压余热锅炉由火管式蒸发器和中压汽包4组成，锅炉给水通过锅炉给水泵组经除氧器除氧后进入汽包，然后经下降管分别进入蒸发器。

中压蒸发器中换热产生的蒸汽通过上升管回到中压汽包4，经汽包内部装置进行汽水分离后，水重新进入下一轮循环，分离出的饱和蒸汽送入蒸汽管网。

中压余热锅炉蒸发器采用立式火管结构，设计倾斜角度5-35°，烟气在管内纵向冲刷。

上下管板与壳体连接处采用特殊的锻件结构，确保连接的安全可靠。上下管板采用柔性管板。

在烟气入口处，每个管子均装有刚玉套管，防止磨损和保护上管板。

蒸发器入口与高温烟气接触的部分砌筑耐火衬，换热管入口安装刚玉瓷保护套管材料，其中SiO2含量小于等于0.5％，Fe2O3含量小于等于0.4％。换热管尺寸为φ80，材料为20G。内直径为3600mm。

中压汽包4产生饱和蒸汽，设计压力3.5-5.5MPa，设计温度200-300℃，布置在气化装置的钢架上，标高与余热锅炉高点落差在10m以上。

壳体内直径2000-4000mm，长度12000-15000mm，材料采用Q345R。汽包壳体上布置有安全阀15接管、第一压力表14接管、放空接管、就地液位计13接管、平衡容器接管、加药口接管、给水接管、连续排污管和定期排污管、紧急放水管以及上升管和下降管接管。

汽包上设有安全阀15接口,保证汽包压力不能超压设定压力。汽包通过二个支座支承在平台上，支座一端为固定，另一端为活动，可沿轴向自由膨胀。

低压余热锅炉由火管式蒸发器和低压汽包5组成，锅炉给水通过给水泵进入汽包，然后经下降管分别进入蒸发器。

低压蒸发器中换热产生的蒸汽通过上升管回到低压汽包5，经汽包内部装置进行汽水分离后，水重新进入下一轮循环。分离出的蒸汽送入除氧器，用作除氧蒸汽。

低压废热锅炉蒸发器采用立式火管结构，垂直布置。换热管尺寸为φ60，材料为20G。内直径为3500mm,布置上升管、下降管和定期排污管。

蒸发器入口与高温烟气接触的部分砌筑耐火衬，换热管入口需安装刚玉瓷保护套管材料，材质要求与中压蒸发器换热管相同。

低压汽包5产生饱和蒸汽，设计压力0.6-1.0MPa设计温度160-300℃，布置在装置的钢架上，标高与余热锅炉高点落差在10m以上。汽包壳体内直径为1600mm，长度9000-12000mm材料采用Q345R。

汽包壳体上布置有安全阀15接管、第一压力表14接管、放空接管、就地液位计13接管、平衡容器接管、加药口接管、给水接管、连续排污管和定期排污管、紧急放水管，以及上升管和下降管接管。

上升管及下降管连接汽包及余热锅炉本体，达到汽水循环15倍以上倍率，保证可靠的汽水循环。在适当的位置布置弹簧吊架及导向支架，减少管道震动，最大可能的减少管道应力对本体的影响。

汽包通过二个支座支承在平台上，支座一端为固定，另一端为活动，可沿轴向自由膨胀。

发电系统燃气锅炉汽包7，既要承担锅炉蒸发受热面的汽水分离作用，又要承担外来汽化烟道1冷却系统及余热回收装置2产生饱和蒸汽的缓冲任务，使锅炉过热器的运行更加平稳，因此，该汽包与常规汽包不同，设计更大的容积。汽包内径为1800-3000mm，长度为11000-15000mm。筒体上布置有外来汽化冷却烟道蒸汽接管、外来余热回收装置2蒸汽接管、压力表接管、安全阀15接管、平衡容器接管、给水接管、定排和连排接管、就地水位计接管、加药接管、上升管及下降管接管等。汽包内部一次汽水分离装置采用旋风分离装置，二次汽水分离装置采用高效波形板分离装置，分离效果达到汽水质量的标准，满足过热器的要求。同时在内部布置加药母管，给水母管，连续排污管，水位计接管布置防波动保护罩，下降管上放置防旋涡装置。

多级过热装置10，由于锅炉外来蒸汽多，且负荷变化大，为充分提高烟气的传热效果，烟气从炉室出口至过热器和对流管束都布置成横向冲刷，过热器管布置在紧靠炉室出口折焰角上方，呈垂直悬挂。过热器分高、中、低温三段，在每两段过热器之间设置左右喷水减温器用以调节汽温。过热器采用φ38×3.5mm管子，过热器受热面管子材料采用347H。过热器采用管夹及挡块结构，防止在运动中晃动。过热器设喷水减温调节装置，减温水调节范围是设计减温量的2倍，喷水管路均留有足够的余量。喷水减温器的防护套筒始端与联箱可靠连接并保证套筒与联箱的相对膨胀。

发电机组主要由系统产生的过热蒸汽推动汽轮机8转动，汽轮机8将蒸汽的热能转化为动能，带动发电机9发电。

系统锅炉给水泵组由3台供水泵组成，其中2台电动给水泵12，1台柴油给水泵11，采用2用1备的运行方式，正常工作时2台电动给水泵12运行，分别向汽化烟道汽包3、余热回收装置2中压与低压汽包5、发电系统燃气锅炉汽包7供水，实现余热的收集循环利用。涉及到的其他结构属于日常所常见的，属于本领域技术人员所公知的，因此在此不多赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种熔融还原余热循环收集发电系统，其特征在于：包括汽化烟道(1)，所述汽化烟道(1)连接有汽化烟道汽包(3)和余热回收装置(2)；所述汽化烟道(1)与所述汽化烟道汽包(3)之间还连接有冷却水强制循环装置，所述余热回收装置(2)分别连接有中压汽包(4)和低压汽包(5)，所述汽化烟道汽包(3)与所述中压汽包(4)分别连接于电厂燃气锅炉汽包(7)，所述低压汽包(5)连接有除氧器(6)的进口，所述除氧器(6)出口分别连接所述汽化烟道汽包(3)、所述中压汽包(4)以及所述低压汽包(5)，所述燃气锅炉汽包(7)连接有多级过热装置(10)，所述多级过热装置(10)连接发电机组，所述发电机组出口连接凝汽器(22)，所述凝汽器(22)连接锅炉给水泵组，所述锅炉给水泵组连接除氧器(6)。

2.根据权利要求1所述的一种熔融还原余热循环收集发电系统，其特征在于：所述汽化烟道(1)包括依次连接的烟道炉口段、烟道一段、烟道二段以及烟道末端，所述烟道炉口段倾斜于水平面3-70°设置，所述烟道二段呈倒U形设置。

3.根据权利要求2所述的一种熔融还原余热循环收集发电系统，其特征在于：所述冷却水强制循环装置包括强制循环泵组，所述强制循环泵组一端与所述汽化烟道汽包(3)连接，另一端分别连接所述烟道炉口段和所述烟道二段，所述强制循环泵组包括并联设置的强制循环电动泵(21)和强制循环柴油泵(20)。

4.根据权利要求2所述的一种熔融还原余热循环收集发电系统，其特征在于：所述余热回收装置(2)包括两个并列设置的自除氧双压锅炉，所述自除氧双压锅炉的中压区连接所述中压汽包(4)，低压区连接所述低压汽包(5)。

5.根据权利要求1所述的一种熔融还原余热循环收集发电系统，其特征在于：所述发电机组包括与所述多级过热装置(10)连接的汽轮机(8)与发电机(9)。

6.根据权利要求1所述的一种熔融还原余热循环收集发电系统，其特征在于：所述锅炉给水泵组包括并联设置的三台给水泵，其中两台锅炉电动给水泵(12)和一台锅炉柴油给水泵(11)。

7.根据权利要求1所述的一种熔融还原余热循环收集发电系统，其特征在于：所述除氧器(6)分别连接锅炉给水泵组出口与低压汽包(5)出口。

8.根据权利要求7所述的一种熔融还原余热循环收集发电系统，其特征在于：所述除氧器(6)出口连接的管道上还分别设有用以匹配所述汽化烟道汽包(3)、所述中压汽包(4)以及所述低压汽包(5)的电动调节阀(16)。

9.根据权利要求8所述的一种熔融还原余热循环收集发电系统，其特征在于：所述汽化烟道汽包(3)、中压汽包(4)、低压汽包(5)以及电厂燃气锅炉汽包(7)上分别装有就地液位计(13)、安全阀(15)、第一压力表(14)。

10.根据权利要求1所述的一种熔融还原余热循环收集发电系统，其特征在于：所述汽化烟道汽包(3)、中压汽包(4)与低压汽包(5)出口连接的蒸汽管道上还设有蒸汽管道主调节阀(17)、第二压力表(18)以及流量计(19)。

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