一种用于转炉余热蒸汽高效发电的装置及方法
技术领域
本发明涉及转炉余热蒸汽再利用技术领域，尤其是一种用于转炉余热蒸汽高效发电的装置及方法。
背景技术
在转炉进行炼钢的生产过程中，转炉汽化烟道将产生大量的饱和蒸汽。由于转炉炼钢工艺为间隙性生产运行，并且仅在转炉吹炼过程中才会产生蒸汽，因此，转炉生产的蒸汽参数呈周期性变化，且变化的幅度非常大。当不吹炼时，蒸汽产量为零；当吹炼时，瞬时每吨钢产汽量约为365kg。对于一台120t的转炉来说，其产汽量峰值在44t/h以上。目前，使用这部分蒸汽进行发电的方式是，先将蒸汽并入蓄热器，降低蒸汽压力波动，然后采用饱和蒸汽发电机组进行发电。但是，这种发电存在如下不足：
（1）蒸汽波动仍然很大，特别是在转炉数量少于3台时。通常情况下，幅度在0. 5Mpa〜1. 8Mpa；（2）蒸汽为饱和蒸汽，在大幅波动时含水量很大，给汽轮的安全生产带来很大隐患；（3）蒸汽温度低，焓值低，发电时耗汽量较大。通常情况下，其耗汽量在8kWh/kg左右；（4）当转炉数量少于3台时，由于转炉故障检修等因素，会造成汽轮机组频繁停机，对汽轮发电机组的安全生产及发电效益产生较大的不良影响。
申请号为201120309990.9的中国专利《转炉余热蒸汽补燃发电系统》采用了余热锅炉提高蒸汽温度的方式，但这种补热方式在提高饱和蒸汽温度的同时，将会产生大量的低压蒸汽，也就是说，这样将会消耗大量煤气用于生产低压蒸汽，即高品质的煤气能源去生产低品质的低压蒸汽，造成了能源浪费。
发明内容
本发明目的就是为了解决现有转炉余热蒸汽补燃发电方式不合理、发电效率低、存在能源浪费的情况，提供了一种用于转炉余热蒸汽高效发电的装置，减少蒸汽波动，避免频繁停机，消除蒸汽带水现象，提高发电效率，降低发电汽耗，确保汽轮机运行的安全性。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于转炉余热蒸汽高效发电的装置，包括转炉，转炉上连有转炉汽化烟道，转炉汽化烟道上设有转炉汽包，转炉汽包通过管道与一个蓄热器的进汽口相连，蓄热器的出汽口通过管道与一个过滤器的进口相连，过滤器的出口连接一个热能循环装置；
热能循环装置包括过热器、省煤器和烟风系统，热能循环装置的腔体分为相连的高温仓和换热仓，所述过热器设于高温仓内，所述省煤器设于换热仓内，过热器进气口与过滤器的出口相连、出气口通过管道与汽轮发电机的蒸汽进口相连，汽轮发电机的蒸汽出口连接一个凝汽器，凝汽器通过管道与一个凝结水泵的进水口相连，凝结水泵的出水口通过管道与省煤器的进口相连，省煤器的出口通过管道与一个除氧器的进水口相连，除氧器的出水口通过回流管与转炉汽包相连，且回流管上设有加压泵；
所述烟风系统包括循环风机、循环风阀、排烟阀和燃烧器，循环风机的进风口与热能循环装置的换热仓相连、出风口分别连接回收管和排烟管，回收管与热能循环装置的高温仓相连，且回收管上设有循环风阀，排烟管与外部的排气烟囱相连，且排烟管上设有排烟阀，燃烧器与热能循环装置的高温仓相连，且其上设有一组与外部供气系统相连的煤气管道和空气管道，以用于将高温烟气输送至高温仓对过热器内的蒸汽进行加热处理。
进一步地，过滤器的下部设有排水阀，排水阀通过滤水管与除氧器相连，以用于过滤器中过滤水的循环利用。
进一步地，所述燃烧器为半无焰燃烧器。
进一步地，所述过滤器的滤芯采用不锈钢材质。
进一步地，所述燃烧器的燃料可以是高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气或以上三种的结合。
为了完成本发明的目的，还提供了一种用于转炉余热蒸汽高效发电的方法，所使用的装置包括蓄热器、过滤器、热能循环装置和除氧器，具体过程如下：
（1）转炉余热蒸汽先通过蓄热器变成连续压力波动较小的饱和蒸汽，温度为170~190℃；
（2）接着，经过滤器过滤水分后送入热能循环装置的过热器内，同时高温仓内温度为600~650℃的高温烟气与过热器内的蒸汽换热；
（3）换热后温度为370~390℃的过热蒸汽送至汽轮发电机进行发电，换热后温度为300~350℃的烟气送至换热仓；
（4）发电后的低温低压蒸汽经凝汽器冷却成凝结水，并通过凝结水泵送往热能循环装置的省煤器中，与温度为300~350℃的烟气进行二次换热；
（5）二次换热后的蒸汽送入除氧器，再通过加压泵经回流管送至转炉汽包循环使用，二次换热后的烟气温度达到200~250℃，此烟气一部分通过循环风机加压后送回高温仓内与燃烧器产生的高温烟气混合循环利用，另一部分由排烟管向外排出。
进一步地，过热蒸汽的温度优选为370~380℃。
本发明的技术方案中，通过蓄热器的稳压、过滤器除去蒸汽中的水份、加热炉的对蒸汽升温，使饱和蒸汽变成过热蒸汽，大幅度蒸汽发电能力；此外，本发明所采用的热能循环装置为循环烟气加热炉，控制着与过热器接触的烟气温度，确保过热器的安全，同时可以降低排烟温度和热量损失，提高加热炉的热效率。本发明不仅保证了汽轮发电机的安全，而且大幅度提高了转炉余热蒸汽的发电效率，降低了发电汽耗。
附图说明
图1为本发明的一种用于转炉余热蒸汽高效发电的装置结构示意图；
图2为本发明的热能循环装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
为使本发明更加清楚明白，下面结合附图对本发明的一种用于转炉余热蒸汽高效发电的装置及方法进一步说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，一种用于转炉余热蒸汽高效发电的装置，包括转炉1，转炉1上连有转炉汽化烟道2，转炉汽化烟道2上设有转炉汽包3，转炉汽包3通过管道与一个蓄热器4的进汽口相连，其特征在于：
蓄热器4的出汽口通过管道与一个过滤器5的进口相连，过滤器5的出口连接一个热能循环装置6；
参见图1、图2，热能循环装置6包括过热器7、省煤器8和烟风系统9，热能循环装置6的腔体分为相连的高温仓6a和换热仓6b，所述过热器7设于高温仓6a内，所述省煤器8设于换热仓6b内，过热器7的进气口与过滤器5的出口相连，过热器7的出气口通过管道与汽轮发电机10的蒸汽进口相连，汽轮发电机10的蒸汽出口连接一个凝汽器11，凝汽器11通过管道与一个凝结水泵12的进水口相连，凝结水泵12的出水口通过管道与省煤器8的进口相连，省煤器8的出口通过管道与一个除氧器13的进水口相连，除氧器13的出水口通过回流管14与转炉汽包3相连，且回流管14上设有加压泵15；
参见图1、图2，所述烟风系统9包括循环风机91、循环风阀92、排烟阀93和燃烧器94，循环风机91的进风口与热能循环装置6的换热仓6b相连，循环风机91出风口分别连接回收管16和排烟管17，回收管16与热能循环装置6的高温仓6a相连，且回收管16上设有循环风阀92，排烟管17与外部的排气烟囱18相连，且排烟管17上设有排烟阀93，以用于烟气的回收利用；
燃烧器94为半无焰燃烧器，其放气口与热能循环装置6的高温仓6a相连，且燃烧器94上设有一组与外部供气系统相连的煤气管道19和空气管道20，以用于将高温烟气输送至高温仓对过热器内的蒸汽进行加热处理；
过滤器5的滤芯采用不锈钢材质，且其下部设有排水阀21，排水阀21通过滤水管22与除氧器13相连，以用于过滤器中过滤水的循环利用；
所述燃烧器94的燃料可以是高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气或以上三种的结合。
本发明的燃烧器94采用半无焰燃烧器，半无焰燃烧器燃烧的温度低，适用于高炉煤气等低热值燃料，这种燃烧器属于低氮燃烧器。
此外，热能循环装置6的烟风系统9采用循环烟气系统，仅部分烟气外排。采用循环烟气的目的是将换热后的烟气通过循环风机掺入原燃烧系统，可以大幅度降低炉膛烟气温度，确保过热器安全，同时也可以进一步降作氮氧化物产生。
参见图1、图2，本发明还提供了一种用于转炉余热蒸汽高效发电的方法，所使用的装置包括蓄热器4、过滤器5、热能循环装置6和除氧器13，具体过程如下，其特征在于：
（1）转炉余热蒸汽先通过蓄热器4变成连续压力波动较小的饱和蒸汽，温度为170~190℃；
（2）接着，经过滤器5过滤水分后送入热能循环装置6的过热器7内，同时高温仓6a内温度为600~650℃的高温烟气与过热器7内的蒸汽换热；
（3）换热后温度为370~380℃的过热蒸汽送至汽轮发电机10进行发电，换热后温度为300~350℃的烟气送至换热仓6b；
（4）发电后的低温低压蒸汽经凝汽器11冷却成凝结水，并通过凝结水泵12送往热能循环装置6的省煤器8中，与温度为300~350℃的烟气进行二次换热；
（5）二次换热后的蒸汽送入除氧器13，再通过加压泵15经回流管14送至转炉汽包3循环使用，二次换热后的烟气温度达到200~250℃，此烟气一部分通过循环风机91加压后经循环风阀92送回高温仓6a内与燃烧器94产生的高温烟气混合循环利用，另一部分经排烟阀93由排烟管17向外排至排气烟囱18。
其中，本发明的核心是热能循环装置6，热能循环装置6的燃料采用高炉煤气，其运行流程是高炉煤气与空气通过煤气管道19和空气管道20进入燃烧器94内，并在燃烧器94中进行燃烧，生成的高温烟气与循环风机91加压过来的烟气混合，控制炉膛温度，混合后的烟气温度为600~650℃，首先与过热器7内的蒸汽进行换热，使其达到370~390℃，经过换热后的烟气为300~350℃，将其与省煤器8进行二次换热，进一步降至200~250℃，再通过循环风机91加压一部分外排，另一部分送至炉膛继续循环使用。
本发明的装置通过调整煤气量，可以控制加热后的蒸汽温度；通过控制循环风机的风量，可以控制过热器的管壁温度，从而保证过热器的运行安全。另外，采用蓄热器、过滤器和热能循环装置相结合的方式，可以将转炉汽化烟道上产生的间隙的、不稳定的饱和蒸汽转变成稳定的、连续的高品质过热蒸汽，大幅度提高转炉余热蒸汽发电效率，与饱和蒸汽发电相比可提高60%以上，发电汽耗通常小于5kWh/ kg，而且避免了饱和蒸汽的水份损坏汽轮机叶片，大幅度降低了停机次数和检修工作量。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
