CN107631640A - 一种电炉余热回收***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电炉余热回收***及方法，属于工业炉窑余热回收领域，该***包括依次连接设置的电炉汽化冷却炉盖、废钢预热装置、汽化冷却弯管烟道、燃烧沉降室、烟气余热锅炉和除尘排烟装置；烟气余热锅炉内设有蒸发器、省煤器和软水加热器；还包括软水箱、除氧器、中压蓄热站、低压蓄热站、低压汽包以及中压汽包。本发明通过设置中压汽包为烟气余热锅炉蒸发器供水，低压汽包为电炉汽化冷却炉盖、汽化冷却弯管烟道供水，可回收电炉炉盖余热及一次烟气余热以产生低压蒸汽和中压蒸汽；还通过在烟气余热锅炉内设置省煤器和软水加热器可提高烟气与水之间的换热温差，提高烟气降温速率，有利于抑制二噁英的合成。
Description
技术领域
本发明属于工业炉窑余热回收技术领域，具体涉及一种电炉余热回收***及方法。
背景技术
电炉冶炼过程中将产生大量的热量，包括电炉本体散热及电炉一次烟气余热。电炉炉盖受到炉内钢水及电极的辐射热，目前主要通过循环水冷的方式散失掉。电炉一次烟气余热主要通过预热废钢或烟气余热锅炉的方式进行回收利用。
专利CN 104061793 B(申请号201410181614.4)和CN 103940248 B(申请号201410141897.X)分别公开了一种电炉一次烟气余热回收***，两个专利公开的***中均设有省煤器和软水加热器，以期实现烟气余热的梯级利用。但由于电炉冶炼的周期性，***的补水也呈现出周期性特征，当汽包或除氧器不需要补水时，就存在省煤器或软水加热器干烧以及锅炉排烟温度无法有效控制的风险。
专利CN 202470790 U(申请号201220069391.9)公开了一种铁合金电炉炉盖与烟道烟气余热联合回收的***，烟道余热锅炉与炉盖余热锅炉共用一套给水除氧装置，炉盖余热锅炉产生的蒸汽与烟道余热锅炉产生的蒸汽混合，之后一同送入在烟道余热锅炉过热器实现过热，最后通过汽轮机发电。该专利所述炉盖余热锅炉与烟道余热锅炉压力等级相同。为提高余热蒸汽品质，目前烟气余热锅炉一般采用中压锅炉(2.5～3.9MPa，炉水温度>200℃)。电炉炉盖在冶炼过程中会根据工艺需要而做提升、转动、倾动等操作，而炉盖的供回水管道一般采用高压软管或金属旋转接头连接。较高的工作压力和温度易导致供回水管道爆管或旋转接头漏水，不利于***的安全运行。
对于废钢预热型电炉，烟气预热废钢后，在其降温过程中易生成二噁英污染物。电炉烟气中二噁英的合成温度窗口为200～500℃，其中在300℃左右合成速率达到最大。为减少二噁英的生成，需使烟气在降温过程中能快速掠过该温度区间。对于烟气余热锅炉***，为提高烟气降温速度，一方面可提高锅炉内换热器的综合换热系数，如专利CN 204100835U(申请号201420602114.9)采用了高效换热管结构提高换热系数，实现烟气急冷；另一方面可提高烟气侧与水侧的换热温差，专利CN 104061793 B(申请号201410181614.4)和CN103940248 B(申请号201410141897.X)虽然在烟气余热锅炉中使用了省煤器和软水加热器，但由于只利用了电炉一次烟气余热，***补水量较小，加之电炉冶炼的周期性使得省煤器和软水加热器供水不足，换热稳定性差。
因此，需要一种可同时回收电炉炉盖及一次烟气余热的***，该***需提高电炉一次烟气在低温区的降温速率，保证***运行的安全和减少烟气中二噁英的合成，实现回收余热同时减少烟气对环境的污染。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电炉余热回收***及方法，用于解决现有技术中未考虑电炉炉盖余热回收以及锅炉低温区降温速率较慢或换热稳定性差等问题。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供一种电炉余热回收***，包括依次连接设置的电炉汽化冷却炉盖、废钢预热装置、汽化冷却弯管烟道、燃烧沉降室、烟气余热锅炉和除尘排烟装置，所述烟气余热锅炉内沿烟气流动方向依次布置有蒸发器、省煤器和软水加热器；还包括连接于软水加热器进口和出口的软水箱、连接于省煤器进口和出口且也同软水加热器出口连接的除氧器、连接于蒸发器进口和出口且也同省煤器出口连接的中压汽包、连接于电炉汽化冷却炉盖及汽化冷却弯管烟道进口和出口且也同省煤器出口连接的低压汽包、与低压汽包连接的低压蓄热站以及与中压汽包连接的中压蓄热站。
进一步，软水加热器出口与软水箱和除氧器分别通过阀门Ⅰ、阀门Ⅱ连通，省煤器出口与除氧器、中压汽包、低压汽包分别通过阀门Ⅲ、阀门Ⅳ、阀门Ⅴ连通。
进一步，软水箱通过软水泵连接于软水加热器进口，除氧器通过给水泵连接于省煤器进口，低压汽包通过低压循环泵分别连接于电炉汽化冷却炉盖和汽化冷却弯管烟道。
进一步，除氧器通过阀门Ⅵ连接于低压蓄热站后。
本发明还利用上述的电炉余热回收***实施的余热回收方法，具体包括如下步骤：
S1：利用烟气余热锅炉内沿烟气流动方向依次布置的蒸发器、省煤器和软水加热器来提高烟气的降温速率，以减少烟气在二噁英合成反应温度区间的停留时间；
S2：利用软水箱提供的软水依次经过软水加热器、除氧器、省煤器后分别送入低压汽包和中压汽包，以使中压汽包为蒸发器供水，低压汽包为电炉汽化冷却炉盖、汽化冷却弯管烟道供水；
S3：利用中压汽包产生的中压蒸汽送入中压蓄热站，待中压蒸汽稳压后送入中压蒸汽管网，以供全厂生产使用；利用低压汽包产生的低压蒸汽送入低压蓄热站，待低压蒸汽稳压后送入低压蒸汽管网，以供全厂生活使用。
优选的，低压汽包产生的低压蒸汽先通过阀门Ⅵ连接于除氧器，富余的再供入低压蒸汽管网。
本发明的有益效果是：通过设置低压汽包，保证了高温段(包括炉盖和汽化冷却弯管烟道)受热管及供回水连接管道的安全运行，低压汽包和高压汽包共用一套除氧及补水装置可减少***的投资，同时提高了软水加热器和省煤器的供水量。通过设置低压汽包和中压汽包，实现了能量的梯级利用，中压蒸汽用于生产、低压蒸汽可用于除氧及全厂生活。在烟气余热锅炉内设置省煤器和软水加热器可实现电炉一次烟气余热的充分利用，并且也提高了烟气侧与水侧的换热温差进而提高烟气降温速率，减少二噁英的生成。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明提供的电炉余热回收***流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，附图中的元件标号分别为：1-电炉汽化冷却炉盖、2-废钢预热装置、3-汽化冷却弯管烟道、4-燃烧沉降室、5-烟气余热锅炉、5.1-蒸发器、5.2-省煤器、5.3-软水加热器、6-除尘排烟装置、7-软水箱、8-软水泵、9-给水泵、10-低压蓄热站、10.1-低压蒸汽管网、11-中压蓄热站、11.1-中压蒸汽管网、12-除氧器、13-中压汽包、14-低压汽包、15-低压循环泵；a-阀门Ⅰ、b-阀门Ⅱ、c-阀门Ⅲ、d-阀门Ⅳ、e-阀门Ⅴ、f-阀门Ⅵ。
本实施例基本如附图1所示：一种电炉余热回收***，用于回收电炉炉盖余热及一次烟气余热以产生低压蒸汽和中压蒸汽；包括依次连接设置的电炉汽化冷却炉盖1、废钢预热装置2、汽化冷却弯管烟道3、燃烧沉降室4、烟气余热锅炉5和除尘排烟装置6，该烟气余热锅炉内沿烟气流动方向依次布置有蒸发器5.1、省煤器5.2和软水加热器5.3；还包括连接于软水加热器5.3进口和出口的软水箱7、连接于省煤器5.2进口和出口且也同软水加热器5.3出口连接的除氧器12、连接于蒸发器5.1进口和出口且也同省煤器5.2出口连接的中压汽包13、连接于电炉汽化冷却炉盖1及汽化冷却弯管烟道3进口和出口且也同省煤器5.2出口连接的低压汽包14、与低压汽包14连接的低压蓄热站10以及与中压汽包13连接的中压蓄热站11；软水加热器5.3出口与软水箱7和除氧器12分别通过阀门Ⅰa、阀门Ⅱb连通，省煤器5.2出口与除氧器12、中压汽包13、低压汽包14分别通过阀门Ⅲc、阀门Ⅳd、阀门Ⅴe连通；软水箱7通过软水泵8连接于软水加热器5.3进口，除氧器12通过给水泵9连接于省煤器5.2进口，低压汽包14通过低压循环泵15分别连接于电炉汽化冷却炉盖1和汽化冷却弯管烟道3；除氧器12通过阀门Ⅵf连接于低压蓄热站10后。
具体的，本发明的烟风余热回收是：电炉汽化冷却炉盖1通过四孔弯管(未画出)与废钢预热装置2连接，1200～2000℃的高温烟气从电炉四孔排出后依次经过废钢预热装置2、汽化冷却弯管烟道3、燃烧沉降室4以及烟气余热锅炉5逐步减温至200℃以下，最后送入除尘排烟装置6除尘净化后排放；汽水余热回收是：软水或除盐水从软水箱7由软水泵8加压送入烟气余热锅炉5末段的软水加热器5.3，软水加热器5.3出口分别连接除氧器12和软水箱7；软水经除氧器12除氧后由给水泵9送入烟气余热锅炉5中部的省煤器5.2，省煤器5.2出口分别连接中压汽包13、低压汽包14和除氧器12；中压汽包13与余热锅炉5的蒸发器5.1相连，锅水在蒸发器5.1中蒸发吸热，产生的蒸汽由中压汽包13送入中压蓄热站11；低压汽包14内的锅水通过低压循环泵15分别送入电炉汽化冷却炉盖1和汽化冷却弯管烟道3，经吸热汽化后返回低压汽包14，产生的蒸汽送入低压蓄热站10；中压蓄热站11出口与中压蒸汽管网11.1连接，低压蓄热站10出口连接除氧器12和低压蒸汽管网10.1。
采用上述方案，本发明通过设置中压汽包为烟气余热锅炉蒸发器供水，低压汽包为电炉汽化冷却炉盖、汽化冷却弯管烟道供水，可回收电炉炉盖余热及一次烟气余热以产生低压蒸汽和中压蒸汽；还通过在烟气余热锅炉内设置省煤器和软水加热器可提高烟气与水之间的换热温差，提高烟气降温速率，有利于抑制二噁英的合成。
下面详细地阐述下本发明的电炉余热回收***的工作原理，包括如下：
S1：利用烟气余热锅炉5内沿烟气流动方向依次布置的蒸发器5.1、省煤器5.2和软水加热器5.3来提高烟气的降温速率，以减少烟气在二噁英合成反应温度区间的停留时间；即：
电炉产生的一次烟气通过四孔烟道排出，依次经过废钢预热装置2、汽化冷却弯管烟道3进入燃烧沉降室4，烟气在燃烧沉降室中可进一步燃尽同时分离大颗粒粉尘。为减少烟气二噁英的生成，需通过控制废钢预热装置中的装钢量、废钢预热时间，来调节燃烧沉降室出口烟气的温度，使之不低于900℃，从而保证烟气中的二噁英处于完全热分解状态。之后，烟气进入烟气余热锅炉5。烟气余热锅炉5内沿烟气流动方向依次布置蒸发器5.1、省煤器5.2和软水加热器5.3。高温烟气先经过蒸发器5.1，蒸发器5.1内的水温为202～223℃，烟气温度从>900℃降温至400～500℃。此时达到二噁英合成的反应温度窗口，之后烟气进入省煤器5.2，进一步降温至250～350℃达到二噁英合成的快速反应温度区间，最后烟气进入软水加热器5.3降温至170～250℃。由于省煤器5.2中平均水温比蒸发器5.1中水温低～100℃，软水加热器5.3中的平均水温比省煤器中水温低～100℃，因此可保证在烟气温度降低后各段换热器均仍有较高的换热温差，从而可进一步提高烟气的降温速率，减少烟气在二噁英合成反应温度区间的停留时间，减少二噁英的生成量。经过软水加热器5.3降温后的烟气送入除尘排烟装置6净化后排放。
S2：利用软水箱7提供的软水依次经过软水加热器5.3、除氧器12、省煤器5.2后分别送入低压汽包14和中压汽包13，以使中压汽包13为烟气余热锅炉5的蒸发器5.1供水，低压汽包14为电炉汽化冷却炉盖1、汽化冷却弯管烟道3供水；即：
低温(～30℃)软水通过软水箱7，由软水泵8送入软水加热器5.3升温至～80℃，软水加热器5.3出口分别连接除氧器12和软水箱7，即在除氧器12不需要补水的情况下软水在软水箱7和软水加热器5.3之间循环，有效避免了锅炉软水加热器5.3干烧损坏或软水泵的频繁启停。软水经除氧器12除氧后由给水泵9送入省煤器5.2，省煤器5.2出口分别连接中压汽包13、低压汽包14和除氧器12，即在中压汽包13或低压汽包14不需要补水的情况下，锅炉给水在除氧器12和省煤器5.2之间循环，有效避免了锅炉省煤器干烧损坏或给水泵的频繁启停。中压汽包13与蒸发器5.1相连，低压汽包14通过低压循环泵15与电炉汽化冷却炉盖1和汽化冷却弯管烟道3相连。由于电炉汽化冷却炉盖1、汽化冷却弯管烟道3烟气侧的温度较高，采用低压汽包14配以低压循环泵15，通过低压强制循环的方式回收余热更利于延长换热管使用寿命。
S3：利用中压汽包13产生的中压蒸汽送入中压蓄热站11，待中压蒸汽稳压后送入中压蒸汽管网11.1，以供全厂生产使用；利用低压汽包14产生的低压蒸汽送入低压蓄热站10，待低压蒸汽稳压后送入低压蒸汽管网10.1，以供全厂生活使用；即：
中压汽包13和低压汽包14产生的蒸汽分别送入中压蓄热站11和低压蓄热站10，蒸汽通过蓄热站稳压后，中压蒸汽送入中压蒸汽管网11.1，可供全厂生产使用(如精炼抽真空等)。低压蒸汽首先通过阀门Ⅵf送入除氧器12，用于补水除氧加热，其余供入低压蒸汽管网10.1，供全厂生活使用。
总的说来，本发明通过设置低压汽包，保证了高温段(包括炉盖和汽化冷却弯管烟道)受热管的安全运行，低压汽包和高压汽包共用一套除氧及补水装置可减少***的投资。通过设置低压汽包和中压汽包，实现了能量的梯级利用，中压蒸汽用于生产、低压蒸汽可用于除氧及全厂生活。在烟气余热锅炉内设置省煤器和软水加热器可实现电炉一次烟气余热的充分利用，并且也提高了烟气侧与水侧的换热温差进而提高烟气降温速率，减少二噁英的生成。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种电炉余热回收***，包括依次连接设置的电炉汽化冷却炉盖(1)、废钢预热装置(2)、汽化冷却弯管烟道(3)、燃烧沉降室(4)、烟气余热锅炉(5)和除尘排烟装置(6)，其特征在于，所述烟气余热锅炉内沿烟气流动方向依次布置有蒸发器(5.1)、省煤器(5.2)和软水加热器(5.3)；还包括连接于软水加热器进口和出口的软水箱(7)、连接于省煤器进口和出口且也同软水加热器出口连接的除氧器(12)、连接于蒸发器进口和出口且也同省煤器出口连接的中压汽包(13)、连接于电炉汽化冷却炉盖及汽化冷却弯管烟道进口和出口且也同省煤器出口连接的低压汽包(14)、与低压汽包连接的低压蓄热站(10)以及与中压汽包连接的中压蓄热站(11)。
2.根据权利要求1所述的电炉余热回收***，其特征在于，软水加热器出口与软水箱和除氧器分别通过阀门Ⅰ(a)、阀门Ⅱ(b)连通，省煤器出口与除氧器、中压汽包、低压汽包分别通过阀门Ⅲ(c)、阀门Ⅳ(d)、阀门Ⅴ(e)连通。
3.根据权利要求1所述的电炉余热回收***，其特征在于，软水箱通过软水泵(8)连接于软水加热器进口，除氧器通过给水泵(9)连接于省煤器进口，低压汽包通过低压循环泵(15)分别连接于电炉汽化冷却炉盖和汽化冷却弯管烟道。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电炉余热回收***，其特征在于，除氧器通过阀门Ⅵ(f)连接于低压蓄热站后。
5.利用权利要求1-4任一项所述的电炉余热回收***的余热回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：利用烟气余热锅炉内沿烟气流动方向依次布置的蒸发器、省煤器和软水加热器来提高烟气的降温速率，以减少烟气在二噁英合成反应温度区间的停留时间；
S2：利用软水箱提供的软水依次经过软水加热器、除氧器、省煤器后分别送入低压汽包和中压汽包，以使中压汽包为蒸发器供水，低压汽包为电炉汽化冷却炉盖、汽化冷却弯管烟道供水；
S3：利用中压汽包产生的中压蒸汽送入中压蓄热站，待中压蒸汽稳压后送入中压蒸汽管网(11.1)，以供全厂生产使用；利用低压汽包产生的低压蒸汽送入低压蓄热站，待低压蒸汽稳压后送入低压蒸汽管网(10.1)，以供全厂生活使用。
6.根据权利要求5所述的余热回收方法，其特征在于，低压汽包产生的低压蒸汽先通过阀门Ⅵ连接于除氧器，富余的再供入低压蒸汽管网。
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