本实用新型涉及钢铁行业的节能技术领域，具体地说，涉及一种轧钢加热炉余热回收利用系统。
背景技术：
在钢铁企业各冶炼工序中，轧钢工序是钢铁生产流程中非常重要的一个环节，轧钢工序的能耗水平对于钢铁工业吨钢综合能耗有着不可忽视的影响。
轧钢加热炉是将初轧坯或连铸坯再加热，以满足轧制所需温度的设备。加热炉也是轧钢工序中最大的用能设备，因此轧钢加热炉的节能对于轧钢工序乃至整个钢厂的节能降耗工作都具有重要的推动作用。当下钢铁行业处于相对低谷期，许多钢厂都处于微盈利甚至亏本的状态。在这种情况下，各个冶炼子工序上主设备如轧钢加热炉的余热利用、节能增效已引起各钢厂的重视。
目前，轧钢加热炉的炉体设备以及加热炉控制系统等方面的技术都已经比较成熟，对于轧钢加热炉来说，节能的主要方向应该在加热炉辅助系统烟气热量优化利用，余热回收等方面挖掘潜能。对于蓄热式加热炉，目前加热炉最终排烟温度可以降低至150℃以下，但是对于常规加热炉，尤其是采用空气和煤气双预热技术的加热炉，大多数排烟温度为300℃左右，烟气余热回收利用率偏低，造成烟气余热资源浪费，但是其排放烟气温度又不是很高，属于低温余热资源，烟气品位稍低。为此，本实用新型拟构建一种轧钢加热炉余热回收利用系统，将空气、煤气预热系统和蒸汽回收系统统筹考虑，对轧钢加热炉的烟气余热资源进行优化利用，在保证空气和煤气预热效果的情况下提高烟气余热品位和余热回收系统的合理性，必然能收获可观的经济收益，具有重要的实用价值。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种轧钢加热炉余热回收利用系统，将空气预热系统和蒸汽回收系统统筹考虑，对轧钢加热炉的烟气余热资源进行优化利用，在保证空气和煤气预热效果的情况下提高烟气余热品位和余热回收系统的合理性。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种轧钢加热炉余热回收利用系统，包括加热炉炉底水梁汽化冷却装置、加热炉出口烟道、烟气余热回收烟道，加热炉出口烟道中设置有分级式空气-煤气预热装置，所述分级式空气-煤气预热装置包括至少一级空气预热装置和/或至少一级煤气预热装置，用于对冷空气和/或冷煤气进行分级加热，将冷空气和/或冷煤气加热到设定温度后送入加热炉烧嘴，所述加热炉出口烟道中还设有一条支路与所述烟气余热回收烟道相连，所述支路根据烟气温度设计值从分级式空气-煤气预热装置中的某一级预热装置之后引出，在烟气余热回收烟道中沿烟气流向顺次布置有高压过热器、高压蒸发器、中压过热器、高压省煤器、中压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器，烟气余热回收烟道、加热炉炉底水梁汽化冷却装置结合低压锅筒-除氧器、中压锅筒和高压锅筒分别形成低压汽水系统、中压汽水系统、高压汽水系统，产生蒸汽驱动汽轮机做功，其中，根据烟气品位高低进行换热设计，将加热炉出口的高温烟气采用高压汽水系统进行换热，加热炉炉底水梁汽化冷却装置采用中压汽水系统进行换热，余热回收烟道中的低温烟气采用低压汽水系统进行换热。
优选地，低压锅筒-除氧器通过第一下降管与所述烟气余热回收烟道中的低压蒸发器的进水口连通，而低压蒸发器的出汽口通过第一上升管与所述低压锅筒-除氧器的上升管口连通，形成一个自然循环回路，并且，所述低压锅筒-除氧器通过第一出水管与中压给水泵的进水口连通，中压给水泵的出水口与中压省煤器的进水口连通，中压省煤器的出水口通过管路与中压锅筒的进水口连通；所述中压锅筒通过第二下降管与中压循环泵的进水口连通，所述中压循环泵的出水口与所述炉底水梁汽化冷却装置的进水口连通，所述炉底水梁汽化冷却装置的出汽口通过第二上升管与所述中压锅筒的上升管口连通，形成一个强制循环回路，并且，低压锅筒-除氧器通过第二出水管与高压给水泵的进水口连通，所述高压给水泵的出水口与高压省煤器的进水口连通，高压省煤器的出水口通过管路与高压锅筒的进水口连通，高压锅筒通过第三下降管与所述高压蒸发器的进水口连通，高压蒸发器的出汽口通过第三上升管与所述高压锅筒的上升管口连通，形成一个自然循环回路，所述高压锅筒的出汽口与高压过热器的进汽口连通，高压过热器的出汽口与汽轮机的主蒸汽进口连通，而中压锅筒的出汽口与中压过热器的进汽口连通，中压过热器的出汽口与汽轮机的补汽进口连通，增加汽轮机的出力。
优选地，汽轮机的排汽口与凝汽器、凝结水泵、低压省煤器以及低压锅筒-除氧器的进水口沿汽水流程依次连通。
优选地，在加热炉出口烟道中还设置有前置蒸发冷却器，所述前置蒸发冷却器位于所述分级式空气-煤气预热装置的烟气侧上游，高压锅筒通过第四下降管与高压循环泵的进水口连通，高压循环泵的出水口与前置蒸发冷却器的进水口连通，前置蒸发冷却器的出汽口通过第四上升管与高压锅筒的上升管口连通。
优选地，高压过热器、高压蒸发器、中压过热器、高压省煤器、中压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器都采用逆流布置。
优选地，所述烟气余热回收烟道是内置换热面的烟道或集成的余热锅炉。
优选地，所述中压锅筒的出汽口通过管路与所述低压锅筒-除氧器的辅助加热蒸汽进口相连。
优选地，所述前置蒸发冷却器采用顺流布置。
优选地，所述低压锅筒-除氧器是低压锅筒和除氧器的组合，除氧器安装于低压锅筒上方，低压锅筒兼作除氧水箱。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本实用新型的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本实用新型实施例涉及的轧钢加热炉余热回收利用系统工艺流程图。
包括轧钢加热炉1、炉底水梁汽化冷却装置2、前置蒸发冷却器3、烟气余热回收烟道4(内设高压过热器401、高压蒸发器402、中压过热器403、高压省煤器404、中压省煤器405、低压蒸发器406、低压省煤器407)、低压锅筒-除氧器5、中压给水泵6、中压锅筒7、中压循环泵8、高压给水泵9、高压锅筒10、高压循环泵11、汽轮机12、凝汽器13、凝结水泵14、第一下降管51、第一上升管52、第一出水管53、第二出水管54、管路71、第二上升管72、第二下降管73、管路101、第三下降管102、第三上升管103、第四上升管104、第四下降管105。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本实用新型所述的轧钢加热炉余热回收利用系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。需要说明的是，本实用新型所述高压、中压、低压是为了区分汽水系统的压力等级而进行的区分命名(如：高压蒸汽、中压蒸汽、低压蒸汽的压力分别设计为3.83MPa、1.6MPa、0.5MPa)，并非绝对高压(如9.81MPa)、绝对中压(如4.9MPa)、绝对低压(如0.8MPa)。以下描述中汽水流动沿附图中相应管路上的箭头方向流动。
本实用新型是要提供一种轧钢加热炉余热回收利用系统，该系统包括轧钢加热炉1、炉底水梁汽化冷却装置2、加热炉出口烟道3、烟气余热回收烟道4、低压锅筒-除氧器5、中压锅筒7、高压锅筒10、汽轮机12。其中，所述炉底水梁汽化冷却装置2设置在所述轧钢加热炉1中，用于冷却炉底水梁，从而产生汽水混合物。烟气余热回收烟道可以是传统的烟道并在烟道内设置换热面，也可以是集成的余热锅炉。加热炉炉膛出口烟气则沿图中箭头A的方向进入加热炉出口烟道。
根据烟气温度高低将分级式空气-煤气预热器布置在加热炉出口烟道中，用高能级的空气与高能级的烟气进行换热，低能级的空气与低能级的烟气进行换热。所述分级式空气-煤气预热装置包括至少一级空气预热装置和/或至少一级煤气预热装置，用于对冷空气和/或冷煤气进行分级加热，将冷空气和/或冷煤气加热到设定温度后再送至加热炉烧嘴。
下面结合图1详细说明分级式空气-煤气预热装置。所述第一级空气预热器302、第一级煤气预热器303、第二级空气预热器304、第二级煤气预热器305沿烟气流向依次布置。外来冷空气依次经过第一级空气预热器、第二级空气预热加热后送至加热炉烧嘴，同样地，外来冷煤气依次经过第一级煤气预热器、第二级煤气预热加热后送至加热炉烧嘴(图中未示出空气、煤气进出口)。以上仅是以两级空气-煤气预热装置为例说明，该分级式空气-煤气预热装置并不局限于两级，可以多于两级，也可以少于两级。也可以单独设置空气预热器或设置煤气预热器。在所述分级式空气-煤气预热装置中的其中一级预热装置的烟气侧下游，所述加热炉出口烟道设有一个支路与所述烟气余热回收烟道相连，该支路的位置根据烟气温度设计值设置在分级式空气-煤气预热装置中的其中一级预热装置之后。
在所述烟气余热回收烟道中设置有逆流布置的高压过热器、高压蒸发器、中压过热器、高压省煤器、中压省煤器、低压蒸发器、低压省煤器。
本实施例根据烟气品位高低进行分级设计，将加热炉出口的高温烟气采用高压汽水系统进行换热，加热炉炉底水梁汽化冷却装置采用中压汽水系统进行换热，余热回收烟道中的低温烟气采用低压汽水系统进行换热。并且，将安全运行作为第一要义的加热炉炉底水梁汽化冷却装置和处于过高温度区的前置蒸发冷却器设计成强制循环模式，将高压蒸发系统和低压除氧蒸发系统设置成自然循环模式，下面结合图1详细说明各工艺管路流程。所述低压锅筒-除氧器5是低压锅筒和除氧器的组合，除氧器安装于低压锅筒的上方，低压锅筒兼作除氧水箱。低压锅筒-除氧器5通过第一下降管51与所述烟气余热回收烟道4中的低压蒸发器406的进水口连通，而低压蒸发器406的出汽口通过第一上升管52与所述低压锅筒-除氧器的上升管口连通，形成一个自然循环回路。所述低压锅筒-除氧器5通过第一出水管53与中压给水泵6的进水口连通，中压给水泵的出水口与中压省煤器405的进水口连通，中压省煤器通过管路71向中压锅筒7供水。所述中压锅筒7通过第二下降管73与中压循环泵8的进水口连通，所述中压循环泵的出水口与所述炉底水梁汽化冷却装置2的进水口连通，所述炉底水梁汽化冷却装置的出汽口通过第二上升管72与所述高压锅筒的上升管口连通，形成一个强制循环回路。低压锅筒-除氧器5通过第二出水管54与高压给水泵9的进水口连通，所述高压给水泵的出水口与高压省煤器404的进水口连通，高压省煤器通过管路101向高压锅筒10供水。高压锅筒通过第三下降管102与所述高压蒸发器402的进水口连通，高压蒸发器402的出汽口通过第三上升管103与所述高压锅筒的上升管口连通，形成一个自然循环回路，所述高压锅筒的出汽口与高压过热器401的进汽口连通，高压过热器的出汽口与汽轮机的主蒸汽进口连通，而中压锅筒的出汽口与中压过热器403的进汽口连通，中压过热器的出汽口与汽轮机的补汽进口连通，增加汽轮机的出力。所述汽轮机可用于驱动发电机发电，也可用于驱动其他旋转机械(如风机或水泵等)做功。
此外，所述中压锅筒的出口蒸汽管路分出一个支路，与所述低压锅筒-除氧器的辅助加热蒸汽进口连通，且在该支路上还设置有减压阀组。
此外，在轧钢加热炉的出口烟道中还设置有前置蒸发冷却器3，所述前置蒸发冷却器可以采用顺流布置的方式设置在所述分级式空气-煤气预热装置的烟气侧上游。高压锅筒通过第四下降管105与高压循环泵11的进水口连通，高压循环泵的出水口与前置蒸发冷却器的进水口连通，前置蒸发冷却器的出汽口通过第四上升管104与高压锅筒的上升管口连通。
此外，汽轮机12的排汽口与所述凝汽器13、所述凝结水泵14、低压省煤器以及低压锅筒-除氧器的进水口沿着汽水流程顺次连通，凝汽器设置有补水口，以补充余热回收系统损失掉的汽水。低压省煤器能够对汽轮机来的凝结水进行预热，不仅进一步吸收了烟气余热，提高余热回收系统的热经济性，而且还可降低进入下游除尘设施的烟气温度，有利于除尘设施的安全运行。
综上所述，本实用新型的轧钢加热炉余热回收利用系统具有以下有益效果：
(1)本实用新型对轧钢加热炉余热资源进行整合，将空气-煤气预热系统、轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却系统、轧钢加热炉尾部烟气余热回收系统进行统筹考虑，统一布局，在满足加热炉燃烧需求的基础上提高了余热回收烟气的品位以利于烟气余热的有效利用，而且通过系统优化布局最大程度地回收了加热炉的烟气热能。
(2)本实用新型根据烟气热能的品位进行合理布局，汽水系统方面，将汽水系统设计成三压系统，根据烟气品位高低进行分级设计，将加热炉出口的高温烟气采用高压汽水系统进行换热，加热炉炉底水梁汽化冷却装置采用中压汽水系统进行换热，余热回收烟道中的低温烟气采用低压汽水系统进行换热；将空气预热系统和煤气预热系统设计成分级加热模式，用高能级的空气与高能级的烟气进行换热，低能级的空气与低能级的烟气进行换热，与常规空气预热模式相比系统换热损大幅降低。本实用新型不仅通过大幅降低轧钢加热炉排烟温度进而从“量”上回收轧钢加热炉烟气余热，而且按照能量品位高低设计换热系统进而从“质”上回收轧钢加热炉烟气余热，实现了能源梯级优化利用；此外，本实用新型整套余热利用系统的设计，以及各个设备之间的连接关系，均是综合系统的安全性和热经济性后的最优化布局。
(3)本实用新型在进行轧钢加热炉炉底水梁汽化冷却系统和余热回收系统的优化设计时，结合加热炉炉底水梁汽化冷却、前置蒸发冷却器以及余热回收烟道受热面的各自特点，将汽水循环系统设计成自然循环+强制循环的复合循环方式，将安全运行作为第一要义的加热炉炉底水梁汽化冷却装置和处于过高温度区的前置蒸发冷却器设计成强制循环模式，将高压蒸发系统和低压除氧蒸发系统设置成自然循环模式，整套汽水系统在保证系统安全可靠的条件下又兼顾了系统的节能运行。
(4)本实用新型在烟气余热回收烟道前先设置一级前置蒸发冷却器，可以将加热炉出口高温烟气(有些加热炉出口烟温可达1000℃左右)的温度降低，进而保护下游烟道中的各级受热面的安全；而与常规的通过掺冷风降低烟温的方式相比多产出了一定量的蒸汽，具有更好的经济收益。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。