专利名称：一种炼钢转炉烟气热能回收及全效利用装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于炼钢设备技术领域，具体涉及ー种基于LT转炉煤气净化回收技术的炼钢转炉高温烟气热能回收与全效利用装置。
背景技术：
转炉煤气是钢铁企业重要的二次能源，有效回收利用转炉煤气，不仅能降低炼钢生产成本，为实现“负能”炼钢打下基础，而且能极大降低钢厂污染物的排放总量，实现清洁生产。LT转炉煤气净化干法处理技术源于德国，该方法利用电场除尘，除尘效率高达99%，可直接将烟气中的含尘量净化至10mg/m3以下，可直接供用户使用。而且可以省去庞大的循环水系统；回收的粉尘压块可返回转炉代替铁矿石利用；系统阻损小，节省能耗。就环保和节能而言，LT法代表着转炉煤气回收技术发展方向。但是，现有技术的LT法还存在ー些不 足，就エ艺方面而言1、故障率高；2、易结露；3、泄爆频繁；4、蒸发冷却器易结垢，清理检修劳动强度大；5、需要喷入水和氮气(蒸汽)，不是真正的干法除尘；6、粉尘压块系统需设回转窑使得系统复杂増加了消耗；7、回收系统断续工作，温度变化很大，各设备的热应カ很大，影响了使用寿命；8、静电除尘器有电火花存在，无法杜绝爆炸的发生。热能回收利用方面I、储热器产生蒸汽是低压饱和蒸汽，蒸汽品质低；2、转炉烟气1000°C以下的显热无法得到回收利用；3、吹炼初期及末期，煤气含氧量不合格时必须停止回收，点火放散，损失了煤气的潜热；4、喷水使得转炉煤气含水量大，降低了转炉煤气的低位热值。综上所述，现有技术LT法存在潜热和显热的回收水平低；蒸汽品质低；系统安全性差；故障率高，维修清理劳动強大的诸多不足。我国绝大部分钢厂的转炉煤气回收利用效果均不理想，截至2008年，吨钢煤气回收量平均仅为60m3/t左右，与国外先进水平相差甚远，因此尽快消化掌握煤气回收技木，充分挖掘设备潜能，安全高效地提高转炉煤气回收水平，已成为国内绝大部分钢厂面临的共同课题。为此本实用新型人经过多年潜心研究，研制开发了一种基于LT转炉煤气浄化回收技术的炼钢转炉高温烟气热能回收与全效利用装置，试验证明，效果良好。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供ー种エ艺简便，工作安全可靠，能够有效提高高温烟气热能回收效率，提高蒸汽品质并实现连续供给的，基于LT转炉煤气净化回收技术的炼钢转炉高温烟气热能回收与全效利用装置。本实用新型的目的是这样实现的，包括系统切换装置、补燃燃烧装置、高温烟气汽化冷却装置、火种捕集及换热装置、烟气熄火及换热装置、ニ级省煤器、布袋除尘器、ー级省煤器、煤气加压机、三通切換装置；所述的系统切换装置、补燃燃烧装置依次设置于转炉固定烟罩之上，补燃燃烧装置之上的高温烟气汽化冷却装置依次连接火种捕集及换热装置、烟气熄火及换热装置、ニ级省煤器、布袋除尘器、一级省煤器及三通切换阀。本实用新型通过系统切換机构和补燃燃烧装置増加了非炼钢期的吹扫期工作，变转炉炼钢间歇式生产过热蒸汽为连续生产模式，为汽轮机发电提供了稳定的工作能源。实现了热能回收系统和设备的高效运行。产生的是过热蒸汽，较现有技术产生的低温饱和蒸汽发电效率高，0. 6 I. 2MPa的饱和蒸汽，发电汽耗为8 12吨/IO3 ^kwh ;本实用新型系统可生产10、3. 89、0. 6MPa三种过热蒸汽，平均发电汽耗为4. 3T/103*kwh。热能回收效率为现有技术LT法的2倍；其热电转换效率为I. 86 2. 79倍；加上非炼钢期补燃煤气所产生的蒸汽发电量，综合发电能力为现有技术的7. 44 11. 16倍。本实用新型方法不消耗水、不消耗蒸汽，没有点火放散损耗及对环境的影响，不需要焦炉煤气或其它点火燃料。高温烟气吹扫技术，保证系统运行中无积灰、无泄漏，使用寿命长，大幅度降低了维护与修理费用。本实用新型显热回收效率由现有技术的37. 5%提高到94. 3%，为现有技术的2. 5倍；有效降低了炼钢能耗，为实现“负能炼钢”奠定了技术基础。
附图为本实用新型整体结构关系示意图。图中1_系统切换装置，2-补燃燃烧装置，3-高温烟气汽化冷却装置，4-火种捕集及换热装置，5- 一级过热器，6- ニ级过热器，7-烟气熄火及换热装置，8- ニ级省煤器，9-煤气加压机，10-布袋除尘器，11- 一级省煤器，12-流量測量装置，13-除氧器，14-1#汽包，15-2#汽包，16-三通切换阀，17-执行机构，18-蒸汽调温装置；a-煤气入口，b_除灰通道，C-干粉灰出口，d-过热蒸汽出口，e-锅炉给水口，f-煤气出口，g-烟囱，h-送风ロ。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进ー步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。如附图所示，本实用新型包括所述的系统切换装置I、补燃燃烧装置2依次设置于固定烟罩之上，补燃燃烧装置2之上的高温烟气汽化冷却装置3依次连接火种捕集及换热装置4、烟气熄火及换热装置7、ニ级省煤器8、布袋除尘器10、一级省煤器11及三通切换阀16。所述的系统切换装置I为设置于烟道固定罩之上的对开嵌槽式烟道状态切换装置。系统切换装置I开启与关闭与氧枪的升降相联锁，氧枪下降，炼钢开始阀门打开，阀瓣被拉至烟道之外，阀门不受高温烟气的加热，改善了阀门的工作条件，同时不会改变原装置高温烟气的流场，提高了系统运行的安全性。炼钢结束，氧枪提起阀门同时联锁关闭，该阀门又成为燃烧煤气锅炉的炉底，温度相对较低。所述的补燃燃烧装置2为缝隙式煤气燃烧器，设有煤气和助燃空气通道，煤气和助燃空气相间通过各自的通道进入汽化冷却烟道内扩散燃烧。因所燃烧的煤气是经过深度净化处理，烟气含尘量极低(小于10mg/Nm3)，此时燃烧所产生的高温烟气，可对回收煤气时粘附于受热面上的灰尘进行清除。使受热面始終保持清洁。为保证汽化冷却器内火焰充满度，燃烧器安装于汽化冷却器的四周不能少于四个。燃烧系统设置转数可调的助燃风机，以控制烟气的含氧量减少环境的污染。所述的火种捕集及换热装置4的进气端为内壁设置换热装置的高速旋风除尘器，所述的换热装置为膜式、壁式或密排管式蒸汽过热器；所述的火种捕集及换热装置烟气引、出端设置密排管式蒸汽过热器，其除尘效率可达90%左右，出口中位径为8. 6 y m，既可以作为大颗粒火种捕集，又起到粗除尘的作用。其烟气引出管内壁上布置密排管式蒸汽过热器，产生高中低三种不同压カ的过热蒸汽。所述的烟气熄火及换热装置7为气流式换热装置，管壳式结构，管程为烟气通道，壳程为换热介质，利用高速气流场熄灭火焰。所述的烟气熄火及换热装置7的换热部件顶部设置防磨装置，以保护换热器免受磨蚀，达到耐用和安全防爆的目的，同时有助于防止换热部件顶部积存灰尘，延长系统使用寿命。所述的火种捕集及换热装置4与烟气熄火及换热装置7连通管道最高点，和/或布袋除尘器10与一级省煤器11之间管道上，和/或省煤器之后分别设置防爆装置接ロ，连接防爆装置20。所述的ニ级省煤器8与煤气加压机9之间管道上至少设置一处防爆装置接ロ，并连接防爆装置20。所述的防爆装置20为水封式防爆装置，所述的水封式防爆装置为U形管结构，其上设置防爆逆止阀22和补水阀21。所述的ニ级省煤器8、一级省煤器11为管壳式换热器，管程为煤气通道，壳程为水流通道。可以杜绝煤气外泄发生煤气中毒事故。壳程的冷却水由发电机组汽轮机循环冷却水供给，在煤气冷却器换热器换热后，返回汽轮发电机组循环冷却水系统冷却后循环使用。所述的ー级省煤器后设置煤气加压机，使煤气加压机前处于负压状态，加压机后处于正压状态，以防止空气漏入提高煤气的回收量，防止发生爆炸。所述的煤气加压机在吹炼期将回收的煤气送入煤气气拒；在吹扫期将燃烧后并被系统降温的烟气引入烟囱排放。所述的系统切换装置I为外置对开式烟道隔离阀门。所述的燃烧煤气来源于净化后的转炉煤气、高炉煤气、或高炉煤气与焦炉煤气的混合煤气。所述的布袋除尘器除尘后的烟气含尘量< 10mg/Nm3。所述的ー级省煤器11之后设置流量測量装置12。本实用新型的工作原理干法转炉烟气回收系统是遵循烟气梯级利用的原则，本实用新型系统相当于由高、中、低三级锅炉系统串联而成，设置了两套燃烧装置，在煤气回收期(吹炼期)，炼钢转炉是三个锅炉的燃烧器。在非煤气回收期(吹扫期)，由设在固定烟罩上的系统切换装置，将汽化冷却烟道与炼钢转炉隔离，由设在固定烟罩上方的补燃燃烧装置以回收浄化后的转炉煤气(或高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气)作为三级串联锅炉的燃烧器。即在非煤气回收期，该系统是ー个独立于炼钢系统的燃气锅炉，可以通过调整送入系统的煤气，调整发电负荷。而在煤气回收期该装置又是ー个完全干法转炉烟气热能回收与煤气回收浄化装置，可以高效的回收转炉烟气的显热，并可将煤气浄化到含尘量小于10mg/Nm3直接进入气柜，供其它用户和作为本装置非煤气回收期(吹扫期)的燃料。本实用新型通过系统切換，通过补燃燃烧装置的工作，使发电系统和炼钢系统之间的影响很小，缩短了开炉准备时间，将ー个周期变化的热负荷转化为连续稳定的热负荷，大大的降低了本实用新型系统各受热面的热应力，延长系统的寿命，降低了故障率。[0026]所述的烟气熄火及换热装置、省煤器为管壳式换热器。烟气为管程，冷却介质为壳程，杜绝了空气漏入烟气的可能性，确保了系统的安全运行。本实用新型系统的除尘采用两级除尘，第一级除尘由火种捕集及换热装置完成，其工作原理为高温旋风除尘，其除尘效率90%左右。在除尘的同时捕获大颗粒火种，其除尘出口尘粒中位径为8. 6Mm，消除了可能引起可燃气体爆炸原因之一，起到防爆的作用。由于本转炉烟气回收利用装置，烟气冷却及热能回收采用的是间壁式换热，换热介质与烟气不混合，烟气不会结露。第二级除尘可由布袋除尘器完成，作为精除尘可以将烟气含尘量降到10mg/Nm3以下，烟尘收集后可供其他用户使用。作为低压蒸发器的省煤器的出口与布袋除尘器的入口相接，只要省煤器设置足够的受热面，无论汽化烟道进ロ烟温如何变化，这时只是系统的蒸发量发生变化，布袋除尘器的入口烟温始終保持在低压蒸发器饱和温度加20°C传热温差的温度不变，可以防止因布袋除尘器入口烟温波动超温造成布袋烧毁的事故。本实用新型系统没有大的摩擦与碰撞因此不会产生足够能量的火花引起可燃气体爆炸，进ー步提高了系统的可靠性，减少了系统的故障率。在吹炼期的前烧期和后烧期，通过调节送入系统的煤气量使系统的空气过剩系数保持在I. 05 0. 95可以大幅度地降低NO的产生，減少了污染保护了环境。本实用新型换热装置均采用间接换热方式，整个换热过程中烟气与换热介质不直接接触混合，转炉煤气换热降温后直接进入煤气柜供用户使用，可以杜绝煤气在换热器及除尘器中结露，造成换热器和除尘器结垢和集泥，降低了故障率，減少了维护和清理的劳动強度。本实用新型系统可以产生连续的高温高压、中温中压及低温低压三种參数的过热蒸汽。系统的热回收效率可高达93. 6%，这样的热回收效率高于我国电カ系统的热效率。大幅度提高了回收蒸汽的品质用回收的转炉烟气显热和20%潜热产生的蒸汽用于发电，发出的电量可以满足整个炼钢系统(包括制氧系统)的电カ消耗。因此用回收煤气的20%的潜热进行烟气的调质并进行热能回收是经济可行的，可以防止可燃气体发生爆炸确保了系统的安全。80%左右的潜热收集起来供其他用户使用。根据各钢厂的生产规模和操作水平不同，依据各厂炼钢过程的热平衡，可以确定各厂发电系统的装机參数及容量，装机容量大于20MW的我们选用据用高温、高压，中温、中压和低温、低压三种进气參数，使发电系统热カ循环效率大于35%远高于饱和蒸汽发电的热カ循环效率。提高了蒸汽的品质，实现了所产蒸汽的高效的利用。装机容量小于20MW时我们选用中温、中压和低温、低压两种进气參数的汽轮发电机组，其热カ循环效率也远高于饱和蒸汽发电的热カ循环效率。无论采用哪种參数所发出的电量均可满足整个炼钢过程包括制氧的电力消耗。不但在理论统计上实现负能炼钢，而且在实物上真正作到负能炼钢。为实现钢铁企业利用回收的余热余能所发出的电量可以满足整个钢铁企业用电有余做出贡献。本实用新型的工作过程为杜绝系统发生爆炸，在吹炼后期开始通过设在固定烟罩上的煤气燃烧器，向转炉烟气中送入适量净化后的煤气和空气，控制烟气中的O2成分低于2%，0)低于1%。在升起活动烟罩的同时，逐步联锁关闭设在固定烟罩上的系统切换装置，使系统由烟气净化装置转化为燃烧煤气的锅炉。在非炼钢期我们通过控制向系统送入适量的煤气和空气使通过系统的烟气含氧量低于2%，并控制通过系统各受热面的烟气流速，不低于煤气回收期的烟气流速，这样可以在非吹炼期对各受热面进行清灰吹扫。在吹炼前期随着活动烟罩下降，联锁打开设在固定烟罩上的系统切换装置，联通转炉与煤气回收浄化装置，并停止送风，烟气中的O2含量小于2%时停止向装置送煤气，完成本实用新型系统由锅炉运行状态向转炉烟气浄化回收状态的转化。这时装置回收转炉烟气的显热，并将烟气的含尘量降到10mg/Nm3以下，O2含量低干1%，保证了转炉煤气的回收质量。非吹炼期吹炼后期及吹炼前期向转炉煤气除尘系统送入适量的煤气及空气，使其燃烧以达到控制烟气含氧量低于2%的目的。而在煤气回收期，停止向转炉煤气回收系统送入煤气和空气系统正常回收煤气。在吹炼的初期和吹炼的末期我们向系统加入适量的煤气和空气使得系统中的烟气O2的浓度低于2%。烟气中的CO与燃烧系统中的空气中的O2燃烧使烟气中CO浓度低于1%，燃烧产生的热量由设在后面回收系统回收，因此本实用新型系统可
以取消点火放散系统，能做到最大限度的回收煤气的潜热及显热。杜绝了吹炼初期及后期的点火放散回收了热量，減少了环境污染，节省了点火燃料。还可以通过调整送入系统的煤气量及空气量可以调整系统的负荷，使得系统负荷更加稳定。
权利要求1.ー种炼钢转炉烟气热能回收及全效利用装置，其特征在于包括系统切换装置(I)、补燃燃烧装置(2)、高温烟气汽化冷却装置(3)、火种捕集及换热装置(4)、烟气熄火及换热装置(7)、ニ级省煤器(8)、煤气加压机(9)、布袋除尘器(10)、一级省煤器(11)、三通切換装置(16);所述的系统切换装置(I)、补燃燃烧装置(2)依次设置于固定烟罩之上，补燃燃烧装置(2)之上的高温烟气汽化冷却装置(3)依次连接火种捕集及换热装置(4)、烟气熄火及换热装置(7)、ニ级省煤器(8)、布袋除尘器(10)、一级省煤器(11)及三通切换阀(16)。
2.如权利要求I所述的热能回收与全效利用装置，其特征在于所述的系统切换装置(1)为设置于烟道固定罩之上的对开嵌槽式烟道状态切换装置。
3.如权利要求I所述的热能回收与全效利用装置，其特征在于所述的补燃燃烧装置(2)为缝隙式煤气燃烧器，设有煤气和助燃空气通道。
4.如权利要求I所述的热能回收与全效利用装置，其特征在于所述的火种捕集及换热装置(4)的进气端为内壁设置换热装置的高速旋风除尘器，所述的换热装置为膜式、壁式或密排管式蒸汽过热器；所述的火种捕集及换热装置烟气引出端设置密排管式蒸汽过热器。
5.如权利要求I所述的热能回收与全效利用装置，其特征在于所述的烟气熄火及换热装置(7)为气流式换热装置，管壳式结构，管程为烟气通道，壳程为换热介质；所述的换热装置顶部设置耐磨装置。
6.如权利要求I所述的热能回收与全效利用装置，其特征在于所述的火种捕集及换热装置(4)与烟气熄火及换热装置(7)连通管道最高点，和/或布袋除尘器(10)与一级省煤器(11)之间管道上，和/或省煤器之后分别设置防爆装置接ロ，连接防爆装置(20)。
7.如权利要求I所述的热能回收与全效利用装置，其特征在于所述的ニ级省煤器(8)与煤气加压机(9 )之间管道上至少设置一处防爆装置接ロ，并连接防爆装置(20 )。
8.如权利要求6或7所述的热能回收与全效利用装置，其特征在于所述的防爆装置(20)为水封式防爆装置，所述的水封式防爆装置为U形管结构，其上设置防爆逆止阀(22)和补水阀(21)。
9.如权利要求I所述的热能回收与全效利用装置，其特征在于所述的ニ级省煤器(8)、一级省煤器(11)为管壳式换热器，管程为煤气通道，壳程为水流通道。
10.如权利要求I所述的热能回收与全效利用装置，其特征在于所述的一级省煤器(11)之后设置流量測量装置(12)。
专利摘要本实用新型公开了一种炼钢转炉烟气回收及余热全效利用装置，本实用新型方法由系统切换装置、补燃燃烧装置、高温烟气汽化冷却装置、火种捕集及换热装置、烟气熄火及换热装置、二级省煤器、布袋除尘器、一级省煤器、煤气加压机、三通切换装置组成的系统来实现。本实用新型增加非炼钢期的吹扫期工序，变转炉烟气热能回收装置的间歇式生产过热蒸汽为连续式，为余热发电提供了稳定的工作能源。生产10、3.89、0.6MPa三种过热蒸汽，平均发电汽耗仅为4.3T/103·kwh，热能回收效率为现有技术的2倍；热电转换效率为1.86～2.79倍；综合发电能力为7.44～11.16倍。显热回收效率由37.5%提高到94.3%，为现有技术的2.5倍；本实用新型有效降低炼钢能耗，为实现“负能炼钢”奠定了技术基础。
文档编号C21C5/46GK202482346SQ20122007348
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者贾真 申请人:九源天能(北京)科技有限公司昆明分公司