炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统

摘要

本发明公开了一种炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统，包括：包含燃气轮机的高炉煤气燃机发电系统和包含双压余热锅炉的余热回收发电系统；还包括烧结烟气回收系统和冷却热废气回收系统。所述的烧结烟气回收系统将来自烧结机的烧结烟气经除尘器除尘后，在第一引风机的抽吸作用下送入双压余热锅炉；所述的冷却热废气回收系统将冷却热烧结矿后产生的热废气在第二引风机的抽吸作用下也送入双压余热锅炉。本发明系统将烧结工艺显热和炼铁过程伴生的低热值高炉煤气进行整体回收，并且梯级利用，形成完整的、能稳定运行的中低温余热、低热值高炉煤气高效综合利用系统。

说明书

技术领域

本发明主要涉及冶金和能源领域，具体说是一种钢铁厂炼铁过程中伴生能源(包括高炉煤气、烧结显热、烟气)的高效、综合利用系统，特别涉及一种多源联合循环在炼铁生产过程中伴生能源的整体、梯级回收系统与技术。

背景技术

我国“十一五”十大重点节能工程实施意见中的第3条“余热余压利用工程”中指出：我国钢铁、有色、煤炭、建材、化工、纺织等行业的余热余压以及其它余能没有得到充分利用，如钢铁企业的焦炉气、高炉气、转炉气、煤矿的煤层气、焦化企业的焦炉气等可燃副产气，大量放空，造成能源的严重浪费，同时也污染了环境。

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。钢铁工业能耗约占我国全国总能耗的11％，钢铁生产中的炼铁生产过程耗能约占钢铁工业总能耗的份额高达69.41％，其中烧结工艺能耗差不多占整个企业能耗的10％。当前我国钢铁冶金工业能耗明显高于世界主要产钢国能耗水平，因此，降低炼铁能耗，对于提高我国钢铁工业经济效益和市场竞争力具有举足轻重的作用，同时对于我国节能减排与可持续发展战略，亦具有非常重要的意义。

近年来，国内钢铁企业十分重视钢铁工艺中产生的废气、余热利用技术的研究与应用。申请号为03104882.X的中国专利申请公布了“整体高炉联合循环方法”，它在高炉炼铁系统中集成了制氧系统和联合循环发电系统。燃气轮机系统同轴驱动空气压缩机，为高炉鼓风、制氧等提供压缩空气；制氧系统产生的氧气混入到高炉鼓风中，使高炉实现富氧鼓风。申请号为200710065858.6的中国专利公布了“炼钢烧结环冷机中低温余热发电系统”，它在烧结环冷机上方自入料口沿红矿输送方向的高温、中温、低温三处热源上依次布置一级过热器、蒸发器、一级省煤器、二级省煤器，在一级过热器之后设置有补燃式二级过热器，充分利用烧结环冷机废气余热。上述两项专利虽涉及到高炉煤气或烧结烟气的余热回收利用，但均未曾从整体角度考虑，如何同时将钢铁厂炼铁过程中伴生的高炉煤气、烧结余热进行高效、综合利用。

发明内容

本发明提供一种用来研发烧结工艺中低温余热与低热值高炉煤气组成的整体、高效、可靠的多源(煤气、烟气、显热、蒸汽)联合循环发电系统，真正做到烧结工艺显热和炼铁过程伴生的低热值高炉煤气的整体回收、梯级利用的新技术与方法，力争形成完整的、能稳定运行的中低温余热、低热值高炉煤气高效综合利用系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统，包括，带有燃气轮机的高炉煤气燃机发电系统和带有双压余热锅炉的余热回收发电系统，余热回收发电系统接有烧结烟气回收系统和冷却热废气回收系统。

所述的燃气轮机与双压余热锅炉连接。

所述的烧结烟气回收系统包括烧结机、除尘器和第一引风机，来自烧结机的烧结烟气经除尘器除尘后，在第一引风机的抽吸作用下送入双压余热锅炉的高压受热部分。

所述的冷却热废气回收系统包括破碎机、冷风机和第二引风机，热烧结矿从烧结机的尾部落下，经破碎机破碎后，再到冷却机进行冷却，冷却后产生的热废气在第二引风机的抽吸作用下也送入双压余热锅炉的低压受热部分。

所述的余热回收发电系统中，双压余热锅炉连接汽轮机，并由汽轮机推动余热发电机，汽轮机与凝汽器连接，凝汽器的冷凝水通过加热器和除氧器后返回双压余热锅炉。

所述的凝汽器的循环水通过冷却塔和循环水泵循环使用。

所述的双压余热锅炉的低压受热部分设有热管。

所述的汽轮机为补气凝气式汽轮机。

本发明与现有技术相比具有显著进步和积极效果：

(1)炼铁生产过程伴生能源的整体利用。在现有低热值高炉煤气采用燃气-蒸汽联合循环的基础上，把烧结机产生的烧结烟气和冷却机产生的热废气分别进入联合循环余热锅炉高、低压受热面中，起到以下四个重要作用：

i)可以缓解或消除由于烧结烟温波动大，且可能会出现烧结烟气断流(烧结工艺是允许的)等不稳定、不连续，对汽轮发电机组的冲击；

ii)原有烧结余热锅炉(无补燃)通常只产饱和蒸汽，使得进入汽轮机的新蒸汽为湿蒸汽(蒸汽带水)，会对汽轮机末几级叶片带来严重水蚀，应用本技术后，产生过热蒸汽(新蒸汽)和饱和蒸汽(补汽)，降低汽轮机末几级叶片处的湿度，提高汽轮机运行的可靠性；

iii)可以提高烧结显热和冷却机热废气的发电效率；

iv)提升余热锅炉的蒸发量和机组的发电量。

上述四点大大提高汽轮发电机组运行的经济性、安全性、可靠性。

(2)炼铁生产过程伴生能源的梯级利用。

i)低热值的高炉煤气燃烧产生1000℃左右的烟气在燃气轮机中做功，其排气与烧结烟气及冷却机热废气分别进入双压余热锅炉中产生蒸汽，然后在补汽、凝汽式汽轮机中做功，真正做到废气、余热能量的梯级、高效、综合利用；

ii)余热锅炉低压部分采用重力热管传热技术，有利于提高中低温、小温差余热的利用效率。

附图说明

图1为本发明炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统流程图。

图中，1为煤气压缩机，2为空气压缩机，3为燃气轮机燃烧室，4为燃气轮机，5为双压余热锅炉，6为烧结机，7为除尘器，8为第一引风机，9为破碎机，10为冷却机，11为第二引风机，12为热管，13为汽轮机，14为余热发电机，15为高炉煤气发电机，16为凝汽器，17为循环水泵，18为冷却塔，19为凝结水泵，20为加热器，21为除氧器，22为给水泵。

具体实施方式

如图1所示的炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统，包括高炉煤气燃机发电系统、余热回收发电系统、烧结烟气回收系统和冷却热废气回收系统，

高炉煤气燃机发电系统由煤气压缩机1、空气压缩机2、燃气轮机燃烧室3、燃气轮机4和高炉煤气发电机15组成。

余热回收发电系统包括双压余热锅炉5，双压余热锅炉5的低压受热部分设有热管12；双压余热锅炉5连接汽轮机13，并由汽轮机13推动余热发电机14；汽轮机13与凝汽器16连接，凝汽器16的冷凝水通过冷凝水泵19、加热器20、除氧器21、给水泵22后返回双压余热锅炉5；凝汽器16的循环水通过冷却塔18和循环水泵17返回凝汽器16循环使用。

烧结烟气回收系统包括烧结机6、除尘器7和第一引风机8，来自烧结机的烧结烟气经除尘器7除尘后，在第一引风机8的抽吸作用下送入双压余热锅炉5的高压受热部分和低压受热部分，

冷却热废气回收系统包括破碎机9、冷风机10和第二引风机11，热烧结矿从烧结机6的尾部落下，经破碎机9破碎后，再到冷却机10进行冷却，冷却后产生的热废气在第二引风机11的抽吸作用下也送入双压余热锅炉5的高压受热部分和低压受热部分。

汽轮机13采用补气凝气式汽轮机，加热器20采用轴封加热器。

其具体工艺流程如下：

高炉煤气从母管引入，经冷却(为了提高煤气密度，热量由凝结水回收)、除尘，在煤气压缩机1增压后，进入燃气轮机燃烧室3；空气经过滤后进入空气压缩机2；升压后的空气与高压高炉煤气在燃气轮机燃烧室3中混合燃烧。在燃烧初期，将焦炉煤气掺混入高炉煤气中以提高热值，易于燃烧。高温高压的烟气在燃气轮机4中绝热膨胀做功，将其能量转化为机械能，带动空气压缩机2和煤气压缩机1工作并推动高炉煤气发电机15发电。经过燃气轮机4做功后的烟气温度降至500℃左右，进入双压余热锅炉5回收热能。与此同时，来自烧结机6的烧结烟气经除尘器7除尘后，在第一引风机8的抽吸作用下送入双压余热锅炉5；热烧结矿从烧结机6的尾部落下，经破碎机9破碎后，再到冷却机10上进行冷却，冷却后产生的热废气在第二引风机11的抽吸作用下亦送入双压余热锅炉5。烧结烟气和热废气根据其温度等级分别送入双压余热锅炉5的不同受热面(高压受热部分的高压受热面和低压受热部分的低压受热面)。高压部分采用自然循环技术，低温低压部分采用重力热管传热技术，分别产生高、低压蒸汽，进入补汽凝汽式汽轮机13膨胀做功，将蒸汽的能量转化为机械能并推动余热发电机14发电。在汽轮机13中做功后的蒸汽称为乏汽，排入凝汽器16中并冷凝成水。用于冷却冷凝器16的循环水通过冷却塔18降温后，再经循环水泵17加压，回到冷凝器16继续冷却乏汽。经过冷凝器16冷却后的凝结水由凝结水泵19加压，并经轴封加热器20加热到一定温度，然后回到除氧器21进行除氧。除氧后的水再经过给水泵22加压后回到双压余热锅炉5。