CN106480251A - 一种储热式转炉余热回收方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种储热式转炉余热回收方法和装置。转炉炼钢时段，烟气由冷却烟道初步降温后依次通过过热室和余热炉进行逐级余热回收并产生过热蒸汽产品；降温后的烟气经除尘器进煤气收集室回收，此时汽化烟道、换热管组、余热炉和除尘器中的储热材料存储热量；非炼钢时段，余热炉和换热管组中的储热材料继续放热产生蒸汽以实现持续供应，同时由于储热材料放热各部分设备温度不会大幅下降，因而防止设备因频繁的大温差变化造成疲劳破损，增加安全性且延长使用寿命。本发明可解决目前转炉余热回收***中余热利用率低、能耗大、运行成本偏高等问题，在满足转炉余热梯级利用的同时延长了各部分设备的使用寿命，提高了热能利用率，降低了运行和维修成本，适宜大规模推广使用。

Description

一种储热式转炉余热回收方法和装置
技术领域
本发明涉及冶金行业转炉烟气余热回收及设备使用寿命延长，具体说是一种储热式转炉余热回收方法和装置。
背景技术
转炉炼钢过程中会产生大量高温烟气，烟气出炉口温度约1400～1600℃、粉尘浓度70～200g/m3，离开炉口后需要进行降温再进入烟气除尘***，除尘方式大致可分为湿法除尘(OG法)或干法除尘(LT法)。OG法的主要原理是转炉烟气经汽化冷却烟道冷却至900～1000℃后进入两级文氏管，经洗涤和重力脱水等步骤进行除尘净化；LT法的主要原理是转炉烟气经汽化冷却烟道冷却至1000℃以下时进入蒸发冷却器，蒸发冷却器利用双介质喷枪喷水使烟气温度降至180℃～220℃后粗除尘，粗除尘后的烟气经静电精除尘以满足国家排放标准和煤气用户的要求；由于转炉烟气的温度较高，大部分炼钢企业都试图利用这部分余热，考虑到其烟气降温方式一般为水冷，因此转炉的余热回收主要是通过高温蒸汽回收利用进行，可并入企业低压蒸汽管网、用于生产用汽或冬季采暖。
专利CN104132552A提供了一种转炉余热蒸汽综合利用***及余热利用方法，在转炉蒸汽管道上增设蓄热器组和汽水分离器，同时从蒸汽母管引入过热蒸汽并接入蓄热器和汽水分离器之间的蒸汽管道中充分混合，使得混合蒸汽有5摄氏度以上的过热度，旨在解决普通转炉蒸汽利用***中转炉蒸汽过热度小导致的汽轮机末级叶片水蚀问题；专利CN203443371U提供了一种转炉余热发电***，为转炉配套设置了烟道式汽化冷却余热锅炉和蓄热器***。在吹炼过程中将余热锅炉产生的蒸汽引入蓄热器内，加热蓄热器内的饱和水后供出饱和蒸汽，在非吹炼期蓄热器中的饱和水降压后迅速闪蒸，饱和水成为过热水后立即沸腾蒸发，产生连续蒸汽，经调压后驱动汽轮机发电；专利CN203360485U提出了一种转炉余热发电装置，将转炉出来的蒸汽经蓄热器储存稳压，再由过热器使蒸汽与水分离，变成干蒸汽然后进入汽轮机组发电；专利CN204085214U提供了一种转炉余热蒸汽蓄热式发电***，利用蓄热器将非连续低压蒸汽稳压，然后进入螺杆膨胀动力机做功后排气，经过凝汽器凝结成水再回收利用。
目前的转炉余热回收方式的余热利用效率较低、成本较高；由于转炉冶炼和非冶炼过程的温差大，气化烟道及除尘装置承受极大热应力，容易疲劳损坏，特别是除尘装置；此外，由于进入除尘器的烟气温度不能过高，如何有效回收利用烟气冷却烟道的热量成为转炉余热利用的关键问题，因此急需开发新型低成本、能源利用率高的技术来替代传统的转炉烟气余热回收***。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种储热式转炉余热回收方法和装置，以解决目前转炉余热利用率较低、成本较高等问题，并可用于可再生能源及其它工业过程余热的高效利用。
为达此目的，本发明提供一种储热式转炉余热回收方法和装置，包括转炉、烟气冷却单元、余热回收单元、除尘回收单元和煤气输出单元；
所述转炉位于冷却烟道前端，用于炼钢，并间隙性产生约1400～1600℃的烟气，是需回收的热源；
所述烟气冷却单元包括冷却烟道及烟道储热保温层；所述冷却烟道为传统的多段式水冷烟道，用于转炉烟气的初步降温；所述烟道储热保温层填充于冷却烟道的内壁，用于转炉冶炼周期中的热量存储和非冶炼周期中的热量释放，从而降低烟道运行过程中的温差，延长烟道使用寿命，降低烟道维修成本；
所述余热回收单元包括余热炉、水泵、过热室和混风阀；所述水泵与余热炉相连，用于提供除盐除氧水以产生饱和蒸汽；所述余热炉位于过热室尾端，用于烟气余热的二级回收利用，包括热管换热区和蒸汽发生区；所述热管换热区包括热管和热管储热层；所述热管位于热管换热区和蒸汽发生区之间，可利用余热炉内烟气的热量产生饱和蒸汽；所述热管储热层为热管表面夹层，用于炼钢时段的热量存储，并在非炼钢时段持续供热，保证蒸汽的连续供应；所述蒸汽发生区包括汽包、排污阀及二通阀；所述汽包位于余热炉顶端，用于调节余热炉出口蒸汽的压力；所述排污阀位于余热炉的侧面，用于控制余热炉内的水质，防止炉内结垢；所述二通阀位于余热炉顶端的蒸汽出口，用于调节蒸汽输出压力；所述过热室位于冷却烟道和余热炉之间，用于烟气余热的初级回收利用，包括换热管组和二通阀；所述换热管组分布于过热室内且每根换热管包裹储热材料层，冶炼期间从冷却烟道流出的烟气流经过热室对换热管组供热，将饱和蒸汽变为过热蒸汽，非冶炼期间，储热材料放热，继续提提供过热蒸汽，并降低换热管组因频繁大温差变化而造成的疲劳损坏；所述二通阀位于过热蒸汽出口，用于控制过热蒸汽的输出流量；所述混风阀位于余热炉的烟气出口，用于当余热炉输出的烟气温度过高时混入煤气管网中的常温煤气进行温度调节，防止损坏除尘器的组件；
所述除尘回收单元包括除尘器和粉灰回收器；所述除尘器位于余热炉和煤气收集室之间，包括过滤器、除尘器储热保温层；所述过滤器为布袋过滤器或静电除尘器，用于除去较细的粉尘颗粒；所述除尘器储热保温层作为过滤器夹层，用于降低除尘器运行过程中的温差，保证安全性的同时延长其使用寿命，降低维护成本；所述粉灰回收器用于分段回收烟气中的粉尘，包括粗除尘段和精除尘段，粗除尘段位于余热炉尾端，目的是除去大颗粒的烟尘并输送至粉灰回收器，精除尘段位于除尘器尾部，目的是除去小颗粒烟尘并输送至粉灰回收器；
所述煤气输出单元位于除尘器尾端，包括引风机和煤气收集室；所述引风机用于将除尘器内经过除尘和余热回收的烟气引入煤气收集室；所述煤气收集室用于煤气的收集、纯化和输送，对于未达到煤气使用要求的气体进行燃烧放散。
优选的，所述烟道储热保温层的材料和换热管组中每根换热管包裹的储热材料层的材质均为无机显热储热材料、无机相变储热材或两者的组合；更为优选的，所述相变材料为固-固或固-液相变储热材料，所述固-固相变储热材料可以是纯相变材料，也可以是复合结构相变储热材料；所述固-液相变储热材料是复合结构相变储热材料。
优选的，所述热管的材质为耐温耐腐蚀金属或陶瓷材料。
优选的，所述热管储热层所用材料为相变温度为150-600℃范围的无机或有机相变储热材料；更为优选的，所述相变材料为固-固或固-液相变储热材料，所述固-固相变储热材料可以是纯相变储热材料，也可以是复合结构相变储热材料；所述固-液相变储热材料是复合结构相变储热材料。
优选的，所述除尘器储热保温层可以是单层或多层，其材质是相变温度介于100-250℃区间的无机或有机相变材料；更为优选的，所述相变材料为固-固或固-液相变储热材料，所述固-固相变储热材料可以是纯相变储热材料，也可以是复合结构相变储热材料；所述固-液相变储热材料是复合结构相变储热材料。
本发明的有益效果为：转炉炼钢时段，烟气通过储热冷却烟道初步降温后，依次流经过热室和储热式热管余热炉，进行逐级余热回收并产生过热蒸汽作为产品输出，此过程中各部分储热材料存储热量；非炼钢时段，储热材料放热，继续产生蒸汽，实现蒸汽的持续供应；此外，***内各部分的储热材料，可以保护这些部位不因频繁大温差冷热过程而疲劳破损，因而延长了使用寿命，降低维护成本；本发明可解决目前转炉余热回收***存在的余热利用率低、除尘***设备寿命偏低、维护成本偏高等问题，在满足转炉余热的梯级利用的同时延长了冷却烟道和除尘器等设备和部件的使用寿命，提高了热能利用率，降低了运行和维修成本，适宜大规模推广使用。
附图说明
图1是为本发明具体实施方式提供的一种储热式转炉余热回收方法和装置的结构示意图。
图中：
1、转炉；2、冷却烟道；3、烟道储热保温层；4、余热炉；5、水泵；6、热管；7、热管储热层；8、汽包；9、排污阀；10，13、二通阀；11、过热室；12、换热管组；14、混风阀；15、除尘器；16、过滤器；17、除尘器储热保温层；18、粉灰回收器；19、引风机；20、煤气收集室
具体实施方式
图1是本发明具体实施方式提供的一种储热式转炉余热回收方法和装置的结构示意图，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明的具体实施方式为：转炉炼钢时段，转炉烟气经冷却烟道(2)降温后进入过热室(11)加热换热管组(12)，实现余热初级回收利用；烟气经过热室(11)后进入余热炉(4)传热给热管储热层(7)；一方面，热管储热层(7)与热管(6)换热，热管(6)加热余热炉(4)蒸汽发生区的除盐除氧水得到饱和蒸汽，经稳压输送至过热室(11)内的换热管组(12)进行过热，得到过热蒸汽作为产品输出；另一方面，余热炉(4)内的烟气传热后温度降低至200℃附近，实现余热的二级回收利用；最后烟气经混风阀(14)调节温度后进入除尘器(15)，经除尘后的烟气由引风机(19)引入煤气收集室(20)并输送至煤气管网或放散；非炼钢时段，热管储热层(7)存储的热量继续传给热管(6)，实现蒸汽的连续供应；换热管组(12)表面的储热材料存储的热量也继续提供过热蒸汽生产所需的热量；同时，***各部位储热材料在冶炼和非冶炼周期内分别存储和释放热量，大幅度降低这些设备运行中的工作温差和疲劳损伤，提高其使用寿命。
以100吨级转炉炼钢为例，采用本发明提供的一种储热式转炉余热回收方法和装置提供压力为0.5MPa，温度为200℃的过热蒸汽；假定冶炼每炉钢吹氧产生烟气约35000Nm3，通过汽化烟道烟气温度降至800℃后进入余热回收单元，流出余热炉的烟气温度为200℃，进一步假设***热损失为5％，转炉烟气比热为1.44kJ/(Nm3·K)，则冶炼每炉钢产生的烟气经余热炉后被吸收的热量为28728000kJ，由于储热材料的存在，这些热量将被稳定输出；查表得0.5MPa条件下200℃过热蒸汽的焓值为2855.90kJ/kg，20℃除盐水的焓值为83.92kJ/kg；则经过计算可得每炉烟气可持续输出压力为0.5MPa，温度为200℃的过热蒸汽约10.4吨，如果按照目前市场上每吨蒸汽的价格(约200元)计算，则每炉烟气可产生2080元的产品收益；假设转炉炼钢每天冶炼30炉钢，其收益约为62400元，按每年转炉日历作业天数340天计，每年收益可达2000万以上，考虑到所用储热材料的价格在百万元级，回收期应不超过1年；在除尘器部分使用本发明所述的相变材料，经疲劳测试结果表明其寿命可提高1-2倍以上，大大减低维修成本，并减少因维修而造成的损失。
本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的指导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种储热式转炉余热回收方法和装置，包括转炉、烟气冷却单元、余热回收单元、除尘回收单元和煤气输出单元；
所述转炉(1)位于冷却烟道(2)前端，用于炼钢，并间隙性产生约1400～1600℃的烟气，是所需回收的余热源；
所述烟气冷却单元包括冷却烟道(2)及烟道储热保温层(3)；所述冷却烟道(2)为传统的多段式水冷烟道，用于转炉烟气的初步降温；所述烟道储热保温层(3)填充于冷却烟道(2)的内壁，用于转炉冶炼周期中的热量存储和非冶炼周期中的热量释放，从而降低运行过程中烟道的温差，延长烟道使用寿命；
所述余热回收单元包括余热炉(4)、水泵(5)、过热室(11)和混风阀(14)；所述水泵(5)与余热炉(4)相连，用于提供除盐除氧水以产生饱和蒸汽；所述余热炉(4)位于过热室(11)尾端，用于烟气余热的二级回收利用，包括热管换热区和蒸汽发生区；所述热管换热区包括热管(6)和热管储热层(7)；所述热管(6)位于热管换热区和蒸汽发生区之间，可将余热炉(4)内烟气的热量传递到蒸汽发生区生产饱和蒸汽；所述热管储热层(7)为热管(6)的表面夹层，用于炼钢时段的热量存储，并在非炼钢时段持续供热，保证蒸汽的连续供应；所述蒸汽发生区包括汽包(8)、排污阀(9)及二通阀(10)；所述汽包(8)位于余热炉(4)顶端，用于调节余热炉(4)出口蒸汽的压力；所述排污阀(9)位于余热炉(4)的侧面，用于控制余热炉(4)内的水质，防止炉内结垢；所述二通阀(10)位于余热炉(4)顶端的蒸汽出口，用于调节蒸汽输出压力；所述过热室(11)位于冷却烟道(2)和余热炉(4)之间，用于烟气余热的初级回收利用，包括换热管组(12)和二通阀(13)；所述换热管组(12)分布于过热室(11)内且每根换热管包裹储热材料层，冶炼期间从冷却烟道(2)流出的烟气流经过热室(11)对换热管组(12)供热，将饱和蒸汽变为过热蒸汽，非冶炼期间，储热材料放热，继续提供过热蒸汽，并降低换热管组(12)因频繁大温差变化而造成的疲劳损坏；所述二通阀(13)位于过热蒸汽出口，用于控制过热蒸汽的输出流量；所述混风阀(14)位于余热炉(4)的烟气出口，用于当余热炉(4)输出的烟气温度过高时混入煤气管网中的常温煤气进行温度调节，防止损坏除尘器(15)的组件；
所述除尘回收单元包括除尘器(15)和粉灰回收器(18)；所述除尘器(15)位于余热炉(4)和煤气收集室(20)之间，包括过滤器(16)、除尘器储热保温层(17)；所述过滤器(16)为布袋过滤器或静电除尘器，用于除去较细的粉尘颗粒；所述除尘器储热保温层(17)作为过滤器(16)夹层，用于大幅降低过滤器(16)在运行过程中的温差，保证安全性的同时延长其使用寿命；所述粉灰回收器(18)用于分段回收烟气中的粉尘，包括粗除尘段和精除尘段，粗除尘段位于余热炉(4)尾端，目的是除去大颗粒的烟尘并输送至粉灰回收器(18)，精除尘段与除尘器(15)尾端，其目的是除去小颗粒烟尘并输送至粉灰回收器(18)；
所述煤气输出单元位于除尘器(15)尾端，包括引风机(19)和煤气收集室(20)；所述引风机(19)用于将除尘器(15)内经过除尘和余热回收的烟气引入煤气收集室(20)；所述煤气收集室(20)用于煤气的收集、纯化和输送，其功能也包括对于未达到煤气使用要求的气体进行燃烧放散。
2.根据权利要求1所述的一种储热式转炉余热回收方法和装置，其特征在于：所述烟道储热保温层(3)的材料和换热管组(12)中每根换热管包裹的储热材料层为无机显热储热材料、无机相变储热材料或两者的组合。
3.根据权利要求1所述的一种储热式转炉余热回收方法和装置，其特征在于：所述热管(6)的材质为耐高温耐腐蚀金属或陶瓷材料。
4.根据权利要求1所述的一种储热式转炉余热回收方法和装置，其特征在于：所述热管储热层所用材料为相变温度介于150-600℃范围内的无机或有机相变储热材料。
5.根据权利要求1所述的一种储热式转炉余热回收方法和装置，其特征在于：所述除尘器储热保温层(17)为单层或多层，其材质是相变温度介于100-250℃范围内的无机或有机相变材料。
6.根据权利要求1和2所述的烟道储热保温层(3)和换热管组(12)表面所用的相变储热材料，其特征在于：相变储热材料为固-固或固-液相变储热材料，所述固-固相变材料是纯相变储热材料或复合结构相变储热材料；所述固-液相变储热材料是复合结构相变储热材料。
7.根据权利要求1和4所述的热管储热层(7)所用的相变储热材料，其特征在于：相变储热材料为固-固或固-液相变储热材料，所述固-固相变材料是纯相变储热材料或复合结构相变储热材料；所述固-液相变储热材料是复合结构相变储热材料。
8.根据权利要求1和5所述的除尘器储热保温层(17)所用的相变储热材料，其特征在于：相变储热材料为固-固或固-液相变储热材料，所述固-固相变材料是纯相变储热材料或复合结构相变储热材料；所述固-液相变储热材料是复合结构相变储热材料。
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