推钢式加热炉自然循环余热回收系统和自然循环式蒸发器的制作方法

本实用新型涉及钢铁企业推钢式加热炉余热回收领域，具体的是一种推钢式加热炉自然循环余热回收系统，还是一种自然循环式蒸发器。

背景技术：

在钢铁生产企业的加热炉环节，加热炉内的支撑梁用于承托被加热的钢坯或型钢，由于支撑梁直接与高温的被加热体接触，因此需要对支撑梁进行冷却以保护支撑梁不会因高温环境而遭到破坏。目前基本采用向支撑梁内部通入饱和水汽化的方式进行冷却。

同时，加热炉的燃料燃烧后，会排出大量高温烟气。为了回收这些烟气中的余热，需要在加热炉烟道中加入余热回收装置。加热炉烟气余热回收装置一般包括空气预热器、煤气预热器、蒸汽过热器、蒸发器和省煤器等。

目前钢铁行业中采用的蒸发器均为强制循环方式，需要设置循环泵，通过循环泵对流体加压，从而达到流体在蒸发器中流过吸收烟气余热的效果。

现有技术中的缺点是：这种余热回收系统由于需要设置循环泵，占据空间较大，不利于余热回收热力系统的排布；同时由于设置了循环泵以及调节流量装置，大幅增加了余热回收系统的成本，加大了余热回收系统推广的难度。

技术实现要素：

为了解决现有余热回收热力系统占据空间较大的不足，本实用新型提供了一种推钢式加热炉自然循环余热回收系统和自然循环式蒸发器，该推钢式加热炉自然循环余热回收系统中汽包与加热炉支撑梁和蒸发器之间完全的通过自然循环进行推钢式加热炉烟气余热的回收，省去了强制循环泵以及流量控制装置，具有布置紧凑节省空间、降低成本、节能降耗、便于操作等优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种推钢式加热炉自然循环余热回收系统，包括汽包、加热炉支撑梁和蒸发器，蒸发器设置于加热炉烟道内，加热炉支撑梁设置于加热炉内，汽包与加热炉支撑梁和蒸发器连接，加热炉支撑梁能够将该加热炉内的部分热量输送至汽包内，蒸发器能够将该加热炉烟道内的部分热量输送至汽包内，汽包的位置高于加热炉支撑梁的位置和蒸发器的位置。

汽包的出水口通过汽包出水管分别与加热炉支撑梁的加热炉支撑梁入口端以及蒸发器的蒸发器入口连接，蒸发器的蒸发器出口通过蒸发器回水管与汽包的回水口连接，加热炉支撑梁的加热炉支撑梁出口端通过加热炉支撑梁回水管与汽包的回水口连接。

该推钢式加热炉自然循环余热回收系统还包括蒸汽过热器和蒸汽并网管道，蒸汽过热器设置于该加热炉烟道内，蒸汽并网管道的一端与汽包的蒸汽出口端连接，蒸汽并网管道经过蒸汽过热器，蒸汽过热器能够将该加热炉烟道内的部分热量输送至蒸汽并网管道中。

蒸汽过热器设置在该加热炉烟道内的高温烟气侧，蒸发器设置在该加热炉烟道内的低温烟气侧。

该推钢式加热炉自然循环余热回收系统还包括蒸汽引射管道，蒸汽引射管道的一端和蒸汽并网管道连接，蒸汽引射管道的一端位于蒸汽过热器和蒸汽并网管道的另一端之间，蒸汽引射管道的另一端通过蒸汽引射支管分别与蒸发器回水管和加热炉支撑梁回水管连接，蒸汽引射支管能够在排汽时使蒸发器回水管和加热炉支撑梁回水管中的流体向汽包中流动。

加热炉支撑梁含沿炉长方向设置的横支撑梁，加热炉支撑梁入口端包括横支撑梁的入口端，加热炉支撑梁出口端包括横支撑梁的出口端，沿炉长方向，横支撑梁的入口端位于该横支撑梁的两端，横支撑梁的出口端位于该横支撑梁的中部。

一种自然循环式蒸发器，为上述蒸发器，该自然循环式蒸发器含有依次连接的蒸发器入口、蒸发器进水管、蒸发器进水集箱、蒸发器回水管、蒸发器回水集箱和蒸发器出口，蒸发器入口、蒸发器出口和蒸发器回水集箱均位于该自然循环式蒸发器的上部，蒸发器进水集箱位于该自然循环式蒸发器的下部，蒸发器回水管的外表面积大于蒸发器进水管的外表面积。

蒸发器进水管为一根立管，蒸发器回水管含有多根相互平行的立管，蒸发器进水管的外径大于蒸发器回水管的外径。

该自然循环式蒸发器的上部设有耐火材料支撑墩，蒸发器入口和蒸发器出口均位于耐火材料支撑墩的上方，蒸发器回水集箱和蒸发器出口之间的连接管线位于耐火材料支撑墩内，蒸发器回水集箱的上部位于耐火材料支撑墩内，蒸发器进水管穿过耐火材料支撑墩。

耐火材料支撑墩的上部边缘设有护边角钢架，护边角钢架的两侧设有用于悬挂该自然循环式蒸发器的挂耳。

本实用新型的有益效果是：通过容器与加热炉支撑梁及蒸发器间流体的高度差以及流体密度变化产生自然循环，可以不需要额外设置强制循环泵和相关的流量控制装置，余热回收热力系统的结构更加紧凑，具有布置紧凑节省空间、降低成本、节能降耗、便于操作等优点。本实用新型不但可以节省强制循环泵，还通过细节处理减少了系统中的流体阻力损失，有效地避免了自然循环中存在的因为循环不畅造成的局部过热汽化现象。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是该推钢式加热炉自然循环余热回收系统的总体结构示意图。

图2是加热炉支撑梁的结构示意图。

图3是自然循环式蒸发器的主视图。

图4是图3中沿B-B方向的剖视图。

图5是图3中沿A-A方向的剖视图。

10、汽包；11、饱和蒸汽出口；12、蒸汽放散管道；13、蒸汽放散闸阀；

20、加热炉支撑梁；21、加热炉支撑梁入口端；22、加热炉支撑梁出口端；23、加热炉支撑梁连接口；24、加热炉支撑梁连接管；25、横支撑梁；

30、蒸发器；31、蒸发器入口；32、蒸发器出口；33、蒸发器进水管；34、蒸发器进水集箱；35、蒸发器回水管；36、蒸发器回水集箱；37、耐火材料支撑墩；38、护边角钢架；39、挂耳；

40、汽包出水管；

50、蒸发器回水管；51、加热炉支撑梁回水管；

60、蒸汽并网管道；61、蒸汽并网闸阀；62、蒸汽止回阀；

70、蒸汽引射管道；71、蒸汽引射闸阀；72、蒸汽引射支管；

80、蒸汽过热器；81、蒸汽过热器入口端；82、蒸汽过热器出口端；

90、厂区蒸汽管网。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种推钢式加热炉自然循环余热回收系统，包括汽包10、加热炉支撑梁20和蒸发器30，蒸发器30设置于加热炉烟道内，加热炉支撑梁20设置于加热炉内，汽包10与加热炉支撑梁20和蒸发器30连接，加热炉支撑梁20能够将该加热炉内的部分热量输送至汽包10内，蒸发器30能够将该加热炉烟道内的部分热量输送至汽包10内，汽包10的位置高于加热炉支撑梁20的位置和蒸发器30的位置，如图1所示。

汽包10的位置高于加热炉支撑梁20的位置和蒸发器30的位置，具体高差需要根据工程实例进行热力计算。通过容器(如汽包10)与加热炉支撑梁20及蒸发器30间流体的高度差以及流体密度变化产生自然循环，可以不需要额外设置强制循环泵和相关的流量控制装置，使余热回收热力系统的结构更加紧凑，达到节约空间和成本、回收系统内部热量的目的。需要说明的是，本实施例中的蒸发器30的结构形式需要根据加热炉烟气产量、烟气温度、烟气成分及空间位置进行计算和布置。

在本实施例中，汽包10的出水口通过汽包出水管40分别与加热炉支撑梁20的加热炉支撑梁入口端21以及蒸发器30的蒸发器入口31连接，蒸发器30的蒸发器出口32通过蒸发器回水管50与汽包10的回水口连接，加热炉支撑梁20的加热炉支撑梁出口端22通过加热炉支撑梁回水管51与汽包10的回水口连接。加热炉支撑梁20为空心结构，加热炉支撑梁20内含有连通加热炉支撑梁入口端21和加热炉支撑梁出口端22的内通道。

在本实施例中，该推钢式加热炉自然循环余热回收系统还包括蒸汽过热器80和蒸汽并网管道60，蒸汽过热器80设置于该加热炉烟道内，蒸汽并网管道60的一端与汽包10的蒸汽出口端11连接，蒸汽并网管道60经过蒸汽过热器80，蒸汽过热器80能够将该加热炉烟道内的部分热量输送至蒸汽并网管道60中。蒸发器30和蒸汽过热器80均可以采用现有市售产品，也可以采用改进型产品。

在本实施例中，蒸汽过热器80设置在该加热炉烟道内的高温烟气侧，蒸发器30设置在该加热炉烟道内的低温烟气侧。即该加热炉烟道内烟气流动方向为先经过蒸汽过热器80，再经过蒸发器30，然后排出，如图1所示。另外，蒸发器30需要设置支撑组件，支撑组件固定于加热炉烟道内，并与蒸发器30连接。根据加热炉烟气量、烟气温度、烟气成分等参数，计算蒸发器30要满足的换热面积，并根据饱和水温度特性确定流经蒸发器的流体的流量。

在本实施例中，该推钢式加热炉自然循环余热回收系统还包括蒸汽引射管道70，蒸汽引射管道70的一端和蒸汽并网管道60连接，该蒸汽引射管道70的一端位于蒸汽过热器80和蒸汽并网管道60的另一端之间，蒸汽引射管道70的另一端通过两根蒸汽引射支管72分别与蒸发器回水管50和加热炉支撑梁回水管51一一对应连接，蒸汽引射支管72能够在排汽时使蒸发器回水管50和加热炉支撑梁回水管51中的流体向汽包10中流动。

具体点，所述蒸汽引射支管72分别斜插入加热炉支撑梁回水管51和蒸发器回水管50。蒸汽引射支管72要斜向上由加热炉支撑梁回水管51和蒸发器回水管50的侧壁插入管道，蒸汽流动方向与回水方向要呈现小于45°的锐角，以保证引射蒸汽的引射效果。通过蒸汽引射，可以有效地改善余热回收系统内温度较低时的自然循环。

在本实施例中，加热炉支撑梁20含沿炉长方向设置的横支撑梁25，加热炉支撑梁入口端21包括横支撑梁的入口端211，加热炉支撑梁出口端22包括横支撑梁的出口端221，沿炉长方向，横支撑梁的入口端211位于该横支撑梁的两端，横支撑梁的出口端221位于该横支撑梁的中部，如图2所示。这样的设置缩短了循环回路的长度，减小了流体在支撑梁中的阻力损失，改善了自然循环的效果。

具体的，汽包10具有储存循环水和分离蒸汽的功能，加热炉支撑梁20设置在加热炉内。汽包出水管40从汽包出水口引出，分别与加热炉支撑梁入口端21和蒸发器入口31连通。加热炉支撑梁回水管51从加热炉支撑梁出口端22引出，与汽包10的回水口连通。蒸发器回水管50从蒸发器30的出口端32引出，与汽包10的回水口连通。蒸汽并网管道60，蒸汽并网管道60从汽包10的蒸汽出口端11引出，经过蒸汽过热器80，进入厂区蒸汽管网90。蒸汽引射管道70从蒸汽并网管道60引出，分为蒸汽引射支管，蒸汽引射支管分别插入蒸发器回水管50和加热炉支撑梁回水管51。

本实用新型实施例中的流体为饱和汽水混合物。汽包和加热炉支撑梁20以及蒸发器30需要有一定的高度差，汽包要高于加热炉支撑梁20以及蒸发器30。汽包内的饱和水通过流体输入支线进入加热炉支撑梁的入口端21和蒸发器30的入口端31，饱和水吸收加热炉支撑梁和烟气的热量后，部分汽化形成饱和的汽水混合物，从加热炉支撑梁的出口端22和蒸发器的出口端32经过流体输出支线回到汽包的回水口，进入汽包。在汽包中，汽水混合物中的饱和蒸汽分离出来，从汽包的饱和蒸汽出口11引出，经过蒸汽过热器80，进入蒸汽并网管道60。

蒸汽并网管道60的一端和汽包的饱和蒸汽出口11连接，蒸汽并网管道60的另一端和厂区蒸汽管网90连接。汽包产生的饱和蒸汽，进入过热器80，加热后的蒸汽除用于引射的蒸汽外，其余蒸汽通过蒸汽并网管道60进入厂区蒸汽管网90。余热回收热力系统还包括蒸汽并网闸阀61，蒸汽并网闸阀61设置在蒸汽并网管道60上。蒸汽并网闸阀61可以通过开启和关闭来控制是否将余热回收热力系统产生的饱和蒸汽输入厂区蒸汽管网。余热回收热力系统还包括蒸汽止回阀62，蒸汽止回阀62设置在蒸汽并网管道60上。通过蒸汽止回阀62的饱和蒸汽只能从汽包的饱和蒸汽出口11流向厂区蒸汽管网90，而不能从厂区蒸汽管网90流向汽包的饱和蒸汽输出端口11。余热回收热力系统还包括蒸汽引射闸阀71，蒸汽引射闸阀71设置在蒸汽引射管道70上。蒸汽放散闸阀71可以通过开启和关闭来控制是否对余热回收热力系统进行蒸汽引射。余热回收热力系统还包括蒸汽管网90，蒸汽并网管道70的出口端与蒸汽管网90连接。上述蒸汽管网90为下一工序的热蒸汽使用器件。当加热炉正常生产时，汽包产生的蒸汽经过蒸汽并网管线时，一部分蒸汽可以进入蒸汽引射主管；当加热炉刚刚启动时，炉温不高，汽包尚未产生蒸汽时，厂区蒸汽管网的蒸汽可以进入蒸汽引射主管。

该推钢式加热炉自然循环余热回收系统的工作过程如下：

当加热炉启动运行时，首先将汽包10的蒸汽放散闸阀13打开，将蒸汽引射闸阀71打开，将蒸汽并网闸阀61关闭。引射蒸汽通过蒸汽引射管道70进入蒸汽引射支管72，然后分别通入蒸发器回水管51和加热炉支撑梁回水管52。汽包10中的水经过汽包出水管40分别流入加热炉支撑梁20和蒸发器30，然后流体分别进入蒸发器回水管51和加热炉支撑梁回水管52，之后在引射蒸汽的助推下，进入汽包10的回水口，完成循环过程。引射蒸汽随流体进入汽包10后，通过蒸汽放散管道12排出余热回收热力系统，进入大气。

一旦当加热炉的炉温达到正常生产状态后，余热回收热力系统中的水吸收了加热炉支撑梁和加热炉烟气中的热量，部分汽化形成了汽水混合物，流体自身的密度差使余热回收热力系统中的自然循环建立，无需再借助蒸汽引射。此时，将汽包10的蒸汽放散闸阀13关闭，将蒸汽引射闸阀71关闭，将蒸汽并网闸阀61打开。汽包10中产生的饱和蒸汽，通过蒸汽并网管道60进入过热器80加热后，进入厂区蒸汽管网90。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：通过容器与加热炉支撑梁及蒸发器间流体的高度差以及流体密度变化产生自然循环，可以不需要额外设置强制循环泵和相关的流量控制装置，余热回收热力系统的结构更加紧凑，达到节约空间和成本、回收系统内部热量的目的。

下面介绍一种自然循环式蒸发器，该自然循环式蒸发器为上述蒸发器30，该自然循环式蒸发器含有依次连接的蒸发器入口31、蒸发器进水管33、蒸发器进水集箱34、蒸发器回水管35、蒸发器回水集箱36和蒸发器出口32，蒸发器入口31、蒸发器出口32和蒸发器回水集箱36均位于该自然循环式蒸发器的上部，蒸发器进水集箱34位于该自然循环式蒸发器的下部，蒸发器回水管35的外表面积大于蒸发器进水管33的外表面积，如图3至图5所示。

该自然循环式蒸发器由下部集中供水，流体经过管束在烟气中换热后，由蒸发器上部分散出水。这种蒸发器结构可以减小流体通过蒸发器受到的阻力，进一步实现余热回收系统自然循环。该自然循环式蒸发器安装在加热炉烟道内，循环水通过蒸发器进水管33进入蒸发器，之后通过蒸发器回水管35流出。蒸发器采用集中进水分散回水的结构方式，通过一到两根进水管直接将循环水输送到位于蒸发器最下端的蒸发器进水集箱34。之后循环水沿数十根蒸发器回水管进入蒸发器回水集箱36，由于蒸发器回水管的数量设置很多，形成了很大的受热面积，这样循环水在通过蒸发器回水管时，可以充分的与烟道内的烟气形成热交换。由于加热炉烟气余热回收系统中使用的循环水为高温饱和水，所以在蒸发器回水管中吸热后，部分循环水发生汽化，循环水变成密度更小的汽水混合物。由于循环水吸热前后产生了密度差，这样吸热后的汽水混合物就由于密度差带来的动能通过蒸发器回水管口返回汽包，进行汽水分离，从而达到自然循环的效果。本蒸发器的关键点在于，集中进水管和分散回水管的设计，使得循环水在下降过程中尽量减少吸热，而在上升过程中加大吸热，从而产生密度差。另外，在余热回收系统刚投入使用时，由于循环水尚未吸热，没有产生密度差，这时需要使用蒸汽引射来带动余热回收系统内的循环，当系统正常循环后，就可以停止蒸汽引射。

在本实施例中，蒸发器进水管33为一根立管，蒸发器回水管35含有多根相互平行的立管，蒸发器进水管33的外径大于蒸发器回水管35的外径。该自然循环式蒸发器的上部设有耐火材料支撑墩37，耐火材料支撑墩37为整块立方体结构，蒸发器入口31和蒸发器出口32均位于耐火材料支撑墩37的上方，蒸发器回水集箱36和蒸发器出口32之间的连接管线位于耐火材料支撑墩37内，蒸发器回水集箱36的上部位于耐火材料支撑墩37内，蒸发器进水管33穿过耐火材料支撑墩37。耐火材料支撑墩37的上部边缘设有护边角钢架38，护边角钢架38的两侧设有用于悬挂该自然循环式蒸发器的挂耳39。该自然循环式蒸发器的上部与该加热炉烟道连接固定，如图3至图5所示。

耐火材料支撑墩37将蒸发器进水管33和蒸发器回水集箱36制造成一个整体，一方面使蒸发器结构更加稳固，另一方面代替了烟道盖板，用于隔绝烟道中的烟气。护边角钢架38设置在耐火材料支撑墩37上，通过与耐火材料中的锚固钩焊接，与耐火材料支撑墩37形成一个整体，进一步加固蒸发器的结构。挂耳39设置在护边角钢架38的两侧，焊接在护边角钢架38上。在安装蒸发器时，将挂耳39置于加热炉烟道侧墙上，使蒸发器悬挂在加热炉烟道内。

该自然循环式蒸发器的工作过程是：汽包10中的循环水通过蒸发器进水管口31进入蒸发器；循环水经由蒸发器进水管33流入位于蒸发器最下端的蒸发器进水集箱34；之后循环水通过数十根蒸发器回水管35进入蒸发器回水集箱36，循环水在蒸发器回水管35中流动时与加热炉烟道内的烟气进行热交换，部分循环水汽化形成汽水混合物；汽水混合物通过蒸发器回水管口32回到汽包中。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。