CN219103728U - 一种转炉烟气余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转炉烟气余热利用系统，属于余热余能利用领域，包括转炉烟气余热回收系统、蒸汽发电系统以及耦合部件，耦合部件包括高温蓄热罐、低温储水罐、换热器；转炉烟气余热回收系统包括蒸发冷却器；转炉烟气余热回收系统通过在烟道内布置蒸发冷却器，回收转炉烟气余热并加热低温水至饱和蒸汽通入高温蓄热罐，并从高温蓄热罐引出高温水或蒸汽进入换热器；蒸汽发电系统抽取凝结水或给水进入换热器被高温蓄热罐引出的蒸汽或热水加热后返回至原蒸汽发电系统管路，混合工质在蒸汽发电系统锅炉中吸热后，并依次通过汽轮机和发电机发电。本实用新型显著提升了烟气余热回收深度，可以连续运行，余热利用率高，建造成本低。

Description

一种转炉烟气余热利用系统

技术领域

本实用新型涉及工业余热余能利用领域，更为具体的，涉及一种转炉烟气余热利用系统。

背景技术

转炉炼钢是我国主要的炼钢方方式，占所有炼钢方式的85％以上。转炉炼钢会产生大量的高温烟气，温度在1450～1600℃之间，是一种高品位余热资源。为了回收利用转炉烟气余热，国内外转炉烟气普遍采用的OG湿式除尘系统和LT干式除尘系统，都是对转炉余热锅炉出口800℃左右的转炉煤气进行喷水或者喷蒸汽，使烟气急速降温到200℃左右。这样导致转炉煤气中200～800℃中温段的大量显热无法被回收利用，浪费了能源，还增加了水和蒸汽的消耗。随着近年来国家节能减排政策标准提高，为了充分对转炉出口800℃以下的余热资源进行回收和利用，国内外大量学者进行了转炉烟气中低温余热回收工艺设计和研究，并成功在钢铁厂进行了工业实践。采用目前最新的转炉烟气深度冷却系统，转炉烟气的大部分余热可被充分回收，出口烟温可控制在200℃左右。

虽然采用目前技术已经能实现转炉烟气大部分余热得到回收，但是转炉烟气余热利用仍存在以下不足：1)由于转炉炼钢的不连续性，余热利用形式只能采用蓄热器向热用户提供饱和蒸汽和热水，余热有效利用率和利用品位不高；2)蒸汽和热水使用具有季节性特征，夏季时大量水和蒸汽弃用；3)利用蒸汽发电，完整的发电系统设备初投资过高，而且由于转炉炼钢自身不连续特性，发电机组参数低，启停频繁，余热发电效率低下。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种转炉烟气余热利用系统，显著提升了烟气余热回收深度，解决了现有转炉烟气余热回收发电系统无法连续运行、余热利用率低和一炉一机高建造成本以及常规的转炉烟气余热发电效率较低的问题等。

本实用新型的目的是通过以下方案实现的：

一种转炉烟气余热利用系统，包括：转炉烟气余热回收系统、蒸汽发电系统以及耦合部件，转炉烟气余热回收系统通过耦合部件与蒸汽发电系统连接；所述耦合部件包括高温蓄热罐、低温储水罐、换热器；

所述转炉烟气余热回收系统包括蒸发冷却器；

工质在所述转炉烟气余热回收系统、蒸汽发电系统以及耦合部件中流动的具体连接管路关系为：

所述转炉烟气余热回收系统通过在烟道内布置所述蒸发冷却器，回收转炉烟气余热并加热低温水至饱和蒸汽通入所述高温蓄热罐，并从高温蓄热罐引出高温水或蒸汽进入所述换热器；

所述蒸汽发电系统抽取凝结水或给水进入换热器被高温蓄热罐引出的蒸汽或热水加热后返回至原蒸汽发电系统管路，并与其余凝结水或给水混合，混合工质在蒸汽发电系统锅炉中吸热后，依次通过汽轮机和发电机发电。

进一步地，所述转炉烟气余热回收系统还包括转炉、汽包、除氧器；在转炉烟气余热回收系统中汽水管路连接关系为：从除氧器出来的给水经第一水泵加压后进入汽包，汽包通过下降管将水工质引入转炉烟道的蒸发冷却器，热水在蒸发冷却器中蒸发产生蒸汽经上升管引入汽包，在汽包内汽水分离后产生饱和蒸汽进入高温蓄热罐，从高温蓄热罐引出蒸汽或热水经过换热器与蒸汽发电系统抽取的水工质换热后，进入低温储水罐缓存，再回到除氧器形成一个循环。

进一步地，所述换热器冷端入口的水来源于蒸汽发电系统的凝结水或给水，根据需要，凝结水在蒸汽发电系统的凝汽器和除氧器之间的位置抽取，给水在蒸汽发电系统的除氧器和锅炉之间的位置抽取；根据需要，设置一个或多个抽水口，布置一个或多个换热器。

进一步地，通过在汽包后设置所述高温蓄热罐，所述高温蓄热罐与除氧器之间通过第二水泵相连，除氧器通过第二水泵为高温蓄热罐提供低温水，从高温蓄热罐抽取的工质是热水或蒸汽；所述高温蓄热罐采用蒸汽蓄热，高温蓄热罐入口连接转炉烟气回收系统的汽包，储存转炉吹炼期间汽包过来的蒸汽；所述高温蓄热罐出口设流量调节装置和关断阀，能够实时调节注入换热器的热水或蒸汽流量，并在转炉停运时切断关断阀门与转炉烟气余热回收系统解耦。

进一步地，所述低温储水罐进口与换热器相连，储存来自于通过换热器降温后的水工质，出口设流量调节装置和关断阀并连接除氧器，具备缓存和流量控制功能，在转炉停运时切断关断阀门与转炉烟气余热回收系统解耦。

进一步地，所述高温蓄热罐和低温储水罐容积设置冗余，以满足在转炉间歇运行期间高温蓄热罐仍能向蒸汽发电系统输出的流量保持不变，保证蒸汽发电系统的运行稳定。

进一步地，所述蒸汽发电系统包括锅炉、汽轮机、发电机、凝结水泵、回热器、除氧器，锅炉将给水加热后产生过热蒸汽后进入汽轮机做功并通过发电机发电。

进一步地，所述锅炉为一次再热系统或二次再热系统；所述汽轮机有多级抽气加热给水。

进一步地，所述蒸汽发电系统包括凝汽器。

进一步地，所述凝汽器包括水冷凝汽器或空冷凝汽器。

本实用新型的有益效果包括：

本实用新型解决了现有转炉烟气余热回收发电系统无法连续运行、余热利用率低和一炉一机高建造成本以及常规的转炉烟气余热发电效率只有13％-15％的问题。通过模拟构建的基于本实用新型提出转炉烟气余热利用系统已实现了物质和能量的匹配关系，转炉烟气余热发电效率在35％以上。同时本实用新型方案中，在常规的转炉烟气余热回收系统蒸发冷却器后可布置尾部换热器，显著提升烟气余热回收深度，余热回收量提升将近一倍。余热回收量和余热发电效率的提升，使得本方案余热回收整体效率达到传统的转炉烟气余热回收效率的4倍以上。

本实用新型通过耦合部件，将转炉烟气余热回收系统的热量间接传递给蒸汽发电系统，可以实现系统在各种复杂工况下的长期连续稳定运行，可用于发电，并可兼顾厂内用热和用汽需求。同时，只要基于现有钢厂的发电机组少量改造建设即可实现增加发电量的需求，极大地减少了转炉烟气余热回收发电系统的设备初投资，技术经济效益十分显著。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中1提供的转炉烟气余热高效回收的耦合发电系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中2提供的转炉烟气余热高效回收的耦合发电系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中3提供的转炉烟气余热高效回收的耦合发电系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中4提供的转炉烟气余热高效回收的耦合发电系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中5提供的转炉烟气余热高效回收的耦合发电系统的结构示意图；

图中，1-1-转炉，1-2-蒸发冷却器，1-3-汽包，1-4-高温蓄热罐，1-5-二级换热器，1-6-一级换热器，1-7-低温储水罐，1-8-第一除氧器，1-9-第一水泵、1-10-第二水泵，2-1-锅炉，2-2-汽轮机，2-3-发电机，2-4-凝汽器，2-5-凝结水泵，2-6-回热器，2-7-第二除氧器、2-8-给水泵。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

为了解决目前转炉烟气余热利用效率和利用品位低下、余热发电系统无法连续运行和一炉一机高建造成本等缺陷，本实用新型实施例提出了一种转炉烟气余热利用系统，在实施例中提出多种高效回收耦合发电系统。利用钢厂现有的发电机组即可实现转炉烟气余热回收系统与蒸汽发电系统耦合运行，实现转炉烟气余热的高效、稳定回收和利用。

本实用新型构思在于提供转炉烟气余热利用系统，包括转炉烟气余热回收系统、蒸汽发电系统以及耦合部件，耦合部件包括高温蓄热罐、低温储水罐、换热器；转炉烟气余热回收系统包括蒸发冷却器；转炉烟气余热回收系统通过在烟道内布置蒸发冷却器，回收转炉烟气余热并加热低温水至饱和蒸汽通入高温蓄热罐，并从高温蓄热罐引出高温水或蒸汽进入换热器；蒸汽发电系统抽取凝结水或给水进入换热器被高温蓄热罐引出的蒸汽或热水加热后返回至原蒸汽发电系统管路，混合工质在蒸汽发电系统锅炉中吸热后，并依次通过汽轮机和发电机发电。通过耦合部件，实现蒸汽发电系统与转炉烟气余热回收系统的解耦，实现蒸汽发电系统连续、高效运行。

本实用新型的工作过程，包括如下两种情况：①运行过程中高温蓄热罐出口饱和水或蒸汽流量不变，汽轮机回热器和除氧器的抽蒸汽量根据余热量大小自平衡调节，汽轮机按照现有运行逻辑运行；或，②根据需要，关闭高温蓄热罐至汽轮机系统的流量调节装置，对外供热水或蒸汽，转炉余热回收系统和蒸汽发电系统实现解耦运行。

在具体实施过程中，本实用新型构思方案提供的转炉烟气余热利用系统，如图1、图2、图3、图4和图5所示，包括转炉烟气余热回收系统、蒸汽发电系统、高温蓄热罐1-4、低温储水罐1-7、二级换热器1-5以及连接管路等。其中，转炉烟气余热回收系统包括转炉1-1、蒸发冷却器1-2、汽包1-3和第一除氧器1-8等。蒸汽发电系统包括锅炉2-1、汽轮机2-2、发电机2-3、凝汽器2-4、回热器2-6和第二除氧器2-7等。

通过高温蓄热罐1-4、低温储水罐1-7、换热器1-5以及连接管路等将转炉烟气余热回收系统和蒸汽发电系统耦合并高效发电。其中，转炉烟气余热回收系统通过在烟道内布置蒸发冷却器1-2回收转炉烟气余热并加热低温水至饱和蒸汽通入高温蓄热罐1-4，并从高温蓄热罐1-4引出高温水或蒸汽进入二级换热器1-5。其中，蒸汽发电系统抽取凝结水或给水进入二级换热器1-5被高温蓄热罐1-4引出的蒸汽或热水加热后返回至原蒸汽发电系统管路，混合工质在蒸汽发电系统锅炉2-1中吸热后，依次通过汽轮机2-2和发电机2-3高效发电。

在具体实施过程中，本实用新型实施例的工作过程，具体包括：①运行过程中高温蓄热罐1-4出口饱和水或蒸汽流量不变，汽轮机系统中回热器2-6和除氧器2-7的抽蒸汽量根据余热量大小自平衡调节，汽轮机2-2可按照现有运行逻辑运行；②根据需要，可关闭高温蓄热罐1-4至汽轮机系统的流量调节装置，对外供热水或蒸汽，转炉余热回收系统和蒸汽发电系统实现解耦运行。

在具体实现方式中，一级换热器1-6冷端入口的水来源于蒸汽发电系统的凝结水或给水。根据需要，凝结水可在凝汽器2-4和除氧器2-7之间合理位置抽取，给水可以在除氧器2-7和锅炉2-1之间按合理位置抽取。根据需要，可以设置一个或多个抽水口，可以布置一个或多个二级换热器1-5。

实施例1

在本实用新型可选的实施方式中，如图1中的实施例1，基于本实用新型构思，转炉烟气余热利用系统布置2个换热器：一级换热器1-6和二级换热器1-5，转炉烟气余热回收系统汽水工作管路为：从转炉烟气余热回收系统除氧器1-8出来的给水经第一水泵1-9加压后在进入汽包1-3，汽包1-3通过下降管将水工质引入转炉烟道的蒸发冷却器1-2中，热水在蒸发冷却器1-2中蒸发产生蒸汽经上升管引入汽包1-3，在汽包1-3内汽水分离后产生的蒸汽进入高温蓄热罐1-4，从高温蓄热罐1-4引出的热水或蒸汽在经过二级换热器1-5和一级换热器1-6与蒸汽发电系统抽取的水工质换热后，进入低温储水罐1-7缓存，再通过除氧器1-8形成一个循环。

实施例2

在本实用新型可选的实施方式中，如图2中的实施例2，基于本实用新型构思，转炉烟气余热利用系统布置1个二级换热器1-5，转炉烟气余热回收系统汽水工作流程为：从转炉烟气余热回收系统除氧器1-8出来的给水经第一水泵1-9加压后进入汽包1-3，汽包1-3通过下降管将水工质引入转炉烟道的蒸发冷却器1-2中，热水在蒸发冷却器1-2中蒸发产生蒸汽经上升管引入汽包1-3，在汽包1-3内汽水分离后产生的蒸汽进入高温蓄热罐1-4，从高温蓄热罐1-4流出的热水或蒸汽在经过二级换热器1-5后，进入低温储水罐1-7缓存，再通过除氧器1-8形成一个循环。

在可选的实施方式中，二级换热器1-5冷端入口给水来源于蒸汽发电系统除氧器2-7出口给水，给水被加热后与第一级高压回热器出口给水混合进入蒸汽发电系统锅炉2-1中吸热。

实施例3

在本实用新型可选的实施方式中，如图3中的实施例3，基于本实用新型构思，二级换热器1-5冷端入口给水来源于蒸汽发电系统第二除氧器2-7出口给水，给水被加热后与第二级或之后的高压回热器出口给水混合进入蒸汽发电系统锅炉2-1中吸热。

实施例4

在本实用新型可选的实施方式中，如图4中的实施例4，基于本实用新型构思，一级换热器1-6冷端入口给水可在蒸汽发电系统任意低压回热器出口抽取，并在除氧器2-7入口前混合。

实施例5

在本实用新型可选的实施方式中，如图5中的实施例5，基于本实用新型构思，一级换热器1-6冷端入口给水可在蒸汽发电系统凝汽器2-4后抽取，并在除氧器2-7入口前混合。

在本实用新型优选的实施方式中，转炉烟气余热回收系统除氧器1-8的高温蒸汽可以来源于蒸汽发电系统汽轮机2-2抽气，也可来源于钢厂自用的工业蒸汽，或转炉烟气余热回收系统汽包1-3产生的蒸汽。

在本实用新型优选的实施方式中，转炉烟气余热利用系统连续运行通过在汽包1-3后设置高温蓄热罐1-4来实现，高温蓄热罐1-4与除氧器1-8之间通过第二水泵1-10相连，除氧器1-8通过第二水泵1-10为高温蓄热罐1-4提供低温水，从高温蓄热罐1-4抽取的工质可以是热水或蒸汽。高温蓄热罐1-4采用湿式变压蓄热，高温蓄热罐1-4入口连接转炉烟气回收系统的汽包1-4，储存转炉吹炼期间汽包1-3过来的蒸汽，为高温蓄热罐1-4蓄热提高热水焓并补充蒸汽。高温蓄热罐1-4出口设流量调节装置和关断阀，可实时调节换热器1-5的热水或蒸汽流量，并在转炉停运时切断关断阀门与转炉烟气余热回收系统解耦。低温储水罐1-7进口与换热器1-6相连，储存来自于换热器1-6的水工质，出口设流量调节装置和关断阀并连接除氧器1-8，具备缓存和流量控制功能，在转炉停运时切断关断阀门与转炉烟气余热回收系统解耦。高温蓄热罐1-3和低温储水罐1-7容积应考虑设置足够的冗余，以满足在转炉间歇运行期间高温蓄热罐1-3仍能向蒸汽发电系统输出的水或蒸汽流量保持不变，保证蒸汽发电系统的运行稳定。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施方式所描述的结构，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种转炉烟气余热利用系统，其特征在于，包括：转炉烟气余热回收系统、蒸汽发电系统以及耦合部件，转炉烟气余热回收系统通过耦合部件与蒸汽发电系统连接；所述耦合部件包括高温蓄热罐、低温储水罐、换热器；

所述转炉烟气余热回收系统包括蒸发冷却器；

工质在所述转炉烟气余热回收系统、蒸汽发电系统以及耦合部件中流动的具体连接管路关系为：

所述转炉烟气余热回收系统通过在烟道内布置所述蒸发冷却器，回收转炉烟气余热并加热低温水至饱和蒸汽通入所述高温蓄热罐，并从高温蓄热罐引出高温水或蒸汽进入所述换热器；

所述蒸汽发电系统抽取凝结水或给水进入换热器被高温蓄热罐引出的蒸汽或热水加热后返回至原蒸汽发电系统管路，并与其余凝结水或给水混合，混合工质在蒸汽发电系统锅炉中吸热后，依次通过汽轮机和发电机发电。

2.根据权利要求1所述的转炉烟气余热利用系统，其特征在于，所述转炉烟气余热回收系统还包括转炉、汽包、除氧器；在转炉烟气余热回收系统中汽水管路连接关系为：从除氧器出来的给水经第一水泵加压后进入汽包，汽包通过下降管将水工质引入转炉烟道的蒸发冷却器，热水在蒸发冷却器中蒸发产生蒸汽经上升管引入汽包，在汽包内汽水分离后产生饱和蒸汽进入高温蓄热罐，从高温蓄热罐引出蒸汽或热水经过换热器与蒸汽发电系统抽取的水工质换热后，进入低温储水罐缓存，再回到除氧器形成一个循环。

3.根据权利要求1所述的转炉烟气余热利用系统，其特征在于，所述换热器冷端入口的水来源于蒸汽发电系统的凝结水或给水，凝结水在蒸汽发电系统的凝汽器和除氧器之间的位置抽取，给水在蒸汽发电系统的除氧器和锅炉之间的位置抽取；设置一个或多个抽水口，布置一个或多个换热器。

4.根据权利要求1所述的转炉烟气余热利用系统，其特征在于，通过在汽包后设置所述高温蓄热罐，所述高温蓄热罐与除氧器之间通过第二水泵相连，除氧器通过第二水泵为高温蓄热罐提供低温水，从高温蓄热罐抽取的工质是热水或蒸汽；所述高温蓄热罐采用蒸汽蓄热，高温蓄热罐入口连接转炉烟气回收系统的汽包，储存转炉吹炼期间汽包过来的蒸汽；所述高温蓄热罐出口设流量调节装置和关断阀，能够实时调节注入换热器的热水或蒸汽流量，并在转炉停运时切断关断阀门与转炉烟气余热回收系统解耦。

5.根据权利要求1所述的转炉烟气余热利用系统，其特征在于，所述低温储水罐进口与换热器相连，储存来自于通过换热器降温后的水工质，出口设流量调节装置和关断阀并连接除氧器，具备缓存和流量控制功能，在转炉停运时切断关断阀门与转炉烟气余热回收系统解耦。

6.根据权利要求1所述的转炉烟气余热利用系统，其特征在于，所述高温蓄热罐和低温储水罐容积设置冗余，以满足在转炉间歇运行期间高温蓄热罐仍能向蒸汽发电系统输出的流量保持不变，保证蒸汽发电系统的运行稳定。

7.根据权利要求1所述的转炉烟气余热利用系统，其特征在于，所述蒸汽发电系统包括锅炉、汽轮机、发电机、凝结水泵、回热器、除氧器，锅炉将给水加热后产生过热蒸汽后进入汽轮机做功并通过发电机发电。

8.根据权利要求7所述的转炉烟气余热利用系统，其特征在于，所述锅炉为一次再热系统或二次再热系统；所述汽轮机有多级抽气加热给水。

9.根据权利要求7所述的转炉烟气余热利用系统，其特征在于，所述蒸汽发电系统包括凝汽器。

10.根据权利要求9所述的转炉烟气余热利用系统，其特征在于，所述凝汽器包括水冷凝汽器或空冷凝汽器。

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