一种双循环导热油蒸汽过热系统

摘要

本发明公开了一种双循环导热油蒸汽过热系统，包括依次连接的电加热导热油炉(10)、导热油蓄热装置(20)和油汽换热器(30)，电加热导热油炉(10)含有电加热器(11)，油汽换热器(30)外连接蒸汽输入管线(31)和蒸汽输出管线(32)，油汽换热器(30)内的导热油能够加热油汽换热器(30)内的蒸汽。该双循环导热油蒸汽过热系统采用电加热和导热油中介媒介相结合的热源加热饱和蒸汽的方式：一是替代常规燃料燃烧方式，消除污染物排放；二是简化热源系统；三是实现蒸汽温度精准控制；四是提高能源利用效率。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁生产设备技术领域，具体的是一种双循环导热油蒸汽过热系统。

背景技术

钢铁企业常采用蒸汽喷射泵抽真空的精炼方式冶炼洁净钢，蒸汽喷射泵需要过热蒸汽作为动力源，其生产特点是一种周期性的间歇作业方式。

目前，蒸汽喷射泵所用的过热蒸汽主要来源有：第一、采用燃料燃烧为热源的快速锅炉来生产过热蒸汽。第二、采用电厂中温中压及以上参数蒸汽经减温减压来生产过热蒸汽。第三、利用炼钢转炉、电炉生产工艺自产饱和蒸汽经过加热制取过热蒸汽。现有多种技术和产品对转炉、电炉自产饱和蒸汽进行过热处理，如：燃气式蒸汽过热、微过热蓄热系统、电过热、电磁过热、熔盐蓄热过热、导热油蓄热过热等。

以传统燃料燃烧为热源的快速锅炉、燃气式蒸汽过热，因有污染物排放受环保限制性强，另外具有热源系统复杂、初投资高、装备庞大，启动时间长、间歇期间热能浪费严重，热效率相对低等缺点。

以电厂中温中压及以上参数蒸汽为热源的减温减压过热，受上游电厂生产因素影响，且存在高质热能降级利用，系统能效低。同时精炼炉间歇性生产制度对电厂运行操作和负荷控制提出较高要求。

以电能作为热源直接加热饱和蒸汽，未考虑精炼炉间歇性生产制度和电加热体的特性，无论是采用电阻加热模式还是采用电磁加热模式，均是通过电加热体与饱和蒸汽换热，对于精炼炉间断用汽制度，直接电热体加热饱和蒸汽的方式难以实现过热蒸汽温度的精准控制。当精炼炉用汽时，电热体被有一定速度的蒸汽冲刷冷却。当精炼炉瞬间停用时，在无蒸汽流通下电热体得不到冷却，处于干烧状态，对于电阻加热模式电热体长期运行容易烧损。饱和蒸汽或多或少会携带液态水，液态水具有一定硬度，液态水在电热体表面蒸发，硬度等残留在电热体表面，长期使用电热体表面结垢严重，影响传热效率。对于电阻加热模式电热体寿命短，更换率高，对于电磁感应模式电耗率增加，电热体寿命缩短。

以自身为热源的微过热变压式蓄热器系统，未考虑蓄热器高压蒸汽压力、温度的波动，未考虑蓄热器放热末端的工况，无法实现精准控制出口蒸汽过热度，甚至不能满足指定用户的需要。

以熔盐做中间媒介间接加热饱和蒸汽，采用了浸没式的换热器形式，换热强度低，过热蒸汽温度精准调节难以实现。此外，熔盐成分比较复杂，熔盐中可能含有部分会在受热管表面形成热阻垢的杂质盐，如碳酸钙等，进而引起系统的复杂化或者影响系统的连续使用寿命。

以导热油做中间媒介间接加热饱和蒸汽的方式，采用较大容积热油槽内设置电加热器的方式，热油槽内导热油流速无法保障导热油换热所允许的流速，电加热器表面换热强度低容易造成电加热器表面油膜超温裂解。同时热油槽采用常压运行，高温导热油易于氧化变质。

发明内容

为了将转炉汽化余热饱和蒸汽转变为微过热蒸汽供炼钢工艺蒸汽泵使用，本发明提供了一种双循环导热油蒸汽过热系统，该双循环导热油蒸汽过热系统采用电加热和导热油中介媒介相结合的热源加热饱和蒸汽的方式：一是替代常规燃料燃烧方式，消除污染物排放；二是简化热源系统；三是实现蒸汽温度精准控制；四是提高能源利用效率。实现了精炼炉间歇式生产方式用汽的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双循环导热油蒸汽过热系统，包括依次连接的电加热导热油炉、导热油蓄热装置和油汽换热器，电加热导热油炉含有电加热器，油汽换热器外连接蒸汽输入管线和蒸汽输出管线，油汽换热器内的导热油能够加热油汽换热器内的蒸汽。

电加热器能够加热电加热导热油炉内的导热油，电加热导热油炉内的导热油能够进入导热油蓄热装置内，导热油蓄热装置内的导热油能够返回电加热导热油炉内，导热油蓄热装置内的导热油能够进入油汽换热器内，油汽换热器内的导热油能够返回导热油蓄热装置内。

导热油蓄热装置含有第一进油口、第一出油口、第二进油口和第二出油口。

导热油蓄热装置的上部设有保护气体入口和排气出口，保护气体入口外连接有保护气体输入管线，排气出口外连接有排气管线，导热油蓄热装置的顶部内能够形成保护气体空腔。

电加热导热油炉的出口通过第一输油管线与导热油蓄热装置的第一进油口连接，电加热导热油炉的入口通过第一回油管线与导热油蓄热装置的第一出油口连接。

第一输油管线上设有安全阀，第一回油管线上设有第一循环油泵。

导热油蓄热装置的第二出油口通过第二输油管线与油汽换热器的导热油入口连接，导热油蓄热装置的第二进油口通过第二回油管线与油汽换热器的导热油出口连接。

第二输油管线上设有第二循环油泵和第一流量调节阀，导热油蓄热装置、第二循环油泵、第一流量调节阀和油汽换热器依次排列。

第二输油管线与第二回油管线之间连接有导热油旁路管线，导热油旁路管线与第二输油管线的连接处位于第二循环油泵和第一流量调节阀之间，导热油旁路管线上设有第二流量调节阀。

蒸汽输入管线的一端与油汽换热器的蒸汽入口连接，蒸汽输入管线的另一端与转炉汽化系统的蒸汽蓄热器的主蒸汽管连接，蒸汽输出管线的一端与油汽换热器的蒸汽出口连接，蒸汽输出管线的另一端与蒸汽喷射泵的分汽缸连接。

本发明的有益效果是：

1、采用电能作为蒸汽的加热热源，简化常规燃料燃烧热源系统，简化操作，消除污染物排放。

2、采用导热油作为中间换热媒介，以其较高的操作温度能够将电能转化为热能传输给具有高

3、通过设置一次循环系统，强化导热油与电加热体换热，避免电加热体表面油膜超温裂解。

4、采用导热油作为中间传热媒介，利用导热油中盐的溶解度较小的特性，确保电加热器的使用寿命。

5、通过采用较大容积的导热油蓄热装置，保证精炼炉间歇式生产对过热蒸汽的需求。

6、通过采用较大容积的导热油蓄热装置，使电加热器的最大热负荷水平降低。

7、采用二次循环系统，强化导热油与饱和蒸汽换热，通过调节二次循环油泵和旁路调节阀的流量，实现精准调节低压过热蒸汽温度的需要。

8、采用氮气密封的方式，避免高温导热油与外界接触氧化，同时对系统起到定压作用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述双循环导热油蒸汽过热系统的示意图。

图2是电加热导热油炉的示意图。

图3是导热油蓄热装置的示意图。

图4是油汽换热器的示意图。

10、电加热导热油炉；20、导热油蓄热装置；30、油汽换热器；

11、电加热器；12、电源；

21、第一进油口；22、第一出油口；23、第二进油口；24、第二出油口；25、保护气体入口；26、排气出口；27、保护气体输入管线；28、排气管线；

31、蒸汽输入管线；32、蒸汽输出管线；33、导热油入口；34、导热油出口；35、蒸汽入口；36、蒸汽出口；

41、第一输油管线；42、第一回油管线；43、第二输油管线；44、第二回油管线；45、导热油旁路管线；

51、第一循环油泵；52、安全阀；53、第二循环油泵；54、第一流量调节阀；55、第二流量调节阀；56、第三流量调节阀；57、第四流量调节阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种双循环导热油蒸汽过热系统，包括通过管线依次连接的电加热导热油炉10、导热油蓄热装置20和油汽换热器30，电加热导热油炉10含有电加热器11，油汽换热器30外连接蒸汽输入管线31和蒸汽输出管线32，油汽换热器30内的导热油能够加热油汽换热器30内的蒸汽，如图1至图4所示。

电加热器11能够加热电加热导热油炉10内的导热油，电加热导热油炉10内的导热油能够进入导热油蓄热装置20内，导热油蓄热装置20内的导热油能够返回电加热导热油炉10内，导热油蓄热装置20内的导热油能够进入油汽换热器30内，油汽换热器30内的导热油能够返回导热油蓄热装置20内。

转炉汽化系统的蒸汽蓄热器供出的高压饱和蒸汽经压力调节阀稳压后通过蒸汽输入管线31进入油汽换热器30升温为合格的低压过热蒸汽。导热油蓄热装置20内的一部分导热油通过第一循环油泵51送到电加热导热油炉10内升温，达到一定温度后再回到导热油蓄热装置20，使导热油蓄热装置20内导热油的温度始终保持某一较小温度区间波动。导热油蓄热装置20内的另一部分导热油经第二循环油泵53送到油汽换热器30内，导热油与饱和蒸汽换热后再回到导热油蓄热装置20内。

本发明采用导热油热媒双循环运行方式，第一个循环为导热油在电加热导热油炉10和导热油蓄热装置20之间的循环流动，第二个循环为导热油在导热油蓄热装置20和油汽换热器30之间的循环流动。中间通过导热油蓄热装置20使两个循环系统联系在一起，并使两个循环独立运行，每个循环均设有强制循环泵(即第一循环油泵51和第二循环油泵53)。两个循环系统独立控制，使得控制系统逻辑简单化。

本发明采用独立配置电加热导热油炉10的方式，通过第一循环油泵51进行强制循环，保证电加热导热油炉10内导热油流速不低于1.5m/s，强化导热油与电加热器11换热，保证加热体表面导热油膜不超温、不裂解。通过第二循环油泵53强化导热油与饱和蒸汽换热，并通过变频方式控制循环流量来调整热负荷(第二循环油泵52采用变频电机驱动，通过控制第二循环油泵52的流量来调整热负荷)，控制油汽换热器30输出蒸汽温度。

在本实施例中，导热油蓄热装置20含有第一进油口21、第一出油口22、第二进油口23和第二出油口24。导热油蓄热装置20为平躺的罐体结构，第一进油口21和第二进油口23均位于导热油蓄热装置20的上部，第一出油口22和第二出油口24均位于导热油蓄热装置20的下部。

在本实施例中，导热油蓄热装置20的上部设有保护气体入口25和排气出口26，保护气体入口25外连接有保护气体输入管线27，保护气体输入管线27上设有第三流量调节阀56，排气出口26外连接有排气管线28，排气管线28上设有第四流量调节阀57。

工作时，导热油蓄热装置20内的导热油液面与导热油蓄热装置20的上端之间存在间距，通过保护气体输入管线27向导热油蓄热装置20内注入保护气体(如氮气等惰性气体)，导热油蓄热装置20的顶部内能够形成保护气体空腔。导热油蓄热装置20内的保护气体可以通过排气管线28排出。导热油蓄热装置20内的下部为导热油，上部为气空间，气空间采用氮气密封。设置气空间解决导热油被加热后体积膨胀需要，汇集导热油析出的气体。

导热油蓄热装置20使得电加热导热油炉10以稳定的负荷运行，避免电加热器11频繁启停，延长电加热器11的寿命，同时降低对电网的影响。导热油蓄热装置20将一个周期内的间断供汽所需最大热负荷变为该周期内连续平均热负荷。导热油蓄热装置20通过较大容量的导热油供给和热量蓄存，在真空精炼最大抽汽量时保证过热蒸汽参数满足供汽要求。导热油蓄热装置20采用氮气密封有压运行方式，一是确保循环泵入口不发生汽蚀，二是防止高温导热油与外界接触而氧化。

在本实施例中，电加热器11与电源12连接，电加热器11的实现方式不局限于电阻和电磁感应加热方式，电加热导热油炉10可以采用现有技术产品。电加热导热油炉10的出口通过第一输油管线41与导热油蓄热装置20的第一进油口21连接，电加热导热油炉10的入口通过第一回油管线42与导热油蓄热装置20的第一出油口22连接。

在本实施例中，第一输油管线41上设有安全阀52，安全阀52可以防止导热油热膨胀后超压保护。第一回油管线42上设有第一循环油泵51，电加热导热油炉10的热负荷根据导热油蓄热装置20内油温实现自动控制。

在本实施例中，导热油蓄热装置20的第二出油口24通过第二输油管线43与油汽换热器30的导热油入口33连接，导热油蓄热装置20的第二进油口23通过第二回油管线44与油汽换热器30的导热油出口34连接。油汽换热器30可以采用现有技术产品。

在本实施例中，第二输油管线43上设有第二循环油泵53和第一流量调节阀54，导热油蓄热装置20、第二循环油泵53、第一流量调节阀54和油汽换热器30依次排列。第二输油管线43与第二回油管线44之间连接有导热油旁路管线45，导热油旁路管线45与油汽换热器30之间为并联关系，

导热油旁路管线45与第二输油管线43的连接处位于第二循环油泵53和第一流量调节阀54之间，导热油旁路管线45上设有第二流量调节阀55。通过调节第二循环油泵53的流量、第一流量调节阀54的流量和第二流量调节阀55的流量可以对低压过热蒸汽的温度实现精准控制。

在本实施例中，蒸汽输入管线31的一端与油汽换热器30的蒸汽入口35连接，蒸汽输入管线31的另一端与转炉汽化系统的蒸汽蓄热器的主蒸汽管连接，蒸汽输出管线32的一端与油汽换热器30的蒸汽出口36连接，蒸汽输出管线32的另一端与蒸汽喷射泵的分汽缸连接。

下面介绍该双循环导热油蒸汽过热系统的工作过程。

导热油蓄热装置20内的一部分导热油经第一回油管线42送到电加热导热油炉10内加热升温，达到一定温度后电加热导热油炉10内的导热油经过第一输油管线41再回到导热油蓄热装置20，使导热油蓄热装置20内导热油温度始终保持某一较小温度区间波动。

导热油蓄热装置20内的另一部分导热油经第二输油管线43送到油汽换热器30，转炉汽化系统蒸汽蓄热器供出的高压饱和蒸汽经蒸汽输入管线31进入油汽换热器30，该导热油与高压饱和蒸汽在油汽换热器30中换热，即导热油放热、高压饱和蒸汽吸热，油汽换热器30排出的导热油经过第二回油管线44再回到导热油蓄热装置20，高压饱和蒸汽吸热后升温为合格低压过热蒸汽，低压过热蒸汽由蒸汽输出管线32输送至蒸汽喷射泵，作为蒸汽喷射泵的动力使用。

油汽换热器30排出的导热油和电加热导热油炉10排出的导热油进入导热油蓄热装置20内混合接触换热，电加热导热油炉10的热能通过导热油进入导热油蓄热装置20，导热油蓄热装置20内的热能通过导热油进入油汽换热器30，在油汽换热器30内，导热油加热蒸汽。

导热油蓄热装置20内的下部为导热油，上部为气空间，气空间采用氮气密封。设置该气空间解决导热油被加热后体积膨胀需要，汇集导热油析出的气体。电加热导热油炉10的热负荷根据导热油蓄热装置20内油温实现自动控制。通过调节第二循环油泵53的流量、第一流量调节阀54的流量和第二流量调节阀55的流量可以对低压过热蒸汽的温度实现精准控制。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。