CN221123040U - 一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，包括烟气系统、低压蒸汽系统、熔盐换热储热系统、高压蒸汽系统和发电系统。通过设置低压蒸汽系统、高压蒸汽系统和熔盐换热储热系统，本实用新型能够平抑电炉烟气温度和流量的大幅波动，回收全温度段的电炉烟气余热，并且克服了现有电炉烟气回收方法只能生产低参数蒸汽的弊端，同时生产低压蒸汽和高温高压蒸汽，提高了余热回收的品味，可为钢铁企业带来可观的效益,解决现有电炉烟气余热回收率低、回收蒸汽参数低的问题。

Description

一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统

技术领域

本实用新型涉及余热利用领域，尤其涉及一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统。

背景技术

相对于长流程的转炉炼钢，电炉炼钢具有工序短、投资省、建设快、节能减排效果好等突出优势,尤其在碳减排方面具有无可比拟的优势，在碳中和背景下对钢铁企业的发展具有重大意义。目前全世界电炉钢产量约占产钢总量的36%左右，而我国电炉钢占比尚不足10%，有巨大的发展空间。中钢协预计我国电炉钢占比在2035年将达到30%，即每年3亿吨左右。

与国外电炉用纯废钢冶炼相比，我国由于废钢资源不够而且电能紧张，电炉炼钢经常加入大量铁水代替废钢，铁水比最高能达到80%。与此同时，随着铁水比的增加，烟气温度和含尘量显著升高，从而对附属的烟气冷却系统和除尘系统提出了更高的性能要求。冶炼过程中，电炉烟气的温度和流量大幅波动，温度从最低200℃左右到最高1400℃甚至更高，100吨公称容量的电炉的烟气量从几万标米每小时到20多万标米每小时。为了满足除尘系统的要求，电炉烟气需要冷却到180℃以下。据统计，电炉冶炼期间由冷却水、烟气及烟尘所带走的热量占电炉总输入热量的10%以上，铁水加入量大时甚至能接近30%。

目前国内电炉烟气的冷却方式主要为水冷和空气冷却混合模式。其流程为：电炉通电后，一次烟气经炉盖从第四孔抽出，先后经过水冷弯头、水冷滑套、水冷沉降室和水冷烟道逐级冷却，再经过空气冷却器或喷雾冷却塔降温到200℃左右，然后与环境除尘罩收集的45℃左右的二次废气充分混合，最后经布袋除尘器除尘后由除尘风机排往大气。水冷和空气冷却混合模式能够有效降低烟气温度并高效捕集烟气粉尘，但需要配备大型冷却系统，消耗大量冷却水和电力，运行费用较高，而且高温烟气中所含大量高品质热量没有回收利用。也有部分钢铁企业采用预热废钢、汽化烟道、热管余热锅炉和水管余热锅炉等形式回收烟气中的余热，但存在各温度段余热回收不全、余热回收率低、回收蒸汽参数低等问题。开发运行稳定、余热回收率高、余热回收品味高的电炉烟气余热回收设备对降低电炉炼钢成本、提高钢铁企业节能降碳水平意义重大。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型设计了一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，解决现有电炉烟气余热回收率低、回收蒸汽参数低的问题。

本实用新型采用如下技术方案：

一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，包括烟气系统、低压蒸汽系统、熔盐换热储热系统、高压蒸汽系统和发电系统；

烟气系统包括依序连接的电炉、沉降室前烟道、燃烧沉降室、沉降室后烟道、风机和除尘连接烟道；

低压蒸汽系统包括除氧器、蓄热器、外供蒸汽过热器、低压汽包、烟道汽化换热器、沉降室汽化换热器、低压蒸发器、低压省煤器和相应的连接管道；

熔盐换热储热系统包括高温熔盐罐、中温熔盐罐、低温熔盐罐、高温熔盐换热器、中温熔盐换热器和相应的连接管道；

高压蒸汽系统包括高压预热器、高压蒸发器、高压汽包、高压过热器、高压省煤器和相应的连接管道；

在低压蒸汽系统中，除氧器入口连接给水，除氧器出口分别与低压省煤器入口和高压省煤器入口连接，低压省煤器出口与低压汽包的水入口连接。低压汽包的水出口分别与烟道汽化换热器入口、沉降室汽化换热器入口、低压蒸发器入口连接，烟道汽化换热器出口、沉降室汽化换热器出口、低压蒸发器出口与低压汽包的汽水混合物入口连接，低压汽包的蒸汽出口与蓄热器的进口连接；蓄热器的出口与外供蒸汽过热器的入口连接；

在高压蒸汽系统中，高压省煤器的出口与高压预热器的水入口连接，高压预热器的水出口与高压汽包的水入口连接，高压汽包的水出口与高压蒸发器的水入口连接，高压蒸发器的出口与高压汽包的汽水混合物入口连接，高压汽包的蒸汽出口与高压过热器的蒸汽入口连接，高压过热器的蒸汽出口与发电系统连接；

在熔盐换热储热系统中，高温熔盐罐的出口与高压过热器的熔盐入口连接，高压过热器的熔盐出口与高压蒸发器的熔盐入口连接，高压蒸发器的熔盐出口与高压预热器的熔盐入口连接，高压预热器的熔盐出口与低温熔盐罐的熔盐入口连接，低温熔盐罐的熔盐出口与中温熔盐换热器的入口连接，中温熔盐换热器的出口与中温熔盐罐的入口连接，中温熔盐罐的出口与高温熔盐换热器的入口连接，高温熔盐换热器的出口与高温熔盐罐的入口连接。

作为优选，所述烟道汽化换热器安装于沉降室前烟道中。

作为优选，所述沉降室汽化换热器安装于燃烧沉降室中。

作为优选，所述高温熔盐换热器、中温熔盐换热器、低压蒸发器、高压省煤器、低压省煤器从前到后依序安装于沉降室后烟道中。

作为优选，所述外供蒸汽过热器安装于低压汽包中。

作为优选，所述除氧器出口与低压省煤器入口间连接有低压给水泵，所述除氧器出口与高压省煤器入口间连接有高压给水泵。

作为优选，所述熔盐换热储热系统还包括有高温熔盐泵、低温熔盐泵和中温熔盐泵，高温熔盐罐的出口通过高温熔盐泵与高压过热器的熔盐入口连接，低温熔盐罐的熔盐出口通过低温熔盐泵与中温熔盐换热器的入口连接，中温熔盐罐的出口通过中温熔盐泵与高温熔盐换热器的入口连接。

作为优选，所述高温熔盐换热器的出口通过旁路与中温熔盐罐的入口连接。

作为优选，所述发电系统包括背压汽轮机和发电机，背压汽轮机连接发电机；高压过热器的蒸汽出口与背压汽轮机的入口连接，背压汽轮机的蒸汽出口连接热用户。

作为优选，所述外供蒸汽过热器的出口连接热用户。

本实用新型的有益效果是：（1）、通过设置低压蒸汽系统和高压蒸汽系统，可以回收烟气各温度段的余热，提高了余热利用率和余热回收品味；（2）、本系统既能产生高温高压蒸汽供汽轮机发电就地补充炼钢电力缺口，又能产生低压蒸汽供工艺使用或供热，经济效益可观；（3）、在烟气温度最高的沉降室前烟道和燃烧沉降室中设置低压的汽化冷却换热器，既能快速将高温烟气降至合适的温度，减轻后续换热面的积灰，又能避免设置高压换热面带来的风险，保障了整个系统的稳定安全运行；（4）、设置3个不同温度的熔盐罐并通过合理的流程吸收高温段烟气余热，消除了烟气温度大幅波动对回收余热品质的影响，保持高温熔盐罐中的熔盐温度稳定，为高压蒸汽系统提供了稳定的热源。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图中：1、给水，2、低压给水泵，3、高压给水泵，4、热用户，100、烟气系统，101、电炉，102、沉降室前烟道，103、燃烧沉降室，104、沉降室后烟道，105、风机，106、除尘连接烟道，200、低压蒸汽系统，201、除氧器，202、蓄热器， 203、外供蒸汽过热器，204、低压汽包，205、烟道汽化换热器，206、沉降室汽化换热器，207、低压蒸发器，208、低压省煤器，300、熔盐换热储热系统，301、高温熔盐罐，302、高温熔盐泵，303、中温熔盐罐，304、低温熔盐罐，305、低温熔盐泵，306、中温熔盐泵，307、高温熔盐换热器，308、中温熔盐换热器，400、高压蒸汽系统，401、高压预热器，402、高压蒸发器,403、高压汽包，404、高压过热器，405、高压省煤器，500、发电系统，501背压汽轮机，502、发电机。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：如图1所示，一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，包括烟气系统100、低压蒸汽系统200、熔盐换热储热系统300、高压蒸汽系统400和发电系统500。

烟气系统100包括电炉101、沉降室前烟道102、燃烧沉降室103、沉降室后烟道104、风机105和除尘连接烟道106并依序连接。

低压蒸汽系统200包括除氧器201、蓄热器202、外供蒸汽过热器203、低压汽包204、烟道汽化换热器205、沉降室汽化换热器206、低压蒸发器207、低压省煤器208和相应的连接管道。

熔盐换热储热系统300包括高温熔盐罐301、高温熔盐泵302、中温熔盐罐303、低温熔盐罐304、低温熔盐泵305、中温熔盐泵306、高温熔盐换热器307、中温熔盐换热器308和相应的连接管道。

高压蒸汽系统400包括高压预热器401、高压蒸发器402、高压汽包403、高压过热器404、高压省煤器405和相应的连接管道。

发电系统500包括背压汽轮机501、发电机502。

相应的，烟道汽化换热器205安装于沉降室前烟道102中，沉降室汽化换热器206安装于燃烧沉降室103中，高温熔盐换热器307、中温熔盐换热器308、低压蒸发器207、高压省煤器405、低压省煤器208从前到后依序安装于沉降室后烟道104中。外供蒸汽过热器203安装于低压汽包204中。

在低压蒸汽系统200中，外部来的给水1连接除氧器201入口，除氧器201出口分别与低压给水泵2入口和高压给水泵3入口连接。低压给水泵2出口与低压省煤器208入口连接，低压省煤器208出口与低压汽包204的水入口连接。低压汽包204的水出口分别与烟道汽化换热器205入口、沉降室汽化换热器206入口、低压蒸发器207入口连接，烟道汽化换热器205出口、沉降室汽化换热器206出口、低压蒸发器207出口与低压汽包204的汽水混合物入口连接，低压汽包204的蒸汽出口与蓄热器202的进口连接。蓄热器202的出口与外供蒸汽过热器203的入口连接，外供蒸汽过热器203的出口连接热用户4。

在高压蒸汽系统400中，高压给水泵3的出口与高压省煤器405的入口连接，高压省煤器405的出口与高压预热器401的水入口连接，高压预热器401的水出口与高压汽包403的水入口连接，高压汽包403的水出口与高压蒸发器402的水入口连接，高压蒸发器402的出口与高压汽包403的汽水混合物入口连接，高压汽包403的蒸汽出口与高压过热器404的蒸汽入口连接，高压过热器404的蒸汽出口与背压汽轮机501的入口连接，背压汽轮机501的蒸汽出口连接热用户4。

在熔盐换热储热系统300中，高温熔盐罐301的出口通过高温熔盐泵302与高压过热器404的熔盐入口连接，高压过热器404的熔盐出口与高压蒸发器402的熔盐入口连接，高压蒸发器402的熔盐出口与高压预热器401的熔盐入口连接，高压预热器401的熔盐出口与低温熔盐罐304的熔盐入口连接，低温熔盐罐304的熔盐出口通过低温熔盐泵305与中温熔盐换热器308的入口连接，中温熔盐换热器308的出口与中温熔盐罐303的入口连接，中温熔盐罐303的出口通过中温熔盐泵与高温熔盐换热器307的入口连接，高温熔盐换热器307的出口与高温熔盐罐301的入口连接，同时高温熔盐换热器307的出口通过旁路与中温熔盐罐303的入口连接。

基于本实用新型的电炉烟气余热回收流程简述如下：

炼钢过程中，烟气不断从电炉101的第四孔排出，依次流过沉降室前烟道102、燃烧沉降室103、沉降室后烟道104，然后被风机105抽往除尘连接烟道106，去往除尘系统。在沉降室前烟道102和燃烧沉降室103中，烟气中的CO与吸入的空气混合燃烧，大部分粉尘在燃烧沉降室103中完成沉降分离。烟气从前往后的流动过程中，逐级与烟道汽化换热器205、沉降室汽化换热器206、高温熔盐换热器307、中温熔盐换热器308、低压蒸发器207、高压省煤器405、低压省煤器208换热，烟气温度冷却到180℃以下，然后进入除尘系统完成除尘。

外部来的给水1进入除氧器201，在其中进行除氧。除氧后的水一路通过低压给水泵2进入低压省煤器208，一路通过高压给水泵3进入高压省煤器405。

进入低压省煤器208的除氧水在其中与烟气换热后通过低压汽包204的水入口进入低压汽包204。低压汽包204中的饱和水通过水出口分别进入烟道汽化换热器205、沉降室汽化换热器206和低压蒸发器207，吸收烟气热量后汽化，以汽水混合物的形态由汽水混合物入口进入低压汽包204，低压汽包204中的蒸汽经过汽水分离后通过蒸汽出口进入蓄热器202。当需要向外供应蒸汽时，蓄热器202中的蒸汽通过出口进入安装于低压汽包204中的外供蒸汽过热器203。由于蓄热器202的压力低于低压汽包203的压力，因此蓄热器202中的饱和蒸汽温度低于低压汽包203的饱和蒸汽温度，蓄热器202来的饱和蒸汽在外供蒸汽过热器203中吸热后变成低压过热蒸汽，然后供给热用户4。本实施例中，低压过热蒸汽压力为1.35MPa，温度为205℃。

为防止进入高压汽包的水欠温太高，在高压省煤器405和高压汽包403之间设置了高压预热器。从高压给水泵3来的除氧水进入高压省煤器405，在其中与烟气换热后进入高压预热器401，在其中与熔盐进行换热，加热到适当的温度后进入高压汽包403，高压汽包403中的饱和水通过水出口进入高压蒸发器402，在高压蒸发器402中与熔盐换热汽化蒸发，以汽水混合物的形态由汽水混合物入口进入高压汽包403，高压汽包403中的蒸汽经过汽水分离后通过蒸汽出口进入高压过热器404，在高压过热器404中与高温熔盐进行换热而成为高温高压过热蒸汽，过热蒸汽由高压过热器404的蒸汽出口引出，进入背压汽轮机501，带动背压汽轮机501转动，背压汽轮机501进而带动发电机502发电。发电后的低压过热蒸汽从背压汽轮机501排出，送往热用户4。本实施例中，发电所用高温高压过热蒸汽压力为9.8MPa，温度为480℃；低压过热蒸汽压力为1.35MPa，温度为205℃。

为了稳定产出发电所用的高温高压过热蒸汽，设置了包括3个熔盐罐的熔盐换热储热系统300。本实施例中，高温熔盐罐301用于储存温度高于设定温度（本实施例中为510℃）的高温熔盐，为高压蒸汽系统提供稳定的热源；低温熔盐罐304用于储存与高压蒸汽系统400换热后离开的冷盐（本实施例中为280℃），为中温烟气的余热回收提供吸热介质；中温熔盐罐303用于储存一定温度范围的熔盐（本实施例中为350℃~510℃），为高温烟气的余热回收提供吸热介质。当需要产生高温高压蒸汽供发电系统500发电时，高温熔盐罐301中的高温熔盐通过高温熔盐泵302泵入高压过热器404，在高压过热器404中对高压汽包403来的饱和蒸汽进行过热，然后进入高压蒸发器402，在高压蒸发器402中对高压汽包403来的饱和水加热汽化，之后进入高压预热器401，在高压预热器401中将从高压省煤器405来的未饱和水加热至适当的温度以利于其进入高压汽包403，放热后温度约为280℃的熔盐流出高压预热器401，进入低温熔盐罐304。低温熔盐罐304中的熔盐通过低温熔盐泵305泵入中温熔盐换热器308，在中温熔盐换热器308中吸收烟气余热后进入中温熔盐罐303。根据高温熔盐换热器307入口处烟气温度的不同，中温熔盐罐303中的熔盐有两种运行模式：当高温熔盐换热器307入口处烟气温度高于设定温度时（本实施例中为540℃），中温熔盐自中温熔盐罐303通过中温熔盐泵306泵送至高温熔盐换热器307，吸收烟气高温余热加热至设定温度以上（本实施例中为510℃）后送至高温熔盐罐301储存；当高温熔盐换热器307入口处烟气温度不高于设定温度时（本实施例中为540℃），中温熔盐自中温熔盐罐303通过中温熔盐泵306泵送至高温熔盐换热器307，与烟气进行换热（被烟气加热或者加热烟气）后通过旁路送回中温熔盐罐303。这样，当经过高温熔盐换热器307的烟气温度不高，不足以将中温熔盐加热至需要的温度（本实施例中为510℃）时，从中温熔盐罐303来的中温熔盐流经高温熔盐换热器307后并不送入高温熔盐罐301，而是通过旁路在中温熔盐罐303与高温熔盐换热器307之间循环，一方面避免了不将设定温度（本实施例中为510℃）以下的熔盐送入高温熔盐罐301，从而保证高温熔盐罐301中的熔盐温度稳定，另一方面通过中温熔盐在中温熔盐罐303与高温熔盐换热器307之间的循环，达到平抑烟气温度波动的目的，有利于后续换热面的平稳换热。

通过设置低压蒸汽系统200、高压蒸汽系统400和熔盐换热储热系统300，本实用新型能够平抑电炉烟气温度和流量的大幅波动，回收全温度段的电炉烟气余热，并且克服了现有电炉烟气回收方法只能生产低参数蒸汽的弊端，同时生产低压蒸汽和高温高压蒸汽，提高了余热回收的品味，可为钢铁企业带来可观的效益。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，其特征是，其包括烟气系统、低压蒸汽系统、熔盐换热储热系统、高压蒸汽系统和发电系统；

烟气系统包括依序连接的电炉、沉降室前烟道、燃烧沉降室、沉降室后烟道、风机和除尘连接烟道；

低压蒸汽系统包括除氧器、蓄热器、外供蒸汽过热器、低压汽包、烟道汽化换热器、沉降室汽化换热器、低压蒸发器、低压省煤器和相应的连接管道；

熔盐换热储热系统包括高温熔盐罐、中温熔盐罐、低温熔盐罐、高温熔盐换热器、中温熔盐换热器和相应的连接管道；

高压蒸汽系统包括高压预热器、高压蒸发器、高压汽包、高压过热器、高压省煤器和相应的连接管道；

在低压蒸汽系统中，除氧器入口连接给水，除氧器出口分别与低压省煤器入口和高压省煤器入口连接，低压省煤器出口与低压汽包的水入口连接，低压汽包的水出口分别与烟道汽化换热器入口、沉降室汽化换热器入口、低压蒸发器入口连接，烟道汽化换热器出口、沉降室汽化换热器出口、低压蒸发器出口与低压汽包的汽水混合物入口连接，低压汽包的蒸汽出口与蓄热器的进口连接；蓄热器的出口与外供蒸汽过热器的入口连接；

在高压蒸汽系统中，高压省煤器的出口与高压预热器的水入口连接，高压预热器的水出口与高压汽包的水入口连接，高压汽包的水出口与高压蒸发器的水入口连接，高压蒸发器的出口与高压汽包的汽水混合物入口连接，高压汽包的蒸汽出口与高压过热器的蒸汽入口连接，高压过热器的蒸汽出口与发电系统连接；

在熔盐换热储热系统中，高温熔盐罐的出口与高压过热器的熔盐入口连接，高压过热器的熔盐出口与高压蒸发器的熔盐入口连接，高压蒸发器的熔盐出口与高压预热器的熔盐入口连接，高压预热器的熔盐出口与低温熔盐罐的熔盐入口连接，低温熔盐罐的熔盐出口与中温熔盐换热器的入口连接，中温熔盐换热器的出口与中温熔盐罐的入口连接，中温熔盐罐的出口与高温熔盐换热器的入口连接，高温熔盐换热器的出口与高温熔盐罐的入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，其特征是，所述烟道汽化换热器安装于沉降室前烟道中。

3.根据权利要求1所述的一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，其特征是，所述沉降室汽化换热器安装于燃烧沉降室中。

4.根据权利要求1所述的一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，其特征是，所述高温熔盐换热器、中温熔盐换热器、低压蒸发器、高压省煤器、低压省煤器从前到后依序安装于沉降室后烟道中。

5.根据权利要求1所述的一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，其特征是，所述外供蒸汽过热器安装于低压汽包中。

6.根据权利要求1所述的一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，其特征是，所述除氧器出口与低压省煤器入口间连接有低压给水泵，所述除氧器出口与高压省煤器入口间连接有高压给水泵。

7.根据权利要求1所述的一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，其特征是，所述熔盐换热储热系统还包括有高温熔盐泵、低温熔盐泵和中温熔盐泵，高温熔盐罐的出口通过高温熔盐泵与高压过热器的熔盐入口连接，低温熔盐罐的熔盐出口通过低温熔盐泵与中温熔盐换热器的入口连接，中温熔盐罐的出口通过中温熔盐泵与高温熔盐换热器的入口连接。

8.根据权利要求1所述的一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，其特征是，所述高温熔盐换热器的出口通过旁路与中温熔盐罐的入口连接。

9.根据权利要求1所述的一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，其特征是，所述发电系统包括背压汽轮机和发电机，背压汽轮机连接发电机；高压过热器的蒸汽出口与背压汽轮机的入口连接，背压汽轮机的蒸汽出口连接热用户。

10.根据权利要求1所述的一种炼钢电炉烟气余热深度利用系统，其特征是，所述外供蒸汽过热器的出口连接热用户。