本发明涉及钢铁行业的节能技术领域，具体地说，涉及一种电转炉烟气余热发电系统。
背景技术：
电转炉是近些年逐渐发展起来并逐步推广使用的炼钢炉，电转炉既不同于氧气顶吹转炉，也不同于直流电弧炉，是氧气顶吹转炉与直流电弧炉的技术结合体。在电转炉冶炼的过程中，会产生大量的高温烟气(最高温度甚至可达1600℃以上)。这些高温烟气不仅带走了大量的热能，而且还会影响下游除尘设备的运行，进而带来环境污染问题。
近年来，随着钢铁企业对节能减排的日益重视，如何将炼钢工序高温烟气中的显热充分回收，变“废”为宝，已经成为炼钢企业日益关心的问题。由于电转炉是近几年兴起的炼钢设备，目前还未形成一套完善的电转炉高温烟气余热利用方案，工程上采用的回收方式普遍比较粗放，没有根据烟气品味的高低来设计换热系统，也就不能充分利用烟气余热。因此，构建一种可以充分利用电转炉烟气余热资源的方案，使其可以充分回收电转炉烟气的余热并加以合理利用，必然可产生较为可观的经济收益，具有重要的实际意义。
技术实现要素：
根据本发明的一个方面，提供了一种电转炉烟气余热发电系统，包括从电转炉上方的水冷弯头的烟气出口沿烟气流动方向依次连通的第一汽化冷却烟道、第二汽化冷却烟道、燃烧沉降室、第三汽化冷却烟道和余热锅炉，余热锅炉中的蒸发器、省煤器沿着烟气流动方向顺次布置，所述电转炉烟气余热发电系统又根据工作压力不同分成低压汽水系统、高压汽水系统，其中，所述低压汽水系统用于冷却第一汽化冷却烟道和燃烧沉降室的炉门，由低压锅筒-除氧器供应给水，从而产生低压蒸汽；而所述高压汽水系统用于冷却第二汽化冷却烟道、燃烧沉降室的炉盖、第三汽化冷却烟道、余热锅炉，由高压锅筒供应给水，从而产生高压蒸汽，所述高压锅筒通过蒸汽管道与蓄热器、汽轮机依次连通，从所述蓄热器出来的稳定蒸汽进入所述汽轮机，从而驱动所述汽轮机带动发电机发电。
优选地，所述低压汽水系统包括低压锅筒-除氧器、低压循环泵，所述低压锅筒-除氧器通过第一下降管与低压循环泵连接，所述低压循环泵的出水管路分支为两路，一路与第一汽化冷却烟道的进水口连通，另一路与燃烧沉降室的炉门的汽化冷却装置进水口连通，所述第一汽化冷却烟道的出汽口、所述燃烧沉降室的炉门的汽化冷却装置的出汽口与所述低压锅筒-除氧器的上升管口连通，并且所述高压汽水系统包括给水泵、高压锅筒、高压循环泵，所述低压锅筒-除氧器通过第一出水管与给水泵连接，所述给水泵的出水管路与所述余热锅炉中的省煤器的进水口连通，所述省煤器的出水口与所述高压锅筒的进水口连通，并且所述高压锅筒通过第二下降管与所述高压循环泵连接，所述高压循环泵的出口管道分为多个支路，分别与所述第二汽化冷却烟道的进水口、所述第三汽化冷却烟道的进水口以及燃烧沉降室的炉盖的汽化冷却装置的进水口连通，所述第二汽化冷却烟道的出汽口、所述第三汽化冷却烟道的出汽口以及燃烧沉降室的炉盖的汽化冷却装置的出汽口均通过管道与所述高压锅筒的上升管口连通，形成闭式强制循环回路，所述高压锅筒通过第三下降管与所述余热锅炉中的蒸发器的进水口相连，所述蒸发器的出汽口与所述高压锅筒的上升管口连通，形成一个自然循环回路。
优选地，所述蓄热器的出口蒸汽管路还分出一路支路与低压锅筒-除氧器的辅助加热蒸汽接口连通。
优选地，在余热锅炉中，在所述省煤器的烟气侧下游还设置有采用逆流布置的凝结水预热器，用来对汽轮机来的凝结水进行预热，所述汽轮机的排汽管道与凝汽器、凝结水泵、余热锅炉中的凝结水预热器、低压锅筒-除氧器的进水口沿凝结水流程依次相连。
优选地，第三汽化冷却烟道和余热锅炉之间设置有对流烟道，所述对流烟道中设置有采用逆流布置的对流换热器，所述高压循环泵的出水管道上分出一个支路与所述对流烟道中的对流换热器的进水口相连，所述对流换热器的出汽口通过管道与所述高压锅筒的上升管口相连。
优选地，所述第一汽化冷却烟道采用移动式烟道，所述第二汽化冷却烟道和第三汽化冷却烟道采用固定式烟道，所述第一汽化冷却烟道的烟气进口端与所述水冷弯头的烟气出口端连通且有预设的间隙，所述第一汽化冷却烟道的烟气出口端与所述第二汽化冷却烟道的烟气进口端连通；所述第一汽化冷却烟道上安装有牵引装置，该牵引装置可驱动第一汽化冷却烟道进行水平移动，而第一汽化冷却烟道的烟气出口端则贴在所述第二汽化冷却烟道的烟气进口端上水平移动，从而控制第一汽化冷却烟道与水冷弯头之间的间隙，进而调节进入第一汽化冷却烟道的燃烧空气量。
优选地，所述蒸发器采用逆流布置，所述蒸发器的进水口位于蒸发器的低温烟气端，所述蒸发器的出汽口位于蒸发器的高温烟气端。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的电转炉烟气余热发电系统的示意图。
其中，电转炉1、水冷弯头2、第一汽化冷却烟道3、第二汽化冷却烟道4、燃烧沉降室5、第三汽化冷却烟道6、对流烟道7、余热锅炉8(内含蒸发器81、省煤器82、凝结水预热器83)、低压锅筒-除氧器9、高压锅筒10、低压循环泵11、给水泵12、高压循环泵13、蓄热器14、汽轮机15、发电机16、凝汽器17、凝结水泵18、第一下降管91、第一出水管92、第二下降管101、第三下降管102。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的电转炉烟气余热发电系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。需要说明的是，需要说明的是，本发明所述高压、低压是为了区分汽水系统的压力等级而进行的区分命名(如：高压蒸汽、低压蒸汽的压力分别设计为2.45MPa、0.5MPa)，并非绝对高压(如9.81MPa)、绝对低压(如0.8MPa)，并且，以下汽水流动方向均按图中箭头所示方向流动。
本发明公开了一种电转炉烟气余热发电系统，包括从电转炉1上方的水冷弯头2的烟气出口沿烟气流动方向依次连通的第一汽化冷却烟道3、第二汽化冷却烟道4、燃烧沉降室5、第三汽化冷却烟道6和余热锅炉8，经余热锅炉8排出的烟气如箭头A所示进入下游除尘设施，经进一步除尘后排放出去。余热锅炉8中的蒸发器81、省煤器82沿着烟气流动方向顺次布置，烟气余热发电系统又根据工作压力不同分成低压汽水系统、高压汽水系统，其中，所述低压汽水系统用于冷却第一汽化冷却烟道3和燃烧沉降室5的炉门51，由低压锅筒-除氧器9供应给水，从而产生低压蒸汽，该低压锅筒-除氧器是低压锅筒和除氧器的组合，除氧器安装于低压锅筒的上方，低压锅筒能够兼作除氧水箱。而所述高压汽水系统用于冷却第二汽化冷却烟道4、燃烧沉降室5的炉盖52、第三汽化冷却烟道6、余热锅炉8，由高压锅筒10(亦称汽包，是自然循环锅炉中最重要的受压元件)供应给水，从而产生高压蒸汽，所述高压锅筒10输出的蒸汽经过蓄热器14处理后与汽轮机15、发电机16配合完成余热利用。具体地说，所述高压锅筒10的出汽口与蓄热器14的进汽口连通，蓄热器14的出汽口向汽轮机15供应蒸汽，从而驱动所述汽轮机带动发电机16发电。特别地，蓄热器14还分出一支管路与低压锅筒-除氧器9的辅助加热蒸汽接口相连。
下面详细说明电转炉烟气余热发电系统的低压汽水系统、高压汽水系统。为保证处于高温端的第一汽化冷却烟道的快速冷却，并考虑到燃烧沉降室炉门的活动性，第一汽化冷却烟道和燃烧沉降室炉门冷却采用低压汽水系统。如图1所示，所述低压汽水系统包括低压锅筒-除氧器9、低压循环泵11，所述低压锅筒-除氧器9通过第一下降管91与低压循环泵11连接，所述低压循环泵11的出水管路分支为两路，一路与所述第一汽化冷却烟道3的进水口连通，另一路与所述燃烧沉降室5的炉门51的汽化冷却装置进水口连通，所述第一汽化冷却烟道3的出汽口、所述燃烧沉降室5的炉门51的汽化冷却装置的出汽口与所述低压锅筒-除氧器9的上升管口连通。
对于其他换热系统采用高压汽水系统，给水由压力相对较高的高压锅筒10的下水来供应，从而以更加经济的方式回收烟气余热。所述高压汽水系统包括给水泵12、高压锅筒10，所述低压锅筒-除氧器9通过第一出水管92与给水泵12连接，所述给水泵12的出水管路与所述余热锅炉8中的省煤器82的进水口连通，所述省煤器82的出水口与所述高压锅筒10的进水口连通。
所述高压锅筒10通过第二下降管101与所述高压循环泵13连接，所述高压循环泵13的出口管道分为多个支路，分别与所述第二汽化冷却烟道4的进水口、所述第三汽化冷却烟道6的进水口以及燃烧沉降室5的炉盖52的汽化冷却装置的进水口连通，所述第二汽化冷却烟道4的出汽口、所述第三汽化冷却烟道6的出汽口以及燃烧沉降室5的炉盖52的汽化冷却装置的出汽口均通过管道与所述高压锅筒10的上升管口连通，形成闭式强制循环回路。
所述高压锅筒10通过第三下降管102与所述余热锅炉8中的蒸发器81的进水口相连，所述蒸发器81的出汽口与所述高压锅筒10的上升管口连通，形成一个自然循环回路。
该电转炉烟气余热发电系统合理布置汽化冷却烟道、余热锅炉、高压锅筒与低压锅筒-除氧器，形成高压汽水系统和低压汽水系统，能够充分吸收烟气余热。
在一个可选实施例中，在省煤器82的烟气侧下游还设置有采用逆流布置的凝结水预热器83，用来对汽轮机来的凝结水进行预热，所述汽轮机15的排汽管道与凝汽器17、凝结水泵18、余热锅炉中的凝结水预热器83、低压锅筒-除氧器9的进水口沿凝结水流程依次相连。特别地，凝结水预热器83采用逆流布置，也就是说，凝结水预热器的进水口位于余热锅炉8的凝结水预热器83的低温烟气端，所述余热锅炉的凝结水预热器的出汽口位于余热锅炉的凝结水预热器的高温烟气端。
在一个可选实施例中，第三汽化冷却烟道和余热锅炉之间设置有对流烟道7，所述对流烟道7中设置有采用逆流布置的对流换热器，所述高压循环泵13的出水管道上分出一个支路与所述对流烟道中的对流换热器的进水口相连，所述对流烟道中的对流换热器的出汽口通过管道与所述高压锅筒10的上升管口相连。特别地，对流换热器采用逆流布置，也就是说，对流换热器的进水口位于对流烟道中的对流换热器的低温烟气端，所述对流烟道中的对流换热器的出汽口位于对流烟道中的对流换热器的高温烟气端。
在一个可选实施例中，第一汽化冷却烟道3、第二汽化冷却烟道4、第三汽化冷却烟道6均采用顺流布置方式，具体地说，第一汽化冷却烟道3的进水口位于第一汽化冷却烟道3的高温烟气端，第一汽化冷却烟道3的出汽口位于第一汽化冷却烟道3的低温烟气端。第二汽化冷却烟道4的进水口位于第二汽化冷却烟道4的高温烟气端，所述第二汽化冷却烟道4的出汽口位于第二汽化冷却烟道4的低温烟气端。所述第三汽化冷却烟道6的进水口位于第三汽化冷却烟道6的高温烟气端，所述第三汽化冷却烟道6的出汽口位于第三汽化冷却烟道6的低温烟气端。
在一个可选实施例中，所述蒸发器81采用逆流布置，具体地说，所述蒸发器81的进水口位于蒸发器的低温烟气端，所述蒸发器81的出汽口位于蒸发器的高温烟气端。
在一个可选实施例中，所述省煤器82也采用逆流布置，所述省煤器82的进水口位于省煤器82的低温烟气端，所述省煤器82的出汽口位于省煤器的高温烟气端。
在一个可选实施例中，所述第一汽化冷却烟道3采用移动式烟道，所述第二汽化冷却烟道4和第三汽化冷却烟道6采用固定式烟道，所述第一汽化冷却烟道4的烟气进口端与所述水冷弯头2的烟气出口端连通且有预设的间隙，所述第一汽化冷却烟道3的烟气出口端与所述第二汽化冷却烟道4的烟气进口端连通。所述第一汽化冷却烟道3上安装有牵引装置，该牵引装置可驱动第一汽化冷却烟道3进行水平移动，而第一汽化冷却烟道3的烟气出口端则贴在所述第二汽化冷却烟道4的烟气进口端上水平移动，从而控制第一汽化冷却烟道3与水冷弯头2之间的间隙，进而调节进入第一汽化冷却烟道3的燃烧空气量。
综上所述，本发明的电转炉烟气余热发电系统具有以下有益效果：
(1)对电转炉的高温烟气余热进行充分回收，产生蒸汽用于发电，首先通过汽化冷却的方式来回收电转炉的高温烟气废热，然后通过对流烟道来进一步吸收烟气余热并降低烟气温度，以改善余热锅炉运行条件，最后通过余热锅炉的方式来回收电转炉的烟气废热，将烟气温度降低到一定温度，不仅回收了余热，还可以为下游的除尘设施的安全运行提供条件。
(2)根据烟气品味的高低进行受热面的优化设置，在高压汽水系统和低压汽水系统的设计，以及汽化冷却烟道、余热锅炉与低压锅筒-除氧器、高压锅筒的连接设置上综合考虑系统的安全性和热经济性，能够更加合理的回收烟气余热。
(3)传统的余热锅炉一般将最后一级受热面设置成省煤器，而本发明在余热锅炉尾部增设了凝结水预热器，经过省煤器降温后的烟气余热用来对汽轮机来的凝结水进行预热，不仅进一步吸收了烟气余热，提高余热发电系统的热经济性，而且提高了低压锅筒-除氧器进水温度，降低了整个凝结水换热系统的换热温差，减小了其换热火用损，提高了能源有效利用率。此外，凝结水预热器的设置还可降低进入下游除尘设施的烟气温度，保证除尘设施的安全运行，并改善其运行环境，延长其使用寿命。
(4)通过第一汽化冷却烟道的水平移动来调整第一汽化冷却烟道烟气进口与水冷弯头烟气出口之间的间隙，以控制从该间隙吸入的空气量，进而控制电转炉炉气的燃烧，该方法与常规采用的通过滑套来实现炉气燃烧空气量调节的方法相比，具有更好的可操作性和稳定性，系统更能承受恶劣的运行条件，可降低常规方法由于滑套故障导致电转炉停炉的频率，系统使用寿命更长。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。