本实用新型涉及转炉汽化烟道领域，特别是一种基于自然循环的转炉汽化烟道余热回收系统。
背景技术：
转炉汽化冷却烟道是一种余热锅炉，通过冷却水汽化带走管壁吸收的辐射热量，从而实现管壁降温的目的。转炉汽化冷却烟道是比较重要的冶金设备，它主要用来收集转炉炼钢过程中生成的烟气，并回收烟气中的高温余热，转化成一定品质的蒸汽，产生的蒸汽用于发电或者满足其他生产工艺的需要。转炉汽化冷却烟道的工况非常复杂，它随转炉工况的变化而发生变化，当转炉吹炼时，大量的高温烟气流入烟道，烟道内的热负荷急剧增加，管壁温度、介质温度急剧升高；当吹炼停止时，烟道内热负荷急剧下降，管壁温度、介质温度随之下降，并且这种周期性的工况变化非常频繁，约为20～30min左右一个周期，如此恶劣的运行条件导致转炉汽化冷却烟道的寿命非常短，烟道的寿命基本在2～4年左右。
目前，针对转炉烟道这种状况，比较常见的方法就是用强制循环替代自然循环，在循环回路上设置强制循环泵，为水循环提供稳定的动力。采用强制循环有两个主要优势：一方面，循环动力稳定，可以避免循环停滞、倒流的情况发生；另一方面，运动压头充足，对汽化冷却烟道的结构限制变小，可以设置节流装置，保证水分配的更加均匀，避免水量过少导致的传热恶化。虽然强制循环很好的解决了水循环动力稳定性的问题，使得循环系统有充分的准备应对瞬间变化的热负荷，但是强制循环并没有的缓解频繁变化的温度和压力所产生的管壁金属蠕性变形和热疲劳损伤，强制循环下温度、压力依然随着转炉的运行周期急剧的发生变化，因此强制循环只是降低了事故率，并没有延长使用寿命；另外，循环泵也需要电力驱动，水泵的运行维护费用也是非常高的，这大大增加了生产成本。
自然循环是指锅炉在运行状态下，水冷壁吸收高温火焰或者烟气的辐射热产生蒸汽，在上升管中形成汽水混合物，因而密度减小，与不受热的下降管内密度较大的水产生密度差，这个差值形成自然循环的推动力，称为运动压头，这样的循环方式称为自然循环。自然循环的优点是对给水品质要求低；蓄热能力大，对外界负荷和压力的扰动(外扰)不太敏感，自动化程度要求低；不需要水泵提供循环动力，水泵耗电量较少；自然循环的缺点循环动力较弱对结构要求高，启动周期长3～4h。
转炉汽化冷却烟道作为余热锅炉，采用蒸汽锅炉常见的自然循环的方式，虽然实现了操作简单、运行维护成本低等目的，但是由于恶劣的运行工况，放大了自然循环的缺点，对整个汽化冷却系统的稳定性造成了恶劣影响。首先，热负荷的急剧升高，1600℃烟气使管壁、冷却介质温度瞬时升高到200～300℃，维持20～30min，然后在慢慢冷却，相比之下锅炉的启动周期约为3～4h，稳定的自然循环形成相对滞后，热负荷的剧烈变化加上各管水量分配的不均匀性很容易使受热管中的水由核态沸腾转为膜态沸腾，形成汽膜阻隔造成循环停滞、倒流继而传热恶化最终发生爆管等事故；其次，频繁变化的压力和温度导致金属发生蠕性变形和热疲劳损伤，严重降低了转炉汽化冷却烟道的使用寿命,这就是造成转炉汽化冷却烟道较高的事故频率和较低的使用寿命的主要原因。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于自然循环的转炉汽化烟道余热回收系统，以解决上述技术背景中所提出的问题。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于自然循环的转炉汽化烟道余热回收系统，包括汽包、蓄热器以及燃气蒸汽炉，所述汽包底部分别与汽化烟道的上升管道和下降管道连通，汽包的顶部通过管道分别与蒸汽管网和蓄热器的顶部连通，蓄热器的底部通过管道与燃气蒸汽炉的进水口连通，燃气蒸汽炉的蒸汽出口通过管道与上升管道的下部连通。
进一步的，所述上升管道的内部设有温度传感器和压力传感器。
进一步的，所述燃气蒸汽炉的燃气管道上设有燃气调节阀。
进一步的，所述蓄热器与燃气蒸汽炉之间的连接管道上设有给水泵。
进一步的，所述温度传感器、压力传感器、燃气调节阀以及给水泵分别与plc控制电路电性连接。
本实用新型的有益效果是：本实用新型能为间断式运行的自然循环系统提供辅助的运动压头，实现了冷却介质循环流动的连续性，避免了自然循环的滞后性所造成的循环停滞、倒流现象发生，同时，本申请能减小交变应力和热疲劳对汽化烟道的损伤，延长了汽化烟道的使用寿命，再有，本实用新型结构简单、运行成本低，相比于现有的水泵强制循环技术，能源利用率高，能耗少，蒸汽的内能几乎可以全部利用，在循环水量相同的前提下消耗的能量约为水泵的50％。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型plc控制电路的连接示意框图。
图中，1-汽包；2-转炉烟道辐射受热面；3-温度传感器；4-压力传感器；5-燃气蒸汽炉；6-给水泵；7-蓄热器；8-燃气调节阀；9-plc控制电路。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例：
一种基于自然循环的转炉汽化烟道余热回收系统，请参阅附图1和附图2所示，包括汽包1、蓄热器7以及燃气蒸汽炉5，所述汽包1底部分别与汽化烟道的上升管道和下降管道连通，汽包1的顶部通过管道分别与蒸汽管网和蓄热器7的顶部连通，蓄热器7的底部通过管道与燃气蒸汽炉5的进水口连通，燃气蒸汽炉5的蒸汽出口通过管道与上升管道的下部连通。
进一步的，所述上升管道的内部设有温度传感器3和压力传感器4。
进一步的，所述燃气蒸汽炉5的燃气管道上设有燃气调节阀8。
进一步的，所述蓄热器7与燃气蒸汽炉5之间的连接管道上设有给水泵6。
进一步的，所述温度传感器3、压力传感器4、燃气调节阀8以及给水泵6分别与plc控制电路9电性连接。
本实用新型具体在使用工作过程中：
(1)、转炉吹炼时，转炉烟道辐射受热面2吸收高温烟气的辐射热，产生大量蒸汽，蒸汽汽水分离后存入汽包1，通过蒸汽管道，一部分进入蓄热器7，一部分进入蒸汽管网用于生产工艺使用，汽包1压力达到最大值，转炉汽化烟道的工作压力也达到最大的工作压力，此时燃气蒸汽炉5的燃气调节阀8开度很小，给水泵6流量也较小，燃气蒸汽炉5和给水泵6均处于低负荷运作状态。
(2)、当转炉停止吹炼时，不再产生高温烟气，转炉烟道辐射受热面2不再有热量输入，上升管中蒸汽量瞬间减小，又由于转炉汽化冷却烟道内吸入大量低温空气，内表面开始持续向外界放热，汽化烟道的上升管中的压力和温度开始降低，当温度下降至温度传感器3和压力传感器4的最低预设值时，plc控制电路9接收反馈信号，进而控制燃气蒸汽炉5的燃气调节阀8的阀门开大和给水泵6加大进水量，给水泵6从蓄热器7中吸入饱和水，饱和水经过给水泵6加压，再经过燃气蒸汽炉5吸收热量，水受热后变成高温高压的过饱和蒸汽，通过管道进入转炉汽化冷却烟道的上升管下部，蒸汽进入上升管后以气泡的形式存在，形成汽水混合物，密度降低，与下降管中的水形成密度差，产生了自然循环的运动压头，烟道的水开始保持较小的循环，因为过饱和蒸汽的参数高于烟道内介质的参数，所以进入上升管的蒸汽气泡在流入汽包1的过程中是凝结放热的过程，一部分蒸汽气泡体积会逐渐变小，直至凝结为水，没有凝结的蒸汽气泡进入汽包的蒸汽空间为汽包加压，这样辅助系统就可以保持转炉汽化冷却烟道在自然循环的状态下，保持较高的压力和温度，进而实现了冷却介质循环流动的连续性，避免了自然循环的滞后性所造成的循环停滞、倒流现象发生，减小了交变应力和热疲劳对汽化烟道的损伤，延长了汽化烟道的使用寿命。
(3)、当转炉即将进入下一个吹炼期前的3分钟，plc控制电路9开始控制燃气调节阀和给水泵开到最大，让辅助系统的燃气蒸汽炉5进入超负荷状态，让更多的过饱和蒸汽充入上升管中，上升管与下降管的密度差更大，运动压头更加充足，管内冷却介质的自然循环流量也更大，为转炉汽化冷却烟道的即将开始的高负荷运转做准备，此时也会有更多的未凝结的蒸汽进去汽包1的蒸汽空间，汽包1压力也随之升高，当蒸汽压力大于蓄热器的冲热压力时，多余的蒸汽便会进入蓄热器将热量储存起来，并不会造成过多能源的浪费。
(4)、当转炉重新开始吹炼时，转炉烟道辐射受热面2开始吸收高温烟气的辐射热，产生大量蒸汽，烟道的压力也迅速升高，当压力达到温度传感器3和压力传感器4的最高预设值时，plc控制电路9接收反馈信号，进而控制燃气调节阀关小，给水泵流量减小，辅助系统的燃气蒸汽炉5和给水泵重新进入低负荷运作状态，等待转炉的下一个吹炼周期。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。