一种锅炉汽水循环系统及锅炉补水预热方法
【专利摘要】本发明属于低温余热利用【技术领域】。本发明的锅炉汽水循环系统，包括锅炉系统，还包括高炉冲渣水余热利用系统(9)，所述高炉冲渣水余热利用系统(9)包括冲渣水换热器(91)和冲渣水过滤器(92)；所述冲渣水换热器(91)的加热水进口通过凝结水泵(3)与凝汽器(2)相连通；所述冲渣水换热器(91)的加热水出口与除氧器(4)相连通；所述冲渣水过滤器(92)的高炉冲渣水进口与冲渣水水池相连通；所述冲渣水过滤器(92)的高炉冲渣水出口与冲渣水换热器(91)相连通。本发明通过预热锅炉补水，使得原本废弃的冷凝热被回收，大量地、稳定地、有效地进入了工厂的能源体系中；节约了燃料，节约了资源，保护了环境。
【专利说明】一种锅炉汽水循环系统及锅炉补水预热方法
【技术领域】
[0001]本发明属于低温余热利用【技术领域】，具体地，涉及一种锅炉汽水循环系统及锅炉补水预热方法。
【背景技术】
[0002]钢铁生产流程中主要包括炼铁、炼钢和轧钢工序，其中炼铁工序的能量消耗占整个钢铁生产流程的70%以上，而炼铁工序的能耗去处主要有三个方面，即铁水、高炉煤气以及高炉渣。温度1400?1500°C的高炉渣蕴含着巨大的余热资源，目前都是采用水淬方法造粒、冷却处理，产生大量的80?95°C甚至沸腾的冲渣水，同时也产生大量的常压蒸汽，这部分低温余热资源约占高炉工序余热资源总量的35%，目前很多致力于高炉冲渣水的余热利用，大多是用于冬季采暖，冲渣水的余热利用受季节和地域限制，一般在北方地区只有3?5个月时间可以利用，其余时间基本都是白白浪费，南方地区基本全年处于闲置浪费状态，余热利用率低。
[0003]目前，高炉基本都相应配有燃气锅炉，燃用高炉煤气或混合煤气以产生蒸汽，然后产生的蒸汽用于高炉汽动鼓风、发电或者其他。在汽水循环系统中，低于45°C的冷凝水通过凝结水泵加压后依次进入轴封加热器、低压加热器、除氧器，或者通过凝结水泵加压后直接进入除氧器，在除氧器通过中压蒸汽升温，然后进入锅炉省煤器。对于中温中压锅炉，一般冷凝水在轴封加热器位置升温O?2°C，在低压加热器位置升温到60?70°C，进入除氧器后加热到102?105°C ;对于高温高压锅炉，一般将冷凝水在轴封加热器加热I?2°C，经过低压加热器加热到110°C左右，然后进入除氧器升温到150°C左右。一般将冷凝水加热到102?105°C或者加热到150°C左右，其过程所消耗热量约占整个锅炉燃煤气产生热量的5 ?10%。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述问题，提出一种有效利用低品质余热余能的方式。具体来说本发明要解决的技术问题是提供一种利用高炉冲渣水的热量用于锅炉补水预热的锅炉汽水循环系统，将回收到的低品位热能作为较高品位能源的预热手段，结构简单合理，使冷却热量得以高效地、大量地、顺利地进入工厂的能源系统中，以充分提高低品位的冲渣水的余热利用率，该方法利用高炉冲渣水余热不受季节和地域限制，可以减少除氧器中高品位蒸汽的消耗量、代替或者部分代替低压加热器，以实现节能减排、挖潜增效的目的。
[0005]本发明提供的锅炉汽水循环系统，包括锅炉系统，所述锅炉系统包括凝汽器2、凝结水泵3以及除氧器4，所述锅炉汽水循环系统还包括高炉冲渣水余热利用系统9，所述高炉冲渣水余热利用系统9包括冲渣水换热器91和冲渣水过滤器92 ；
[0006]所述冲渣水换热器91的加热水进口通过凝结水泵3与凝汽器2相连通；所述冲渣水换热器91的加热水出口与除氧器4相连通。
[0007]所述冲渣水过滤器92的高炉冲渣水进口通过管道与外部冲渣水水池相连通；所述冲渣水过滤器的高炉冲渣水出口与冲渣水换热器91相连通。
[0008]具体地，所述冲渣水换热器的加热水出口通过管道及阀门与锅炉汽水循环系统的除氧器连通；所述冲渣水换热器的加热水进口通过管道及阀门与锅炉汽水循环系统的凝汽器连通。
[0009]根据本发明的锅炉汽水循环系统，所述冲渣水换热器91的加热水出口与除氧器4之间可以增设低压加热器10并通过低压加热器相连通。
[0010]根据本发明的锅炉汽水循环系统，所述冲渣水换热器91还包括高炉冲渣水循环通道，所述高炉冲渣水循环通道的进口端与高炉冲渣水过滤器92的出口端相连通，所述高炉冲渣水过滤器92的进口端与高炉渣处理系统的冲渣水池相连通；所述冲渣水过滤器92具有自清洗功能，清洗返水与高炉渣处理系统的冲渣水池相连通；所述高炉冲渣水循环通道的出口端与冲渣水池相连通。进一步地，所述渣水回收处理系统可以与高炉渣处理系统为同一系统，即冲渣水循环通道的冲渣水回水管与高炉渣处理系统的冲渣水池相连通。
[0011]本发明还提了基于上述锅炉汽水循环系统的锅炉补水预热方法，具体包括以下步骤:
[0012]I)将冲渣水换热器的加热水进口通过凝结水泵与锅炉系统的凝汽器相连通；将冲渣水换热器的加热水出口与锅炉系统的除氧器相连通；
[0013]2)将来自高炉渣处理系统的冲渣水作为热源，用于加热来自凝汽器的冷凝水，加热后的水通过除氧器送入锅炉系统。
[0014]根据本发明的锅炉补水预热方法，冲渣水换热器的加热水出口还可以通过低压加热器与锅炉系统的除氧器相连通，加热后的水通过低压加热器送入锅炉系统。
[0015]按上述技术方案，来自锅炉的凝汽器的低温冷凝水，经过凝结水泵后，通过管道进入高炉冲渣水余热利用系统的冲渣水换热器，在冲渣水换热器中和冲渣水进行热交换，升温至60~75°C后通过管道进入锅炉除氧器或者低压加热器。
[0016]本发明的有益效益是:利用本发明的高炉冲渣水余热利用技术对锅炉补水进行预热，解决了冲渣水的余热利用受季节和地域限制，余热利用率偏低的难题；通过预热锅炉补水，使得原本废弃的冷凝热被回收，大量地、稳定地、有效地进入了工厂的能源体系中；节约了燃料，节约了资源，保护了环境。此外，高炉冲渣水的热量经回收利用后，水温降低，利于高炉冲渣。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是现有的锅炉汽水循环系统示意图。
[0018]图2是本发明的锅炉汽水循环系统示意图。
[0019]附图标识
[0020]1、蒸汽轮机 2、凝汽器 3、凝结水泵4、除氧器
[0021]5、给水泵 6、省煤器 7、蒸发器 8、过热器
[0022]9、高炉冲渣水余热利用系统10、低压加热器
[0023]91、冲渣水换热器92、冲渣水过滤器
【具体实施方式】
[0024]下面以【具体实施方式】来对本发明进行详细描述:
[0025]本发明的锅炉汽水循环系统，包括锅炉系统，所述锅炉系统包括凝汽器2、凝结水泵3以及除氧器4，所述锅炉汽水循环系统还包括高炉冲渣水余热利用系统9，所述高炉冲渣水余热利用系统9，包括冲渣水换热器91和冲渣水过滤器92 ;所述冲渣水换热器91的加热水进口通过凝结水泵3与凝汽器2相连通；所述冲渣水换热器91的加热水出口与除氧器4相连通。当使用高温高压锅炉时，所述冲渣水换热器91的加热水出口与除氧器4之间通过低压加热器10相连通。所述冲渣水过滤器92的高炉冲渣水进口通过管道与外部冲渣水水池相连通；所述冲渣水过滤器的高炉冲渣水出口与冲渣水换热器91相连通。
[0026]在本发明的汽水循环系统中，来自蒸汽轮机I的蒸汽经凝汽器2冷凝后形成冷凝水，冷凝水通过凝结水泵3加压后进入高炉冲渣水余热利用系统9，然后通过低压加热器10或直接进入除氧器4，在除氧器通过中压蒸汽升温，然后经给水泵5进入锅炉系统的省煤器6，并进一步在锅炉系统内依次经过蒸发器7和过热器8后重新形成水蒸汽，经由蒸汽轮机I用于发电机或鼓风机工作。
[0027]实施例1现有锅炉汽水循环系统的能量消耗
[0028]如图1，在传统余热锅炉汽水循环系统中，来自汽轮机的蒸汽通过凝汽器冷凝后变为液态水，即所谓的冷凝水，温度在10?45°C之间，冷凝水通过凝结水泵送入到除氧器中，升温到104°C进行除氧，之后给水进入锅炉。其中，在除氧器位置，为了获得104°C的水温，需要消耗蒸汽提温。由于给水在进除氧器前温度较低，为了获得良好的给水除氧效果，除氧器的蒸汽用量必然较大。下面以某厂130t/h余热锅炉为例，分析除氧过程中能量消耗。
[0029]130t/h锅炉参数为:蒸发量130t/h，蒸汽压力3.83MPa，蒸汽温度为450°C的中温中压燃气锅炉，给水温度104°C，给水压力5.SMPa ;进入除氧器的冷凝水温度为40°C，蒸汽压力为0.981Mpa，温度为305°C ;除氧器内工作温度为0.12Mpa，104°C。则冷凝水在除氧器由40°C吸收蒸汽热量升温变为104°C的饱和水每小时需吸收热量:
[0030]Q' = (439.36-167.45) X 130X 1000 = 35348.3X 16J
[0031]——40°C时给水的焓值为:167.45kJ/kg。
[0032]——压力为0.12Mpa，温度为104°C的饱和水的焓值为:439.36kJ/kg。
[0033]每小时需消耗蒸汽量:
[0034]W = 35348.3 X 16J+ (3063.8 X 13 — 439.36 X 13) = 13.47t
[0035]——压力为0.981Mpa，温度为305°C的蒸汽的焓值为:3063.8kJ/kg。
[0036]压力为0.12MPa、温度为104°C的饱和水进入锅炉吸收热量升温变为压力3.6MPa、435°C的蒸汽每小时需吸收热量:
[0037]Q" = (3305 — 439.36) X 130X 1000 = 372533.2 X 16J
[0038]——压力为3.6Mpa，温度为435°C的蒸汽的焓值为:3305kJ/kg。
[0039]则40°C的冷凝水变为3.6MPa、435°C的蒸汽每小时共需吸收热量:
[0040]Q = Q' +Qw = 35348.3X 106+372533.2X 16 = 407881.5X 16J
[0041]其中V占Q比例约为:35348.3 + 407881.5 = 8.67%，这部分热量全部由锅炉燃煤气提供。
[0042]实施例2本发明的锅炉汽水循环系统的能量消耗
[0043]如图2，采用本发明提及的技术，来自汽轮机的蒸汽通过凝汽器后变为温度为10?45°C的液态水，冷凝水通过凝结水泵送入到冲渣水换热系统中，和80?95°C的冲渣水进行热交换，温度升至60?75°C，然后从冲渣水换热系统中流出，进入除氧器，在除氧器中通过蒸汽提温至104°C进行除氧，之后给水进入锅炉。由于给水在进除氧器前温度升至60?75°C，因此，达到同样除氧效果下，相比传统方式消耗的能量要少。下面以某厂130t/h余热锅炉为例，分析此种技术方案除氧过程中的能量消耗。
[0044]130t/h锅炉参数、进入除氧器蒸汽参数、除氧器内工作参数和传统方式相同，进入除氧器的冷凝水由于在冲渣水换热系统已经升温，温度为65°C。则冷凝水在除氧器由65°C吸收蒸汽热量升温变为104°C的饱和水每小时需吸收热量:
[0045]Q, = (439.36-272.03) X 130X1000 = 21752.9 X 16J
[0046]——65°C时给水的焓值为:272.03kJ/kg
[0047]——压力为0.12MPa,温度为104°C的饱和水的焓值为:439.36kJ/kg
[0048]每小时需消耗蒸汽量:
[0049]W = 21752.9 X 16J+ (3063.8 X 103_439.36 X 13) = 8.29t
[0050]——压力为0.981Mpa，温度为305°C的蒸汽的焓值为:3063.8kJ/kg。
[0051]压力为0.12MPa、温度为104°C的饱和水进入锅炉吸收热量升温变为压力3.6MPa、435°C的蒸汽每小时需吸收热量:Q" = 372533.2X 106J。
[0052]则40°C的冷凝水变为3.6MPa、435°C的蒸汽每小时需由锅炉提供热量:
[0053]Q = Q' +Q" = 21752.9X 106+372533.2XlO6 = 394286.1XlO6J
[0054]其中Q'占 Q 比例约为:21752.9 + 394286.1 = 5.52%。
[0055]采用本发明的锅炉补水预热技术后，实际上就是把冷凝水从40°C升到65°C所需消耗的能源，这部分热量由回收高炉冲渣水的能量提供，而不需要蒸汽提供能量，也就是不需要锅炉提供，从而减少除氧气耗。65°C的水升温至104°C的饱和水所需的能量仍由蒸汽提供。锅炉补水在除氧器位置节省能源率约为:(13.47-8.29)+13.47 = 38.46%。而对于锅炉系统，达到相同效果所需提供的热量由传统条件下的407881.5X 16J降为394286.1 X 16J,减少热量供应约为:(394286.1 X 16J — 407881.5 X 16) +407881.5 X 16=3.33%，相当于锅炉燃煤气量减少3.33%。
[0056]本发明中来自高炉冲渣水的水温根据区域和季节的不同，高炉冲渣水水温会在80?95°C之间波动，导致预热后的冷凝水升温幅度亦产生波动，当高炉冲渣水温度高，冷凝水升温幅度大时，节能效率会高一些，当高炉冲渣水温度低，冷凝水升温幅度小时，节能率会低一些。
[0057]当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种锅炉汽水循环系统，包括锅炉系统，所述锅炉系统包括凝汽器(2)、凝结水泵(3)以及除氧器(4)，其特征在于，所述锅炉汽水循环系统还包括高炉冲渣水余热利用系统(9)，所述高炉冲渣水余热利用系统(9)包括冲渣水换热器(91)和冲渣水过滤器(92)； 所述冲渣水换热器(91)的加热水进口通过凝结水泵(3)与凝汽器(2)相连通；所述冲渣水换热器(91)的加热水出口与除氧器⑷相连通； 所述冲渣水过滤器(92)的高炉冲渣水进口与冲渣水水池相连通；所述冲渣水过滤器(92)的高炉冲渣水出口与冲渣水换热器(91)相连通。
2.根据权利要求1所述的锅炉汽水循环系统，其特征在于，所述冲渣水换热器(91)的加热水出口与除氧器⑷之间通过低压加热器(10)相连通。
3.根据权利要求1或2所述的锅炉汽水循环系统，其特征在于，冲渣水换热器(91)还包括高炉冲渣水循环通道，所述高炉冲渣水循环通道的进口端与高炉冲渣水过滤器(92)的出口端相连通；所述高炉冲渣水循环通道的出口端与冲渣水池相连通。
4.根据权利要求3述的锅炉汽水循环系统，其特征在于，所述渣水回收处理系统为高炉渣处理系统。
5.一种基于权利要求1-4任一所述锅炉汽水循环系统的锅炉补水预热方法，包括以下步骤: 1)将冲渣水换热器的加热水进口通过凝结水泵与锅炉系统的凝汽器相连通；将冲渣水换热器的加热水出口与锅炉系统的除氧器相连通； 2)将来自高炉渣处理系统的冲渣水作为热源，用于加热来自凝汽器的冷凝水，加热后的水通过除氧器送入锅炉系统。
6.根据权利要求5所述的锅炉补水预热方法，其特征在于，冲渣水换热器的加热水出口通过低压加热器与锅炉系统的除氧器相连通，加热后的水通过低压加热器送入锅炉系统。
【文档编号】C21B3/08GK104075308SQ201410317337
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】商福成, 孙建军, 陈力军, 杨州, 许振兴, 周亮文, 刘美, 李传瑾, 林七女, 刘春燕 申请人:莱芜钢铁集团有限公司