本發(fā)明涉及鋼鐵行業(yè)的節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種軋鋼加熱爐余熱優(yōu)化利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在鋼鐵企業(yè)各冶煉工序中，軋鋼工序是鋼鐵生產(chǎn)流程中非常重要的一個環(huán)節(jié)，軋鋼工序的能耗水平對于鋼鐵工業(yè)噸鋼綜合能耗有著不可忽視的影響。

軋鋼加熱爐是將初軋坯或連鑄坯再加熱，以滿足軋制所需溫度的設(shè)備。加熱爐也是軋鋼工序中最大的用能設(shè)備，因此軋鋼加熱爐的節(jié)能對于軋鋼工序乃至整個鋼廠的節(jié)能降耗工作都具有重要的推動作用。當(dāng)前鋼鐵行業(yè)處于相對低谷期，許多鋼廠都處于微盈利甚至虧本的狀態(tài)。在這種情況下，各個冶煉子工序上主設(shè)備如軋鋼加熱爐的余熱利用、節(jié)能增效已引起各鋼廠的重視。

目前，軋鋼加熱爐的爐體設(shè)備以及加熱爐控制系統(tǒng)等方面的技術(shù)都已經(jīng)比較成熟，對于軋鋼加熱爐來說，節(jié)能的主要方向應(yīng)該在加熱爐輔助系統(tǒng)煙氣熱量優(yōu)化利用，余熱回收等方面挖掘潛能。對于蓄熱式加熱爐，目前加熱爐最終排煙溫度可以降低至150℃以下，但是對于常規(guī)加熱爐，尤其是采用空氣和煤氣雙預(yù)熱技術(shù)的加熱爐，大多數(shù)排煙溫度為250～300℃左右，屬于低溫余熱資源，煙氣品位稍低。而另外一方面，對于常規(guī)加熱爐而言，空氣和煤氣換熱系統(tǒng)均是冷空氣和冷煤氣直接在空氣預(yù)熱器和煤氣預(yù)熱器中一次性加熱到設(shè)定溫度，由于煙氣側(cè)溫度非常高(最高可達(dá)900℃以上)，而冷空氣和冷煤氣均接近于常溫，這種超大溫差的換熱造成了過大的換熱損，能量有效利用率大打折扣。如果能設(shè)計一種空氣-煤氣預(yù)熱系統(tǒng)和煙氣余熱回收兼顧的熱力系統(tǒng)，將空氣預(yù)熱系統(tǒng)和蒸汽回收系統(tǒng)統(tǒng)籌考慮，對軋鋼加熱爐的煙氣余熱資源進(jìn)行優(yōu)化利用，在保證空氣和煤氣預(yù)熱效果的情況下提高煙氣余熱品位和余熱回收系統(tǒng)的合理性，必然能收獲可觀的經(jīng)濟(jì)收益，具有重要的實用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種軋鋼加熱爐余熱優(yōu)化利用系統(tǒng)，將空氣預(yù)熱系統(tǒng)和蒸汽回收系統(tǒng)統(tǒng)籌考慮，對軋鋼加熱爐的煙氣余熱資源進(jìn)行優(yōu)化利用，在保證空氣和煤氣預(yù)熱效果的情況下提高煙氣余熱品位和余熱回收系統(tǒng)的合理性。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種軋鋼加熱爐余熱優(yōu)化利用系統(tǒng)，包括加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置、加熱爐出口煙道、空氣-煤氣預(yù)熱煙道、煙氣余熱回收煙道、尾部煙道，加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置排出的煙氣經(jīng)加熱爐出口煙道后分別進(jìn)入空氣-煤氣預(yù)熱煙道和煙氣余熱回收煙道，空氣-煤氣預(yù)熱煙道和煙氣余熱回收煙道的出口煙氣匯集后進(jìn)入尾部煙道，其中，在煙氣余熱回收煙道中沿?zé)煔饬飨蝽槾尾贾糜懈邏哼^熱器、高壓蒸發(fā)器、低壓過熱器、高壓省煤器、低壓蒸發(fā)器，加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置、煙氣余熱回收煙道結(jié)合高壓鍋筒、低壓鍋筒-除氧器分別形成高壓汽水系統(tǒng)、低壓汽水系統(tǒng)，產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)做功，其中，所述空氣-煤氣預(yù)熱煙道中設(shè)置有沿?zé)煔饬飨蝽槾尾贾玫牡谝患壙諝忸A(yù)熱裝置和第一級煤氣預(yù)熱裝置，所述加熱爐出口煙道中設(shè)置有沿?zé)煔饬飨蝽槾尾贾玫牡诙壙諝忸A(yù)熱裝置和第二級煤氣預(yù)熱裝置，冷空氣依次經(jīng)過第一級空氣預(yù)熱裝置、第二級空氣預(yù)熱裝置預(yù)熱到設(shè)定溫度后送入加熱爐燒嘴，冷煤氣依次經(jīng)過第一級煤氣預(yù)熱裝置、第二級煤氣預(yù)熱裝置預(yù)熱到設(shè)定溫度后送至加熱爐燒嘴，其中，在尾部煙道內(nèi)還設(shè)置有凝結(jié)水預(yù)熱器，所述汽輪機(jī)與凝汽器、凝結(jié)水泵、凝結(jié)水預(yù)熱器的進(jìn)水口沿著汽水流程順次連通，所述凝結(jié)水預(yù)熱器的出水口與所述低壓鍋筒-除氧器的進(jìn)水口連通。

優(yōu)選地，所述低壓鍋筒-除氧器通過第二下降管與低壓蒸發(fā)器的進(jìn)水口連通，所述低壓蒸發(fā)器的出汽口通過第四上升管與所述低壓鍋筒-除氧器的上升管口連通，形成自然循環(huán)回路，低壓鍋筒-除氧器通過出水管與給水泵的進(jìn)水口連通，所述給水泵的出水口與所述高壓省煤器的進(jìn)水口連通，所述高壓省煤器通過管道向所述高壓鍋筒供水，高壓鍋筒通過第一下降管與熱水循環(huán)泵的進(jìn)水口連通，所述熱水循環(huán)泵的出水口分別向加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置和加熱爐出口煙道中的前置蒸發(fā)冷卻器內(nèi)提供冷卻水，加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置的出汽口通過第一上升管與高壓鍋筒的上升管口連通，所述前置蒸發(fā)冷卻器的出汽口通過第二上升管與高壓鍋筒的上升管口連通，形成強(qiáng)制循環(huán)回路；所述高壓鍋筒通過第三下降管與所述煙氣余熱回收煙道中的高壓蒸發(fā)器的進(jìn)水口相連，所述高壓蒸發(fā)器的出汽口通過第三上升管與所述高壓鍋筒的上升管口連通，形成自然循環(huán)回路。

優(yōu)選地，所述汽輪機(jī)是補(bǔ)汽式汽輪機(jī)，所述高壓鍋筒的出汽口與高壓過熱器的進(jìn)汽口相連，所述低壓鍋筒-除氧器的出汽口與低壓過熱器的進(jìn)汽口相連，且所述高壓過熱器的出汽口與所述汽輪機(jī)的主蒸汽進(jìn)口相連，所述低壓過熱器的出汽口與所述汽輪機(jī)的補(bǔ)汽進(jìn)口相連。

優(yōu)選地，所述煙氣余熱回收煙道是內(nèi)置換熱面的煙道或集成的余熱鍋爐。

優(yōu)選地，所述低壓鍋筒-除氧器是低壓鍋筒和除氧器的組合，除氧器安裝于低壓鍋筒上方，低壓鍋筒兼作除氧水箱。

附圖說明

通過結(jié)合下面附圖對其實施例進(jìn)行描述，本發(fā)明的上述特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)將會變得更加清楚和容易理解。

圖1是表示本發(fā)明實施例涉及的軋鋼加熱爐余熱優(yōu)化利用系統(tǒng)工藝流程圖。

軋鋼加熱爐1、加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置2、加熱爐出口煙道3、空氣-煤氣預(yù)熱煙道4、煙氣余熱回收煙道5、高壓過熱器501、高壓蒸發(fā)器502、低壓過熱器503、高壓省煤器504、低壓蒸發(fā)器505、尾部煙道6、凝結(jié)水預(yù)熱器7、低壓鍋筒-除氧器8、給水泵9、高壓鍋筒10、熱水循環(huán)泵11、汽輪機(jī)12、凝汽器13、凝結(jié)水泵14、出水管81、第四上升管82、第二下降管83、第一上升管102、第一下降管101、第二上升管103、管路104、第三下降管105、第三上升管106。

具體實施方式

下面將參考附圖來描述本發(fā)明所述的一種軋鋼加熱爐余熱優(yōu)化利用系統(tǒng)的實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，并且相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。

本發(fā)明提供一種軋鋼加熱爐余熱優(yōu)化利用系統(tǒng)，包括軋鋼加熱爐1、空氣-煤氣預(yù)熱煙道4、煙氣余熱回收煙道5、尾部煙道6、低壓鍋筒-除氧器8、高壓鍋筒10、汽輪機(jī)12。在煙氣余熱回收煙道5中沿?zé)煔饬飨蝽槾尾贾糜胁捎媚媪鞑贾玫母邏哼^熱器501、高壓蒸發(fā)器502、低壓過熱器503、高壓省煤器504、低壓蒸發(fā)器505。其中，所述高壓、低壓是為了區(qū)分汽水系統(tǒng)兩個壓力等級而進(jìn)行的區(qū)分命名(如：高壓蒸汽、低壓蒸汽的壓力分別設(shè)計為2.45MPa、0.5MPa)，并非絕對高壓(如9.81MPa)、絕對低壓(如0.8MPa)，并且，以下汽水流動方向均按圖中箭頭所示方向流動。

本實施例將汽水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計成自然循環(huán)+強(qiáng)制循環(huán)的復(fù)合循環(huán)方式，也就是將加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置和處于過高溫度區(qū)的前置蒸發(fā)冷卻器設(shè)計成強(qiáng)制循環(huán)模式，將高壓蒸發(fā)系統(tǒng)和除氧蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置成自然循環(huán)模式。低壓鍋筒-除氧器8通過第二下降管83與所述低壓蒸發(fā)器505的進(jìn)水口相連，所述低壓蒸發(fā)器505的出汽口通過第四上升管82與所述低壓鍋筒-除氧器8的上升管口連通，形成一個自然循環(huán)回路。

在軋鋼加熱爐1的底部設(shè)置有加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置2，低壓鍋筒-除氧器8通過管路81與所述給水泵9的進(jìn)水口連通，給水泵的出水口與高壓省煤器504的進(jìn)水口連通，高壓省煤器504的出水口通過管路104與高壓鍋筒10連通。高壓鍋筒10通過第一下降管101與熱水循環(huán)泵11的進(jìn)水口連通，所述熱水循環(huán)泵11的出水口與加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置2的進(jìn)水口連通，加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置2的出汽口通過第一上升管102和高壓鍋筒10的上升管口連通，形成一個強(qiáng)制循環(huán)回路。

所述高壓鍋筒10通過第三下降管105與所述煙氣余熱回收煙道5中的高壓蒸發(fā)器502的進(jìn)水口相連，所述高壓蒸發(fā)器502的出汽口通過第三上升管106與所述高壓鍋筒10的上升管口連通，形成一個自然循環(huán)回路。自然循環(huán)回路依靠下降管和上升管間工質(zhì)密度差推動水循環(huán)，比較節(jié)能。強(qiáng)制循環(huán)回路、自然循環(huán)回路相互結(jié)合，在保證系統(tǒng)安全可靠的條件下兼顧了系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。

此外，強(qiáng)制循環(huán)回路還包括另一支路，在加熱爐出口煙道3內(nèi)可以設(shè)置一級蒸發(fā)受熱面，即前置蒸發(fā)冷卻器301，特別地，所述前置蒸發(fā)冷卻器可以采用順流布置。熱水循環(huán)泵11的出水管道分出一個支路與所述前置蒸發(fā)冷卻器301的進(jìn)水口連通，所述前置蒸發(fā)冷卻器301的出汽口通過第二上升管103與所述高壓鍋筒10的上升管口連通。通過該前置蒸發(fā)冷卻器301，可以吸收一部分加熱爐的出口高溫?zé)煔鉄崃?，將煙氣溫度降低至一定溫度，進(jìn)而保證下游的換熱設(shè)備的安全，而與常規(guī)的通過摻冷風(fēng)降低煙溫的方式相比，能夠多產(chǎn)出一定量的蒸汽。

汽輪機(jī)12采用補(bǔ)汽式汽輪機(jī)，所述高壓鍋筒10的出汽口通過管路與所述煙氣余熱回收煙道中的高壓過熱器501的進(jìn)汽口相連，從而產(chǎn)生高壓過熱蒸汽，所述高壓過熱器501的出汽口與所述汽輪機(jī)12的主蒸汽進(jìn)口相連。低壓鍋筒-除氧器8的出汽口經(jīng)管路與煙氣余熱回收煙道5中的低壓過熱器503的進(jìn)汽口相連，從而產(chǎn)生低壓過熱蒸汽，該低壓過熱蒸汽經(jīng)管路送入汽輪機(jī)12的補(bǔ)汽口。汽輪機(jī)可用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，也可用于拖動風(fēng)機(jī)或水泵做功。在尾部煙道6內(nèi)還設(shè)置有凝結(jié)水預(yù)熱器7，所述汽輪機(jī)12的排汽口與凝汽器13、凝結(jié)水泵14、凝結(jié)水預(yù)熱器7的進(jìn)水口沿著汽水流程順次連通，凝結(jié)水預(yù)熱器7的出水口與低壓鍋筒-除氧器8的進(jìn)水口相連。其中，所述凝汽器設(shè)置有補(bǔ)水口，以補(bǔ)充余熱回收過程中損失掉的汽水。

煙氣沿箭頭A在軋鋼加熱爐1的加熱爐出口煙道3中流動，并分別流動到空氣-煤氣預(yù)熱煙道4、煙氣余熱回收煙道5中。所述加熱爐出口煙道3分為兩路，一路與所述煙氣余熱回收煙道5連通，另一路與所述空氣-煤氣預(yù)熱煙道4連通。本實施例將空氣和煤氣的加熱設(shè)計成分級加熱模式，在滿足加熱爐燃燒需求的基礎(chǔ)上提高了余熱回收煙氣的品位以利于煙氣余熱的有效利用。具體地說，所述空氣-煤氣預(yù)熱煙道4中設(shè)置有沿?zé)煔饬飨蝽槾尾贾玫牡谝患壙諝忸A(yù)熱裝置401和第一級煤氣預(yù)熱裝置402。所述加熱爐出口煙道3中設(shè)置有沿?zé)煔饬飨蝽槾尾贾玫牡诙壙諝忸A(yù)熱裝置302和第二級煤氣預(yù)熱裝置303。特別地，前置蒸發(fā)冷卻器301、第二級空氣預(yù)熱裝置302和第二級煤氣預(yù)熱裝置303在加熱爐出口煙道3中沿?zé)煔饬飨蝽槾尾贾谩Ｋ龅谝患壙諝忸A(yù)熱裝置401的空氣出口端與所述第二級空氣預(yù)熱裝置302的空氣進(jìn)口端相連，所述第一級煤氣預(yù)熱裝置402的煤氣出口端與所述加熱爐出口煙道3中的第二級煤氣預(yù)熱裝置303的煤氣進(jìn)口端相連。需要預(yù)熱的空氣經(jīng)空氣進(jìn)口C1進(jìn)入第一級空氣預(yù)熱裝置401，經(jīng)管路43進(jìn)入第二級空氣預(yù)熱裝置302，經(jīng)空氣出口C2通往加熱爐燒嘴。同樣地，需要預(yù)熱的煤氣經(jīng)煤氣進(jìn)口D1進(jìn)入第一級煤氣預(yù)熱裝置402，經(jīng)管路44進(jìn)入第二級煤氣預(yù)熱裝置303，經(jīng)煤氣出口D2通往加熱爐燒嘴。經(jīng)過煙氣余熱回收煙道5、空氣-煤氣預(yù)熱煙道4處理的煙氣在尾部煙道6中匯合并經(jīng)低壓省煤器吸熱后通過加熱爐煙囪排出。常規(guī)余熱回收方法是先加熱完空氣和煤氣后再考慮余熱回收，經(jīng)常會出現(xiàn)煙氣將空氣和煤氣完全加熱完以后溫度不夠高，屬于低溫余熱，導(dǎo)致不易利用的情況，而本實施例將空氣、煤氣預(yù)熱分級處理，使得空氣、煤氣預(yù)熱和余熱回收煙道內(nèi)的換熱溫差均能得到保證，煙氣余熱利用效率大大提高。

此外，所述煙氣余熱回收煙道和空氣-煤氣預(yù)熱煙道可以由一個煙道分隔而成，也可以是分別設(shè)置的兩個獨(dú)立的煙道。

此外，所述煙氣余熱回收煙道可以是傳統(tǒng)的煙道并在煙道內(nèi)設(shè)置換熱面，也可以是集成的余熱鍋爐。

此外，所述低壓鍋筒-除氧器是低壓鍋筒和除氧器的組合，除氧器安裝于低壓鍋筒的上方，低壓鍋筒能夠兼作除氧水箱。

綜上所述，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明針對常規(guī)加熱爐中空氣和煤氣加熱方式存在的大溫差造成大損的問題，將空氣和煤氣的加熱設(shè)計成分級加熱模式，并與加熱爐尾部煙氣余熱回收統(tǒng)籌考慮，在滿足加熱爐燃燒需求的基礎(chǔ)上提高了余熱回收煙氣的品位以利于煙氣余熱的有效利用，而且通過系統(tǒng)優(yōu)化布局最大程度地回收了加熱爐的煙氣熱能，系統(tǒng)較常規(guī)煙氣利用模式更加合理，能量綜合利用效率更高。

(2)本發(fā)明采用分級加熱空氣和煤氣的方式，并將第二級空氣預(yù)熱裝置和第二級煤氣預(yù)熱裝置后的煙氣分成兩道，一道用于第一級空氣和煤氣預(yù)熱，另一道用于余熱回收(相當(dāng)于空氣-煤氣預(yù)熱煙道與煙氣余熱回收煙道并聯(lián)運(yùn)行)，與傳統(tǒng)的空氣和煤氣加熱完成后的煙氣再進(jìn)行余熱回收相比，既能夠滿足空氣、煤氣預(yù)熱的要求，又能夠保證余熱回收煙道內(nèi)的換熱效果，煙氣余熱利用效率提高。

(3)本發(fā)明將軋鋼加熱爐爐底水梁汽化冷卻系統(tǒng)和軋鋼加熱爐尾部煙氣余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行整合，統(tǒng)一布局，采用加熱爐爐底水梁汽化冷卻裝置和軋鋼加熱爐尾部煙氣余熱回收裝置共用鍋筒和除氧器的方式，降低投資成本。此外，將汽水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計成自然循環(huán)+強(qiáng)制循環(huán)的復(fù)合循環(huán)方式，在保證系統(tǒng)安全可靠的條件下兼顧了系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。

(4)整套蒸汽系統(tǒng)設(shè)計成雙壓系統(tǒng)，根據(jù)煙氣品位高低進(jìn)行分級設(shè)計，將高能級的介質(zhì)與高能級的煙氣進(jìn)行換熱，低能級的介質(zhì)與低能級的煙氣進(jìn)行換熱，將高溫?zé)煔獠捎酶邏浩到y(tǒng)進(jìn)行換熱，低溫?zé)煔獠捎玫蛪浩到y(tǒng)進(jìn)行換熱，不僅通過大幅降低軋鋼加熱爐排煙溫度進(jìn)而從“量”上回收軋鋼加熱爐煙氣余熱，而且按照能量品位高低實現(xiàn)了能源梯級優(yōu)化利用進(jìn)而從“質(zhì)”上回收軋鋼加熱爐煙氣余熱。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。