本實用新型涉及鋼鐵企業(yè)推鋼式加熱爐余熱回收領域，具體的是一種推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)，還是一種自然循環(huán)式蒸發(fā)器。

背景技術：

在鋼鐵生產企業(yè)的加熱爐環(huán)節(jié)，加熱爐內的支撐梁用于承托被加熱的鋼坯或型鋼，由于支撐梁直接與高溫的被加熱體接觸，因此需要對支撐梁進行冷卻以保護支撐梁不會因高溫環(huán)境而遭到破壞。目前基本采用向支撐梁內部通入飽和水汽化的方式進行冷卻。

同時，加熱爐的燃料燃燒后，會排出大量高溫煙氣。為了回收這些煙氣中的余熱，需要在加熱爐煙道中加入余熱回收裝置。加熱爐煙氣余熱回收裝置一般包括空氣預熱器、煤氣預熱器、蒸汽過熱器、蒸發(fā)器和省煤器等。

目前鋼鐵行業(yè)中采用的蒸發(fā)器均為強制循環(huán)方式，需要設置循環(huán)泵，通過循環(huán)泵對流體加壓，從而達到流體在蒸發(fā)器中流過吸收煙氣余熱的效果。

現(xiàn)有技術中的缺點是：這種余熱回收系統(tǒng)由于需要設置循環(huán)泵，占據空間較大，不利于余熱回收熱力系統(tǒng)的排布；同時由于設置了循環(huán)泵以及調節(jié)流量裝置，大幅增加了余熱回收系統(tǒng)的成本，加大了余熱回收系統(tǒng)推廣的難度。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有余熱回收熱力系統(tǒng)占據空間較大的不足，本實用新型提供了一種推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)和自然循環(huán)式蒸發(fā)器，該推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)中汽包與加熱爐支撐梁和蒸發(fā)器之間完全的通過自然循環(huán)進行推鋼式加熱爐煙氣余熱的回收，省去了強制循環(huán)泵以及流量控制裝置，具有布置緊湊節(jié)省空間、降低成本、節(jié)能降耗、便于操作等優(yōu)點。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)，包括汽包、加熱爐支撐梁和蒸發(fā)器，蒸發(fā)器設置于加熱爐煙道內，加熱爐支撐梁設置于加熱爐內，汽包與加熱爐支撐梁和蒸發(fā)器連接，加熱爐支撐梁能夠將該加熱爐內的部分熱量輸送至汽包內，蒸發(fā)器能夠將該加熱爐煙道內的部分熱量輸送至汽包內，汽包的位置高于加熱爐支撐梁的位置和蒸發(fā)器的位置。

汽包的出水口通過汽包出水管分別與加熱爐支撐梁的加熱爐支撐梁入口端以及蒸發(fā)器的蒸發(fā)器入口連接，蒸發(fā)器的蒸發(fā)器出口通過蒸發(fā)器回水管與汽包的回水口連接，加熱爐支撐梁的加熱爐支撐梁出口端通過加熱爐支撐梁回水管與汽包的回水口連接。

該推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)還包括蒸汽過熱器和蒸汽并網管道，蒸汽過熱器設置于該加熱爐煙道內，蒸汽并網管道的一端與汽包的蒸汽出口端連接，蒸汽并網管道經過蒸汽過熱器，蒸汽過熱器能夠將該加熱爐煙道內的部分熱量輸送至蒸汽并網管道中。

蒸汽過熱器設置在該加熱爐煙道內的高溫煙氣側，蒸發(fā)器設置在該加熱爐煙道內的低溫煙氣側。

該推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)還包括蒸汽引射管道，蒸汽引射管道的一端和蒸汽并網管道連接，蒸汽引射管道的一端位于蒸汽過熱器和蒸汽并網管道的另一端之間，蒸汽引射管道的另一端通過蒸汽引射支管分別與蒸發(fā)器回水管和加熱爐支撐梁回水管連接，蒸汽引射支管能夠在排汽時使蒸發(fā)器回水管和加熱爐支撐梁回水管中的流體向汽包中流動。

加熱爐支撐梁含沿爐長方向設置的橫支撐梁，加熱爐支撐梁入口端包括橫支撐梁的入口端，加熱爐支撐梁出口端包括橫支撐梁的出口端，沿爐長方向，橫支撐梁的入口端位于該橫支撐梁的兩端，橫支撐梁的出口端位于該橫支撐梁的中部。

一種自然循環(huán)式蒸發(fā)器，為上述蒸發(fā)器，該自然循環(huán)式蒸發(fā)器含有依次連接的蒸發(fā)器入口、蒸發(fā)器進水管、蒸發(fā)器進水集箱、蒸發(fā)器回水管、蒸發(fā)器回水集箱和蒸發(fā)器出口，蒸發(fā)器入口、蒸發(fā)器出口和蒸發(fā)器回水集箱均位于該自然循環(huán)式蒸發(fā)器的上部，蒸發(fā)器進水集箱位于該自然循環(huán)式蒸發(fā)器的下部，蒸發(fā)器回水管的外表面積大于蒸發(fā)器進水管的外表面積。

蒸發(fā)器進水管為一根立管，蒸發(fā)器回水管含有多根相互平行的立管，蒸發(fā)器進水管的外徑大于蒸發(fā)器回水管的外徑。

該自然循環(huán)式蒸發(fā)器的上部設有耐火材料支撐墩，蒸發(fā)器入口和蒸發(fā)器出口均位于耐火材料支撐墩的上方，蒸發(fā)器回水集箱和蒸發(fā)器出口之間的連接管線位于耐火材料支撐墩內，蒸發(fā)器回水集箱的上部位于耐火材料支撐墩內，蒸發(fā)器進水管穿過耐火材料支撐墩。

耐火材料支撐墩的上部邊緣設有護邊角鋼架，護邊角鋼架的兩側設有用于懸掛該自然循環(huán)式蒸發(fā)器的掛耳。

本實用新型的有益效果是：通過容器與加熱爐支撐梁及蒸發(fā)器間流體的高度差以及流體密度變化產生自然循環(huán)，可以不需要額外設置強制循環(huán)泵和相關的流量控制裝置，余熱回收熱力系統(tǒng)的結構更加緊湊，具有布置緊湊節(jié)省空間、降低成本、節(jié)能降耗、便于操作等優(yōu)點。本實用新型不但可以節(jié)省強制循環(huán)泵，還通過細節(jié)處理減少了系統(tǒng)中的流體阻力損失，有效地避免了自然循環(huán)中存在的因為循環(huán)不暢造成的局部過熱汽化現(xiàn)象。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。

圖1是該推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)的總體結構示意圖。

圖2是加熱爐支撐梁的結構示意圖。

圖3是自然循環(huán)式蒸發(fā)器的主視圖。

圖4是圖3中沿B-B方向的剖視圖。

圖5是圖3中沿A-A方向的剖視圖。

10、汽包；11、飽和蒸汽出口；12、蒸汽放散管道；13、蒸汽放散閘閥；

20、加熱爐支撐梁；21、加熱爐支撐梁入口端；22、加熱爐支撐梁出口端；23、加熱爐支撐梁連接口；24、加熱爐支撐梁連接管；25、橫支撐梁；

30、蒸發(fā)器；31、蒸發(fā)器入口；32、蒸發(fā)器出口；33、蒸發(fā)器進水管；34、蒸發(fā)器進水集箱；35、蒸發(fā)器回水管；36、蒸發(fā)器回水集箱；37、耐火材料支撐墩；38、護邊角鋼架；39、掛耳；

40、汽包出水管；

50、蒸發(fā)器回水管；51、加熱爐支撐梁回水管；

60、蒸汽并網管道；61、蒸汽并網閘閥；62、蒸汽止回閥；

70、蒸汽引射管道；71、蒸汽引射閘閥；72、蒸汽引射支管；

80、蒸汽過熱器；81、蒸汽過熱器入口端；82、蒸汽過熱器出口端；

90、廠區(qū)蒸汽管網。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。

一種推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)，包括汽包10、加熱爐支撐梁20和蒸發(fā)器30，蒸發(fā)器30設置于加熱爐煙道內，加熱爐支撐梁20設置于加熱爐內，汽包10與加熱爐支撐梁20和蒸發(fā)器30連接，加熱爐支撐梁20能夠將該加熱爐內的部分熱量輸送至汽包10內，蒸發(fā)器30能夠將該加熱爐煙道內的部分熱量輸送至汽包10內，汽包10的位置高于加熱爐支撐梁20的位置和蒸發(fā)器30的位置，如圖1所示。

汽包10的位置高于加熱爐支撐梁20的位置和蒸發(fā)器30的位置，具體高差需要根據工程實例進行熱力計算。通過容器(如汽包10)與加熱爐支撐梁20及蒸發(fā)器30間流體的高度差以及流體密度變化產生自然循環(huán)，可以不需要額外設置強制循環(huán)泵和相關的流量控制裝置，使余熱回收熱力系統(tǒng)的結構更加緊湊，達到節(jié)約空間和成本、回收系統(tǒng)內部熱量的目的。需要說明的是，本實施例中的蒸發(fā)器30的結構形式需要根據加熱爐煙氣產量、煙氣溫度、煙氣成分及空間位置進行計算和布置。

在本實施例中，汽包10的出水口通過汽包出水管40分別與加熱爐支撐梁20的加熱爐支撐梁入口端21以及蒸發(fā)器30的蒸發(fā)器入口31連接，蒸發(fā)器30的蒸發(fā)器出口32通過蒸發(fā)器回水管50與汽包10的回水口連接，加熱爐支撐梁20的加熱爐支撐梁出口端22通過加熱爐支撐梁回水管51與汽包10的回水口連接。加熱爐支撐梁20為空心結構，加熱爐支撐梁20內含有連通加熱爐支撐梁入口端21和加熱爐支撐梁出口端22的內通道。

在本實施例中，該推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)還包括蒸汽過熱器80和蒸汽并網管道60，蒸汽過熱器80設置于該加熱爐煙道內，蒸汽并網管道60的一端與汽包10的蒸汽出口端11連接，蒸汽并網管道60經過蒸汽過熱器80，蒸汽過熱器80能夠將該加熱爐煙道內的部分熱量輸送至蒸汽并網管道60中。蒸發(fā)器30和蒸汽過熱器80均可以采用現(xiàn)有市售產品，也可以采用改進型產品。

在本實施例中，蒸汽過熱器80設置在該加熱爐煙道內的高溫煙氣側，蒸發(fā)器30設置在該加熱爐煙道內的低溫煙氣側。即該加熱爐煙道內煙氣流動方向為先經過蒸汽過熱器80，再經過蒸發(fā)器30，然后排出，如圖1所示。另外，蒸發(fā)器30需要設置支撐組件，支撐組件固定于加熱爐煙道內，并與蒸發(fā)器30連接。根據加熱爐煙氣量、煙氣溫度、煙氣成分等參數，計算蒸發(fā)器30要滿足的換熱面積，并根據飽和水溫度特性確定流經蒸發(fā)器的流體的流量。

在本實施例中，該推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)還包括蒸汽引射管道70，蒸汽引射管道70的一端和蒸汽并網管道60連接，該蒸汽引射管道70的一端位于蒸汽過熱器80和蒸汽并網管道60的另一端之間，蒸汽引射管道70的另一端通過兩根蒸汽引射支管72分別與蒸發(fā)器回水管50和加熱爐支撐梁回水管51一一對應連接，蒸汽引射支管72能夠在排汽時使蒸發(fā)器回水管50和加熱爐支撐梁回水管51中的流體向汽包10中流動。

具體點，所述蒸汽引射支管72分別斜插入加熱爐支撐梁回水管51和蒸發(fā)器回水管50。蒸汽引射支管72要斜向上由加熱爐支撐梁回水管51和蒸發(fā)器回水管50的側壁插入管道，蒸汽流動方向與回水方向要呈現(xiàn)小于45°的銳角，以保證引射蒸汽的引射效果。通過蒸汽引射，可以有效地改善余熱回收系統(tǒng)內溫度較低時的自然循環(huán)。

在本實施例中，加熱爐支撐梁20含沿爐長方向設置的橫支撐梁25，加熱爐支撐梁入口端21包括橫支撐梁的入口端211，加熱爐支撐梁出口端22包括橫支撐梁的出口端221，沿爐長方向，橫支撐梁的入口端211位于該橫支撐梁的兩端，橫支撐梁的出口端221位于該橫支撐梁的中部，如圖2所示。這樣的設置縮短了循環(huán)回路的長度，減小了流體在支撐梁中的阻力損失，改善了自然循環(huán)的效果。

具體的，汽包10具有儲存循環(huán)水和分離蒸汽的功能，加熱爐支撐梁20設置在加熱爐內。汽包出水管40從汽包出水口引出，分別與加熱爐支撐梁入口端21和蒸發(fā)器入口31連通。加熱爐支撐梁回水管51從加熱爐支撐梁出口端22引出，與汽包10的回水口連通。蒸發(fā)器回水管50從蒸發(fā)器30的出口端32引出，與汽包10的回水口連通。蒸汽并網管道60，蒸汽并網管道60從汽包10的蒸汽出口端11引出，經過蒸汽過熱器80，進入廠區(qū)蒸汽管網90。蒸汽引射管道70從蒸汽并網管道60引出，分為蒸汽引射支管，蒸汽引射支管分別插入蒸發(fā)器回水管50和加熱爐支撐梁回水管51。

本實用新型實施例中的流體為飽和汽水混合物。汽包和加熱爐支撐梁20以及蒸發(fā)器30需要有一定的高度差，汽包要高于加熱爐支撐梁20以及蒸發(fā)器30。汽包內的飽和水通過流體輸入支線進入加熱爐支撐梁的入口端21和蒸發(fā)器30的入口端31，飽和水吸收加熱爐支撐梁和煙氣的熱量后，部分汽化形成飽和的汽水混合物，從加熱爐支撐梁的出口端22和蒸發(fā)器的出口端32經過流體輸出支線回到汽包的回水口，進入汽包。在汽包中，汽水混合物中的飽和蒸汽分離出來，從汽包的飽和蒸汽出口11引出，經過蒸汽過熱器80，進入蒸汽并網管道60。

蒸汽并網管道60的一端和汽包的飽和蒸汽出口11連接，蒸汽并網管道60的另一端和廠區(qū)蒸汽管網90連接。汽包產生的飽和蒸汽，進入過熱器80，加熱后的蒸汽除用于引射的蒸汽外，其余蒸汽通過蒸汽并網管道60進入廠區(qū)蒸汽管網90。余熱回收熱力系統(tǒng)還包括蒸汽并網閘閥61，蒸汽并網閘閥61設置在蒸汽并網管道60上。蒸汽并網閘閥61可以通過開啟和關閉來控制是否將余熱回收熱力系統(tǒng)產生的飽和蒸汽輸入廠區(qū)蒸汽管網。余熱回收熱力系統(tǒng)還包括蒸汽止回閥62，蒸汽止回閥62設置在蒸汽并網管道60上。通過蒸汽止回閥62的飽和蒸汽只能從汽包的飽和蒸汽出口11流向廠區(qū)蒸汽管網90，而不能從廠區(qū)蒸汽管網90流向汽包的飽和蒸汽輸出端口11。余熱回收熱力系統(tǒng)還包括蒸汽引射閘閥71，蒸汽引射閘閥71設置在蒸汽引射管道70上。蒸汽放散閘閥71可以通過開啟和關閉來控制是否對余熱回收熱力系統(tǒng)進行蒸汽引射。余熱回收熱力系統(tǒng)還包括蒸汽管網90，蒸汽并網管道70的出口端與蒸汽管網90連接。上述蒸汽管網90為下一工序的熱蒸汽使用器件。當加熱爐正常生產時，汽包產生的蒸汽經過蒸汽并網管線時，一部分蒸汽可以進入蒸汽引射主管；當加熱爐剛剛啟動時，爐溫不高，汽包尚未產生蒸汽時，廠區(qū)蒸汽管網的蒸汽可以進入蒸汽引射主管。

該推鋼式加熱爐自然循環(huán)余熱回收系統(tǒng)的工作過程如下：

當加熱爐啟動運行時，首先將汽包10的蒸汽放散閘閥13打開，將蒸汽引射閘閥71打開，將蒸汽并網閘閥61關閉。引射蒸汽通過蒸汽引射管道70進入蒸汽引射支管72，然后分別通入蒸發(fā)器回水管51和加熱爐支撐梁回水管52。汽包10中的水經過汽包出水管40分別流入加熱爐支撐梁20和蒸發(fā)器30，然后流體分別進入蒸發(fā)器回水管51和加熱爐支撐梁回水管52，之后在引射蒸汽的助推下，進入汽包10的回水口，完成循環(huán)過程。引射蒸汽隨流體進入汽包10后，通過蒸汽放散管道12排出余熱回收熱力系統(tǒng)，進入大氣。

一旦當加熱爐的爐溫達到正常生產狀態(tài)后，余熱回收熱力系統(tǒng)中的水吸收了加熱爐支撐梁和加熱爐煙氣中的熱量，部分汽化形成了汽水混合物，流體自身的密度差使余熱回收熱力系統(tǒng)中的自然循環(huán)建立，無需再借助蒸汽引射。此時，將汽包10的蒸汽放散閘閥13關閉，將蒸汽引射閘閥71關閉，將蒸汽并網閘閥61打開。汽包10中產生的飽和蒸汽，通過蒸汽并網管道60進入過熱器80加熱后，進入廠區(qū)蒸汽管網90。

從以上的描述中，可以看出，本實用新型上述的實施例實現(xiàn)了如下技術效果：通過容器與加熱爐支撐梁及蒸發(fā)器間流體的高度差以及流體密度變化產生自然循環(huán)，可以不需要額外設置強制循環(huán)泵和相關的流量控制裝置，余熱回收熱力系統(tǒng)的結構更加緊湊，達到節(jié)約空間和成本、回收系統(tǒng)內部熱量的目的。

下面介紹一種自然循環(huán)式蒸發(fā)器，該自然循環(huán)式蒸發(fā)器為上述蒸發(fā)器30，該自然循環(huán)式蒸發(fā)器含有依次連接的蒸發(fā)器入口31、蒸發(fā)器進水管33、蒸發(fā)器進水集箱34、蒸發(fā)器回水管35、蒸發(fā)器回水集箱36和蒸發(fā)器出口32，蒸發(fā)器入口31、蒸發(fā)器出口32和蒸發(fā)器回水集箱36均位于該自然循環(huán)式蒸發(fā)器的上部，蒸發(fā)器進水集箱34位于該自然循環(huán)式蒸發(fā)器的下部，蒸發(fā)器回水管35的外表面積大于蒸發(fā)器進水管33的外表面積，如圖3至圖5所示。

該自然循環(huán)式蒸發(fā)器由下部集中供水，流體經過管束在煙氣中換熱后，由蒸發(fā)器上部分散出水。這種蒸發(fā)器結構可以減小流體通過蒸發(fā)器受到的阻力，進一步實現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)自然循環(huán)。該自然循環(huán)式蒸發(fā)器安裝在加熱爐煙道內，循環(huán)水通過蒸發(fā)器進水管33進入蒸發(fā)器，之后通過蒸發(fā)器回水管35流出。蒸發(fā)器采用集中進水分散回水的結構方式，通過一到兩根進水管直接將循環(huán)水輸送到位于蒸發(fā)器最下端的蒸發(fā)器進水集箱34。之后循環(huán)水沿數十根蒸發(fā)器回水管進入蒸發(fā)器回水集箱36，由于蒸發(fā)器回水管的數量設置很多，形成了很大的受熱面積，這樣循環(huán)水在通過蒸發(fā)器回水管時，可以充分的與煙道內的煙氣形成熱交換。由于加熱爐煙氣余熱回收系統(tǒng)中使用的循環(huán)水為高溫飽和水，所以在蒸發(fā)器回水管中吸熱后，部分循環(huán)水發(fā)生汽化，循環(huán)水變成密度更小的汽水混合物。由于循環(huán)水吸熱前后產生了密度差，這樣吸熱后的汽水混合物就由于密度差帶來的動能通過蒸發(fā)器回水管口返回汽包，進行汽水分離，從而達到自然循環(huán)的效果。本蒸發(fā)器的關鍵點在于，集中進水管和分散回水管的設計，使得循環(huán)水在下降過程中盡量減少吸熱，而在上升過程中加大吸熱，從而產生密度差。另外，在余熱回收系統(tǒng)剛投入使用時，由于循環(huán)水尚未吸熱，沒有產生密度差，這時需要使用蒸汽引射來帶動余熱回收系統(tǒng)內的循環(huán)，當系統(tǒng)正常循環(huán)后，就可以停止蒸汽引射。

在本實施例中，蒸發(fā)器進水管33為一根立管，蒸發(fā)器回水管35含有多根相互平行的立管，蒸發(fā)器進水管33的外徑大于蒸發(fā)器回水管35的外徑。該自然循環(huán)式蒸發(fā)器的上部設有耐火材料支撐墩37，耐火材料支撐墩37為整塊立方體結構，蒸發(fā)器入口31和蒸發(fā)器出口32均位于耐火材料支撐墩37的上方，蒸發(fā)器回水集箱36和蒸發(fā)器出口32之間的連接管線位于耐火材料支撐墩37內，蒸發(fā)器回水集箱36的上部位于耐火材料支撐墩37內，蒸發(fā)器進水管33穿過耐火材料支撐墩37。耐火材料支撐墩37的上部邊緣設有護邊角鋼架38，護邊角鋼架38的兩側設有用于懸掛該自然循環(huán)式蒸發(fā)器的掛耳39。該自然循環(huán)式蒸發(fā)器的上部與該加熱爐煙道連接固定，如圖3至圖5所示。

耐火材料支撐墩37將蒸發(fā)器進水管33和蒸發(fā)器回水集箱36制造成一個整體，一方面使蒸發(fā)器結構更加穩(wěn)固，另一方面代替了煙道蓋板，用于隔絕煙道中的煙氣。護邊角鋼架38設置在耐火材料支撐墩37上，通過與耐火材料中的錨固鉤焊接，與耐火材料支撐墩37形成一個整體，進一步加固蒸發(fā)器的結構。掛耳39設置在護邊角鋼架38的兩側，焊接在護邊角鋼架38上。在安裝蒸發(fā)器時，將掛耳39置于加熱爐煙道側墻上，使蒸發(fā)器懸掛在加熱爐煙道內。

該自然循環(huán)式蒸發(fā)器的工作過程是：汽包10中的循環(huán)水通過蒸發(fā)器進水管口31進入蒸發(fā)器；循環(huán)水經由蒸發(fā)器進水管33流入位于蒸發(fā)器最下端的蒸發(fā)器進水集箱34；之后循環(huán)水通過數十根蒸發(fā)器回水管35進入蒸發(fā)器回水集箱36，循環(huán)水在蒸發(fā)器回水管35中流動時與加熱爐煙道內的煙氣進行熱交換，部分循環(huán)水汽化形成汽水混合物；汽水混合物通過蒸發(fā)器回水管口32回到汽包中。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施例，不能以其限定實用新型實施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本實用新型專利保護范圍所作的等同變化與修飾，都應仍屬于本專利涵蓋的范疇。另外，本實用新型中的技術特征與技術特征之間、技術特征與技術方案之間、技術方案與技術方案之間均可以自由組合使用。