本發(fā)明涉及冶金行業(yè)轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收及設(shè)備使用壽命延長(zhǎng)，具體說(shuō)是一種儲(chǔ)熱式轉(zhuǎn)爐余熱回收方法和裝置。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量高溫?zé)煔猓瑹煔獬鰻t口溫度約1400～1600℃、粉塵濃度70～200g/m3，離開(kāi)爐口后需要進(jìn)行降溫再進(jìn)入煙氣除塵系統(tǒng)，除塵方式大致可分為濕法除塵(OG法)或干法除塵(LT法)。OG法的主要原理是轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻至900～1000℃后進(jìn)入兩級(jí)文氏管，經(jīng)洗滌和重力脫水等步驟進(jìn)行除塵凈化；LT法的主要原理是轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道冷卻至1000℃以下時(shí)進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，蒸發(fā)冷卻器利用雙介質(zhì)噴槍噴水使煙氣溫度降至180℃～220℃后粗除塵，粗除塵后的煙氣經(jīng)靜電精除塵以滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)和煤氣用戶的要求；由于轉(zhuǎn)爐煙氣的溫度較高，大部分煉鋼企業(yè)都試圖利用這部分余熱，考慮到其煙氣降溫方式一般為水冷，因此轉(zhuǎn)爐的余熱回收主要是通過(guò)高溫蒸汽回收利用進(jìn)行，可并入企業(yè)低壓蒸汽管網(wǎng)、用于生產(chǎn)用汽或冬季采暖。
專利CN104132552A提供了一種轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽綜合利用系統(tǒng)及余熱利用方法，在轉(zhuǎn)爐蒸汽管道上增設(shè)蓄熱器組和汽水分離器，同時(shí)從蒸汽母管引入過(guò)熱蒸汽并接入蓄熱器和汽水分離器之間的蒸汽管道中充分混合，使得混合蒸汽有5攝氏度以上的過(guò)熱度，旨在解決普通轉(zhuǎn)爐蒸汽利用系統(tǒng)中轉(zhuǎn)爐蒸汽過(guò)熱度小導(dǎo)致的汽輪機(jī)末級(jí)葉片水蝕問(wèn)題；專利CN203443371U提供了一種轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電系統(tǒng)，為轉(zhuǎn)爐配套設(shè)置了煙道式汽化冷卻余熱鍋爐和蓄熱器系統(tǒng)。在吹煉過(guò)程中將余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽引入蓄熱器內(nèi)，加熱蓄熱器內(nèi)的飽和水后供出飽和蒸汽，在非吹煉期蓄熱器中的飽和水降壓后迅速閃蒸，飽和水成為過(guò)熱水后立即沸騰蒸發(fā)，產(chǎn)生連續(xù)蒸汽，經(jīng)調(diào)壓后驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電；專利CN203360485U提出了一種轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電裝置，將轉(zhuǎn)爐出來(lái)的蒸汽經(jīng)蓄熱器儲(chǔ)存穩(wěn)壓，再由過(guò)熱器使蒸汽與水分離，變成干蒸汽然后進(jìn)入汽輪機(jī)組發(fā)電；專利CN204085214U提供了一種轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽蓄熱式發(fā)電系統(tǒng)，利用蓄熱器將非連續(xù)低壓蒸汽穩(wěn)壓，然后進(jìn)入螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)做功后排氣，經(jīng)過(guò)凝汽器凝結(jié)成水再回收利用。
目前的轉(zhuǎn)爐余熱回收方式的余熱利用效率較低、成本較高；由于轉(zhuǎn)爐冶煉和非冶煉過(guò)程的溫差大，氣化煙道及除塵裝置承受極大熱應(yīng)力，容易疲勞損壞，特別是除塵裝置；此外，由于進(jìn)入除塵器的煙氣溫度不能過(guò)高，如何有效回收利用煙氣冷卻煙道的熱量成為轉(zhuǎn)爐余熱 利用的關(guān)鍵問(wèn)題，因此急需開(kāi)發(fā)新型低成本、能源利用率高的技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種儲(chǔ)熱式轉(zhuǎn)爐余熱回收方法和裝置，以解決目前轉(zhuǎn)爐余熱利用率較低、成本較高等問(wèn)題，并可用于可再生能源及其它工業(yè)過(guò)程余熱的高效利用。
為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種儲(chǔ)熱式轉(zhuǎn)爐余熱回收方法和裝置，包括轉(zhuǎn)爐、煙氣冷卻單元、余熱回收單元、除塵回收單元和煤氣輸出單元；
所述轉(zhuǎn)爐位于冷卻煙道前端，用于煉鋼，并間隙性產(chǎn)生約1400～1600℃的煙氣，是需回收的熱源；
所述煙氣冷卻單元包括冷卻煙道及煙道儲(chǔ)熱保溫層；所述冷卻煙道為傳統(tǒng)的多段式水冷煙道，用于轉(zhuǎn)爐煙氣的初步降溫；所述煙道儲(chǔ)熱保溫層填充于冷卻煙道的內(nèi)壁，用于轉(zhuǎn)爐冶煉周期中的熱量存儲(chǔ)和非冶煉周期中的熱量釋放，從而降低煙道運(yùn)行過(guò)程中的溫差，延長(zhǎng)煙道使用壽命，降低煙道維修成本；
所述余熱回收單元包括余熱爐、水泵、過(guò)熱室和混風(fēng)閥；所述水泵與余熱爐相連，用于提供除鹽除氧水以產(chǎn)生飽和蒸汽；所述余熱爐位于過(guò)熱室尾端，用于煙氣余熱的二級(jí)回收利用，包括熱管換熱區(qū)和蒸汽發(fā)生區(qū)；所述熱管換熱區(qū)包括熱管和熱管儲(chǔ)熱層；所述熱管位于熱管換熱區(qū)和蒸汽發(fā)生區(qū)之間，可利用余熱爐內(nèi)煙氣的熱量產(chǎn)生飽和蒸汽；所述熱管儲(chǔ)熱層為熱管表面夾層，用于煉鋼時(shí)段的熱量存儲(chǔ)，并在非煉鋼時(shí)段持續(xù)供熱，保證蒸汽的連續(xù)供應(yīng)；所述蒸汽發(fā)生區(qū)包括汽包、排污閥及二通閥；所述汽包位于余熱爐頂端，用于調(diào)節(jié)余熱爐出口蒸汽的壓力；所述排污閥位于余熱爐的側(cè)面，用于控制余熱爐內(nèi)的水質(zhì)，防止?fàn)t內(nèi)結(jié)垢；所述二通閥位于余熱爐頂端的蒸汽出口，用于調(diào)節(jié)蒸汽輸出壓力；所述過(guò)熱室位于冷卻煙道和余熱爐之間，用于煙氣余熱的初級(jí)回收利用，包括換熱管組和二通閥；所述換熱管組分布于過(guò)熱室內(nèi)且每根換熱管包裹儲(chǔ)熱材料層，冶煉期間從冷卻煙道流出的煙氣流經(jīng)過(guò)熱室對(duì)換熱管組供熱，將飽和蒸汽變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，非冶煉期間，儲(chǔ)熱材料放熱，繼續(xù)提提供過(guò)熱蒸汽，并降低換熱管組因頻繁大溫差變化而造成的疲勞損壞；所述二通閥位于過(guò)熱蒸汽出口，用于控制過(guò)熱蒸汽的輸出流量；所述混風(fēng)閥位于余熱爐的煙氣出口，用于當(dāng)余熱爐輸出的煙氣溫度過(guò)高時(shí)混入煤氣管網(wǎng)中的常溫煤氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，防止損壞除塵器的組件；
所述除塵回收單元包括除塵器和粉灰回收器；所述除塵器位于余熱爐和煤氣收集室之間，包括過(guò)濾器、除塵器儲(chǔ)熱保溫層；所述過(guò)濾器為布袋過(guò)濾器或靜電除塵器，用于除去較細(xì)的粉塵顆粒；所述除塵器儲(chǔ)熱保溫層作為過(guò)濾器夾層，用于降低除塵器運(yùn)行過(guò)程中的溫差，保 證安全性的同時(shí)延長(zhǎng)其使用壽命，降低維護(hù)成本；所述粉灰回收器用于分段回收煙氣中的粉塵，包括粗除塵段和精除塵段，粗除塵段位于余熱爐尾端，目的是除去大顆粒的煙塵并輸送至粉灰回收器，精除塵段位于除塵器尾部，目的是除去小顆粒煙塵并輸送至粉灰回收器；
所述煤氣輸出單元位于除塵器尾端，包括引風(fēng)機(jī)和煤氣收集室；所述引風(fēng)機(jī)用于將除塵器內(nèi)經(jīng)過(guò)除塵和余熱回收的煙氣引入煤氣收集室；所述煤氣收集室用于煤氣的收集、純化和輸送，對(duì)于未達(dá)到煤氣使用要求的氣體進(jìn)行燃燒放散。
優(yōu)選的，所述煙道儲(chǔ)熱保溫層的材料和換熱管組中每根換熱管包裹的儲(chǔ)熱材料層的材質(zhì)均為無(wú)機(jī)顯熱儲(chǔ)熱材料、無(wú)機(jī)相變儲(chǔ)熱材或兩者的組合；更為優(yōu)選的，所述相變材料為固-固或固-液相變儲(chǔ)熱材料，所述固-固相變儲(chǔ)熱材料可以是純相變材料，也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)相變儲(chǔ)熱材料；所述固-液相變儲(chǔ)熱材料是復(fù)合結(jié)構(gòu)相變儲(chǔ)熱材料。
優(yōu)選的，所述熱管的材質(zhì)為耐溫耐腐蝕金屬或陶瓷材料。
優(yōu)選的，所述熱管儲(chǔ)熱層所用材料為相變溫度為150-600℃范圍的無(wú)機(jī)或有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料；更為優(yōu)選的，所述相變材料為固-固或固-液相變儲(chǔ)熱材料，所述固-固相變儲(chǔ)熱材料可以是純相變儲(chǔ)熱材料，也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)相變儲(chǔ)熱材料；所述固-液相變儲(chǔ)熱材料是復(fù)合結(jié)構(gòu)相變儲(chǔ)熱材料。
優(yōu)選的，所述除塵器儲(chǔ)熱保溫層可以是單層或多層，其材質(zhì)是相變溫度介于100-250℃區(qū)間的無(wú)機(jī)或有機(jī)相變材料；更為優(yōu)選的，所述相變材料為固-固或固-液相變儲(chǔ)熱材料，所述固-固相變儲(chǔ)熱材料可以是純相變儲(chǔ)熱材料，也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)相變儲(chǔ)熱材料；所述固-液相變儲(chǔ)熱材料是復(fù)合結(jié)構(gòu)相變儲(chǔ)熱材料。
本發(fā)明的有益效果為：轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)段，煙氣通過(guò)儲(chǔ)熱冷卻煙道初步降溫后，依次流經(jīng)過(guò)熱室和儲(chǔ)熱式熱管余熱爐，進(jìn)行逐級(jí)余熱回收并產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽作為產(chǎn)品輸出，此過(guò)程中各部分儲(chǔ)熱材料存儲(chǔ)熱量；非煉鋼時(shí)段，儲(chǔ)熱材料放熱，繼續(xù)產(chǎn)生蒸汽，實(shí)現(xiàn)蒸汽的持續(xù)供應(yīng)；此外，系統(tǒng)內(nèi)各部分的儲(chǔ)熱材料，可以保護(hù)這些部位不因頻繁大溫差冷熱過(guò)程而疲勞破損，因而延長(zhǎng)了使用壽命，降低維護(hù)成本；本發(fā)明可解決目前轉(zhuǎn)爐余熱回收系統(tǒng)存在的余熱利用率低、除塵系統(tǒng)設(shè)備壽命偏低、維護(hù)成本偏高等問(wèn)題，在滿足轉(zhuǎn)爐余熱的梯級(jí)利用的同時(shí)延長(zhǎng)了冷卻煙道和除塵器等設(shè)備和部件的使用壽命，提高了熱能利用率，降低了運(yùn)行和維修成本，適宜大規(guī)模推廣使用。
附圖說(shuō)明
圖1是為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的一種儲(chǔ)熱式轉(zhuǎn)爐余熱回收方法和裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：
1、轉(zhuǎn)爐；2、冷卻煙道；3、煙道儲(chǔ)熱保溫層；4、余熱爐；5、水泵；6、熱管；7、熱管儲(chǔ)熱層；8、汽包；9、排污閥；10，13、二通閥；11、過(guò)熱室；12、換熱管組；14、混風(fēng)閥；15、除塵器；16、過(guò)濾器；17、除塵器儲(chǔ)熱保溫層；18、粉灰回收器；19、引風(fēng)機(jī)；20、煤氣收集室
具體實(shí)施方式
圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的一種儲(chǔ)熱式轉(zhuǎn)爐余熱回收方法和裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式為：轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)段，轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)冷卻煙道(2)降溫后進(jìn)入過(guò)熱室(11)加熱換熱管組(12)，實(shí)現(xiàn)余熱初級(jí)回收利用；煙氣經(jīng)過(guò)熱室(11)后進(jìn)入余熱爐(4)傳熱給熱管儲(chǔ)熱層(7)；一方面，熱管儲(chǔ)熱層(7)與熱管(6)換熱，熱管(6)加熱余熱爐(4)蒸汽發(fā)生區(qū)的除鹽除氧水得到飽和蒸汽，經(jīng)穩(wěn)壓輸送至過(guò)熱室(11)內(nèi)的換熱管組(12)進(jìn)行過(guò)熱，得到過(guò)熱蒸汽作為產(chǎn)品輸出；另一方面，余熱爐(4)內(nèi)的煙氣傳熱后溫度降低至200℃附近，實(shí)現(xiàn)余熱的二級(jí)回收利用；最后煙氣經(jīng)混風(fēng)閥(14)調(diào)節(jié)溫度后進(jìn)入除塵器(15)，經(jīng)除塵后的煙氣由引風(fēng)機(jī)(19)引入煤氣收集室(20)并輸送至煤氣管網(wǎng)或放散；非煉鋼時(shí)段，熱管儲(chǔ)熱層(7)存儲(chǔ)的熱量繼續(xù)傳給熱管(6)，實(shí)現(xiàn)蒸汽的連續(xù)供應(yīng)；換熱管組(12)表面的儲(chǔ)熱材料存儲(chǔ)的熱量也繼續(xù)提供過(guò)熱蒸汽生產(chǎn)所需的熱量；同時(shí)，系統(tǒng)各部位儲(chǔ)熱材料在冶煉和非冶煉周期內(nèi)分別存儲(chǔ)和釋放熱量，大幅度降低這些設(shè)備運(yùn)行中的工作溫差和疲勞損傷，提高其使用壽命。
以100噸級(jí)轉(zhuǎn)爐煉鋼為例，采用本發(fā)明提供的一種儲(chǔ)熱式轉(zhuǎn)爐余熱回收方法和裝置提供壓力為0.5MPa，溫度為200℃的過(guò)熱蒸汽；假定冶煉每爐鋼吹氧產(chǎn)生煙氣約35000Nm3，通過(guò)汽化煙道煙氣溫度降至800℃后進(jìn)入余熱回收單元，流出余熱爐的煙氣溫度為200℃，進(jìn)一步假設(shè)系統(tǒng)熱損失為5％，轉(zhuǎn)爐煙氣比熱為1.44kJ/(Nm3·K)，則冶煉每爐鋼產(chǎn)生的煙氣經(jīng)余熱爐后被吸收的熱量為28728000kJ，由于儲(chǔ)熱材料的存在，這些熱量將被穩(wěn)定輸出；查表得0.5MPa條件下200℃過(guò)熱蒸汽的焓值為2855.90kJ/kg，20℃除鹽水的焓值為83.92kJ/kg；則經(jīng)過(guò)計(jì)算可得每爐煙氣可持續(xù)輸出壓力為0.5MPa，溫度為200℃的過(guò)熱蒸汽約10.4噸，如果按照目前市場(chǎng)上每噸蒸汽的價(jià)格(約200元)計(jì)算，則每爐煙氣可產(chǎn)生2080元的產(chǎn)品收益；假設(shè)轉(zhuǎn)爐煉鋼每天冶煉30爐鋼，其收益約為62400元，按每年轉(zhuǎn)爐日歷作業(yè)天數(shù)340天計(jì)，每年收益可達(dá)2000萬(wàn)以上，考慮到所用儲(chǔ)熱材料的價(jià)格在百萬(wàn)元級(jí)，回收期應(yīng)不超過(guò)1年；在除塵器部分使用本發(fā)明所述的相變材料，經(jīng)疲勞測(cè)試結(jié)果表明其壽命可提高1-2倍以上，大大減低維修成本，并減少因維修而造成的損失。
本發(fā)明是通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行描述的，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行各種改變或等效替換。另外，在本發(fā)明的指導(dǎo)下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制，所有落入本申請(qǐng)的權(quán)利要求內(nèi)的實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。