钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统的制作方法

本发明涉及钢厂设备节能环保技术领域，具体地说，是一种钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统。

背景技术：

转炉煤气和焦炉煤气作为钢厂的副产煤气，由于它们的热值高可以在生产和生活中有效的利用，而高炉煤气的产量在钢厂副产煤气中产量最大，但是热值比较低，一般在3100kj/nm3～4200kj/nm3，且燃烧不稳定。高炉煤气相对于燃煤机组含尘量低，相对于天然气锅炉含尘量高，含硫量也高，锅炉出口nox浓度一般在120-150mg/nm3(6％o2，标态，干基)满足原先的nox排放标准。如何高效利用高炉煤气亟待解决，又因钢铁企业聚集地空气质量比较差，所以锅炉出口烟气必须经脱硫系统和脱硝系统处理后才能排放。

现有超高温超高压发电系统的技术是13.7mpa，566℃，热耗考核工况汽机机组热耗为8383kj/kwh，煤气锅炉是以煤气为原料，锅炉煤气燃烧器采用低氮燃烧技术后，通过煤气燃烧将化学能转化成热能的装置，然而由于煤气中还有一些含硫化合物，若含硫化合物直接排放，将对大气产生污染，锅炉出口nox浓度仍然不能达50mg/nm3(6％o2，标态，干基)以下，因此，如何满足nox排放量50mg/nm3(6％o2，标态，干基)，以及如何提高机组热耗，使机组运行更加经济，环保的要求成为钢厂高炉煤气综合利用的当务之急。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统，通过将钢厂高炉煤气系统中的燃烧设备、发电机组设备、加压设备和烟气处理设备统一构成综合循环利用系统，能够有效实现钢厂高炉煤气系统的蒸汽侧循环和烟气侧循环，从而改善系统整体运行效率、增强系统可控性和安全性、提高系统中各个设备的工作效率，达到环保节能的效果。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统，包括锅炉、发电机组设备、加压设备和烟气处理设备，所述锅炉为π型布置，所述锅炉一端通过蒸汽管道与所述发电机组设备一端相连，所述锅炉另一端通过所述加压设备与所述发电机组设备的另一端相连，用于实现蒸汽侧循环，所述烟气处理设备设于所述锅炉尾部，用于对锅炉燃烧产生的废烟气进行处理，实现烟气侧循环。

进一步地，所述加压设备包括：凝汽器、轴封加热器、低压加热器、除氧器和高压加热器，所述凝汽器一端与所述发电机组设备连通，另一端通过凝结水泵与所述轴封加热器相连，所述轴封加热器与除氧器之间设置所述低压加热器，所述除氧器通过给水泵与所述高压加热器相连。

进一步地，所述发电机组设备包括：发电机和汽轮机，所述汽轮机给所述发电机提供动力，

所述汽轮机内设有中压内缸、高压内缸和动叶片，所述高压内缸内设有喷嘴，与所述喷嘴对应的喷气口设置所述动叶片，所述中压内缸与所述加压设备的凝汽器焊接。

进一步地，所述锅炉内设置有高温再热器和低温再热器，所述高温再热器通过所述汽轮机的中压进气口与所述中压内缸连通，所述低温再热器通过蒸汽管道与所述汽轮机的高压排气口相连。

进一步地，所述锅炉为单锅筒，包括设置于锅筒前部的炉膛、设于锅炉顶部的水平烟道和设于锅炉尾部的竖井烟道，所述水平烟道两端分别与所述炉膛和所述竖井烟道相连，所述竖井烟道尾部连接所述烟气处理设备，所述炉膛内设有膜式水冷壁和煤气燃烧器，所述水冷壁在所述炉膛出口处向内凸出形成折焰角。

进一步地，所述水平烟道内四周设顶棚管和包墙管，分别构成顶棚过热器和包墙过热器，所述水平烟道内还配置有屏式过热器、高温对流过热器、高温再热器及低温对流过热器，所述屏式过热器布置在所述折焰角上部，包括前屏过热器和后屏过热器。

进一步地，所述竖井烟道上部由膜式隔墙分隔为前后部双烟道，前部烟道布置旁路省煤器，后部烟道中布置低温再热器，所述竖井烟道下部布置两级省煤器和空气预热器，所述两级省煤器之间布置脱硝设备，所述空气预热器通过排烟管道连接所述烟气处理设备。

进一步地，所述高温对流过热器通过蒸汽管道通入所述发电机组设备的高压进气口。

进一步地，所述旁路省煤器出口设置对流蒸发器，用于降低所述旁路省煤器出口的含汽率。

进一步地，所述烟气处理设备包括：煤加系统、脱硫塔和烟囱，所述煤加系统通过烟道与所述脱硫塔相连，所述煤加系统与所述脱硫塔之间设有除尘器，所述脱硫塔通过引风机和烟道将烟气通向烟囱。

本发明优点在于：

1、本发明通过将钢厂高炉煤气系统中的锅炉、发电机组设备、加压设备和烟气处理设备统一构成综合循环利用系统，能够有效实现钢厂高炉煤气系统的蒸汽侧循环和烟气侧循环，从而改善系统整体运行效率、增强系统可控性和安全性、提高系统中各个设备的工作效率，达到环保节能的效果。

2、本发明系统可以提高汽机机组热耗至8250kj/kwh，使锅炉出口的蒸汽压力为13.7mpa，571℃，并且保证锅炉出口烟气nox排放量不大于50mg/nm3(6％o2，标态，干基)，通过烟道烟气治理装置，将nox浓度由120-150mg/nm3(6％o2，标态，干基)降低到50mg/nm3(6％o2，标态，干基)，以达到目前最严格的排放限值要求，实现机组高效，环保运行。

3、本发明通过设置对流蒸发管束提高锅炉运行的安全性。

附图说明

为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：

图1为本发明钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统结构示意图；

图2为一实施例中本发明钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统结构示意图。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1.锅炉,101.炉膛，102.水平烟道，103.竖井烟道，111.水冷壁，112.屏式过热器，113.高温对流过热器，114.高温再热器，115.低温对流过热器，116.顶棚过热器，117.包墙过热器，118.膜式隔墙，119.旁路省煤器，120.低温再热器，121.一级省煤器，122.二级省煤器，125.空气预热器，126.脱硝设备，127.对流蒸发器，151.吹灰器，152.折焰角，153.煤气燃烧器，2.发电机组设备，21.中压内缸，22.高压内缸，23.动叶片，24.中压进气口，25.高压排气口，26.高压进气口，3.加压设备，31.凝汽器，32.轴封加热器，33.低压加热器，34.除氧器，35.高压加热器，36.凝结水泵，37.给水泵，4.烟气处理设备，401.煤加系统，402.脱硫塔，403.烟囱，404.除尘器、405.吸收剂，406.脱硝剂，407.吸附剂，408.引风机。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中通过阐述具体细节使本发明理解更充分。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参阅图1，为本发明钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统结构示意图。本实施例中的钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统包括：锅炉1、发电机组设备2、加压设备3和烟气处理设备4。锅炉1为单锅筒、自然循环、集中下降管、π型布置，锅炉1的一端通过蒸汽管道与发电机组设备2的一端相连，锅炉1另一端通过加压设备3与发电机组设备2的另一端相连，用于实现蒸汽侧循环。烟气处理设备4设于锅炉1尾部，用于对锅炉燃烧产生的废烟气进行处理，实现烟气侧循环。

具体地，实际应用中本发明的具体操作过程如下：本发明选用低热值煤气导入煤气锅炉1进行燃烧，然后利用低热值煤气在锅炉1中燃烧产生的热量给发电机组设备2提供蒸汽产生动力进行发电，优选地，发电机组设备2利用低热值煤气在锅炉1中产生的热量加热18mpa,250℃的水，使之变为13.7mpa,571℃的蒸汽，进而可以将蒸汽导入发电机组设备2产生驱动力做功进行发电。蒸汽做完功变成乏汽从发电机组设备2的乏汽出口导出进入加压设备3，将蒸汽加压冷凝成水形成18mpa,250℃的水进入锅炉1得以重复利用。低热值煤气燃烧后会产生大量的nox，从而达不到排放标准。本发明在锅炉1尾部设置烟气处理设备4，选择性催化还原(scr)烟气脱硝工艺，通过催化剂层与喷淋的稀释氨水反应，除去烟气中的nox，经过脱硝装置后的烟气中nox排放浓度≤50mg/nm3(标态，干基，6％o2)甚至更低的排放要求。

进一步地，参阅图2结合实施例对本发明进行更加完整的描述。

实施例一

如图2所示，本实施例中，钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统包括：锅炉1、发电机组设备2、加压设备3和烟气处理设备4。其中加压设备3设于锅炉1与发电机组设备2之间，包括：凝汽器31、轴封加热器32、低压加热器33、除氧器34和高压加热器35。凝汽器31一端与发电机组设备2连通，另一端通过凝结水泵36与轴封加热器32相连，轴封加热器32与除氧器34之间设置低压加热器33，同时除氧器34通过给水泵37与高压加热器35相连，高压加热器35通过管道通入锅炉1。发电机组设备2主要包括：发电机(图中未详细示出)和汽轮机，汽轮机给发电机提供动力进行发电。从图2可以看出，汽轮机内设有中压内缸21、高压内缸22和动叶片23，高压内缸内22设有喷嘴，与喷嘴对应的喷气口设置动叶片23。中压内缸21与加压设备3的凝汽器31相焊接，中压内缸21内的蒸汽做完功变成的乏汽被导出进入凝汽器21冷凝成40℃左右的凝结水。需要说明的是，图2中仅是汽轮机结构的示意图，实际应用中本领域技术人员可以根据安装环境和应用需要调整中压内缸21、高压内缸22和动叶片23的安装位置，这种形式的调整也应当视为本发明的保护范围。

乏汽进入凝汽器21冷凝成凝结水后通过凝结水泵36打入到轴封加热器32进行加热，轴封加热器32的气源来自汽轮机的门杆漏气(图中未示出)，加热后的凝结水再通过低压加热器33进一步加热，低压加热器33的加热汽源为汽机的抽汽(图中未示出)，通过低压加热器33加热后的凝结水进入到除氧器34中，进行继续加热和除氧，这里除氧的目的是为了除去凝结水的氧气，使凝结水的水质达到锅炉中水源的要求。凝结水除氧后通过给水泵37抽入到高压加热器35中，在高压加热器35中利用汽机的高压抽汽产生的热量进行加热，加热升压后形成18mpa,250℃的水通过管道返回锅炉1中重复利用。

实施例二

如图2所示，本实施例中，钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统包括：锅炉1、发电机组设备2、加压设备3和烟气处理设备4。其中，发电机组设备2主要包括：发电机(图中未详细示出)和汽轮机，汽轮机给发电机提供动力进行发电。从图2可以看出，发电机组设备2上包括有中压进气口24、高压排气口25和高压进气口26。锅炉1为单锅筒，π型布置，包括设置于锅筒前部的炉膛101、设于锅炉1顶部的水平烟道102和设于锅炉1尾部的竖井烟道103。水平烟道102两端分别与炉膛101和竖井烟道103相连形成π型布置，其中竖井烟道103尾部连接至烟气处理设备4。

本实施例中，炉膛101的燃烧器区域和炉底敷有卫燃带，用于保证高炉煤气这种低热值气体燃料燃烧的稳定性。炉膛101内设有膜式水冷壁111和煤气燃烧器153，水冷壁111在所述炉膛101出口处向内凸出形成折焰角152。整个水冷壁111采用光管加扁钢焊接成膜式水冷壁。炉膛101内水冷壁111的重量通过上集箱用吊杆悬吊于顶部梁格上，斜后水冷壁111由穿过水平烟道102的引出管悬吊于顶部钢架上。整个炉膛101受热后一起向下膨胀。后墙水冷壁111在炉膛101出口处向内凸出形成折焰角152，以改善炉膛101上部空气动力场，前后墙水冷壁111下部内折形成炉底。

本实施例中的水平烟道102内四周设顶棚管和包墙管，分别构成顶棚过热器116和包墙过热器117。水平烟道102内还配置有屏式过热器112、高温对流过热器113、高温再热器114及低温对流过热器115，其中屏式过热器112布置在折焰角152上部，屏式过热器112由前屏过热器和后屏过热器组成。优选地，高温对流过热器113分为冷段和热段，冷段布置在两侧，热段布置中间，高温对流过热器113的热端蛇形管材料为12cr1movg+sa213t91钢管，高温对流过热器113的冷端和低温对流过热器115蛇形管材料为12cr1movg钢管。屏式过热器112的前屏过热器及后屏式过热器最外两圈蛇形管材料为sa213t91，其余采用12cr1movg。高温对流过热器113通过蒸汽管道通入发电机组设备2的高压进气口26，高温再热器114布置在高温对流过热器113后，通过汽轮机的中压进气口24与所述中压内缸21连通。

竖井烟道103位于锅炉1尾部，上部由膜式隔墙118分隔为前后部双烟道，烟道内的省煤器采用双级布置，工质与烟气呈逆流。分为主省煤器(一级省煤器121和二级省煤器122)和旁路省煤器119，其中旁路省煤器119布置在尾部双烟道中的前部烟道内；主省煤器布置在水平烟道102尾部的包墙过热器117下部，主省煤器分两级布置：一级省煤器121和二级省煤器122，两级之间布置scr脱硝设备126作为预留的脱硝空间。省煤器均采用螺旋鳍片管，布置方式旁路省煤器119为顺列、一级省煤器121和二级省煤器122均为错列。竖井烟道103下部一级省煤器之后设有空气预热器125，空气预热器125通过排烟管道连接烟气处理设备4。优选地，本实施例中锅炉采用单级管式空气预热器或者回转式空气预热器。低温再热器120通过蒸汽管道与所述汽轮机的高压排气口25相连。旁路省煤器119出口设置对流蒸发器127，用于降低所述旁路省煤器119出口的含汽率。给水先后经一级省煤器121和二级省煤器122加热后进入旁路省煤器119，旁路省煤器119为沸腾式，水经加热后经连接管引入锅筒。旁路省煤器119采用悬吊结构，全部重量通过吊挂装置悬吊在包墙管上，再通过包墙管集箱悬吊在锅炉钢架上。一级省煤器121和二级省煤器122搁于通风梁上，通风梁穿出炉墙支承在炉墙护板上。

本实施例中，锅炉1和发电机组设备2之间构成蒸汽侧循环过程，具体如下：

锅炉给水先后进入一级省煤器121和二级省煤器122两级主省煤器之后，再经过旁路省煤器119进入锅炉1的锅筒内，进入锅筒后再通过3-5根集中下降管分流到水冷壁集箱和对流蒸发管束中，分别进入水冷壁111和对流蒸发器127受热，对流蒸发器127降低旁路省煤器119出口的含汽率，水冷壁111作为主要的蒸发受热面，产生饱和蒸汽再进入锅筒进行汽水分离，锅筒采用先进的钢丝网分离器并配合扰流板及均流版达到理想的汽水分离效果。通过饱和蒸汽引出管，超高压饱和蒸汽依次进入顶棚过热器116、包墙过热器117和118隔墙进一步受热变为超高压过热蒸汽，然后进入低温对流过热器115，再进行弹簧喷嘴减温器进行一次减温，来控制后续受热面的温度，避免超温引起安全事故，弹簧喷嘴减温器可以保证大喷水量依然有很好的雾化效果，避免连接管受热不均出现裂纹，之后蒸汽再进入炉膛101的折焰角152上部的屏式过热器112，然后再流入高温对流过热器113冷端，进行二次减温，同样采用弹簧喷嘴减温器进行减温，再进入高温对流过热器113热端然后经过蒸汽管道流向发电机组设备2的高压进气口26，二次减温既保证了锅炉出口蒸汽的精准温度控制，也同时保证了高温对流过热器113热端受热面的温度。锅炉出口的超高温超高压蒸汽压力温度分别为13.7mpa和571℃。

超高温超高压的蒸汽在发电机组设备2的高压内缸22做功后再引入锅炉1竖井烟道103内的低温再热器120加热，在进入低温再热器120前设置弹簧喷嘴减温器，最后再经过高温再热器114重新将中压蒸汽加热到571℃，再次进入发电机组设备2做功，在中压内缸做功后通过蒸汽管道排入加压设备3中加热升压后形成18mpa,250℃的水通入一级省煤器121再与加入的补给水一通引入锅炉给水重复使用。

实施例三

如图2所示，本实施例中，钢厂高炉煤气高效环保综合利用系统包括：锅炉1、发电机组设备2、加压设备3和烟气处理设备4。其中，烟气处理设备4包括：煤加系统401、脱硫塔402和烟囱403。煤加系统401通过烟道与脱硫塔402相连，煤加系统401与脱硫塔402之间设有除尘器404，从除尘器404通往脱硫塔402的烟道上依次设置吸收剂405、脱硝剂406和吸附剂407，用于对烟气进行脱硫处理。脱硫塔402通过引风机408和烟道将烟气通向烟囱403。

本实施例中，烟气处理设备4在煤气锅炉后构成一套脱硫系统。为了清除锅炉烟道尾部受热面各处的积灰，沿竖井烟道103尾部烟道内的不同高度布置了20个声波式吹灰器151，两级省煤器间布置scr脱硝设备126，构成了脱硝系统对锅炉尾部的烟气进行脱硝处理。低热值煤气燃烧后会产生大量的nox，从而达不到排放标准。实施例中为选择性催化还原(scr)烟气脱硝工艺，采用先进、成熟、可靠的技术，在锅炉尾部烟道上的两级省煤器间安装scr脱硝设备126，选用scr烟气脱硝催化剂，通过催化剂层与喷淋的稀释氨水反应，除去烟气中的nox，脱硝后的烟气进入空气预热器125通往锅炉后的烟气处理设备4，经过脱硝装置后的烟气中nox排放浓度≤50mg/nm3(标态，干基，6％o2)甚至更低的排放要求。脱硝后的烟气进入煤气锅炉后的脱硫系统，使用时首先在煤加系统401中沿吸收液出液管向喷淋液储存室注入碱性吸收液，然后在喷淋液输送泵的作用下使碱性吸收液沿输液管进入喷淋管并沿喷淋喷头喷出，与此同时将原烟气沿第一进气管通入除尘室内的除尘器404，并通过原烟气cems对原烟气进行检测，第一出气管上设有进气泵，并在进气泵的作用下沿将原烟气泵入脱硫塔402内，通过气体分布器使原烟气均匀分布并在填料板上与喷淋液相接触，使原烟气中含硫化合物转化成硫酸根离子和亚硫酸根离子，除硫后的烟气通过引风机408引入烟道通向烟囱403将清洁环保的烟气排入大气。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。