一种余热回收锅炉及余热回收的方法与流程

1.本发明涉及热能动力技术领域，具体而言，涉及一种余热回收锅炉及余热回收的方法。


背景技术：

2.我国钢铁行业大力发展和推广余热发电技术是促进钢铁产业技术升级和结构调整、提高环境保护和资源综合利用水平的有效途径，也是钢铁企业提高产品质量和降低生产成本，增强产品市场竞争力的重要途径。
3.目前钢铁企业连续性可利用余热及易于回收的余热大都已实施了回收利用措施，而炼钢环节中存在的大量温度、流量、压力等参数波动较大的间歇性余热难以得到高效利用，即使采用了储热装置来满足连续发电的要求，但由于热源不稳定，只能采用低参数饱和蒸汽轮机发电，导致发电效率低下。
4.钢铁企业的转炉炼钢工艺是产生间歇性余热的主要环节，在一个冶炼周期内，分为装料、吹炼和出钢三个步骤，把装入的铁水经过吹氧，完成降碳、升温、脱磷等高温物理化学反应，最后排出大量的co、co2等高温废气，这种工艺决定了转炉高温烟气具有间歇性，波动性和周期性。转炉炼钢排出的大量co、co2废气温度高达1400-1600℃，能耗约占整个钢铁生产中能耗的8％～14％，仅次于炼铁工序，其中45％的能耗以废气的散热形式直接排放到大气中，不仅造成环境的污染，而且浪费了大量的优质高温热能资源。常规采用的余热回收方式多采用在余热烟道上增加水冷烟道和余热锅炉吸收高温余热，由于余热参数始终处于变化中，通过增加蓄热器来保证低压蒸汽输出参数稳定，造成高温烟气只能用来产生低压饱和蒸汽输出，余热利用效率降低。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种余热回收锅炉及余热回收的方法。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.本发明提供一种余热回收锅炉，包括高温油换热器、蒸发器以及储油罐；所述高温油换热器和所述蒸发器上均设有烟气入口和烟气出口，并且所述高温油换热器的烟气出口与所述蒸发器的烟气入口连通；所述高温油换热器和所述储油罐上均设有油液进口和油液出口，所述高温油换热器的油液出口与所述储油罐的油液进口连通，所述高温油换热器的油液进口与所述储油罐的油液出口连通。
8.本发明的有益效果是：通过设置高温油换热器和储油罐，使油液通过管道可在两者之间循环，使高温油换热器内的油液可以始终与烟气进行换热，对烟气的温度起到削峰填谷的作用，使换热后的烟气在进入蒸发器时，温度波动大幅度降低，不仅可减小蒸发器的受热面积，而且能够使余热锅炉始终能够产生高品质的蒸汽，从而大幅度提高对烟气热量的回收和利用率。
9.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
10.进一步，所述储油罐内安装有过热器，所述过热器与所述汽包的蒸汽出口连通。
11.采用上述进一步方案的有益效果是，汽包产生的饱和蒸汽可以进入过热器，在储油罐内油液的加热下，形成过热蒸汽。
12.进一步，还包括汽包，所述汽包设置在所述过热器与所述蒸发器的蒸汽出口之间的管路上；所述汽包的汽水混合物入口与所述蒸发器的出口连通，所述汽包的蒸汽出口与所述过热器连通，所述汽包的饱和水出口与所述蒸发器的饱和水入口连通。
13.采用上述进一步方案的有益效果是，使汽水混合物进入汽包实现汽水分离，分离后的蒸汽中不含有水分，进入过热器后可转化为过热蒸汽；分离后的水为饱和水，通过管路回流至蒸发器内继续吸热。
14.进一步，还包括水冷管道；所述水冷管道的出水口与所述蒸发器的出口和所述汽包的汽水混合物入口之间的管路连通，所述水冷管道的入水口与所述汽包的饱和水出口和所述蒸发器的饱和水入口之间的管路连通。
15.采用上述进一步方案的有益效果是，可以实现对水冷管道中的水循环利用。
16.进一步，还包括省煤器；所述省煤器的烟气入口与所述蒸发器的烟气出口连通。
17.采用上述进一步方案的有益效果是，进一步提高对烟气热量的回收率。
18.进一步，所述省煤器的出水口与所述汽包的给水入口连通。
19.采用上述进一步方案的有益效果是，进一步提高对烟气热量的利用率。
20.本发明还提供一种用于冶炼金属的转炉，包括炉体和固定在炉体上的排烟管道；所述排烟管道的进烟口与所述炉体连通，排烟口向下弯曲并与上述的余热回收锅炉的所述高温油换热器的烟气入口连通；所述蒸发器位于所述高温油换热器的下方。
21.采用上述方案的有益效果是，该转炉能够有效对烟气余热进行回收和利用。
22.本发明还提供一种采用上述的转炉进行余热回收的方法，所述高温油换热器内的油液与所述储油罐内的油液循环流动；所述排烟管道的排烟口排出的烟气进入所述高温油换热器并与其中的油液换热，使不同温度的烟气经过所述高温油换热器后具有稳定的温度；经过所述高温油换热器的烟气进入所述蒸发器并将其中的饱和水蒸发，使所述烟气中的余热以蒸汽的形式被回收。
23.采用上述方案的有益效果是，该方法能够对烟气的热量进行削峰填谷，使经过高温油换热器换热的烟气温度变化幅度降低，从而有效提高对烟气余热的回收率和利用率。
24.进一步，当烟气的温度大于所述高温油换热器内油液的温度时，烟气与油液换热后，烟气的温度降低，油液的温度上升；当烟气的温度小于所述高温油换热器内的油液温度时，烟气与油液换热后，烟气的温度上升，油液的温度降低；当烟气的温度与所述高温油换热器内的油液温度相等时，烟气与油液换热后，两者的温度不变。
25.进一步，所述蒸发器中的汽水混合物由所述蒸发器的出口排出，并可被转化为过热蒸汽。
附图说明
26.图1为本发明的余热回收锅炉和转炉的结构示意图；
27.图2为本发明的余热回收锅炉，实施例1中烟气温度变化图。
28.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
29.1、水冷管道；2、排烟管道；3、壳体；4、炉体；5、汽包；6、储油罐；7、过热器；8、高温油换热器；9、蒸发器；10、省煤器。
具体实施方式
30.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
31.如图1所示，本发明的余热回收锅炉，包括高温油换热器8、蒸发器9以及储油罐6；高温油换热器8和蒸发器9上均设有烟气入口和烟气出口，并且高温油换热器8的烟气出口与蒸发器9的烟气入口连通；高温油换热器8和储油罐6上均设有油液进口和油液出口，高温油换热器8的油液出口与储油罐6的油液进口连通，高温油换热器8的油液进口与储油罐6的油液出口连通。
32.本发明的余热回收锅炉，通过设置高温油换热器8和储油罐6，并使油液通过管道可在两者之间循环，使高温油换热器8内的油液可以始终与烟气进行换热。这样，当烟气的温度高于高温油换热器8内的油液时，多余的热量可以转移至油液中，而被储存和回收；当烟气的温度低于高温油换热器8内的油液时，油液可将储存的热量转移至烟气中。进入高温油换热器8的烟气温度波动很大，通过上述过程，高温油换热器8可对烟气的温度起到削峰填谷的作用，使换热后的烟气在进入蒸发器9时，温度波动大幅度降低，不仅可减小蒸发器9的受热面积，而且能够使蒸发器9的烟气温度变化区间变小，从而大幅度提高对烟气热量的回收和利用率。
33.具体而言，高温油换热器8内部设有换热管，换热管的出口与储油罐6的油液进口连通，换热管的进口与储油罐6的油液出口连通。高温油换热器8内的油液管道上下布置，油液在高温油换热器8和储油罐6是自发循环的，无需设置阀门。当烟气温度高于换热管内的油液温度时，烟气对油液进行放热，油液吸热后，在换热管内形成密度差，实现油液的自循环；当烟气温度低于换热管内的油液时，油液对外放热，烟气吸热后温度升高，进入蒸发器9进行放热，下侧的换热管中的油液放热后温度下降，形成密度差，实现油液的自循环。
34.优选的，储油罐6内安装有过热器7，过热器7与汽包5的饱和蒸汽出口连通；这样，汽包5产生的饱和蒸汽可以进入过热器7，在储油罐6内油液的加热下，形成过热蒸汽；过热蒸汽是超过饱和温度的蒸汽，可被直接用于其他工业生产中；相比于一般的蒸汽，过热蒸汽具有更高的利用率；通过设置过热器7并将储油罐6内的热量进一步转移至蒸汽中形成过热蒸汽，是对烟气余热的进一步利用。
35.优选的，还包括汽包5，汽包5设置在过热器7与蒸发器9的蒸汽出口之间的管路上；汽包5还与蒸发器9的入水口连通。汽包是储存水、汽的装置，可以对汽水进行分离。由蒸发器9排出汽水混合物并不能达到蒸汽的标准，这样的蒸汽如果直接进入过热器7也无法产生过热蒸汽。因此，在过热器7与蒸发器9之间的管路上设置汽包5，使汽水混合物先进入汽包5，在离心力的作用下实现汽水分离，分离后的蒸汽中不含有水分，进入过热器7后可转化为过热蒸汽；分离后的水为饱和水，通过管路回流至蒸发器9内继续参与蒸发。优选的，还包括烟气水冷管道1；烟气水冷管道1的出水口与蒸发器9的出口和汽包5之间的管路连通，烟气水冷管道1的入水口与汽包5和蒸发器9的饱和水入口之间的管路连通。烟气水冷管道1一般是安装在烟气管道的外壁上，可吸收一部分烟气的热量。将烟气水冷管道1与蒸发器9和汽
包5连通，并进入汽包5内进行汽水分离；分离后的饱和水继续进入水冷管道1形成循环。这样不仅能够保证烟气水冷管道1中烟气温度降低，而且可以对余热进行回收。
36.优选的，还包括省煤器10；省煤器10的烟气入口与蒸发器9的烟气出口连通。省煤器10是一种常规的装置，一般安装于锅炉尾部烟道下部用于回收排出烟气中的余热，具有节省能源的效果。
37.优选的，省煤器10上设有入水口和出水口，省煤器10的出水口通过管道与汽包5的入水口连通。汽包5作为汽水分离的装置，饱和蒸汽进入过热器造成汽包5内的水位下降，此时通过省煤器10出口的给水补充到汽包5中，以保证汽包5内水位平衡；将省煤器10的出水口与汽包5的入水口连通，使给水通过省煤器10加热后再进入汽包5内，可以实现对省煤器10回收的余热再利用。
38.优选的，本发明的余热回收锅炉还包括壳体3，所述高温油换热器8、蒸发器9以及省煤器10固定安装在所述壳体3内。壳体3上设有供管道穿过的孔。
39.本发明的用于冶炼金属的转炉，包括炉体4和固定在炉体4上的排烟管道2；排烟管道2上固定安装上述的余热回收锅炉；其中，排烟管道2的排烟口与高温油换热器8的烟气入口连通；使排烟管道2排出的烟气可以进入高温油换热器8进行换热。
40.优选的，高温油换热器8内的油液与储油罐6内的油液循环流动；排烟管道2的排烟口排出的烟气进入高温油换热器8并与其中的油液换热，使不同温度的烟气经过高温油换热器8后具有稳定的温度。之后，烟气进入蒸发器9并将其中的饱和水蒸发，使烟气中的余热以蒸汽的形式被回收。
41.具体的，当烟气的温度大于高温油换热器8内油液的温度时，烟气与油液换热后，烟气的温度降低，油液的温度上升；当烟气的温度小于高温油换热器8内的油液温度时，烟气与油液换热后，烟气的温度上升，油液的温度降低；当烟气的温度与高温油换热器8内的油液温度相等时，烟气与油液换热后，两者的温度不变。
42.优选的，蒸发器9中的汽水混合物由蒸发器9的出口排出，并可被转化为过热蒸汽。
43.另外，本发明的用于冶炼金属的转炉还包括常规的除氧器和除灰系统。
44.本发明的上述余热回收方法，能够对金属冶炼转炉排出的烟气中的热量进行回收，并使回收的热量以蒸汽或过热蒸汽的形式被再利用。不仅具有高效的热量回收效率，也使回收的热量能够被有效利用，大幅度节省了能源。另外，通过高温油换热器8内油液对烟气温度的平衡，使温度波动大的烟气热量被削峰填谷，从而使过热器7始终能够产生品质稳定的蒸汽，还可以有效提高蒸发器9的寿命。
45.以下通过具体的实施例对本发明的技术方案进行举例说明：
46.实施例
47.本实施例以钢铁转炉余热发电为例对本发明的具体工作过程进行说明。
48.钢铁企业的转炉炼钢工艺是产生间歇性余热的主要环节，在一个冶炼周期内，分为装料、吹炼和出钢三个步骤。具体过程为，在转炉内，把装入的铁水经过吹氧，完成降碳、升温、脱磷等高温物理化学反应，在该过程中，转炉始终排出大量的co、co2等高温废气，这种工艺决定了转炉排出的高温烟气的温度有间歇性，波动性和周期性。
49.具体而言，在转炉吹氧的过程中，转炉产生的烟气温度和烟气流量快速上升到顶点后迅速下降。在烟气温度升高的过程中，转炉排出的烟气经过排烟管道2进入余热锅炉，
此时，烟气的温度高于高温油换热器8内的油温。烟气经过高温油换热器8后，进行放热，使多余的热量转移至油液中，油液流至储油罐6中储存。放热后的烟气温度降低并进入蒸发器9，使蒸发器9内的饱和水加热为汽水混合物。
50.排烟管道2的外部安装水冷管道1，水冷管道1内流通的水可以吸收排烟管道2内烟气的热量。安装水冷管道1的主要原因是利用水吸热形成汽水混合物来降低烟气温度，因为烟气温度在较高时，排烟管道2容易受热变形，无法正常使用，而安装水冷管道1后，可以使烟气热量传热给水冷管道1中的水，水吸热后汽化，可以大幅降低烟气的温度，防止排烟管道2过热损坏。
51.在转炉取样、测温、出锅以及装入铁水的过程中，转炉产生的烟气温度下降至最低点。此时排出的烟气温度低于高温油换热器8内的油液。储油罐6内的油液循环进入高温油换热器8中，烟气进行吸热，使油液中的热量转移至烟气中。吸热后的烟气温度升高并进入蒸发器9，使蒸发器9继续受热。
52.这样，无论转炉产生的烟气温度高或低，经过高温油换热器8后，烟气的温度均能保持在一个稳定的范围内。蒸发器9能够持续产生汽水混合物，防止由于烟气的温度过低导致蒸发器9水循环停滞而无法达到再利用。
53.烟气经过蒸发器9后，进入省煤器10，省煤器10可以继续将烟气中剩余的热量回收，从而提高烟气余热的回收率。之后，烟气排出余热回收锅炉。
54.另外，水冷管道1内的水在吸收烟气的热量后，会变成汽水混合物，和蒸发器9产生的汽水混合物混合，并进入汽包5内完成汽水分离，分离的饱和蒸汽进入储油罐6内设置的过热器7完成饱和蒸汽过热，得到过热蒸汽。汽水分离后的饱和水继续参与循环，汽包5的补水由省煤器10加热后进入汽包5，保持汽包5内的水位平衡。
55.对本实施例的烟气温度进行测定，结果如图2所示。
56.通过图2可以看出，未经过余热回收锅炉的烟气在冶炼周期内的温度最低可低于100℃，最高可达1700℃，温差大于1500℃。如果将这样温度波动的烟气直接通入蒸发器9内，在其温度低于100℃时，无法产生蒸汽，导致热量无法被回收，而且温度高达1700℃时，其热量远高于蒸发器9产生蒸汽所需的热量，这样，多余的热量无法被回收，导致烟气热量损失较大。
57.而采用本发明的余热回收锅炉后，经过与高温油换热器8换热后，烟气的最低温度提高至300℃，而最高温度降低至700℃。这是由于高温油换热器8将高温烟气的热量储存在油液中，在烟气温度低时，传递给低温的烟气，使高温烟气中多余的热量被有效利用，从而使蒸发器9始终能够产生汽水混合物，实现对烟气余热的有效回收。
58.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
59.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
60.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
61.以上所述仅为本发明的较佳实施例，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，均应包含在本发明的保护范围之内。