余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统

摘要

本发明提供一种余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统，包括轧钢加热炉、加热炉出口烟道、烟气余热回收烟道、空气‑煤气预热烟道、尾部烟道、烟囱，烟气余热回收烟道中有换热装置，空气‑煤气预热烟道中有第一空气预热装置和/或第一煤气预热装置，轧钢加热炉的烟气中的一路进入烟气余热回收烟道，另一路进入空气‑煤气预热烟道，烟气余热回收烟道、空气‑煤气预热烟道的烟气汇合后进入尾部烟道经烟囱排出，烟气余热回收烟道、空气‑煤气预热烟道通过沿烟气流动方向设置的分隔区分隔开，在分隔区和尾部烟道的烟气入口之间设置有烟气调节装置，用于调节轧钢加热炉出口烟气在烟气余热回收烟道、空气‑煤气预热烟道中的流量分配。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁行业的节能技术领域，具体地说，涉及一种余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统。

背景技术

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。在轧钢生产线中，加热炉是用最大的用能设备，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。

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，由于空气和煤气的加热温度不是特别高(远低于蓄热式纯烧高炉煤气加热炉)，导致对于加热炉烟气的利用不足，排烟温度偏高，部分钢铁厂常规加热炉的排烟温度甚至高达400℃以上。而另外一方面，对于常规加热炉而言，空气和煤气换热系统均是冷空气和冷煤气直接进入空气预热器和煤气预热器，分别在空气预热器和煤气预热器中一次性加热到设定温度，由于烟气温度最高可达1000℃，而冷空气和冷煤气均接近于常温，这种超大温差的换热造成了过大的换热损，能量有效利用率大打折扣。

此外，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。由于订单不足，导致生产设备的作业率经常处于低位，以某钢厂为例，轧钢生产线的作业率长期处于70％以下，其轧钢加热炉经常处于低负荷甚至空载状态，此时加热炉就处于消耗远大于产出甚至是纯消耗的状态，经济效益无从谈起。对于这种情况，如果能在保证加热炉正常运行的基础上，将加热炉尾部的烟气余热主要用来回收利用，转换为宝贵的蒸汽资源，用于发电或他用，则可创造非常可观的经济效益，弥补加热炉低负荷甚至空载状态造成的大量能源消耗。

针对该问题，本发明拟构建一种余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统，对轧钢加热炉的烟气余热进行梯级合理利用，减小系统换热损，并根据轧钢加热炉的负荷和气温情况对轧钢加热炉的烟气流量在空气-煤气预热系统和余热回收系统之间进行分配，以获得最好的经济运行工况，收获最好的经济收益，具有重要的实际意义。

发明内容

本发明提供了一种余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统，以充分利用轧钢加热炉的烟气余热资源。

根据本发明的一个方面，提供了一种余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统，包括轧钢加热炉、加热炉出口烟道、烟气余热回收烟道、空气-煤气预热烟道、尾部烟道、烟囱，其中，烟气余热回收烟道中设置有换热装置，所述换热装置包括烟气-凝结水换热器和/或烟气-蒸汽换热器，在所述空气-煤气预热烟道中设置有第一空气预热装置和/或第一煤气预热装置，在加热炉出口烟道中设置有第二空气预热装置和/或第二煤气预热装置，经过第一空气预热装置和/或第一煤气预热装置预热后的空气和/或煤气进入第二空气预热装置和/或第二煤气预热装置进行二次加热，最终作为轧钢加热炉的助燃空气和燃料，轧钢加热炉的烟气经加热炉出口烟道后分成两路，其中一路进入烟气余热回收烟道，另一路进入空气-煤气预热烟道，烟气余热回收烟道、空气-煤气预热烟道的烟气汇合后进入尾部烟道并经烟囱排出，其中，所述烟气余热回收烟道、空气-煤气预热烟道之间形成分割区，在分隔区和尾部烟道的烟气入口之间还设置有烟气调节装置，用于调节轧钢加热炉出口烟气在烟气余热回收烟道、空气-煤气预热烟道中的流量分配。

优选地，其中，轧钢加热炉烟气出口设置有前置蒸发受热面。

优选地，其中，尾部烟道中设置有凝结水预热器。

优选地，其中，烟气调节装置包括烟气调节挡板、挡板旋转轴和执行机构，所述挡板旋转轴位于分隔区在烟气出口侧的端部，所述烟气调节挡板可转动地设置在挡板旋转轴上，执行机构用于控制烟气调节挡板的转动，通过调节烟气调节挡板的转动角度来调节轧钢加热炉出口烟气在烟气余热回收烟道、空气-煤气预热烟道中的流量分配。

优选地，其中，烟气调节装置还包括滑轨和牵引装置，滑轨设置在分隔区内，所述牵引装置用于驱动挡板旋转轴并带动烟气调节挡板沿滑轨滑动至烟气调节挡板完全退回分隔区，或完全伸出分隔区。

优选地，其中，所述烟气调节挡板在完全伸出、完全退回分隔区的两个位置时，还通过限位装置限制挡板旋转轴沿滑轨的滑动。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明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是表示本发明实施例的余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统的示意图；

图2是表示本发明实施例的烟气调节挡板退回时的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明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。

本发明提供一种余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统，如图1所示，包括轧钢加热炉1、加热炉出口烟道2、烟气余热回收烟道3、空气-煤气预热烟道4、尾部烟道5、烟囱6，其中，烟气余热回收烟道3中设置有换热装置31，所述换热装置31可以是烟气-凝结水换热器和/或烟气-蒸汽换热器，其中，所述空气-煤气预热烟道4中设置有第一空气预热装置41和/或第一煤气预热装置42，用于将轧钢加热炉燃烧需要的空气和/或煤气进行初级预热。

轧钢加热炉1产生的高温烟气进入加热炉出口烟道2，加热炉出口烟道2内沿着烟气流向(图1中箭头A的方向)依次设置有前置蒸发受热面21、第二空气预热装置22和/或第二煤气预热装置23。所述前置蒸发受热面21用于将轧钢加热炉出口烟气温度降低至一定温度，由于轧钢加热炉出口烟气温度可达1000℃，为了保护下游换热设备的安全，本发明设置的前置蒸发受热面21，其可以是由水冷壁受热面和沸腾管束组成，以吸收一部分轧钢加热炉的出口高温烟气热量，将烟气温度降低至例如800℃以内，进而保证下游的烟气余热回收烟道2和空气-煤气预热烟道3中的换热设备的安全，并且比传统的通过掺冷风降低烟温的方式产生更多的蒸汽，具有更好的经济收益。高温烟气经过前置蒸发受热面21、第二空气预热装置22和/或第二煤气预热装置23吸热降温后分为两路，一路进入烟气余热回收烟道3，另一路进入空气-煤气预热烟道4。所述烟气余热回收烟道3中设置有多级换热器31，通过烟气余热将凝结水转换为蒸汽。第一空气预热装置41的空气出口端与所述第二空气预热装置22的空气进口端相连，第一煤气预热装置42的煤气出口端与第二煤气预热装置23的煤气进口端相连。空气和煤气经过两级预热，最终作为加热炉的助燃空气和燃料。烟气余热回收烟道3和空气-煤气预热烟道4的出口烟气汇合后进入尾部烟道5，并通过引风机12送至烟囱6，最终排向大气。特别地，在所述尾部烟道5内设置可以设置引风机12，以克服烟气管路中的阻力。

其中，所述烟气余热回收烟道3、空气-煤气预热烟道4可以是采用两种方式形成。方式一是通过将一个烟道分隔开，从而形成烟气余热回收烟道3、空气-煤气预热烟道4；方式二是烟气余热回收烟道3、空气-煤气预热烟道4各自采用独立的烟道。本实施例对烟道的形状没有限制，例如，烟道可以是弯曲的，只要烟气余热回收烟道3、空气-煤气预热烟道4的烟气入口和轧钢加热炉的烟气出口连通，并且，烟气余热回收烟道3、空气-煤气预热烟道4的烟气出口与尾部烟道4的烟气入口连通即可。无论采用哪种方式，在烟气余热回收烟道3、空气-煤气预热烟道4之间的区域都称为分隔区13，分隔区13可以是具有分隔功能的物体，也可以仅是一个空间。

在烟气余热回收烟道3、空气-煤气预热烟道4之间的分隔区13还设置有烟气调节装置7，用于调节轧钢加热炉出口烟气在烟气余热回收烟道3、空气-煤气预热烟道4中的流量分配。烟气调节装置7至少包括烟气调节挡板71、挡板旋转轴72，所述烟气调节挡板71可绕挡板旋转轴72旋转。该烟气调节挡板71可利用例如电机或者其他传动机构驱动而绕挡板旋转轴72转动。通过调节烟气调节挡板71的角度，可以控制加热炉出口烟道2的出口烟气在烟气余热回收烟道3和所述空气-煤气预热烟道4之间的烟气流量分配。例如，若需要更多的烟气用于预热空气和煤气，则烟气调节挡板71朝烟气余热回收烟道方向3旋转，烟气余热回收烟道3的烟气出口缩小，而空气-煤气预热烟道4的烟气出口则变大，由此，加热炉出口烟道2的出口烟气会更多的进入空气-煤气预热烟道4中，从而将烟气余热更多的应用在空气和煤气预热上。例如，若需要更多的蒸汽时，则烟气调节挡板71向空气-煤气预热烟道4方向旋转，则烟气余热回收烟道3的烟气出口变大，而空气-煤气预热烟道4的烟气出口则缩小，由此，加热炉出口烟道2的出口烟气会更多的进入烟气余热回收烟道2中，从而将烟气余热更多的应用在产生蒸汽，而产生的蒸汽可作为钢铁厂工艺生产用汽，也可用于驱动例如汽轮机工作。

本实施例的余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统设置有烟气余热回收烟道3和空气-煤气预热烟道4，并且通过调整烟气调节挡板71的角度，控制加热炉出口烟道2的出口烟气在烟气余热回收烟道3和所述空气-煤气预热烟道4之间的烟气流量分配。在加热炉处于低负荷甚至空载运行时(尤其是处于夏季高温时)，多分配一点烟气用于回收蒸汽，有助于减小加热炉低负荷甚至空载时的亏损运行程度；在冬季气温较低时(尤其是寒冷地区)，若加热炉处于高负荷或满负荷运行，为保证空气和煤气预热到指定温度以满足燃烧需求，可多分配一点烟气用于预热空气和煤气，以首先保证加热炉的安全稳定运行。该烟气调节挡板设置在烟气余热回收烟道出口与空气-煤气预热烟道出口的衔接处，处于低温区域(出口烟气温度在200℃以内)，与设置在烟气余热出口烟道和空气-煤气预热烟道进口处相比，烟气挡板的工作环境温度更低，设备运行更加稳定，使用寿命更长，对设备的材质要求更低，降低投资成本，并且，烟气调节挡板不需要消耗大量冷却介质进行冷却，系统更加简单。

此外，若烟气调节挡板71设置在烟道进口处，则进入换热器的烟气流场必然受到挡板影响导致气流分布不均匀，影响烟气下游换热器的换热。而将烟气调节挡板71设置在烟气余热回收烟道3与空气-煤气预热烟道4的出口，不会影响到加热炉出口烟气进入换热器(无论是空气-煤气预热烟道中的换热器还是烟气余热回收烟道中的换热器)的流场，可确保烟气余热回收烟道3与所述空气-煤气预热烟道4中的换热烟气气流分布均匀。

此外，所述烟气调节挡板71至少还包括滑轨、牵引机构(未示出)，所述滑轨设置在烟气余热回收烟道3和空气-煤气预热烟道4之间的分隔区内，挡板旋转轴72可在牵引机构的驱动下沿滑轨滑动，使得挡板旋转轴72可带动烟气调节挡板71全部退回分隔区内，进而实现完全退回，烟气调节挡板71完全退回的状态如图2所示，此时不具备调节烟气流量分配的作用。

此外，当烟气调节挡板71沿滑轨完全伸出分隔区时，通过限位装置将挡板旋转轴72的位置固定，从而限制烟气调节挡板71的平移，只允许烟气调节挡板绕挡板旋转轴72旋转。当烟气调节挡板71沿滑轨完全退回分隔区时，限位装置同样将挡板旋转轴72的位置固定，并且，还限制烟气调节挡板71的旋转运动。当需要调节烟气流量分配时，解锁后将挡板旋转轴72推出到分隔区在烟气出口侧的端部位置即可。

此外，为了最大化吸收利用尾部烟气的余热，在尾部烟道5中设置凝结水预热器11，通过低温凝结水对烟气余热回收烟道3的出口烟气与所述空气-煤气预热烟4道的出口烟气汇集后的烟气余热进行回收，凝结水预热器11的出口与烟气余热回收烟道3的凝结水进口相连，为烟气余热回收烟道3中的余热回收装置提供给水。

综上所述，本发明的余热回收比例可调的轧钢加热炉烟气余热优化利用系统在烟气余热回收烟道和所述空气-煤气预热烟道之间设置有烟气调节装置，通过调整烟气调节挡板的角度，控制轧钢加热炉出口烟气在烟气余热回收烟道和所述空气-煤气预热烟道之间的烟气流量分配。烟气调节挡板设置在烟气余热回收烟道与空气-煤气预热烟道的出口，不会影响到加热炉出口烟气进入换热器的流场。本发明的烟气调节挡板设置成可前后移动的模式，在不需要进行烟气流量分配时，烟气调节挡板可以完全退出，烟气流量自行分配，无需运行人员进行操作；当需要进行流量分配时，烟气调节挡板向前推进，通过调整烟气调节挡板角度进行烟气流量分配。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。