本发明属于冶炼技术领域，涉及高炉炼铁领域的一种节能、可操作性强，可提高trt机组进口煤气温度的装置，具体涉及一种trt机组进口煤气预热系统及其使用方法。
背景技术：
目前高炉普遍配备了trt系统(高炉煤气余压透平发电机组)，trt--(blastfurnacetopgasrecoveryturbineunit,以下简称trt)高炉煤气余压透平发电装置(trt)是利用高炉冶炼的副产品--高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，再将机械能转化为电能。
trt发电量的多少受煤气流量、煤气压力和煤气温度的影响，通过对某高炉2015-2017年的数据进行分析发现trt机组入口煤气温度对trt的发电影响最大，在炉顶(煤气)压力、煤气流量变化不大的情况下，trt机组进口煤气温度每提升1℃，trt机组日发电量就增加400度，但受制于炉料、炉况和炉顶设备的要求，该高炉炉顶(煤气)温度日平均未超过135℃，trt机组设计的最高温度为200℃。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术中trt发电量效率低的缺陷不足，提出一种trt机组进口煤气预热系统。本发明为提高trt发电量，在trt机组入口煤气管道上加装该预热系统，达到提高煤气温度的目的。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种trt机组进口煤气预热系统，所述煤气预热系统包括：
换热机构，所述换热机构的一端与净煤气入口管道一端连接，所述换热机构的另一端与净煤气出口管道的一端连接，且所述净煤气出口管道的另一端与所述trt机组的煤气进口端连接，用于将经过换热机构预热后的净煤气输入至所述trt机组中；且所述换热机构两端均是通过自动控制阀分别与所述净煤气入口管道和所述净煤气出口管道的端口连接；
收热机构，所述收热机构的一端与热烟气入口管连接，所述收热机构的另一端通过管道与引风机连接，且所述收热机构与所述换热机构之间通过设置的多根导热管连接，便于导热管内的介质能顺利在换热机构内部循环流动从而对进入换热机构内部的净煤气实现预热功能；
旁通煤气管道，所述旁通煤气管道设置在所述换热机构的一侧，便于未经所述换热机构预热的煤气直接从净煤气入口管道进入至所述旁通煤气管道再输送至所述净煤气出口管道中进而输送至所述trt机组中；所述旁通煤气管道的两端分别与所述净煤气入口管道和所述净煤气出口管道连接，且在所述旁通煤气管道上的两端口处分别设置有自动控制阀。
如上所述的trt机组进口煤气预热系统，优选，在所述净煤气入口管道和净煤气出口管道上均分别设置有热电偶，所述热电偶用于测量管道中煤气的温度。
如上所述的trt机组进口煤气预热系统，优选，在所述净煤气出口管道的一端处设置有残氧分析仪，且所述残氧分析仪设置位置靠近所述换热机构，用于检测管道中的煤气是否含有氧气。
如上所述的trt机组进口煤气预热系统，优选，所述自动控制阀由盲板阀和蝶阀组成；优选地，所述换热机构两端设置的自动控制阀分别为第一自动控制阀和第二自动控制阀；第一自动控制阀依次由第一盲板阀和第一蝶阀组成，所述第一盲板阀设置的位置靠近所述净煤气入口管道；第二自动控制阀依次由第二盲板阀和第二蝶阀组成，所述第二蝶阀设置的位置靠近所述净煤气出口管道；优选地，所述旁通煤气管道上的两端口处分别设置的自动控制阀分别为第三自动控制阀和第四自动控制阀；第三自动控制阀依次由第三盲板阀和第三蝶阀组成，所述第三盲板阀设置的位置靠近所述净煤气入口管道；第四自动控制阀依次由第四盲板阀和第四蝶阀组成，所述第四蝶阀设置的位置靠近所述净煤气出口管道；优选地，所有自动控制阀均通过外部设置的远程操作系统进行控制。
如上所述的trt机组进口煤气预热系统，优选，所述换热机构包括：
换热器本体，所述换热器本体为一个筒型壳体，在所述壳体内部设置有多根热管，且多根热管通过壳体外部的导热管与收热机构连接；
安全阀，所述安全阀设置在所述换热器本体的上端的外表面上，安全阀用于换热器本体在内部压力超标时起泄压作用，从而确保换热器本体运行安全；
放散阀，所述放散阀设置在所述换热器本体的上端的外表面上，用于换热器本体检修时吹扫放散、泄压；
沉渣罐，所述沉渣罐设置在所述换热器本体的下端部，用于沉积煤气所含的微量灰尘；
氮气吹扫阀，所述氮气吹扫阀设置在所述沉渣罐的外表面上，用于在换热器本体检修时，氮气吹扫阀来吹扫换热器本体内残留的煤气。
如上所述的trt机组进口煤气预热系统，优选，所述换热器本体为一个钢结构的筒型壳体，在一筒型壳体内部一侧为热流体通道，另一侧为冷流体通道；优选地，在所述沉渣罐的表面还设置有检修人孔，用于观察沉渣罐内的工作情况。
如上所述的trt机组进口煤气预热系统，优选，所述热烟气为热风炉烧炉产生的废气。
一种如上任一项所述的trt机组进口煤气预热系统的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：
步骤一，准备工作：确认引风机电压、各传动部位是否正常；确认旁通煤气管道上的第三自动控制阀和第四自动控制阀、换热机构上的氮气吹扫阀和放散阀均处于关位；确认换热机构上的第一自动控制阀和第二自动控制阀均处于开位；确认换热器本体无破损、不漏气；
步骤二，启动换热机构工作：启动引风机，将外部的热烟气吸入至收热器机构内，再通过导热管进入到换热器本体内部，使烟气顺利在换热机构内部循环流动从而对进入换热机构内部的净煤气实现预热功能，同时需要观察收热器本体的压力和流量情况；
步骤三，停止操作：关闭引风机；对trt机组进口煤气预热系统进行检修操，按顺序打开旁通煤气管道上的第三自动控制阀和第四自动控制阀；关闭换热机构上的第一自动控制阀和第二自动控制阀；打开氮气吹扫阀及放散阀，对换热器本体内部进行吹扫。
如上所述的trt机组进口煤气预热系统的使用方法，优选，还包括：通过净煤气入口管道上的热电偶测量进口煤气的温度，当煤气温度低于160℃时且维持时间超过1h时，煤气预热系统会自动启动引风机和换热机构上的第一自动控制阀和第二自动控制阀，并关闭旁通煤气管道上的第三自动控制阀和第四自动控制阀，使煤气预热系统正常工作。
如上所述的trt机组进口煤气预热系统的使用方法，优选，还包括：在煤气预热系统工作过程中，当经过换热机构预热后的煤气温度高于180℃且维持超过1h时，煤气预热系统会自动停止引风机工作并开启旁通煤气管道上的第三自动控制阀和第四自动控制阀；同时净煤气出口管道上的热电偶控制着进入trt机组内的煤气温度稳定在160-170℃，防止煤气过度预热，避免产生能源浪费。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
1)本发明的煤气预热系统的传热效率高，设备结构紧凑，流体流动阻损小，节能效果好，作业灵活，不影响高炉炉顶压力的调节，煤气预热系统可通过净煤气入口管道上热电偶测量煤气温度从而控制操作自动控制阀门和引风机的开、关，利用热风炉烧炉产生的废气对进入trt机组内的煤气进行预热，达到提高并稳定trt机组进口煤气温度，实现提高trt机组的日发电量。
2)本发明的自动控制阀门可实现远程控制，自动化程度较高。
3)可直接利用与高炉配套的热风炉烧炉时排出的废气作为热源，节能效果好，预热效果显著，经济效益明显。
4)本发明的净煤气出口管道出口安装有残氧分析仪，可有效的防止因换热器内热管破损，造成废气泄露(废气中含氧)，有效的起到预警提示作用。
5)本发明通过提高及稳定trt机组进口煤气温度，可以有效的防止trt机组叶片产生氯离子结晶体结垢。
附图说明
图1为本发明具体实施例中trt机组进口煤气预热系统示意图。
图2为本发明具体实施例中单根热管的结构示意图。
图中：1-导热管；2-引风机；3-收热机构；4-热烟气入口管；5-净煤气入口管道；6-第一盲板阀；7-第一蝶阀；8-换热机构；9-氮气吹扫阀；10-沉渣罐；11-检修人孔；12-第三盲板阀；13-第三蝶阀；14-旁通煤气管道；15-安全阀；16-第四蝶阀；17-第四盲板阀；18-净煤气出口管道；19-第二盲板阀；20-第二蝶阀；21-trt机组；22-热电偶；23-热电偶；24-放散阀；25-残氧分析仪；26-受热翅片；27-介质流体。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本发明具体实施例提供一种trt机组进口煤气预热系统，本发明的煤气预热系统的传热效率高，设备结构紧凑，流体流动阻损小，节能效果好，作业灵活，不影响炉顶压力的调节(此处的炉顶指高炉炉顶，因为本发明的系统对原来的煤气管网不产生阻力，所以不影响高炉炉顶压力的调节)，煤气预热系统可通过净煤气入口管道5上热电偶22测量煤气温度从而控制操作自动控制阀门和引风机2的开、关，利用热风炉烧炉产生的废气对进入trt机组21内的煤气进行预热，达到提高并稳定trt机组21进口煤气温度，实现提高trt机组21的日发电量的目的。
本发明提供的煤气预热系统包括：
换热机构8，换热机构8的一端与净煤气入口管道5一端连接，换热机构8的另一端与净煤气出口管道18的一端连接，且净煤气出口管道18的另一端与trt机组21的煤气进口端连接，用于将经过换热机构8预热后的净煤气输入至trt机组21中；且换热机构8两端均是通过自动控制阀分别与净煤气入口管道5和净煤气出口管道18的端口连接。
收热机构3，收热机构3的一端与热烟气入口管4连接，收热机构3的另一端通过管道与引风机2连接，且收热机构3与换热机构8之间通过设置的多根导热管1连接，导热管1内的传热介质从热烟气吸收热量并传送至换热机构8，与进入换热机构8内部的净煤气进行热交换，从而对进入换热机构8内部的净煤气进行预热。在本发明中，收热机构3的作用是便于换热管与废气进行热交换，这是因为不可以用热烟气直接加热净煤气，直接预热效果不佳，于是本发明设置了该收热机构3。
旁通煤气管道14，旁通煤气管道14设置在换热机构8的一侧，便于未经换热机构8预热的煤气直接从净煤气入口管道5进入至旁通煤气管道14再输送至净煤气出口管道18中进而输送至trt机组21中；旁通煤气管道14的两端分别与净煤气入口管道5和净煤气出口管道18连接，且在旁通煤气管道14上的两端口处分别设置有自动控制阀。
在本发明的具体实施例中，在净煤气入口管道5和净煤气出口管道18上均分别设置有热电偶22、23，热电偶22、23用于测量管道中净煤气的温度。在净煤气出口管道18的一端处设置有残氧分析仪25，且残氧分析仪25设置位置靠近换热机构8，用于检测进入管道中的煤气是否含有氧气，即在净煤气出口管道18的靠近进口处安装有残氧分析仪25，可有效的识别因换热器本体内热管破损造成废气泄露(废气中含氧)的现象，能有效的起到预警提示作用，具体是当残氧分析仪25检测到氧气时即证明换热器本体内热管破损，应立即停止预热工作进行检修，能有效避免生产事故的产生，同时起到预警的作用。
在本发明的具体实施例中，自动控制阀由盲板阀和蝶阀组成，按照流体运行方向，蝶阀设置于盲板阀之前。在本发明中盲板阀用于切断煤气，一般用于在设备检修时使用；蝶阀用于降低盲板阀盲板两端压力，便于盲板阀的开关。本发明中按照流体运行方向蝶阀设置于盲板阀之前的原因主要是为了降低管道压力，使盲板阀盲板介质入口端压力变小，这样盲板阀动作所受的阻力较小。
优选地，换热机构8两端设置的自动控制阀分别为第一自动控制阀和第二自动控制阀；第一自动控制阀依次由第一盲板阀6和第一蝶阀7组成；第二自动控制阀依次由第二盲板阀19和第二蝶阀20组成。再优选地，旁通煤气管道14上的两端口处分别设置的自动控制阀分别为第三自动控制阀和第四自动控制阀；第三自动控制阀依次由第三盲板阀12和第三蝶阀13组成；第四自动控制阀依次由第四盲板阀17和第四蝶阀16组成。进一步优选地，所有自动控制阀均通过外部设置的远程操作系统进行控制。
在本发明的具体实施例中，进一步优选地，热烟气为热风炉烧炉产生的废气，即本发明中可直接利用与高炉配套的热风炉烧炉时排出的废气作为热源，节能效果好，预热效果显著，取用方便且流量大，可满足现场实际要求，无需利用新的能源，另一方面达到了能源再利用的目的，可实现清洁生产，经济效益明显。
在本发明的具体实施例中，收热机构3包括：收热器本体，设置于收热器本体内部的第二换热管；其中收热器本体为中空结构，设有热烟气入口和冷烟气出口，以使收热器本体围成烟气流通区，热烟气入口与热烟气入口管4连接，冷烟气出口与引风机连接；第二换热管进口与换热机构的冷流体出口连接或者与外部的冷流体连接以接收冷流体，第二换热管出口通过导热管1与换热机构的热流体出口连接。应用时，打开引风机，使热烟气(如与高炉配套的热风炉烧炉时排出的废气)经热烟气入口管4进入收热器本体；冷流体流由第二换热管进口进入换热管，与第二换热管外流动的热烟气进行热交换，换热后，冷流体变成热流体并由第二换热管出口排出，热烟气释放热量后温度降低并由引风机抽出。
在本发明的具体实施例中，换热机构8包括：换热器本体，换热器本体为一个筒型壳体，在壳体内部设置有第一换热管，且第一换热管通过壳体外部的导热管1与收热机构3连接。换热器本体的净煤气入口通过第一自动控制阀与净煤气入口管道5连接，净煤气出口通过第二自动控制阀与净煤气出口管道18连接，换热器本体内形成有净煤气流通区；第一换热管设置于净煤气流通区内，第一换热管进口经导热管1与收热机构3连接以接收热流体，第一换热管出口用于排出冷流体。应用时，净煤气由换热器本体的净煤气入口进入净煤气流通区内；热流体流经导热管1后，由第一换热管进口进入第一换热管，与热管外流动的净煤气进行热交换，换热后，热流体变成冷流体并由第一换热管出口排出，净煤气吸收热量后温度升高并由换热器本体的净煤气出口流出。换热机构8还包括：安全阀15，安全阀15设置在换热器本体的上端的外表面上，安全阀用于换热器本体在内部压力超标时起泄压作用，从而确保换热器本体运行安全；放散阀24，放散阀24设置在换热器本体的上端的外表面上，用于换热器本体检修时吹扫放散、泄压；沉渣罐10，沉渣罐10设置在换热器本体的下端部，用于沉淀净煤气中所含的微量灰尘；氮气吹扫阀9，氮气吹扫阀9设置在沉渣罐10的外表面上，用于换热器本体检修时，吹扫换热器本体内残留的煤气。
优选地，在沉渣罐10的表面还设置有检修人孔11，用于观察沉渣罐10内的工作情况。
进一步优选地，第一换热管包括多根热管，每根热管为相对独立的密闭单元，进一步地，在换热器本体内部设置的多根热管外加装高频焊翅片，从而使传热效率高。如图2所示为本发明中单根热管的结构示意图，沿热管的外表面的周向设置有多个受热翅片26(传热效率更高)，且在热管的内部设置介质流体27。在本发明中热管是一种导热性能极高的被动传热元件，热管利于相变原理和毛细的作用，使得它本身的热传递效率极高；热管内部的介质流体27是热传递的媒介；热管壁上设置的吸液结构具有吸液作用，依靠吸液结构产生的毛细力使冷凝液体从冷凝端回到蒸发端。因为换热管内部抽成真空以后，在封口之前再注入介质流体27，所以换热管内部的压力是由工作液体蒸发后的蒸汽压力决定的。只要加热热管表面，介质流体就会蒸发。蒸发端蒸汽的温度和压力都稍稍高于热管的其他部位，因此，热管内产生了压力差，促使蒸汽流向热管内较冷的一端。当蒸汽在热管壁上冷凝的时候，蒸汽放出汽化潜热，从而将热传向了冷凝端。之后，热管的吸液结构使冷凝后液体再回到蒸发端，只要有热源加热，这一过程会循环进行。
本发明提供的换热机构8是采用重力热管技术进行换热，它以具有良好导热性能的热管作为传热元件，传热效率高，设备结构紧凑，流体流动阻损小。该换热机构8的工作具体是指：换热器本体内部设置许多单根热管，密闭的热管内先抽成一定的负压，在此状态下充入少量的蒸馏水，热管经过收热机构3后进行吸热，热管内的蒸馏水吸热后汽化，在微小的压差下，汽化后的蒸馏水进入到换热器本体内，热管外表面与换热器本体内待预热的煤气接触后，热管内汽化的蒸馏水放热对煤气进行预热，汽化的蒸馏水因放热重新液化成蒸馏水回流到收热机构3内，热管内蒸馏水如此循环对煤气进行预热，热管数量的多少取决于换热量的大小，为了提高气体的换热系数，往往采取在热管外加翅片的方法，这样可使所需要的热管数目大大减少。在本发明中热管经过收热机构3，意思是说在实际应用中，位于换热机构8内部的第一换热管、位于收热机构3内部的第二换热管以及连接换热机构8和收热机构3的导热管都可以是同一种热管，并构成一个封闭循环，每根热管均是一个独立的密闭循环系统。
为了有效地防止露点腐蚀，通过调整换热器本体内部设置的热管根数或调整热管冷热侧的传热面积，使热管壁温提高到露点温度以上。
为了有效的防止积灰，换热器本体设计可采用变截面结构，保证流体进出口等流速流动，达到自清灰的目的。
此外，为了便于理解本发明的煤气预热系统的结构，本发明的具体实施例还提供一种trt机组21进口煤气预热系统的使用方法，使用方法包括如下步骤：
步骤一，准备工作：确认引风机2电压、各传动部位是否正常；确认旁通煤气管道14上的第三自动控制阀和第四自动控制阀、换热机构8上的氮气吹扫阀9和放散阀24均处于关位；确认换热机构8上的第一自动控制阀和第二自动控制阀均处于开位；确认换热器本体无破损、不漏气；
步骤二，启动换热机构8工作：启动引风机2，将外部的热烟气吸入至收热机构3内，加热第二换热管中流经的传热介质(流体)，被加热的传热介质(流体)再通过导热管1进入到换热器本体内部，从而对进入换热机构8内部的净煤气实现预热功能；步骤三，停止操作：关闭引风机2；
对trt机组21进口煤气预热系统进行检修操作，按顺序打开旁通煤气管道14上的第三自动控制阀和第四自动控制阀；关闭换热机构8上的第一自动控制阀和第二自动控制阀；打开氮气吹扫阀9及放散阀24，对换热器本体内部进行吹扫。在本发明中，煤气预热系统停机不一定检修，但是对该系统进行检修时一定要进行停机操作，在检修时主要包括如下检修项目：检查预热器内部管道、清理预热器内部结垢、更换预热器罐体或者管道上的阀门等。
另外还包括：通过净煤气入口管道5上的热电偶23测量进口煤气的温度，当煤气温度低于160℃时且维持时间超过1h时，煤气预热系统会自动启动引风机2和换热机构8上的第一自动控制阀和第二自动控制阀，并关闭旁通煤气管道14上的第三自动控制阀和第四自动控制阀，使煤气预热系统正常工作。
在煤气预热系统工作过程中，当经过换热机构8预热后的煤气温度高于180℃且维持超过1h时，煤气预热系统会自动停止引风机2工作并开启旁通煤气管道14上的第三自动控制阀和第四自动控制阀、关闭换热机构8上的第一自动控制阀和第二自动控制阀；同时箱体(净煤气出口管道18)上的热电偶22对进入trt机组21内的煤气温度进行监测；如此控制着进入trt机组21内的煤气温度稳定在160-170℃，防止煤气过度预热，避免产生能源浪费。
综上所述，本发明具有如下技术效果：
1)本发明的煤气预热系统的传热效率高，设备结构紧凑，流体流动阻损小，节能效果好，作业灵活，不影响高炉炉顶压力的调节，煤气预热系统可通过净煤气入口管道5上热电偶22测量煤气温度从而控制操作自动控制阀门和引风机2的开、关，利用热风炉烧炉产生的废气对进入trt机组21内的煤气进行预热，达到提高并稳定trt机组21进口煤气温度，实现提高trt机组21的日发电量。
2)本发明中换热器本体内的热管的冷、热侧均可根据需要采用高频焊翅片强化传热，弥补一般气—气换热器换热系数低的弱点。
能有效地避免冷、热流体的串流，每根热管都是相对独立的密闭单元，整套设备，无转动部件，运行可靠，操作维修方便。
能有效地防止露点腐蚀，通过调整热管根数或调整热管冷热侧的传热面积比，使热管壁温提高到露点温度以上。
能有效的防止积灰，换热器设计可采用变截面结构，保证流体进出口等流速流动，达到自清灰的目的。
单根热管的损坏不影响其它的热管，同时对整体换热效果的影响也可忽略不计。
3)本发明提供的煤气预热系统无任何转动部件，没有附加动力消耗，不需要经常更换元件，即使有部分元件损坏，也不影响正常生产。
4)节能效果好，可直接利用与高炉配套的热风炉烧炉时排出的废气作为热源，取用方便且流量大，可满足现场实际要求，无需利用新的能源，节能另一方面达到了能源再利用的目的，可实现清洁生产。
5)作业灵活，不影响炉顶压力的调节，根据trt机组21和高炉操作的需要，可随时停用和启动该煤气预热系统(停止或者启动废气引风机2即可)，因为安装了旁通管道，在换热系统出现故障需停用时，打开煤气旁通管道即可，不影响炉顶压力的调节。
6)效果显著，日发电量上升了10000kw.h以上，trt机组21进口煤气预热系统投入使用，高炉日煤气温度提高到160-170℃，trt机组21日发电量可提高10000kw.h以上，年创效约200万元/年，其中大型高炉效益更为可观。
7)提高trt机组21使用寿命，通过提高及稳定trt机组21进口煤气温度，可以有效的防止trt机组21叶片产生氯离子结晶体结垢。
8)本发明的自动控制阀门可实现远程控制，自动化程度较高。
9)本发明的净煤气出口管道18出口安装有残氧分析仪25，可有效的防止因换热器内热管破损，造成废气泄露(废气中含氧)，有效的起到预警提示作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均在本发明待批权利要求保护范围之内。