一種鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)及鍋爐補水預熱方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于低溫余熱利用【技術領域】。本發(fā)明的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)，包括鍋爐系統(tǒng)，還包括高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)(9)，所述高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)(9)包括沖渣水換熱器(91)和沖渣水過濾器(92)；所述沖渣水換熱器(91)的加熱水進口通過凝結(jié)水泵(3)與凝汽器(2)相連通；所述沖渣水換熱器(91)的加熱水出口與除氧器(4)相連通；所述沖渣水過濾器(92)的高爐沖渣水進口與沖渣水水池相連通；所述沖渣水過濾器(92)的高爐沖渣水出口與沖渣水換熱器(91)相連通。本發(fā)明通過預熱鍋爐補水，使得原本廢棄的冷凝熱被回收，大量地、穩(wěn)定地、有效地進入了工廠的能源體系中；節(jié)約了燃料，節(jié)約了資源，保護了環(huán)境。
【專利說明】一種鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)及鍋爐補水預熱方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于低溫余熱利用【技術領域】，具體地，涉及一種鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)及鍋爐補水預熱方法。

【背景技術】
[0002]鋼鐵生產(chǎn)流程中主要包括煉鐵、煉鋼和軋鋼工序，其中煉鐵工序的能量消耗占整個鋼鐵生產(chǎn)流程的70%以上，而煉鐵工序的能耗去處主要有三個方面，即鐵水、高爐煤氣以及高爐渣。溫度1400?1500°C的高爐渣蘊含著巨大的余熱資源，目前都是采用水淬方法造粒、冷卻處理，產(chǎn)生大量的80?95°C甚至沸騰的沖渣水，同時也產(chǎn)生大量的常壓蒸汽，這部分低溫余熱資源約占高爐工序余熱資源總量的35%，目前很多致力于高爐沖渣水的余熱利用，大多是用于冬季采暖，沖渣水的余熱利用受季節(jié)和地域限制，一般在北方地區(qū)只有3?5個月時間可以利用，其余時間基本都是白白浪費，南方地區(qū)基本全年處于閑置浪費狀態(tài)，余熱利用率低。
[0003]目前，高爐基本都相應配有燃氣鍋爐，燃用高爐煤氣或混合煤氣以產(chǎn)生蒸汽，然后產(chǎn)生的蒸汽用于高爐汽動鼓風、發(fā)電或者其他。在汽水循環(huán)系統(tǒng)中，低于45°C的冷凝水通過凝結(jié)水泵加壓后依次進入軸封加熱器、低壓加熱器、除氧器，或者通過凝結(jié)水泵加壓后直接進入除氧器，在除氧器通過中壓蒸汽升溫，然后進入鍋爐省煤器。對于中溫中壓鍋爐，一般冷凝水在軸封加熱器位置升溫O?2°C，在低壓加熱器位置升溫到60?70°C，進入除氧器后加熱到102?105°C ;對于高溫高壓鍋爐，一般將冷凝水在軸封加熱器加熱I?2°C，經(jīng)過低壓加熱器加熱到110°C左右，然后進入除氧器升溫到150°C左右。一般將冷凝水加熱到102?105°C或者加熱到150°C左右，其過程所消耗熱量約占整個鍋爐燃煤氣產(chǎn)生熱量的5 ?10%。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對上述問題，提出一種有效利用低品質(zhì)余熱余能的方式。具體來說本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種利用高爐沖渣水的熱量用于鍋爐補水預熱的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)，將回收到的低品位熱能作為較高品位能源的預熱手段，結(jié)構(gòu)簡單合理，使冷卻熱量得以高效地、大量地、順利地進入工廠的能源系統(tǒng)中，以充分提高低品位的沖渣水的余熱利用率，該方法利用高爐沖渣水余熱不受季節(jié)和地域限制，可以減少除氧器中高品位蒸汽的消耗量、代替或者部分代替低壓加熱器，以實現(xiàn)節(jié)能減排、挖潛增效的目的。
[0005]本發(fā)明提供的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)，包括鍋爐系統(tǒng)，所述鍋爐系統(tǒng)包括凝汽器2、凝結(jié)水泵3以及除氧器4，所述鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)還包括高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)9，所述高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)9包括沖渣水換熱器91和沖渣水過濾器92 ；
[0006]所述沖渣水換熱器91的加熱水進口通過凝結(jié)水泵3與凝汽器2相連通；所述沖渣水換熱器91的加熱水出口與除氧器4相連通。
[0007]所述沖渣水過濾器92的高爐沖渣水進口通過管道與外部沖渣水水池相連通；所述沖渣水過濾器的高爐沖渣水出口與沖渣水換熱器91相連通。
[0008]具體地，所述沖渣水換熱器的加熱水出口通過管道及閥門與鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)的除氧器連通；所述沖渣水換熱器的加熱水進口通過管道及閥門與鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)的凝汽器連通。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)，所述沖渣水換熱器91的加熱水出口與除氧器4之間可以增設低壓加熱器10并通過低壓加熱器相連通。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)，所述沖渣水換熱器91還包括高爐沖渣水循環(huán)通道，所述高爐沖渣水循環(huán)通道的進口端與高爐沖渣水過濾器92的出口端相連通，所述高爐沖渣水過濾器92的進口端與高爐渣處理系統(tǒng)的沖渣水池相連通；所述沖渣水過濾器92具有自清洗功能，清洗返水與高爐渣處理系統(tǒng)的沖渣水池相連通；所述高爐沖渣水循環(huán)通道的出口端與沖渣水池相連通。進一步地，所述渣水回收處理系統(tǒng)可以與高爐渣處理系統(tǒng)為同一系統(tǒng)，即沖渣水循環(huán)通道的沖渣水回水管與高爐渣處理系統(tǒng)的沖渣水池相連通。
[0011]本發(fā)明還提了基于上述鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)的鍋爐補水預熱方法，具體包括以下步驟:
[0012]I)將沖渣水換熱器的加熱水進口通過凝結(jié)水泵與鍋爐系統(tǒng)的凝汽器相連通；將沖渣水換熱器的加熱水出口與鍋爐系統(tǒng)的除氧器相連通；
[0013]2)將來自高爐渣處理系統(tǒng)的沖渣水作為熱源，用于加熱來自凝汽器的冷凝水，加熱后的水通過除氧器送入鍋爐系統(tǒng)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的鍋爐補水預熱方法，沖渣水換熱器的加熱水出口還可以通過低壓加熱器與鍋爐系統(tǒng)的除氧器相連通，加熱后的水通過低壓加熱器送入鍋爐系統(tǒng)。
[0015]按上述技術方案，來自鍋爐的凝汽器的低溫冷凝水，經(jīng)過凝結(jié)水泵后，通過管道進入高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)的沖渣水換熱器，在沖渣水換熱器中和沖渣水進行熱交換，升溫至60~75°C后通過管道進入鍋爐除氧器或者低壓加熱器。
[0016]本發(fā)明的有益效益是:利用本發(fā)明的高爐沖渣水余熱利用技術對鍋爐補水進行預熱，解決了沖渣水的余熱利用受季節(jié)和地域限制，余熱利用率偏低的難題；通過預熱鍋爐補水，使得原本廢棄的冷凝熱被回收，大量地、穩(wěn)定地、有效地進入了工廠的能源體系中；節(jié)約了燃料，節(jié)約了資源，保護了環(huán)境。此外，高爐沖渣水的熱量經(jīng)回收利用后，水溫降低，利于高爐沖渣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是現(xiàn)有的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
[0019]附圖標識
[0020]1、蒸汽輪機 2、凝汽器 3、凝結(jié)水泵4、除氧器
[0021]5、給水泵 6、省煤器 7、蒸發(fā)器 8、過熱器
[0022]9、高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)10、低壓加熱器
[0023]91、沖渣水換熱器92、沖渣水過濾器

【具體實施方式】
[0024]下面以【具體實施方式】來對本發(fā)明進行詳細描述:
[0025]本發(fā)明的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)，包括鍋爐系統(tǒng)，所述鍋爐系統(tǒng)包括凝汽器2、凝結(jié)水泵3以及除氧器4，所述鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)還包括高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)9，所述高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)9，包括沖渣水換熱器91和沖渣水過濾器92 ;所述沖渣水換熱器91的加熱水進口通過凝結(jié)水泵3與凝汽器2相連通；所述沖渣水換熱器91的加熱水出口與除氧器4相連通。當使用高溫高壓鍋爐時，所述沖渣水換熱器91的加熱水出口與除氧器4之間通過低壓加熱器10相連通。所述沖渣水過濾器92的高爐沖渣水進口通過管道與外部沖渣水水池相連通；所述沖渣水過濾器的高爐沖渣水出口與沖渣水換熱器91相連通。
[0026]在本發(fā)明的汽水循環(huán)系統(tǒng)中，來自蒸汽輪機I的蒸汽經(jīng)凝汽器2冷凝后形成冷凝水，冷凝水通過凝結(jié)水泵3加壓后進入高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)9，然后通過低壓加熱器10或直接進入除氧器4，在除氧器通過中壓蒸汽升溫，然后經(jīng)給水泵5進入鍋爐系統(tǒng)的省煤器6，并進一步在鍋爐系統(tǒng)內(nèi)依次經(jīng)過蒸發(fā)器7和過熱器8后重新形成水蒸汽，經(jīng)由蒸汽輪機I用于發(fā)電機或鼓風機工作。
[0027]實施例1現(xiàn)有鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)的能量消耗
[0028]如圖1，在傳統(tǒng)余熱鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)中，來自汽輪機的蒸汽通過凝汽器冷凝后變?yōu)橐簯B(tài)水，即所謂的冷凝水，溫度在10?45°C之間，冷凝水通過凝結(jié)水泵送入到除氧器中，升溫到104°C進行除氧，之后給水進入鍋爐。其中，在除氧器位置，為了獲得104°C的水溫，需要消耗蒸汽提溫。由于給水在進除氧器前溫度較低，為了獲得良好的給水除氧效果，除氧器的蒸汽用量必然較大。下面以某廠130t/h余熱鍋爐為例，分析除氧過程中能量消耗。
[0029]130t/h鍋爐參數(shù)為:蒸發(fā)量130t/h，蒸汽壓力3.83MPa，蒸汽溫度為450°C的中溫中壓燃氣鍋爐，給水溫度104°C，給水壓力5.SMPa ;進入除氧器的冷凝水溫度為40°C，蒸汽壓力為0.981Mpa，溫度為305°C ;除氧器內(nèi)工作溫度為0.12Mpa，104°C。則冷凝水在除氧器由40°C吸收蒸汽熱量升溫變?yōu)?04°C的飽和水每小時需吸收熱量:
[0030]Q' = (439.36-167.45) X 130X 1000 = 35348.3X 16J
[0031]——40°C時給水的焓值為:167.45kJ/kg。
[0032]——壓力為0.12Mpa，溫度為104°C的飽和水的焓值為:439.36kJ/kg。
[0033]每小時需消耗蒸汽量:
[0034]W = 35348.3 X 16J+ (3063.8 X 13 — 439.36 X 13) = 13.47t
[0035]——壓力為0.981Mpa，溫度為305°C的蒸汽的焓值為:3063.8kJ/kg。
[0036]壓力為0.12MPa、溫度為104°C的飽和水進入鍋爐吸收熱量升溫變?yōu)閴毫?.6MPa、435°C的蒸汽每小時需吸收熱量:
[0037]Q" = (3305 — 439.36) X 130X 1000 = 372533.2 X 16J
[0038]——壓力為3.6Mpa，溫度為435°C的蒸汽的焓值為:3305kJ/kg。
[0039]則40°C的冷凝水變?yōu)?.6MPa、435°C的蒸汽每小時共需吸收熱量:
[0040]Q = Q' +Qw = 35348.3X 106+372533.2X 16 = 407881.5X 16J
[0041]其中V占Q比例約為:35348.3 + 407881.5 = 8.67%，這部分熱量全部由鍋爐燃煤氣提供。
[0042]實施例2本發(fā)明的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)的能量消耗
[0043]如圖2，采用本發(fā)明提及的技術，來自汽輪機的蒸汽通過凝汽器后變?yōu)闇囟葹?0?45°C的液態(tài)水，冷凝水通過凝結(jié)水泵送入到?jīng)_渣水換熱系統(tǒng)中，和80?95°C的沖渣水進行熱交換，溫度升至60?75°C，然后從沖渣水換熱系統(tǒng)中流出，進入除氧器，在除氧器中通過蒸汽提溫至104°C進行除氧，之后給水進入鍋爐。由于給水在進除氧器前溫度升至60?75°C，因此，達到同樣除氧效果下，相比傳統(tǒng)方式消耗的能量要少。下面以某廠130t/h余熱鍋爐為例，分析此種技術方案除氧過程中的能量消耗。
[0044]130t/h鍋爐參數(shù)、進入除氧器蒸汽參數(shù)、除氧器內(nèi)工作參數(shù)和傳統(tǒng)方式相同，進入除氧器的冷凝水由于在沖渣水換熱系統(tǒng)已經(jīng)升溫，溫度為65°C。則冷凝水在除氧器由65°C吸收蒸汽熱量升溫變?yōu)?04°C的飽和水每小時需吸收熱量:
[0045]Q, = (439.36-272.03) X 130X1000 = 21752.9 X 16J
[0046]——65°C時給水的焓值為:272.03kJ/kg
[0047]——壓力為0.12MPa,溫度為104°C的飽和水的焓值為:439.36kJ/kg
[0048]每小時需消耗蒸汽量:
[0049]W = 21752.9 X 16J+ (3063.8 X 103_439.36 X 13) = 8.29t
[0050]——壓力為0.981Mpa，溫度為305°C的蒸汽的焓值為:3063.8kJ/kg。
[0051]壓力為0.12MPa、溫度為104°C的飽和水進入鍋爐吸收熱量升溫變?yōu)閴毫?.6MPa、435°C的蒸汽每小時需吸收熱量:Q" = 372533.2X 106J。
[0052]則40°C的冷凝水變?yōu)?.6MPa、435°C的蒸汽每小時需由鍋爐提供熱量:
[0053]Q = Q' +Q" = 21752.9X 106+372533.2XlO6 = 394286.1XlO6J
[0054]其中Q'占 Q 比例約為:21752.9 + 394286.1 = 5.52%。
[0055]采用本發(fā)明的鍋爐補水預熱技術后，實際上就是把冷凝水從40°C升到65°C所需消耗的能源，這部分熱量由回收高爐沖渣水的能量提供，而不需要蒸汽提供能量，也就是不需要鍋爐提供，從而減少除氧氣耗。65°C的水升溫至104°C的飽和水所需的能量仍由蒸汽提供。鍋爐補水在除氧器位置節(jié)省能源率約為:(13.47-8.29)+13.47 = 38.46%。而對于鍋爐系統(tǒng)，達到相同效果所需提供的熱量由傳統(tǒng)條件下的407881.5X 16J降為394286.1 X 16J,減少熱量供應約為:(394286.1 X 16J — 407881.5 X 16) +407881.5 X 16=3.33%，相當于鍋爐燃煤氣量減少3.33%。
[0056]本發(fā)明中來自高爐沖渣水的水溫根據(jù)區(qū)域和季節(jié)的不同，高爐沖渣水水溫會在80?95°C之間波動，導致預熱后的冷凝水升溫幅度亦產(chǎn)生波動，當高爐沖渣水溫度高，冷凝水升溫幅度大時，節(jié)能效率會高一些，當高爐沖渣水溫度低，冷凝水升溫幅度小時，節(jié)能率會低一些。
[0057]當然，本發(fā)明還可以有多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據(jù)本發(fā)明的公開做出各種相應的改變和變型，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)，包括鍋爐系統(tǒng)，所述鍋爐系統(tǒng)包括凝汽器(2)、凝結(jié)水泵(3)以及除氧器(4)，其特征在于，所述鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)還包括高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)(9)，所述高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)(9)包括沖渣水換熱器(91)和沖渣水過濾器(92)； 所述沖渣水換熱器(91)的加熱水進口通過凝結(jié)水泵(3)與凝汽器(2)相連通；所述沖渣水換熱器(91)的加熱水出口與除氧器⑷相連通； 所述沖渣水過濾器(92)的高爐沖渣水進口與沖渣水水池相連通；所述沖渣水過濾器(92)的高爐沖渣水出口與沖渣水換熱器(91)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述沖渣水換熱器(91)的加熱水出口與除氧器⑷之間通過低壓加熱器(10)相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，沖渣水換熱器(91)還包括高爐沖渣水循環(huán)通道，所述高爐沖渣水循環(huán)通道的進口端與高爐沖渣水過濾器(92)的出口端相連通；所述高爐沖渣水循環(huán)通道的出口端與沖渣水池相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3述的鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述渣水回收處理系統(tǒng)為高爐渣處理系統(tǒng)。
5.一種基于權(quán)利要求1-4任一所述鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)的鍋爐補水預熱方法，包括以下步驟: 1)將沖渣水換熱器的加熱水進口通過凝結(jié)水泵與鍋爐系統(tǒng)的凝汽器相連通；將沖渣水換熱器的加熱水出口與鍋爐系統(tǒng)的除氧器相連通； 2)將來自高爐渣處理系統(tǒng)的沖渣水作為熱源，用于加熱來自凝汽器的冷凝水，加熱后的水通過除氧器送入鍋爐系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍋爐補水預熱方法，其特征在于，沖渣水換熱器的加熱水出口通過低壓加熱器與鍋爐系統(tǒng)的除氧器相連通，加熱后的水通過低壓加熱器送入鍋爐系統(tǒng)。
【文檔編號】C21B3/08GK104075308SQ201410317337
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】商福成, 孫建軍, 陳力軍, 楊州, 許振興, 周亮文, 劉美, 李傳瑾, 林七女, 劉春燕 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司