本发明涉及钢铁行业的节能技术领域，尤其涉及基于多压模式的电炉烟气余热利用系统。
背景技术：
在电炉冶炼的过程中，会产生大量的高温烟气。这些高温烟气不仅带走了大量的热能，而且还会影响下游除尘设备的运行，进而带来环境污染问题。
近年来，随着钢铁企业对节能减排的日益重视，如何将炼钢工序高温烟气中的显热充分回收，变“废”为宝，已经成为炼钢企业日益关心的问题。
目前，工程上对于电炉烟气的余热回收都采用单压余热回收方式，这种余热回收方式存在一个问题，即烟气余热利用受到一定限制，一般在200℃左右，仍然存在较大的利用空间。另一方面，由于烟气温度非常高，而汽水侧温度较低，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。
对此，本发明拟构建一种基于多压余热回收模式的电炉烟气余热利用方案，充分回收电炉烟气的余热并加以合理利用，可产生较为可观的经济收益，具有重要的实用意义。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于多压模式的电炉烟气余热利用系统，包括从电炉1上方的水冷弯头2的烟气出口沿烟气流动方向依次连通的第一汽化冷却烟道3、第二汽化冷却烟道4、燃烧沉降室5、第三汽化冷却烟道6和余热锅炉8，余热锅炉8中的高压蒸发器81、高压省煤器82、中压蒸发器83、中压省煤器84、低压蒸发器85沿着烟气流动方向顺次布置，所述烟气余热利用系统又根据工作压力不同分成低压汽水系统、中压汽水系统、高压汽水系统，其中，所述低压汽水系统用于第一汽化冷却烟道3和燃烧沉降室5的炉门51，由低压锅筒9供应给水，从而产生低压蒸汽；而所述中压汽水系统用于吸收余热锅炉8的中压段的烟气热量，由中压锅筒10供应给水，从而产生中压蒸汽；所述高压汽水系统用于冷却第二汽化冷却烟道4、燃烧沉降室5的炉盖52、第三汽化冷却烟道6、余热锅炉8的高压段，由高压锅筒11供应给水，从而产生高压蒸汽，所述高压锅筒的出汽口与第一蓄热器的进汽口相连，所述中压锅筒的出汽口与第二蓄热器的进汽口相连；所述第一蓄热器的出汽口与过热烟道中的第一过热器的进汽口相连，所述第二蓄热器的出汽口与过热烟道中的第二过热器的进汽口相连；所述第一过热器的出汽口与所述汽轮机的主蒸汽进口相连，所述第二过热器的出汽口与所述汽轮机的补汽进口相连，其中，过热烟道是单独设置的燃烧炉烟道，或钢厂其他冶炼工序上的高温烟道。
优选地，所述低压汽水系统包括低压锅筒9、低压循环泵12，所述低压锅筒9通过第一下降管91与低压循环泵12连接，所述低压循环泵12的出水管路分支为两路，一路与第一汽化冷却烟道3的进水口连通，另一路与燃烧沉降室5的炉门51的汽化冷却装置进水口连通，所述第一汽化冷却烟道3的出汽口、所述燃烧沉降室5的炉门51的汽化冷却装置的出汽口与所述低压锅筒9的上升管口连通，并且，所述低压锅筒9通过第二下降管94与所述余热锅炉8中的低压蒸发器85的进水口连通，所述低压蒸发器85的出汽口与所述低压锅筒9的上升管口连通；所述中压汽水系统包括中压锅筒10、中压给水泵13，所述低压锅筒9通过第一出水管93与中压给水泵13连接，所述中压给水泵13的出水管路与所述余热锅炉8中的中压省煤器84的进水口连通，所述中压省煤器84的出水口与所述中压锅筒10的进水口连通，并且所述中压锅筒10通过第三下降管101与所述余热锅炉8中的中压蒸发器83的进水口相连，所述中压蒸发器的出汽口与所述中压锅筒的上升管口连通，形成一个自然循环回路；所述高压汽水系统包括高压锅筒11、高压给水泵14、高压循环泵15，所述低压锅筒9通过第二出水管92与高压给水泵14连接，所述高压给水泵14的出水口与所述余热锅炉8中的高压省煤器82的进水口连通，所述高压省煤器的出水口与所述高压锅筒11的进水口连通；所述高压锅筒11通过第四下降管111与所述高压循环泵15连接，所述高压循环泵的出口管道分为多个支路，分别与所述第二汽化冷却烟道的进水口、所述第三汽化冷却烟道的进水口以及燃烧沉降室的炉盖的汽化冷却装置的进水口连通，所述第二汽化冷却烟道的出汽口、所述第三汽化冷却烟道的出汽口以及燃烧沉降室的炉盖的汽化冷却装置的出汽口均通过管道与所述高压锅筒11的上升管口连通，形成闭式强制循环回路，所述高压锅筒通过第五下降管112与所述余热锅炉8中的高压蒸发器的进水口相连，所述高压蒸发器81的出汽口与所述高压锅筒的上升管口连通，形成一个自然循环回路。
优选地，所述低压锅筒的上方还安装有除氧器，低压锅筒兼作除氧水箱。
优选地，第三汽化冷却烟道和余热锅炉之间设置有对流烟道，所述对流烟道中设置有对流换热器，所述高压循环泵的出水管道上分出一个支路与所述对流烟道中的对流换热器的进水口相连，所述对流烟道中的对流换热器的出汽口通过管道与所述高压锅筒的上升管口相连。
优选地，所述凝汽器设置有补水口，以补充余热利用系统损失掉的汽水。
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基于多压模式的电炉烟气余热利用系统的示意图。
其中，电炉1、水冷弯头2、第一汽化冷却烟道3、第二汽化冷却烟道4、燃烧沉降室5、第三汽化冷却烟道6、对流烟道7、余热锅炉8(内含高压蒸发器81、高压省煤器82、中压蒸发器83、中压省煤器84、低压蒸发器85、凝结水预热器86)、低压锅筒9、中压锅筒10、高压锅筒11、低压循环泵12、中压给水泵13、高压给水泵14、高压循环泵15、第一蓄热器16、第二蓄热器17、过热烟道18、第一过热器19、第二过热器20、汽轮机21、凝汽器22、凝结水泵23、发电机24、第一下降管91、第二出水管92、第一出水管93、第二下降管94、第三下降管101、管路102、管路103、第四下降管111、第五下降管112、管路113、管路114、管路115、管路116、管路117、管路118。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的基于多压模式的电炉烟气余热利用系统的实施例。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。需要说明的是，本发明所述高压、中压、低压是为了区分汽水系统的压力等级而进行的区分命名(如：高压蒸汽、中压蒸汽、低压蒸汽的压力分别设计为3.83MPa、1.6MPa、0.5MPa)，并非绝对高压(如9.81MPa)、绝对中压(如4.9MPa)、绝对低压(如0.8MPa)，并且，以下汽水流动方向均按图中箭头所示方向流动。
本发明提供一种基于多压模式的电炉烟气余热利用系统，包括沿烟气流动方向依次连通的第一汽化冷却烟道3、第二汽化冷却烟道4、燃烧沉降室5、第三汽化冷却烟道6和余热锅炉8，其中，第一汽化冷却烟道3的烟气入口和电炉1上方的水冷弯头2的烟气出口连通。烟气沿图1中箭头A方向流通动。余热锅炉8中的高压蒸发器81、高压省煤器82、中压蒸发器83、中压省煤器84沿着烟气流动方向顺次布置。所述烟气余热利用系统又根据工作压力不同分成低压汽水系统、中压汽水系统、高压汽水系统。其中，为保证处于高温端的第一汽化冷却烟道3的快速冷却，并考虑到燃烧沉降室5的炉门51的活动性，第一汽化冷却烟道3和燃烧沉降室5的炉门51冷却采用低压汽水系统，其给水由低压锅筒9提供，从而产生低压蒸汽；而第二汽化冷却烟道4、燃烧沉降室5、第三汽化冷却烟道6、余热锅炉8的高压段则采用高压汽水系统，其给水由高压锅筒供应，从而产生高压蒸汽；余热锅炉8的中压段采用中压汽水系统，其给水由中压锅筒10来供应，从而产生中压蒸汽。而经过余热锅炉处理的烟气则沿箭头B方向进入下游的除尘设施。所述高压锅筒11、中压锅筒10出口的蒸汽分别经过蓄热器、过热器处理后与汽轮机21配合完成余热利用。具体地说，所述高压锅筒11的出汽口与第一蓄热器16的进汽口相连，所述中压锅筒10的出汽口与第二蓄热器17的进汽口相连；所述第一蓄热器16的出汽口与所述过热烟道18中的第一过热器19的进汽口相连，所述第二蓄热器17的出汽口与所述过热烟道18中的第二过热器20的进汽口相连。过热烟道18可以是单独设置的燃烧炉烟道，也可以是借用或共用钢厂其他冶炼工序上的高温烟道，如加热炉尾部烟道，环冷机余热锅炉烟道等。高温烟气沿箭头C方向进入过热烟道18内，汽轮机21采用补汽凝汽式汽轮机，所述第一过热器19的出汽口与所述汽轮机21的主蒸汽进口相连，所述第二过热器20的出汽口与所述汽轮机21的补汽进口相连。所述汽轮机21可用于驱动发电机24发电，也可用于拖动风机或水泵做功。以上所述高压锅筒、中压锅筒、低压锅筒中的锅筒亦称汽包，是余热锅炉中最重要的受压元件。
下面详细说明该多压模式的电炉烟气余热利用系统的高压汽水系统、中压汽水系统、低压汽水系统。从电炉1上方的水冷弯头2的烟气出口沿烟气流动方向依次连通有第一汽化冷却烟道3、第二汽化冷却烟道4、燃烧沉降室5、第三汽化冷却烟道6和余热锅炉8。余热锅炉8中又包括多个蒸发器和省煤器，其中，高压蒸发器81、高压省煤器82、中压蒸发器83、中压省煤器84、低压蒸发器85沿着烟气流程顺次流通。低压蒸发器85用于进一步回收烟气余热，产生低压蒸汽，并与第一汽化冷却烟道3和燃烧沉降室5的炉门51的冷却装置产生的低压蒸汽一起作为除氧蒸汽。
所述低压汽水系统包括低压锅筒9、低压循环泵12，所述低压锅筒通过第一下降管91与低压循环泵12连接，所述低压循环泵12的出水管路分支为两路，一路与所述第一汽化冷却烟道3的进水口连通，另一路与所述燃烧沉降室5的炉门51的汽化冷却装置的进水口连通。所述第一汽化冷却烟道3的出汽口、所述燃烧沉降室5的炉门51的汽化冷却装置的出汽口与所述低压锅筒9的上升管口连通，并且所述低压锅筒9通过第二下降管94与所述余热锅炉中的低压蒸发器的进水口连通，所述低压蒸发器的出汽口与所述低压锅筒的上升管口连通。
所述中压汽水系统包括中压锅筒10、中压给水泵13，所述低压锅筒9通过第一出水管93与中压给水泵13连接，所述中压给水泵13的出水管路与所述余热锅炉8中的中压省煤器84的进水口连通，所述中压省煤器84的出水口通过管路102与所述中压锅筒10的进水口连通，并且所述中压锅筒10通过第三下降管101与所述余热锅炉8中的中压蒸发器83的进水口相连，所述中压蒸发器83的出汽口通过管路103与所述中压锅筒10的上升管口连通，形成一个自然循环回路；
所述高压汽水系统包括高压锅筒11、高压给水泵14、高压循环泵15，所述低压锅筒9通过第二出水管92与高压给水泵14连接，所述高压给水泵14的出水口与所述余热锅炉8中的高压省煤器82的进水口连通，所述高压省煤器82的出水口通过管路113与所述高压锅筒11的进水口连通；所述高压锅筒11通过第四下降管111与所述高压循环泵15连接，所述高压循环泵15的出口管道分为多个支路，分别与所述第二汽化冷却烟道4的进水口、所述燃烧沉降室5的炉盖52的汽化冷却装置进水口、所述第三汽化冷却烟道6的进水口连通。所述第二汽化冷却烟道4的出汽口通过管路117与所述高压锅筒11的上升管口连通、所述第三汽化冷却烟道6的出汽口通过管路115与所述高压锅筒11的上升管口连通、所述燃烧沉降室5的炉盖52的汽化冷却装置的出汽口通过管路116与所述高压锅筒11的上升管口连通，从而形成闭式强制循环回路。所述高压锅筒11通过第五下降管112与所述余热锅炉8中的高压蒸发器81的进水口相连，所述高压蒸发器81的出汽口通过管路118与所述高压锅筒11的上升管口连通，形成一个自然循环回路，所述高压锅筒11、中压锅筒10的出汽口结合蓄热器、过热器配合补汽凝汽式汽轮机21完成余热利用。
本发明的烟气余热利用系统具有高压、中压、低压系统，不仅通过大幅降低电炉余热利用系统的排烟温度进而从“量”上回收电炉烟气余热，而且按照能量品位高低设计换热系统进而从“质”上回收电炉烟气余热，实现了能源梯级优化利用。
此外，所述低压锅筒9还设置有除氧器95，除氧器95安装于低压锅筒9上方，这样低压锅筒9可以兼作除氧水箱。
此外，余热锅炉还设置有凝结水预热器86，该凝结水预热器86设置在余热锅炉8的低压蒸发器85的烟气侧下游，经过省煤器降温后的烟气余热用来对汽轮机21来的凝结水进行预热，不仅进一步吸收了烟气余热，提高余热回收系统的热经济性，而且还可降低进入下游除尘设施的烟气温度。
此外，第三汽化冷却烟道6和余热锅炉8之间设置有一级对流烟道7，所述对流烟道中设置有对流换热器，所述高压循环泵15的出水管道上分出一个支路与所述对流烟道7中的对流换热器的进水口相连，所述对流烟道7中的对流换热器的出汽口通过管路114与高压锅筒11的上升管口相连。
此外，所述第一汽化冷却烟道3、第二汽化冷却烟道4、第三汽化冷却烟道6都可以是单独的一段汽化冷却烟道，或者是多段汽化冷却烟道的组合。
此外，所述第一汽化冷却烟道3可以采用移动式烟道，所述第二汽化冷却烟道4和第三汽化冷却烟道6采用固定式烟道，所述第一汽化冷却烟道3的烟气进口端与所述水冷弯头2的烟气出口端连通且有预设的间隙，该间隙可以调整来控制吸入的空气量。所述第一汽化冷却烟道3的烟气出口端与所述第二汽化冷却烟道4的烟气进口端连通；所述第一汽化冷却烟道3和牵引装置(未示出)连接，该牵引装置可驱动第一汽化冷却烟道3进行水平移动，而第一汽化冷却烟道3的烟气出口端则贴在所述第二汽化冷却烟道4的烟气进口端上水平移动，从而控制第一汽化冷却烟道3与水冷弯头2之间的间隙，进而实现炉气燃烧空气量的调节。
此外，所述凝汽器设置有补水口，以补充余热利用系统损失掉的汽水。
此外，汽轮机21的排汽管道和所述凝汽器22相连，所述凝汽22与所述凝结水泵23、余热锅炉8中的凝结水预热器86、低压锅筒9的除氧器95的进水口沿凝结水流程依次相连。不仅进一步吸收了烟气余热，提高余热回收系统的热经济性，而且还可降低进入下游除尘设施的烟气温度，有利于除尘设施的安全运行，并改善其运行环境，延长其使用寿命。
本发明的有益效果在于：
(1)对电炉的高温烟气余热进行充分回收利用，首先通过汽化冷却的方式来回收电炉的高温烟气废热，然后通过对流烟道来进一步吸收烟气余热并降低烟气温度，以改善余热锅炉运行条件，最后通过余热锅炉的方式来回收电炉的烟气废热，将烟气温度降低到一定温度，不仅回收了余热，还可以为下游的除尘设施的安全运行提供条件。
(2)在整体布局时兼顾系统的安全性和热经济性，将汽水系统分为三个压力系统，不仅通过大幅降低电炉余热利用系统的排烟温度进而从“量”上回收电炉烟气余热，而且按照能量品位高低设计换热系统进而从“质”上回收电炉烟气余热，实现了能源梯级优化利用；此外，本发明整套余热利用系统的设计，以及各个设备之间的连接关系，均是综合系统的安全性和热经济性后的最优化布局。
(3)对余热锅炉内部的受热面进行优化设计，传统的余热锅炉一般将最后一级受热面设置成省煤器，而本发明在余热锅炉尾部增设了凝结水预热器，经过省煤器降温后的烟气余热用来对汽轮机来的凝结水进行预热，不仅进一步吸收了烟气余热，提高余热回收系统的热经济性，而且还可降低进入下游除尘设施的烟气温度，有利于除尘设施的安全运行，并改善其运行环境，延长其使用寿命。
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。