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CN101788233B - 一种加热炉余热发电系统及其方法 - Google Patents

一种加热炉余热发电系统及其方法 Download PDF

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Abstract

一种加热炉余热发电系统及其方法，属于余能余热回收利用领域，系统包括加热炉、加热炉余热锅炉、加热炉空气预热器、加热炉热管式煤气预热器、加热炉尾吸风机、过热蒸汽锅炉、汽轮发电机组、化学水系统；在加热炉尾部沿着烟气流向依次布置加热炉余热锅炉、加热炉空气预热器、加热炉热管式煤气预热器、加热炉尾吸风机，回收加热炉烟气余热；加热炉余热锅炉进行发电；化学水系统加热炉余热锅炉和过热蒸汽锅炉提供补充水。优点在于，使过热蒸汽锅炉在加热炉待轧的情况下仍能保证余热发电系统低负荷稳定运行，利用过热蒸汽锅炉提高了加热炉余热发电设备蒸汽参数，提高了发电效率；最后本发明对加热炉余热进行了最大限度的回收，有很好的经济效益和环境效益，并具有较好的应用和推广价值。

Description

一种加热炉余热发电系统及其方法
技术领域
本发明属于余能余热回收利用领域，特别涉及一种加热炉余热发电系统及其方法，适用于钢铁厂轧钢加热炉余热发电。
背景技术
钢铁企业轧钢加热炉作为能耗大户直接影响着企业的生产成本。一般加热炉作为一种加热设备的热效率普遍在30％左右，能耗高、能源利用水平低，造成了大量的能源浪费。因此回收加热炉余热既有很好的经济效益又有一定的环境效益。
目前，钢铁企业多采用汽化冷却步进梁式加热炉，一般燃料为混合煤气，排烟方式为自然排烟。加热炉预热段排烟温度一般在850-900℃，通常使用掺冷风机来降低排烟温度保护空气预热器和煤气预热器。在掺冷风机投运的情况下加热炉尾排烟温度仍在400℃以上。目前主要采取余热回收方式是利用加热炉排烟在尾部烟道内进行空气预热、煤气预热，或者在尾部烟道布置余热锅炉产生蒸汽，直接发电。这些余热回收方式在实际运行过程中存在一些问题：(1)采用空气预热、煤气预热只回收了部分烟气热量，回收余热能力有限。(2)采用余热回收蒸汽直接发电，由于余热锅炉所产生的蒸汽参数低，直接发电效率低。(3)由于加热炉经常待轧，造成余热锅炉产生的蒸汽不连续，余热发电系统不能稳定运行。
鉴于上述缺陷，应改进加热炉余热回收方式，其核心问题就是要尽可能高效利用回收的余热，同时解决加热炉待轧与加热炉余热发电系统需连续运行之间的矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供加热炉余热发电系统及其方法，首先通过对过热蒸汽锅炉燃烧系统的配置，使过热蒸汽锅炉在加热炉待轧的情况下仍能保证余热发电系统低负荷稳定运行，解决了加热炉待轧时生产不连续而导致的余热发电系统无法连续运行的问题；其次利用过热蒸汽锅炉提高了加热炉余热发电设备蒸汽参数，提高了发电效率；最后本发明对加热炉余热进行了最大限度的回收，有很好的经济效益和环境效益，并具有较好的应用和推广价值。最大可能回收加热炉烟气余热；尽可能提高余热发电效率；解决加热炉待轧与加热炉余热发电系统需连续运行之间的矛盾。
本发明的系统包括加热炉、加热炉余热锅炉、加热炉空气预热器、加热炉热管式煤气预热器、加热炉尾吸风机、过热蒸汽锅炉、汽轮发电机组、化学水系统等。本发明在加热炉尾部沿着烟气流向依次布置加热炉余热锅炉、加热炉空气预热器、加热炉热管式煤气预热器、加热炉尾吸风机，充分回收加热炉烟气余热。加热炉余热锅炉产生的饱和蒸汽进入过热蒸汽锅炉进一步提高温度后进入汽轮发电机组进行发电。化学水系统主要为加热炉余热锅炉和过热蒸汽锅炉提供补充水。
本发明所述的化学水系统主要是对原水进行处理，降低水的硬度和含盐量，为加热炉余热锅炉和过热蒸汽锅炉提供化学补充水。
本发明余热发电的工艺包括加热炉烟气余热回收流程和汽轮发电机组的汽水循环流程；具体工艺如下：
加热炉烟气余热回收流程：加热炉预热段排烟温度1000℃-850℃(视进料温度情况有所差别)，经过加热炉余热锅炉回收热量产生饱和蒸汽后，排烟温度为650℃-550℃。烟气经过加热炉空气预热器预热空气后，排烟温度为300℃-250℃。烟气经过加热炉煤气预热器预热煤气后，排烟温度降为150℃。加热炉烟气最后经过加热炉尾吸风机排入加热炉烟囱，最终排入大气。在本发明中，原有的掺冷风机不必运行。
汽轮发电机组的汽水循环流程：加热炉余热锅炉产生的饱和蒸汽送入过热蒸汽锅炉的过热器入口联箱，饱和蒸汽经过过热达到汽轮发电机组额定参数后送入汽轮发电机组进行发电。汽轮发电机组产生的凝结水经凝结水泵送入低压加热器，低压加热器的热源由加热炉水梁汽化冷却汽包产生的饱和蒸汽提供，被加热的凝结水进入高压除氧器除氧后，由给水泵送入高压加热器。高压给水分别送入过热蒸汽锅炉和加热炉余热锅炉进行汽水循环。低压加热器的疏水自流入低位水箱后，由疏水泵送至低压除氧器，进入加热炉水梁汽化冷却循环系统。加热炉水梁汽化冷却所产饱和蒸汽不再直接对厂区管网供应，改由汽轮发电机组的调节抽汽供应。
本发明的主要创新点是：
(1)利用过热蒸汽锅炉蒸发量的调节，解决加热炉待轧与加热炉余热发电系统需连续运行之间的矛盾。
(2)通过过热蒸汽锅炉提高发电系统蒸汽参数，提高余热回收蒸汽的发电效率。
(3)加热炉排烟温度降低至150℃，加热炉余热回收达到极限水平。
本发明的积极效果如下：
(1)加热炉余热锅炉与过热蒸汽锅炉所产蒸汽混合后过热，确保发电系统的稳定运行。在加热炉发生待轧，加热炉余热锅炉产汽量下降的情况下。过热蒸汽锅炉产生一部分蒸汽作为补充，确保了发电系统所需蒸汽的稳定。这样解决了加热炉待轧与加热炉余热发电系统需连续运行之间的矛盾。
(2)加热炉余热锅炉产生的饱和蒸汽通过过热蒸汽锅炉提高蒸汽参数，提高余热发电效率。加热炉余热锅炉产生的饱和蒸汽与过热蒸汽锅炉所产生的饱和蒸汽在过热蒸汽锅炉的过热器入口联箱混合，送到过热蒸汽锅炉中进行过热，达到机组要求参数后进入发电系统进行发电。
(3)过热蒸汽锅炉采用移动火焰中心燃烧系统，确保过热蒸汽锅炉在低负荷下稳定运行。过热蒸汽锅炉火焰中心能够随工况变化上下移动。当加热炉正常运行时，火焰中心上移，锅炉的蒸发量下降；当加热炉待轧时，火焰中心下移锅炉蒸发量增加。保证了汽轮发电机组的稳定运行。
(4)梯级利用加热炉烟气余热，按照不同的温度要求依次布置余热锅炉、空气预热器、煤气预热器，排烟温度降低到150℃，使余热回收达到极限。
(5)用加热炉汽化冷却步进梁所产蒸汽代替将原有低压加热器抽汽，进一步高效利用加热炉余热提高发电效率。
本发明的主要技术优点：(1)利用过热蒸汽锅炉，确保了余热发电系统的稳定运行。(2)通过过热蒸汽锅炉，提高了余热回收蒸汽的参数，提高了发电效率。另外，本发明不对加热炉进行大的改动，不影响加热炉原有性能，投资回收周期短，见效快。
本发明对现有加热炉余热发电工艺进行了重要改进，具有很好的应用和推广价值。
附图说明
图1为本发明的加热炉余热回收发电设备系统示意图。其中，加热炉1、加热炉余热锅炉2、加热炉空气预热器3、加热炉煤气预热器4、加热炉尾吸风机5、加热炉鼓风机6、汽轮发电机组7、凝结水泵8、低压加热器9、高压除氧器10、给水泵11、高压加热器12、过热蒸汽锅炉13、低位疏水箱14、疏水泵15、低压除氧器16、汽化冷却汽包17、水梁冷却循环泵18、掺冷风机19、加热炉烟囱20。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的系统包括加热炉1、加热炉余热锅炉2、加热炉空气预热器3、加热炉热管式煤气预热器4、加热炉尾吸风机5、过热蒸汽锅炉13、汽轮发电机组7、化学水系统等。本发明在加热炉1尾部沿着烟气流向依次布置加热炉余热锅炉2、加热炉空气预热器3、加热炉热管式煤气预热器4、加热炉尾吸风机5，充分回收加热炉烟气余热。加热炉余热锅炉2产生的饱和蒸汽进入过热蒸汽锅炉13进一步提高温度后进入汽轮发电机组7进行发电。化学水系统主要为加热炉余热锅炉和过热蒸汽锅炉提供补充水。
参见附图1，本发明的加热炉余热回收发电设备系统示意图。加热炉烟气余热回收流程：加热炉1预热段排烟温度1000℃-850℃(视进料温度情况有所差别)，经过加热炉余热锅炉2回收热量产生饱和蒸汽后，排烟温度约为650℃-550℃。烟气经过加热炉空气预热器3预热空气后，排烟温度约为300℃-250℃。烟气经过加热炉煤气预热器4预热煤气后，排烟温度降为150℃左右。加热炉烟气最后经过加热炉尾吸风机5排入加热炉烟囱20，最终排入大气。在本发明中，原有的掺冷风机19不必运行。汽轮发电机组的汽水循环流程：加热炉余热锅炉2产生的饱和蒸汽送入过热蒸汽锅炉13的过热器入口联箱，饱和蒸汽经过过热达到汽轮发电机组额定参数后送入汽轮发电机组7进行发电。汽轮发电机组7产生的凝结水经凝结水泵8送入低压加热器9，低压加热器9的热源由加热炉水梁汽化冷却汽包17产生的饱和蒸汽提供，被加热的凝结水进入高压除氧器10除氧后，由给水泵11送入高压加热器12。高压给水分别送入过热蒸汽锅炉13和加热炉余热锅炉2进行汽水循环。低压加热器9的疏水自流入低位水箱14后，由疏水泵15送至低压除氧器16，进入加热炉水梁汽化冷却循环系统。加热炉水梁汽化冷却所产饱和蒸汽不再直接对厂区管网供应，改由汽轮发电机组7的调节抽汽供应。
本发明可以灵活适应加热炉的各种运行工况，并且不影响加热炉的原有生产工况。提高了加热炉余热锅炉的运行参数，提高余热发电效率。综上所述，本发明有着很好的经济效益，具有很好的应用和推广价值。

Claims (3)

1.一种加热炉余热发电系统，包括加热炉、加热炉余热锅炉、加热炉空气预热器、加热炉热管式煤气预热器、加热炉尾吸风机、过热蒸汽锅炉、汽轮发电机组、化学水系统；其特征在于，在加热炉(1)尾部沿着烟气流向依次布置加热炉余热锅炉(2)、加热炉空气预热器(3)、加热炉热管式煤气预热器(4)、加热炉尾吸风机(5)，回收加热炉烟气余热；加热炉余热锅炉产生的饱和蒸汽进入过热蒸汽锅炉进一步提高温度后进入汽轮发电机组进行发电；化学水系统为加热炉余热锅炉和过热蒸汽锅炉提供补充水。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的化学水系统对原水进行处理，降低水的硬度和含盐量。
3.一种采用权利要求1所述系统进行余热发电的方法，其特征在于，余热发电的工艺包括加热炉烟气余热回收流程和汽轮发电机组的汽水循环流程；
加热炉烟气余热回收流程：加热炉(1)预热段排烟温度1000℃-850℃，经过加热炉余热锅炉(2)回收热量产生饱和蒸汽后，排烟温度为650℃-550℃；烟气经过加热炉空气预热器(3)预热空气后，排烟温度为300℃-250℃；烟气经过加热炉煤气预热器(4)预热煤气后，排烟温度降为150℃；加热炉烟气最后经过加热炉尾吸风机(5)排入加热炉烟囱(20)，最终排入大气；
汽轮发电机组的汽水循环流程：加热炉余热锅炉(2)产生的饱和蒸汽送入过热蒸汽锅炉(13)的过热器入口联箱，饱和蒸汽经过过热达到汽轮发电机组额定参数后送入汽轮发电机组(7)进行发电；汽轮发电机组(7)产生的凝结水经凝结水泵(8)送入低压加热器(9)，低压加热器(9)的热源由加热炉水梁汽化冷却汽包(17)产生的饱和蒸汽提供，被加热的凝结水进入高压除氧器(10)除氧后，由给水泵(11)送入高压加热器(12)；将高压给水分别送入过热蒸汽锅炉(13)和加热炉余热锅炉(2)进行汽水循环；低压加热器(9)的疏水自流入低位水箱(14)后，由疏水泵(15)送至低压除氧器(16)，进入加热炉水梁汽化冷却循环系统；加热炉水梁汽化冷却所产饱和蒸汽不再直接对厂区管网供应，改由汽轮发电机组的调节抽汽供应。
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