一种电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统的制作方法

本实用新型涉及烟气余热回收技术领域，具体的是一种电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统。

背景技术：

近年来随着废钢价格上涨，国内的电炉都开始进行技术革新，现在兑铁水率由原来的10％普遍提高到了30％～50％，甚至80％以上。电炉兑铁水率的提高，相应的吹氧量也得到提高，电炉炉气增加，炉气中所携带的热量也大幅增加，电炉烟气余热回收的经济效益越加明显。

传统电炉烟气处理的冷却设备均为工业水冷却，进口水温25℃～30℃，出口水温45℃～60℃。虽然循环的冷却水进水处理冷却塔后大部分可反复利用，但每次循环均存在约3％的消耗损失，同时工业水的循环消耗了大量的电能。此外，最关键的是电炉烟气中的热量却完全没有回收利用。

2000年以来，国内外陆续开发了一些电炉烟气余热回收系统，但是都存在着一些共性的问题，诸如：蒸汽参数低、品质不高，能耗高，维检不方便、设备使用寿命低等缺陷。

技术实现要素：

为了解决现有电炉烟气余热回收效果不高的问题。本实用新型提供了一种电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统，该电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统充分利用烟气废热，生产连续、过热蒸汽供应发电及生产使用，通过采用强制循环与自然循环相结合的水循环方式，在保证装置的寿命条件下，最大限度减少电能消耗，从而更加适于实用。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统，包括依次连接的第一烟道、燃烧沉降室、第二烟道和余热锅炉，所述电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统还包括汽包、储罐、热交换器和蓄热器，余热锅炉内设有汽水换热器和储热换热器，汽包的第一出口通过第一汽水循环下降管路与汽水换热器的入口连接，汽包的第一入口通过第一汽水循环上升管路与汽水换热器的出口连接，储罐的出口通过第一输入管线与储热换热器的入口连接，储罐的入口通过第一输出管线与储热换热器的出口连接，蓄热器通过第二输入管线与热交换器的入口连接，热交换器的出口连接有第二输出管线，蓄热器排出的流体能够通过热交换器与储罐内的工质换热。

第一烟道含有第一水冷结构，燃烧沉降室含有顶盖和侧周壁，顶盖含有第二水冷结构，侧周壁内含有清灰门，清灰门含有第三水冷结构。

所述电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统还包括除氧器，除氧器的水空间出口通过第二汽水循环下降管路分别与该第一水冷结构的入口、该第二水冷结构的入口和该第三水冷结构的入口连接，除氧器的汽空间入口通过第二汽水循环上升管路分别与该第一水冷结构的出口、该第二水冷结构的出口和该第三水冷结构的出口连接。

汽包的第二出口通过第二汽水循环下降管路分别与该第一水冷结构的入口、该第二水冷结构的入口和该第三水冷结构的入口连接，汽包的第二入口通过第二汽水循环上升管路分别与该第一水冷结构的出口、该第二水冷结构的出口和该第三水冷结构的出口连接。

第一烟道为弯管烟道，第一烟道含有通过法兰连接的上段烟道和下段烟道，第一烟道的入口端朝向水平方向，第一烟道的出口端朝下，第一烟道的出口端与燃烧沉降室的顶盖插接。

所述电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统还包括滑套机构，该滑套机构含有滑套、托架小车和机械驱动组件，滑套的一端密封套设于第一烟道的入口端外，滑套的另一端密封套设于电炉炉盖水冷弯头的出口端外，托架小车能够支撑滑套，机械驱动组件能够驱动滑套和托架小车沿水平方向往复移动。

滑套为筒状结构，滑套的筒壁为密排管结构，所述第一水冷结构位于第一烟道的上段烟道的下端和下段烟道的上端，燃烧沉降室为立方体结构，燃烧沉降室内设有连通第一烟道和第二烟道空腔，侧周壁为耐火砖砌筑。

第二烟道的断面为圆形或方形，第二烟道的入口端的位置低于第二烟道的出口端的位置，第二烟道的出口端与余热锅炉的入口之间设有补偿器。

第二烟道为绝热烟道，第二烟道的含有从内向外依次设置的保温层和钢管；或者，第二烟道为汽化冷却烟道。

热交换器设置于储罐内，余热锅炉内设有多个沿竖直方向排列的汽水换热器，至少两个汽水换热器位于储热换热器的上方，至少一个汽水换热器位于储热换热器的下方，储热换热器中导热介质的工作温度为300℃～600℃，相邻的两个汽水换热器之间设有补偿器，汽水换热器与储热换热器之间也设有补偿器，储罐内还设有电预热装置。

本实用新型的有益效果是：该电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统能够在保证炼钢生产的前提下，降低了吨钢能耗，回收了高品质蒸汽，提高了全厂经济效益，具有诸多优点及实用价值。且其在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新。不论在产品装置、结构或功能上本实用新型较现有的电炉烟气处理技术皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果,具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

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是本实用新型实施例1中所述电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统的总体结构示意图。

图2是本实用新型实施例2中所述电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统的总体结构示意图。

1、滑套；2、托架小车；3、机械驱动组件；4、第一烟道；5、燃烧沉降室；6、第二烟道；7、补偿器；8、余热锅炉；9、除氧器；10、汽包；11、强制循环泵；12、第二汽水循环下降管路；13、第二汽水循环上升管路；14、第一汽水循环下降管路；15、第一汽水循环上升管路；16、储热换热器；17、储罐；18、储热泵组；19、蓄热器；20、汽水换热器；21、电炉；

41、上段烟道；42、下段烟道；43、法兰；

51、顶盖；52、侧周壁；53、清灰门；

171、热交换器；172、第二输入管线；173、第二输出管线。

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。

实施例1

一种电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统，包括依次连接的第一烟道4、燃烧沉降室5、第二烟道6和余热锅炉8，所述电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统还包括汽包10、储罐17、热交换器171和蓄热器19，余热锅炉8内设有汽水换热器20和储热换热器16，汽包10的第一出口通过第一汽水循环下降管路14与汽水换热器20的入口连接，汽包10的第一入口通过第一汽水循环上升管路15与汽水换热器20的出口连接，储罐17的出口通过第一输入管线与储热换热器16的入口连接，储罐17的入口通过第一输出管线与储热换热器16的出口连接，蓄热器19通过第二输入管线172与热交换器171的入口连接，热交换器171的出口连接有第二输出管线173，蓄热器19排出的流体能够通过热交换器171与储罐17内的工质换热，如图1所示。

本实用新型中，所述间断式冶炼炉的特点在于其生产和工作是间断式的，所述间断式冶炼炉产生的烟气温度时高时低(不连续、平稳)，所述间断式冶炼炉可以包括炼钢用电炉。目前，在电炉余热回收领域仅能生产饱和蒸汽，本实用新型中储罐17用于储存导热介质，该导热介质能够进入储热换热器16从而与余热锅炉8中的烟气进行换热，该导热介质(即换热工质)可以为熔盐或导热油，不限于此。通过换热该导热介质可以将高温烟气的热量储存起来，蓄热器19内含有饱和蒸汽，在储罐17内该导热介质能够通过热交换器171可以再将饱和蒸汽加热为过热蒸汽。另外，该导热介质在吸热后也可以用于生产连续的热水、蒸汽等。

在本实施例中，第一烟道4含有第一水冷结构，燃烧沉降室5含有顶盖51和侧周壁52，顶盖51含有第二水冷结构，侧周壁52内含有清灰门53，清灰门53含有第三水冷结构。该第一水冷结构、第二水冷结构和第三水冷结构可以为膜式水冷壁或水冷密排管。

在本实施例中，所述电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统还包括除氧器9，除氧器9的水空间出口通过第二汽水循环下降管路12分别与该第一水冷结构的入口、该第二水冷结构的入口和该第三水冷结构的入口连接，除氧器9的汽空间入口通过第二汽水循环上升管路13分别与该第一水冷结构的出口、该第二水冷结构的出口和该第三水冷结构的出口连接，如图1所示。除氧器9通过该第一水冷结构的出口、该第二水冷结构的出口和该第三水冷结构与第一烟道4和燃烧沉降室5中的烟气换热。

在本实施例中，第一烟道4为弯管烟道，第一烟道4可以为依次连接的两段式或三段式结构，每段烟道采用独立的汽水循环。如第一烟道4可以为两段式结构，第一烟道4含有通过法兰43连接的上段烟道41和下段烟道42，第一烟道4的入口端朝向水平方向，第一烟道4的出口端朝下，第一烟道4的出口端与燃烧沉降室5的顶盖51插接。

在本实施例中，所述电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统还包括滑套机构，该滑套机构含有滑套1、托架小车2和机械驱动组件3，滑套1为筒状结构，滑套1的一端密封套设于第一烟道4的入口端外，滑套1的另一端密封套设于电炉21的炉盖水冷弯头的出口端外，电炉21排出的烟气可以依次经过该炉盖水冷弯头和滑套1进入第一烟道4。托架小车2用于支撑滑套1，机械驱动组件3能够驱动滑套1和托架小车2沿水平方向往复移动，如机械驱动组件3能够驱动滑套1和托架小车2沿图1中左右方向往复移动。

在本实施例中，滑套1的筒壁为密排管结构，所述第一水冷结构为膜式水冷壁，所述第一水冷结构位于第一烟道4的上段烟道41的下端和下段烟道42的上端，燃烧沉降室5为立方体结构，燃烧沉降室5内设有连通第一烟道4和第二烟道6空腔，侧周壁52由耐火砖砌筑而成。

在本实施例中，第二烟道6的断面可以为圆形或方形，第二烟道6的入口端的位置低于第二烟道6的出口端的位置，第二烟道6的出口端与余热锅炉8的入口之间设有补偿器7。

在本实施例中，第二烟道6可以为绝热烟道，第二烟道6的含有从内向外依次设置的保温层和钢管；即第二烟道6的外壁为钢管，第二烟道6的内壁为保温棉及耐火浇注料。或者，第二烟道6也可以为汽化冷却烟道，第二烟道6采用自然或强制循环系统，除氧器9的水空间出口还可以通过第二汽水循环下降管路12与第二烟道6的冷却壁的入口连接，除氧器9的汽空间入口还可以通过第二汽水循环上升管路13分别与第二烟道6的冷却壁的出口连接。

在本实施例中，熔盐或导热油作为换热工质，其工作温度是有一定限制的，因此本实用新型将于储热换热器16设置在经过部分汽水换热降温后的锅炉区域。优选热交换器171设置于储罐17内，余热锅炉8内设有多个沿竖直方向排列的汽水换热器20，至少两个汽水换热器20位于储热换热器16的上方，至少一个汽水换热器20位于储热换热器16的下方。如图1所示，两个汽水换热器20位于储热换热器16的上方，一个汽水换热器20位于储热换热器16的下方。储热换热器16中导热介质的工作温度为300℃～600℃，如采用导热油作为换热工质时，工作温度为300℃～400℃。采用熔盐作为换热工质时，工作温度为500℃～600℃。相邻的两个汽水换热器20之间设有补偿器，汽水换热器20与储热换热器16之间也设有补偿器，储罐17内还设有电预热装置。

具体的，滑套1的筒壁为密排管结构，滑套1的一端紧密贴在电炉炉盖水冷弯头处，滑套1也可以通过第二汽水循环下降管路12和第二汽水循环上升管路13与除氧器9连接，从而使滑套1与除氧器9之间能够换热。托架小车2为钢结构支架，托架小车2设有四件滚轮。机械驱动组件3通过齿轮传动控制滑套前后水平移动。

该电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统可以采用自然循环或强制循环。当采用强制循环时，第二汽水循环下降管路12上设有强制循环泵11。第一烟道4为膜式水冷壁烟道，第一烟道4入口和出口分别插入滑套1和燃烧沉降室5。燃烧沉降室5为长方体，侧周壁52为耐火砖砌筑，顶盖51为膜式水冷壁,清灰门53采用水冷密排管。

除氧器9可以兼做低压汽包，强制循环泵11使上述除氧器9内进行除氧处理后的水接入上述第一烟道4、顶盖51的受热管内以进行换热。汽包10的上侧设有与余热锅炉8相连通的上升管(第一汽水循环上升管路15)，汽包10的下侧设有下降管(第一汽水循环下降管路14)，另有蒸汽输出接口等。设置在余热锅炉中的汽水换热器20，汽水混合物进、出口均通过下降管、上升管与汽包10连通；

第二烟道6为内保温结构，外壁为钢管，内壁为保温棉及耐火浇注料，第二烟道6的一端与沉降室侧墙连接，第二烟道6的另一端通过补偿器7与余热锅炉8连接。

储热换热器16设置在余热锅炉8的内部，储热换热器16管式换热结构，内管程为储热介质，外管程为高温烟气。储热换热器16内部的工作介质为熔盐或导热油，但不限于此。储热泵组18的两端分别连接上述的储罐17和储热换热器16，为储热介质提供循环动力。蓄热器19将汽包10所产的间断的、不稳定的蒸汽变为稳定、连续的蒸汽。储罐17设置在储热泵出口，内部设热交换器171，用于储存导热介质加热饱和蒸汽。

下面介绍该电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统的工作过程。

电炉21排出的烟气依次经过第一烟道4、燃烧沉降室5、第二烟道6和余热锅炉8后排出，除氧器9通过所述第一水冷结构的入口、该第二水冷结构的入口和该第三水冷结构与第一烟道4和燃烧沉降室5内的烟气进行换热，汽包10通过汽水换热器20与余热锅炉8中的烟气进行换热，储罐17中的导热介质进入储热换热器16与余热锅炉8中的烟气进行换热，该导热介质进入储热换热器16后被加热，烟气的部分热量被储存于储罐17内，蓄热器19中的饱和蒸汽通过热交换器171与储罐17中的导热介质换热。这样，蓄热器19输出的饱和蒸汽在换热后将成为稳定、连续的过热蒸汽。

实施例2

本实施例是对实施例1的一种改进，在实施例1采用了除氧器9，进行的是低压循环。在本实施例中，该电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统采用高压循环系统，如图2所示，此时该电炉烟气双工质换热复合循环过热蒸汽系统不含有除氧器9，本实施例与实施例1主要的区别在于缺少除氧器9。

另外，在本实施例中，汽包10的第二出口通过第二汽水循环下降管路12分别与该第一水冷结构的入口、该第二水冷结构的入口和该第三水冷结构的入口连接，汽包10的第二入口通过第二汽水循环上升管路13分别与该第一水冷结构的出口、该第二水冷结构的出口和该第三水冷结构的出口连接。第二汽水循环下降管路12可以设置强制循环泵。

本实施例的其余技术特征均与实施例1中的相同，为了节约篇幅，本实施例不再详细介绍。

本实用新型中“双工质”含义是：汽水换热器20中采用的换热工质可以被称为第一种工质(如水)，储热换热器16中采用的换热工质可以被称为第二种工质(如熔盐或导热油)。

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。