CN106839789A - 一种基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收*** - Google Patents

一种基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***，包括轧钢加热炉、炉底水梁汽化冷却装置、烟气余热回收烟道、低压锅筒、高压锅筒，烟气余热回收烟道中沿烟气流向布置有第三级空气预热器、第三级煤气预热器、高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、第二级空气预热器、第二级煤气预热器、高压省煤器、低压蒸发器、第一级空气预热器、第一级煤气预热器、低压省煤器，炉底水梁汽化冷却装置出口烟气进入烟气余热回收烟道中，结合低压锅筒、高压锅筒形成复合循环回路，产生蒸汽驱动汽轮机做功，空气依次经第一级、第二级、第三级空气预热器后通往轧钢加热炉的烧嘴，煤气依次经第一级、第二级、第三级煤气预热器后通往轧钢加热炉的烧嘴。

Description

一种基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***
技术领域
本发明涉及钢铁节能技术领域，具体地说，涉及一种基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***。
背景技术
在钢铁企业各冶炼工序中，轧钢工序是钢铁生产流程中非常重要的一个环节，轧钢工序的能耗水平对于钢铁工业吨钢综合能耗有着不可忽视的影响。
轧钢加热炉是将初轧坯或连铸坯再加热，以满足轧制所需温度的设备。加热炉也是轧钢工序中最大的用能设备，因此轧钢加热炉的节能对于轧钢工序乃至整个钢厂的节能降耗工作都具有重要的推动作用。当下钢铁行业处于相对低谷期，许多钢厂都处于微盈利甚至亏本的状态。在这种情况下，各个冶炼子工序上主设备如轧钢加热炉的余热利用、节能增效已引起各钢厂的重视。
目前，轧钢加热炉的炉体设备以及加热炉控制***等方面的技术都已经比较成熟，对于轧钢加热炉来说，节能的主要方向应该在加热炉辅助***烟气热量优化利用，余热回收等方面挖掘潜能。对于蓄热式加热炉，目前加热炉最终排烟温度可以降低至150℃以下，但是对于常规加热炉，尤其是采用空气和煤气双预热技术的加热炉，大多数排烟温度为250～300℃左右，属于低温余热资源，烟气品位稍低。而另外一方面，对于常规加热炉而言，空气和煤气换热***均是冷空气和冷煤气直接在空气预热器和煤气预热器中一次性加热到设定温度，由于烟气侧温度非常高(最高可达900℃以上)，而冷空气和冷煤气均接近于常温，这种超大温差的换热造成了过大的换热损，能量有效利用率大打折扣。如果能设计一种空气-煤气预热***和烟气余热回收兼顾的热力***，将空气预热***和蒸汽回收***统筹考虑，对轧钢加热炉的烟气余热资源进行优化利用，在保证空气和煤气预热效果的情况下提高烟气余热品位和余热回收***的合理性，必然能收获可观的经济收益，具有重要的实用价值。
发明内容
本发明提供了一种基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***，以至少解决相关技术中空气和煤气换热效率差的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***，包括轧钢加热炉、炉底水梁汽化冷却装置、烟气余热回收烟道、低压锅筒-除氧器、高压锅筒，在烟气余热回收烟道中沿烟气流向顺次布置有第三级空气预热器、第三级煤气预热器、高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、第二级空气预热器、第二级煤气预热器、高压省煤器、低压蒸发器、第一级空气预热器、第一级煤气预热器、低压省煤器，轧钢加热炉排出的烟气进入烟气余热回收烟道中，结合低压锅筒-除氧器、高压锅筒形成自然循环与强制循环的复合循环回路，产生蒸汽驱动汽轮机做功，并且第一级空气预热器的空气出口端与第二级空气预热器的空气进口端连通，第二级空气预热器的空气出口端与第三级空气预热器的空气进口端连通；第一级煤气预热器的煤气出口端与第二级煤气预热器的煤气进口端连通，第二级煤气预热器的煤气出口端与第三级煤气预热器的煤气进口端连通，第三级空气预热器出口的空气、第三级煤气预热器出口的煤气通往轧钢加热炉的烧嘴。
优选地，低压锅筒-除氧器通过第一下降管与所述烟气余热回收烟道中的低压蒸发器的进水口连通，而低压蒸发器的出汽口通过第一上升管与所述低压锅筒-除氧器的上升管口连通，形成一个自然循环回路，并且，所述低压锅筒-除氧器通过出水管与给水泵的进水口连通，所述给水泵的出水口与高压省煤器的进水口连通，高压省煤器通过管路向高压锅筒供水；所述高压锅筒通过第二下降管与热水循环泵的进水口连通，所述热水循环泵的出水口与所述炉底水梁汽化冷却装置的进水口连通，所述炉底水梁汽化冷却装置的出汽口通过第二上升管与所述高压锅筒的上升管口连通，形成一个强制循环回路，并且，高压锅筒通过第三下降管与所述高压蒸发器的进水口连通，高压蒸发器的出汽口通过第三上升管与所述高压锅筒的上升管口连通，形成一个自然循环回路，所述汽轮机是补汽式汽轮机，所述高压锅筒的出汽口与高压过热器的进汽口连通，高压过热器的出汽口与汽轮机的主蒸汽进口连通，而低压锅筒-除氧器的出汽口与低压过热器的进汽口连通，低压过热器的出汽口与汽轮机的补汽进口连通。
优选地，在轧钢加热炉的出口烟道中还设置有前置蒸发冷却器，热水循环泵的出水口还分出一条支路与前置蒸发冷却器的进水口连通，前置蒸发冷却器的出汽口通过第四上升管与高压锅筒的上升管口连通。
优选地，汽轮机与凝汽器、凝结水泵以及低压省煤器的进水口沿汽水流程依次连通。
优选地，所述前置蒸发器采用顺流布置。
优选地，所述低压锅筒-除氧器是低压锅筒和除氧器的组合，除氧器安装于低压锅筒的上方，低压锅筒兼作除氧水箱。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***的工艺流程图。
包括轧钢加热炉1、炉底水梁汽化冷却装置2、前置蒸发冷却器3、烟气余热回收烟道4(内设第三级空气预热器401、第三级煤气预热器402、高压过热器403、高压蒸发器404、低压过热器405、第二级空气预热器406、第二级煤气预热器407、高压省煤器408、低压蒸发器409、第一级空气预热器410、第一级煤气预热器411、低压省煤器412)、低压锅筒-除氧器5、给水泵6、高压锅筒7、热水循环泵8、汽轮机9、发电机10、凝汽器11、凝结水泵12、第一下降管501、第一上升管502、出水管503、第二下降管701、第三下降管702、第二上升管703、第三上升管704、管路705、第四上升管706。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。其中，所述高压、低压是为了区分汽水***两个压力等级而进行的区分命名(如：高压蒸汽、低压蒸汽的压力分别设计为2.45MPa、0.5MPa)，并非绝对高压(如9.81MPa)、绝对低压(如0.8MPa)。以下描述中汽水流动沿附图中相应管路上的箭头方向流动。
本发明是要提供一种基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***，该***包括轧钢加热炉1、炉底水梁汽化冷却装置2、前置蒸发冷却器3、烟气余热回收烟道4、低压锅筒-除氧器5、给水泵6、高压锅筒7、热水循环泵8、汽轮机9、发电机10、凝汽器11、凝结水泵12。其中，所述炉底水梁汽化冷却装置2设置在所述轧钢加热炉1中，用于冷却炉底水梁，从而产生汽水混合物。烟气余热回收烟道可以是传统的烟道并在烟道内设置换热面，也可以是集成的余热锅炉。轧钢加热炉排出的烟气则沿图中箭头A的方向进入余热回收烟道4。也可以在轧钢加热炉的出口烟道中设置前置蒸发冷却器，轧钢加热炉出口烟气先经过前置蒸发冷却器再进入余热回收烟道4。所述前置蒸发冷却器采用顺流布置。
在余热回收烟道4内设置有对煤气、空气进行预热的空气预热器、煤气预热器，并且，还设置有将饱和蒸汽变换成过热蒸汽的过热器，生成的过热蒸汽送入汽轮机9，从而驱动汽轮机9做功，汽轮机9可以和发电机10连接，驱动发电机10发电。
下面结合图1详细说明烟气余热回收烟道4内的结构。所述烟气余热回收烟道4中沿烟气流动方向依次设置有第三级空气预热器401、第三级煤气预热器402、高压过热器403、高压蒸发器404、低压过热器405、第二级空气预热器406、第二级煤气预热器407、高压省煤器408、低压蒸发器409、第一级空气预热器410、第一级煤气预热器411、低压省煤器412。所述烟气余热回收烟道4内设置的第三级空气预热器401、第二级空气预热器406、第一级空气预热器410将空气分成三段加热，外来冷空气由B1口依次经过第一级空气预热器、第二级空气预热、第三级空气预热器加热后，从B2口送至加热炉烧嘴；所述烟气余热回收烟道4内设置的第三级煤气预热器402、第二级煤气预热器407、第一级煤气预热器411将煤气分成三段加热，外来冷煤气由C1口依次经过第一级煤气预热器、第二级煤气预热、第三级煤气预热器加热后，从C2口送至加热炉烧嘴。
下面结合图1详细说明各工艺管路流程。所述低压锅筒-除氧器5是低压锅筒和除氧器的组合，除氧器安装于低压锅筒的上方，低压锅筒兼作除氧水箱。低压锅筒-除氧器5通过第一下降管501与所述烟气余热回收烟道4中的低压蒸发器409的进水口连通，而低压蒸发器409的出汽口通过第一上升管502与所述低压锅筒-除氧器5的上升管口连通，形成一个自然循环回路。所述低压锅筒-除氧器5通过出水管503与所述给水泵6的进水口连通，所述给水泵的出水口与高压省煤器408的进水口连通，高压省煤器408通过管路705向高压锅筒7供水。
所述高压锅筒7通过第二下降管701与所述热水循环泵8的进水口连通，所述热水循环泵8的出水口与所述炉底水梁汽化冷却装置2的进水口连通，所述炉底水梁汽化冷却装置2的出汽口通过第二上升管703与所述高压锅筒7的上升管口连通，形成一个强制循环回路。特别地，热水循环泵8的出水口还分出一条支路与前置蒸发冷却器的进水口连通，前置蒸发冷却器的出汽口通过第四上升管706与高压锅筒的上升管口连通。
高压锅筒通过第三下降管702与所述高压蒸发器404的进水口连通，高压蒸发器404的出汽口通过第三上升管704与所述高压锅筒的上升管口连通，形成一个自然循环回路。
所述高压锅筒7的出汽口与高压过热器403的进汽口相连，高压过热器403将送入的饱和蒸汽变换成高压过热蒸汽，该过热蒸汽进入汽轮机的主蒸汽进口。特别地，汽轮机9采用补汽式汽轮机。低压锅筒-除氧器5产生的饱和蒸汽则进入低压过热器405变换为低压过热蒸汽，该过热蒸汽经管路与汽轮机9的补汽进口连通，增大汽轮机的出力。
本实施例的余热回收***在进行轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却***和余热回收***的整体设计时，结合加热炉炉底水梁汽化冷却、前置蒸发冷却器以及余热回收烟道受热面的各自特点，将汽水循环***设计成自然循环+强制循环的复合循环方式，将安全运行作为第一要义的加热炉炉底水梁汽化冷却装置和处于过高温度区的前置蒸发冷却器设计成强制循环模式，将高压蒸发***和除氧蒸发***设置成自然循环模式，在保证***安全可靠的条件下兼顾了***的节能运行。
此外，汽轮机9的排汽口与所述凝汽器11、所述凝结水泵12、低压省煤器412、低压锅筒-除氧器5的进水口沿着汽水流程顺次连通。低压省煤器对汽轮机来的凝结水进行预热，不仅进一步吸收了烟气余热，提高余热回收***的热经济性，而且还可降低进入下游除尘设施的烟气温度，有利于除尘设施的安全运行。
此外，凝汽器设置有补水口，以补充余热回收***损失掉的汽水。
此外，所述烟气余热回收烟道中的高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、高压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器均采用逆流布置。
综上所述，本发明的基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***有益效果在于：
(1)本发明对轧钢加热炉余热资源进行整合，将空气-煤气预热***、轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却***、轧钢加热炉尾部烟气余热回收***进行统筹考虑，统一布局，在满足加热炉燃烧需求的基础上最大程度地回收加热炉的烟气热能。
(2)本发明将轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却***和轧钢加热炉尾部烟气余热回收***进行整合，采用加热炉炉底水梁汽化冷却装置和加热炉尾部烟气余热回收装置共用锅筒和除氧器的方式，较常规的轧钢加热炉余热回收模式有明显的简化，总投资大幅降低；在进行轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却***和余热回收***的整体设计时，结合加热炉炉底水梁汽化冷却、前置蒸发冷却器以及余热回收烟道受热面的各自特点，将汽水循环***设计成自然循环+强制循环的复合循环方式，将安全运行作为第一要义的加热炉炉底水梁汽化冷却装置和处于过高温度区的前置蒸发冷却器设计成强制循环模式，将高压蒸发***和除氧蒸发***设置成自然循环模式，在保证***安全可靠的条件下兼顾了***的节能运行。
(3)整套蒸汽***设计成双压***，根据烟气品位高低进行分级设计，将高温烟气采用高压汽水***进行换热，低温烟气采用低压汽水***进行换热；整套空气-煤气预热***设计成三级加热，根据烟气温度高低将三级独立的空气预热器和三级独立的煤气预热器分布在余热回收烟道中，用高能级的空气(或煤气)与高能级的烟气进行换热，低能级的空气(或煤气)与低能级的烟气进行换热。本发明不仅通过大幅降低轧钢加热炉排烟温度进而从“量”上回收轧钢加热炉烟气余热，而且按照能量品位高低实现了能源梯级优化利用进而从“质”上回收轧钢加热炉烟气余热；此外，本发明整套余热利用***的设计，以及各个设备之间的连接关系，均是综合***的安全性和热经济性后的最优化布局。
(4)本发明在烟气余热回收烟道前先设置一级前置蒸发冷却器，可以将加热炉出口高温烟气(有些加热炉出口烟温可达1000℃左右)的温度降低，进而保护下游的烟气余热回收烟道中的各级受热面的安全；而与常规的通过掺冷风降低烟温的方式相比多产出了一定量的蒸汽，具有更好的经济收益。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***，包括轧钢加热炉(1)、炉底水梁汽化冷却装置(2)、烟气余热回收烟道(4)、低压锅筒-除氧器(5)、高压锅筒(7)，其特征在于，
在烟气余热回收烟道(4)中沿烟气流向顺次布置有第三级空气预热器(401)、第三级煤气预热器(402)、高压过热器(403)、高压蒸发器(404)、低压过热器(405)、第二级空气预热器(406)、第二级煤气预热器(407)、高压省煤器(408)、低压蒸发器(409)、第一级空气预热器(410)、第一级煤气预热器(411)、低压省煤器(412)，轧钢加热炉(1)排出的烟气进入烟气余热回收烟道(4)中，结合低压锅筒-除氧器(5)、高压锅筒(7)形成自然循环与强制循环的复合循环回路，产生蒸汽驱动汽轮机(9)做功，并且
第一级空气预热器的空气出口端与第二级空气预热器的空气进口端连通，第二级空气预热器的空气出口端与第三级空气预热器的空气进口端连通；
第一级煤气预热器的煤气出口端与第二级煤气预热器的煤气进口端连通，第二级煤气预热器的煤气出口端与第三级煤气预热器的煤气进口端连通，
第三级空气预热器出口的空气、第三级煤气预热器出口的煤气通往轧钢加热炉的烧嘴。
2.根据权利要求1所述的基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***，其特征在于，
低压锅筒-除氧器(5)通过第一下降管(501)与所述烟气余热回收烟道(4)中的低压蒸发器(409)的进水口连通，而低压蒸发器(409)的出汽口通过第一上升管(502)与所述低压锅筒-除氧器的上升管口连通，形成一个自然循环回路，并且，
所述低压锅筒-除氧器(5)通过出水管(503)与给水泵(6)的进水口连通，所述给水泵的出水口与高压省煤器(408)的进水口连通，高压省煤器通过管路(705)向高压锅筒(7)供水；
所述高压锅筒(7)通过第二下降管(701)与热水循环泵(8)的进水口连通，所述热水循环泵的出水口与所述炉底水梁汽化冷却装置(2)的进水口连通，所述炉底水梁汽化冷却装置的出汽口通过第二上升管(703)与所述高压锅筒的上升管口连通，形成一个强制循环回路，并且，
高压锅筒通过第三下降管(702)与所述高压蒸发器(404)的进水口连通，高压蒸发器(404)的出汽口通过第三上升管(704)与所述高压锅筒的上升管口连通，形成一个自然循环回路，
所述汽轮机是补汽式汽轮机，所述高压锅筒的出汽口与高压过热器(403)的进汽口连通，高压过热器的出汽口与汽轮机的主蒸汽进口连通，而
低压锅筒-除氧器的出汽口与低压过热器(403)的进汽口连通，低压过热器的出汽口与汽轮机的补汽进口连通。
3.根据权利要求2所述的基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***，其特征在于，在轧钢加热炉的出口烟道中还设置有前置蒸发冷却器(3)，热水循环泵(8)的出水口还分出一条支路与前置蒸发冷却器的进水口连通，前置蒸发冷却器的出汽口通过第四上升管(706)与高压锅筒的上升管口连通。
4.根据权利要求1所述的基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***，其特征在于，汽轮机(9)与凝汽器(11)、凝结水泵(12)以及低压省煤器的进水口沿汽水流程依次连通。
5.根据权利要求3所述的基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***，其特征在于，所述前置蒸发器采用顺流布置。
6.根据权利要求1所述的基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收***，其特征在于，所述低压锅筒-除氧器是低压锅筒和除氧器的组合，除氧器安装于低压锅筒的上方，低压锅筒兼作除氧水箱。
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