本發(fā)明涉及一種鋼鐵企業(yè)濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置和方法，屬于鋼鐵企業(yè)蒸汽節(jié)能設備及使用方法技術領域。

背景技術：

目前，在燒結余熱資源利用的技術中出現了一種燒結余熱發(fā)電技術，這種發(fā)電技術采用效率較高的雙壓余熱鍋爐發(fā)電技術，這種發(fā)電設備沒有常規(guī)的燃燒鍋爐，僅依靠冷卻燒結礦料獲得熱量。在使用中發(fā)現，這種發(fā)電設備的主要缺陷是環(huán)冷機廢氣參數的波動對設備的影響較大。由于沒有常規(guī)燃燒鍋爐的補充，環(huán)冷機冷卻段前端的煙氣風溫波動通常在310℃～400℃之間，在冬季由于天氣及保溫等原因溫度可能會更低，對于余熱鍋爐和汽輪機來講，煙氣參數的大幅度波動不僅不能保證鍋爐和汽機的熱效率達到設計指標，而且主蒸汽溫度頻繁波動大直接威脅機組安全運行，同時因燒結環(huán)冷機熱源中斷導致機組的頻繁甩爐汽輪機停機，頻繁的起停不僅造成經濟效益的損失，年利用小時數一般約為4000～6000小時，而且還會縮短設備使用壽命。

與此同時，鋼鐵企業(yè)在冶煉生產過程中，煉鋼和熱軋汽化冷卻裝置產生大量的濕飽和蒸汽，這部分濕飽和蒸汽具有壓力高、波動大和含水率高的特點。而鋼鐵企業(yè)生產用低壓蒸汽管網的壓力一般最低在0.5MPa以下，相對生產用低壓蒸汽管網來講，這種汽化產生的壓力高的濕蒸汽經過減壓后送入低壓蒸汽管網進行綜合利用，尤其在非采暖季節(jié)富裕高壓力的蒸汽排放到大氣當中，造成能源利用低效率和放散期間噪音污染。

如果能夠使鋼鐵企業(yè)的煉鋼和熱軋汽化冷卻裝置產生的大量的濕飽和蒸汽直接應用于無常規(guī)鍋爐燃燒系統(tǒng)的燒結余熱發(fā)電，既擺脫了燒結余熱因熱源不穩(wěn)定頻繁甩爐停機的不利局面，又可高效率地利用鋼鐵企業(yè)剩余的大量高壓濕飽和蒸汽。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置和方法，這種裝置及方法能夠使鋼鐵企業(yè)煉鋼和熱軋汽化冷卻裝置產生的高壓濕飽和蒸汽經過處理后轉化為過熱蒸汽，直接用于燒結余熱發(fā)電，不但可以有效地解決燒結余熱發(fā)電熱源不穩(wěn)定或蒸汽不足造成的頻繁停機問題，又可避免大量的濕飽和蒸汽直接排放造成的能源浪費和環(huán)境污染的問題。

解決上述技術問題的技術方案是：

一種濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置，它包括蒸汽蓄熱器、蒸汽濾潔器、燃氣式過熱裝置、分汽缸、雙壓汽輪機，煉鋼和熱軋的汽化冷卻裝置通過蒸汽管道與蒸汽蓄熱器連接，蒸汽蓄熱器通過管道與蒸汽濾潔器相連，蒸汽濾潔器與燃氣式過熱裝置連接，燃氣式過熱裝置產生的過熱蒸汽通過管道與分汽缸相連，分汽缸通過蒸汽母管與雙壓汽機連接。

上述濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置，所述燃氣式過熱裝置包括轉爐煤氣輸入管道、焦爐煤氣輸入管道、助燃空氣輸入管道、過熱蒸汽管道、預混式煤氣燃燒器、燃燒室、煙氣過熱器、煙道，轉爐煤氣輸入管道、焦爐煤氣輸入管道、助燃空氣輸入管道分別與預混式煤氣燃燒器的進氣口相連接，預混式煤氣燃燒器與燃燒室相連接，燃燒室的后部與煙氣過熱器相連通，過熱蒸汽管道一端與蒸汽濾潔器的輸出管道相連接，過熱蒸汽管道進入煙氣過熱器進行熱交換，過熱蒸汽管道的另一端與分氣缸的輸入管道相連接，煙氣過熱器的后部與煙道相連接，煙道與煙囪相連接。

上述濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置，所述燃氣式過熱裝置的轉爐煤氣輸入管道、焦爐煤氣輸入管道中分別安裝轉爐煤氣快關閥、焦爐煤氣快關閥和氮氣吹掃接頭，助燃空氣輸入管道中安裝有助燃風機，過熱蒸汽管道與分氣缸的輸入管道之間安裝有過熱蒸汽電動調節(jié)閥7和過熱蒸汽溫度和壓力檢測保護裝置。

上述濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置，所述燃氣式過熱裝置的預混式煤氣燃燒器上安裝有焦爐煤氣點火槍、高能點火器、高能點火棒和傳動裝置，焦爐煤氣點火槍和高能點火棒與傳動裝置的蝸輪蝸桿相連接，焦爐煤氣點火槍和高能點火棒與預混式煤氣燃燒器的點火孔為滑動配合，高能點火器通過高壓電纜與高能點火棒相連接。

上述濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置，所述燃氣式過熱裝置的燃燒室的上部安裝有紫外線火焰監(jiān)視器和爐膛溫度和壓力檢測保護，在燃燒室的外部安裝混合風機，混合風機的送風管道與燃燒室相連通，燃燒室還與爐內氮氣吹掃管道相連通，爐內氮氣吹掃管道中安裝爐內氮氣吹掃快關閥。

上述濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置，所述燃氣式過熱裝置的煙道外部安裝引風機，引風機的引風管道與煙道相連通，煙道壁上安裝有氧分析儀器。

上述濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置，所述燃氣式過熱裝置的轉爐煤氣快關閥、焦爐煤氣快關閥、焦爐煤氣點火槍、高能點火器、高能點火棒、傳動裝置、紫外線火焰監(jiān)視器、爐膛溫度和壓力檢測保護、氧分析儀器、過熱蒸汽溫度和壓力檢測保護分別與PLC控制器相連接。

上述濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置，所述蒸汽蓄熱器包括濕飽和蒸汽進口閥門、蒸汽出口逆止閥、蓄熱器安全閥、水位測量裝置、自動排水閥和排水管道，蒸汽濾潔器的進口和出口安裝閥門，出口管道安裝蒸汽壓力表，其底部設自動排水閥，蒸汽蓄熱器、分汽缸分別裝有安全閥。

一種使用上述裝置的濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的方法，它采用以下步驟進行：

a.蒸汽蓄熱器把大量的連續(xù)穩(wěn)定的濕飽和蒸汽通過蒸汽母管送入蒸汽濾潔器，濕飽和蒸汽經蒸汽濾潔器進行汽水分離，大量的濕飽和蒸汽轉變?yōu)楦娠柡驼羝?/p>

b.干飽和蒸汽經過蒸汽調節(jié)閥送入燃氣式過熱裝置，經過燃氣式過熱裝置加熱后穩(wěn)定送出1.5MPa的過熱蒸汽，蒸汽溫度≥260℃；

c. 燃氣式過熱裝置產生的過熱蒸汽通過蒸汽母管送入燒結余熱發(fā)電的分汽缸；

d.在燒結環(huán)冷機熱源波動或中斷，蒸汽壓力和溫度參數過低時，投入該過熱蒸汽給雙壓汽輪機做功，避免汽輪機頻繁停機事故。

上述濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的方法，當雙壓汽輪機停機時，燃氣式過熱裝置檢測出口過熱蒸汽壓力高于1.5MPa時，停止向雙壓汽輪機送過熱蒸汽，通過蒸汽調壓閥直接送入生產蒸汽管網，如蒸汽蓄熱器壓力繼續(xù)上升時，放散閥自啟向大氣排放泄壓；當蒸汽蓄熱器、燃氣式過熱裝置檢修停產時，關閉分汽缸送汽機電動閥門，打開送低壓蒸汽管網電動閥，過熱蒸汽外送低壓蒸汽管網。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的蒸汽蓄熱器輸出穩(wěn)定濕飽和蒸汽，濕飽和蒸汽經過蒸汽濾潔器的汽水分離后輸送干飽和蒸汽，干飽和蒸汽送入低壓蒸汽燃氣式過熱裝置，經加熱后變?yōu)檫^熱蒸汽，過熱蒸汽通過蒸汽管道送至分汽缸，與燒結產生的余熱混合送雙壓汽輪機做功發(fā)電。

本發(fā)明將煉鋼和熱軋產生的大量濕飽和蒸汽經處理后轉化穩(wěn)定的過熱蒸汽，為燒結余熱發(fā)電機組的雙壓汽輪機直接利用進行發(fā)電，既解決了因燒結余熱發(fā)電沒有常規(guī)鍋爐的燃燒設備，僅靠冷卻燒結礦料獲得熱量而頻繁甩負荷停機不利局面，又避免了鋼鐵企業(yè)濕飽和蒸汽放散能源浪費和噪音污染，同時提高了燒結余熱發(fā)電發(fā)電量。

本發(fā)明開辟了利用鋼鐵企業(yè)的濕飽和蒸汽發(fā)電的新路，同時解決了燒結余熱發(fā)電無常規(guī)鍋爐支持造成頻繁停機的難題，具有顯著的經濟效益和社會效益。本發(fā)明還具有占地小、見效快、改造實施方便、運行成本低、日常操作管理方便等優(yōu)點，在鋼鐵行業(yè)中有很大的推廣應用價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的燃氣式過熱裝置結構示意圖。

圖中標記如下：蒸汽蓄熱器1、蒸汽濾潔器2、燃氣式過熱裝置3、分汽缸4、雙壓汽輪機5、助燃風機6、過熱蒸汽電動調節(jié)閥7、預混式煤氣燃燒器8、燃燒室9、煙氣過熱器10、煙道11、混合風機12、引風機13、轉爐煤氣快關閥14、焦爐煤氣快關閥15、焦爐煤氣點火槍16、高能點火器17、高能點火棒18、傳動裝置19、PLC控制器20、紫外線火焰監(jiān)視器21、爐膛溫度和壓力檢測保護22、氧分析儀器23、過熱蒸汽溫度和壓力檢測保護24、爐內氮氣吹掃快關閥25、氮氣吹掃接頭26。

具體實施方式

本發(fā)明的濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的裝置包括蒸汽蓄熱器1、蒸汽濾潔器2、燃氣式過熱裝置3、分汽缸4、雙壓汽輪機5。

圖1中顯示，鋼鐵企業(yè)煉鋼和熱軋汽化冷卻裝置產生間斷、不穩(wěn)定濕飽和蒸汽，通過蒸汽管道輸送給蒸汽蓄熱器1。蒸汽蓄熱器1按照高壓蓄熱低壓放熱使間斷不穩(wěn)定濕飽和蒸汽，經過蒸汽蓄熱器1輸出穩(wěn)定濕飽和蒸汽。濕飽和蒸汽通過管道送入蒸汽濾潔器2，濕飽和蒸汽經過蒸汽濾潔器2的汽水分離后，輸送干飽和蒸汽。干飽和蒸汽送入燃氣式過熱裝置3，經加熱后變?yōu)檫^熱蒸汽。過熱蒸汽通過蒸汽管道送至分汽缸4，與燒結產生的余熱混合送雙壓汽輪機5做功發(fā)電。

圖1中顯示，蒸汽蓄熱器1包括濕飽和蒸汽進口閥門、蒸汽出口逆止閥、蓄熱器安全閥、水位測量裝置、自動排水閥和排水管道。

圖1中顯示，蒸汽濾潔器2的進口和出口安裝閥門，出口管道安裝蒸汽壓力表，其底部設自動排水閥。

圖1中顯示，蒸汽蓄熱器1、分汽缸4分別裝有安全閥。

圖1中顯示，蒸汽輸送管道設有多處疏水裝置，用于投運前系統(tǒng)的疏水和暖管。

燃氣式過熱裝置3是本發(fā)明的核心設備。燃氣式過熱裝置3包括轉爐煤氣輸入管道、焦爐煤氣輸入管道、助燃空氣輸入管道，過熱蒸汽管道，預混式煤氣燃燒器8、燃燒室9、煙氣過熱器10、煙道11。

圖2顯示，轉爐煤氣輸入管道、焦爐煤氣輸入管道分別與預混式煤氣燃燒器8的進氣口相連接，向預混式煤氣燃燒器8輸入煤氣。轉爐煤氣輸入管道、焦爐煤氣輸入管道中分別安裝轉爐煤氣快關閥14、焦爐煤氣快關閥15和氮氣吹掃接頭26。氮氣吹掃接頭26與氮氣吹掃管路相連接，用于對轉爐煤氣輸入管道、焦爐煤氣輸入管道進行氮氣吹掃。

圖2顯示，助燃風機6安裝在助燃空氣輸入管道中，助燃空氣輸入管道接至預混式煤氣燃燒器8的一次風口，助燃風機6為預混式煤氣燃燒器8提供充分的氧氣，一次風量的大小控制著預混式煤氣燃燒器8火焰的剛度。

圖2顯示，預混式煤氣燃燒器8上安裝有焦爐煤氣點火槍16、高能點火器17、高能點火棒18和傳動裝置19。焦爐煤氣點火槍16和高能點火棒18與傳動裝置19的蝸輪蝸桿相連接，蝸輪蝸桿由電機驅動，焦爐煤氣點火槍16和高能點火棒18與預混式煤氣燃燒器8的點火孔為滑動配合，高能點火器17通過高壓電纜與高能點火棒18相連接。高能點火棒18伸縮通過傳動裝置19的渦輪蝸桿進行動作，高能點火棒18在有電的情況下可產生高能電火花，點燃焦爐煤氣點火槍16。高能點火器17需外接220V電源，具備現場及遠傳轉化開關，用于高能點火棒18在預混式煤氣燃燒器8進、出和放電。

圖2顯示，預混式煤氣燃燒器8與燃燒室9相連接，在燃燒室9的外部安裝混合風機12，混合風機12的送風管道與燃燒室相連通?；旌巷L機12的冷空氣接至燃燒室9作為二次風口，二次風補入的量和補入時間可以控制燃燒室9設定的溫度，對設備起重要的保護作用。

圖2顯示，燃燒室9的上部安裝有紫外線火焰監(jiān)視器21和爐膛溫度和壓力檢測保護22。紫外線火焰監(jiān)視器21包含紫外探頭、控制器，紫外線火焰監(jiān)視器21對煤氣等燃料的火焰檢測感受度較好，其靈敏度范圍為2000～3000 A，尤其在燃燒過程中產生大量的紫外線輻射，靈敏度和準確率高，需安裝4套。燃燒室9還與爐內氮氣吹掃管道相連通，爐內氮氣吹掃管道中安裝爐內氮氣吹掃快關閥25，用于對燃燒室9進行氮氣吹掃。

圖2顯示，燃燒室9的后部與煙氣過熱器10相連通，過熱蒸汽管道一端與蒸汽濾潔器2的輸出管道相連接，過熱蒸汽管道進入煙氣過熱器10進行熱交換，過熱蒸汽管道的另一端與分氣缸4的輸入管道相連接，過熱蒸汽管道與分氣缸4的輸入管道之間安裝有過熱蒸汽電動調節(jié)閥7和過熱蒸汽溫度和壓力檢測保護裝置24。蒸汽濾潔器2送來飽和蒸汽接至煙氣過熱器10的受熱面入口聯箱，飽和蒸汽在受熱面里實現煙氣—蒸汽換熱，達到蒸汽過熱。受熱面采用輻射＋對流組合形式，兩段受熱面管束均采用鰭片管，順列布置，設置上下集箱。過熱蒸汽接自煙氣過熱器10的受熱面出口聯箱，送到過熱蒸汽電動調節(jié)閥7和過熱蒸汽溫度和壓力保護裝置24，反饋信號輸入PLC控制器20后進行燃燒自控調節(jié)和過熱蒸汽電動調節(jié)閥7，送分汽缸4，再送雙壓汽輪機5做功發(fā)電，過熱蒸汽始終大于260℃。

圖2顯示，煙氣過熱器10的后部與煙道11相連接，煙道11與煙囪相連接。煙道11外部安裝引風機13，引風機13的引風管道與煙道11相連通，煙道壁上安裝有氧分析儀器23。燃燒室9燃燒的高溫煙氣通過蒸汽受熱面后，溫度降低至約220℃，通過引風機13對燃燒室9強制通風，煙氣輸送到煙囪并排向大氣。排煙道上設煙氣調節(jié)閥，用于穩(wěn)定燃燒室9的負壓運行。

圖2顯示，燃氣式過熱裝置3的轉爐煤氣快關閥14、焦爐煤氣快關閥15、焦爐煤氣點火槍16、高能點火器17、高能點火棒18、傳動裝置19、紫外線火焰監(jiān)視器21、爐膛溫度和壓力檢測保護22、氧分析儀器23、過熱蒸汽溫度和壓力檢測保護24分別與PLC控制器20相連接。爐膛溫度和壓力檢測保護22、過熱蒸汽溫度和壓力檢測保護24是轉爐煤氣在爐內燃燒控制PLC控制器20的核心條件，PLC控制器20采用三沖量調節(jié)，控制轉爐煤氣和煙氣的氧分析儀器23，最終實現對過熱蒸汽出口溫度的控制。

上述結構中的轉爐煤氣快關閥14、焦爐煤氣快關閥15、焦爐煤氣點火槍16、高能點火器17、高能點火棒18、傳動裝置19、PLC控制器20、紫外線火焰監(jiān)視器21、爐內氮氣吹掃快關閥23和PLC控制器20組成煤氣自動點火和熄火保護系統(tǒng)。

本發(fā)明的使用上述裝置的濕飽和蒸汽用于燒結余熱發(fā)電的方法，它采用以下步驟進行：

a.蒸汽蓄熱器1把大量的連續(xù)穩(wěn)定的濕飽和蒸汽通過蒸汽母管送入蒸汽濾潔器2，濕飽和蒸汽經蒸汽濾潔器2進行汽水分離，大量的濕飽和蒸汽轉變?yōu)楦娠柡驼羝?/p>

b.干飽和蒸汽經過蒸汽調節(jié)閥送入燃氣式過熱裝置3，經過燃氣式過熱裝置3加熱后穩(wěn)定送出1.5MPa的過熱蒸汽，蒸汽溫度≥260℃；

c. 燃氣式過熱裝置3產生的過熱蒸汽通過蒸汽母管送入燒結余熱發(fā)電的分汽缸4；

d.在燒結環(huán)冷機熱源波動或中斷，蒸汽壓力和溫度參數過低時，投入該過熱蒸汽給雙壓汽輪機5做功，避免汽輪機頻繁停機事故。

在上述方法中，當雙壓汽輪機5停機時，燃氣式過熱裝置3檢測出口過熱蒸汽壓力高于1.5MPa時，停止向雙壓汽輪機5送過熱蒸汽，通過蒸汽調壓閥直接送入生產蒸汽管網，如蒸汽蓄熱器1壓力繼續(xù)上升時，放散閥自啟向大氣排放泄壓；當蒸汽蓄熱器1、燃氣式過熱裝置3檢修停產時，關閉分汽缸4送汽機電動閥門，打開送低壓蒸汽管網電動閥，過熱蒸汽外送低壓蒸汽管網。

本發(fā)明的燃氣式過熱裝置3運行過程如下：

(1) 手動對焦爐煤氣管道和轉爐煤氣管道進行氮氣吹掃，并檢驗合格，焦爐煤氣快關閥15和轉爐煤氣快關閥14全部關閉。

(2)開啟爐內氮氣吹掃快關閥24，向爐內充氮氣置換，當煙道11的氧分析儀器23檢測到爐內氮氣合格后，關閉氮氣吹掃快關閥24，停止爐膛進行氮氣吹掃。

(3) 助燃風機6啟動，引風機13啟動，引風機13和助燃風機6的調節(jié)閥全開，吹掃3～5 分鐘后，排出爐內的混合氣體，當煙道11的氧分析儀器23檢測到爐內氮氣合格后，引風機13和助燃風機6的調節(jié)閥關到閥門的10%～50%開度。

(4)傳動裝置19的渦輪蝸桿在電機的推動下將焦爐煤氣點火槍16和高能點火棒18同步推入預混式煤氣燃燒器8內，并伸出預混式煤氣燃燒器8大約200mm左右，助燃風機6的調節(jié)閥關小到10～20%。

(5) 高能點火器17接到PLC控制器20指令后，通過高壓電纜向高能點火棒18輸送持續(xù)的脈沖電流，并與焦爐煤氣點火槍16產生持續(xù)電火花，焦爐煤氣快關閥15自動打開。

(6) 焦爐煤氣通過焦爐煤氣快關閥15送到焦爐煤氣點火槍16，當遇到持續(xù)電火花點燃焦爐煤氣，10秒內4套紫外線火焰監(jiān)測器21如監(jiān)測到火焰，則高能點火棒18在傳動裝置19渦輪蝸桿的帶動下，自動退出，點火成功。如10秒內紫外線火焰監(jiān)測器21監(jiān)測不到火焰，PLC控制器20發(fā)出指令，關閉焦爐煤氣快關閥15，同時高能點火棒18和焦爐煤氣點火槍16自動退出，點火失敗。

(7) 轉爐煤氣快關閥14打開后，轉爐煤氣調節(jié)閥逐漸打開，轉爐煤氣在預混式煤氣燃燒器8出口，被焦爐煤氣點火槍16的明火點燃。助燃風機6的調節(jié)閥節(jié)門逐漸開大，穩(wěn)定3～5 分鐘逐漸開大與轉爐煤氣調節(jié)閥串級跟蹤調節(jié)。若4套紫外線火焰監(jiān)器21均有信號，轉爐煤氣投入成功。

(8) 逐步開大轉爐煤氣調節(jié)閥和助燃風機6的調節(jié)閥。密切注意低壓蒸汽燃氣式過熱裝置3出口過熱蒸汽溫度，過熱蒸汽溫度大于260℃后，鎖定最高轉爐煤氣進氣量，作為轉爐煤氣消耗量上限。

(9) 燃燒室9爐膛溫度大于400℃時，爐膛溫度和壓力保護裝置23的信號輸入PLC控制器20,啟動混合風機12投入運行，混合風機12的調節(jié)擋板和引風機13的調節(jié)擋板逐漸打開，經爐膛溫度和壓力保護裝置23，調節(jié)擋板隨燃燒室9溫度調節(jié)開度，保持爐內負壓和溫度調節(jié)。

(10) 至此啟動過程完成。其間任何時候燃燒室9滅火，即4個紫外線火焰監(jiān)視器21無信號，啟動過程立即結束，連鎖關閉轉爐煤氣快關閥14和焦爐煤氣快關閥15。

(11)蒸汽濾潔器2送來飽和蒸汽接至煙氣過熱器10入口聯箱，飽和蒸汽在煙氣過熱器10內經煙氣的輻射和對流換熱，使飽和蒸汽達到過熱。送到過熱蒸汽電動調節(jié)閥7和過熱蒸汽溫度和壓力保護裝置24，反饋信號輸入PLC控制器20后進行燃燒自控調節(jié)過熱蒸汽電動調節(jié)閥7，使送分汽缸4的過熱蒸汽始終大于260℃。