氩氧脱碳转炉全燃法烟气余热回收系统
技术领域
本发明涉及烟气余热回收系统，具体涉及一种氩氧脱碳转炉全燃法烟气余热回收系统。
背景技术
氩氧脱碳转炉：其英文缩写就是AOD转炉，是不锈钢精炼设备。设备组成与传统碳钢转炉相似，如倾动装置、托圈和炉壳悬挂装置等。在炉子的底侧部装有向熔池水平方向吹入气体的喷枪，喷枪的数量根据炉容量的大小，一般设置2～7支。喷枪延长线的会合点与炉子的竖轴重合。喷枪由内管(铜质)及外管(不锈钢)两层组成，内管导入主吹炼气体(由Ar，O2或N2，O2或Ar组成)，内管与外管之间的环形缝隙导入Ar、N2，起到冷却作用以保护喷枪。喷枪是消耗式的，在筑炉时埋入耐火材料层，在冶炼过程中与炉衬同步烧损。
目前转炉比较常见的烟气冷却方式为未燃法烟气冷却的方式，即将烟气经过冷却降温、净化处理之后作为工业燃料(转炉煤气)进行回收。但由于冶炼不锈钢的特殊性，脱碳速率低，相应烟气中的煤气含量少，直接回收作为工业燃料价值不高，因而一般均采用全燃法，即将烟气中所含的CO与从炉外抽取的空气混合在汽化冷却烟道内完全燃烧。
目前小型AOD炉烟气冷却大多采用水冷形式，主要目的是降低烟气温度，为除尘创造条件，烟气余热未得到回收。也有部分AOD炉烟气冷却采用汽化冷却形式，降低烟气温度为除尘创造条件的同时回收了烟气余热产生蒸汽供生产、生活使用，但普遍烟气出口温度较高，要经空冷器进一步降温后，才能进入布袋除尘器除尘，所以烟气余热仅部分回收。
现有的AOD炉烟气汽化冷却形式存在以下缺陷：
第一、炉口固定段烟道采用中压强制循环系统。由于AOD炉入口烟温较高(理论燃烧温度最高约为2350℃)，烟气温度周期性变化大，造成烟道的工作条件差，热负荷变化大，特别是靠近炉口的烟道，如冷却不当极易造成烟道受热面的过热，如采用中压强制循环，烟道表面温度过高，烟道隔板极易疲劳损坏，且检修维护困难，安全性差。
第二、由于炉内温度较高，气流钢渣搅拌剧烈，蒸发和喷溅的部分金属及杂质的氧化物和散装原料的粉尘，一起随炉气喷入汽化烟道内，这些物质，有些是气态和液态，少量是固体粉末。所以在炉口段固定烟道须考虑喷溅、炉口粘钢、积渣结瘤等问题。如采用中压强制循环，极易造成管壁过热和结渣，操作维护困难等问题。
第三、由于排烟温度较高，需要增加空冷器设备进一步降低烟气温度，不利于烟气中的余热回收，且增加了投资运行费用。
有鉴于此，寻求一种性能更优秀的氩氧脱碳转炉全燃法烟气余热回收系统成为该领域技术人员的追求目标。
发明内容
本发明的任务是提供一种氩氧脱碳转炉全燃法烟气余热回收系统，它解决了上述现有技术所存在的问题，以达到操作维护方便，降低系统的运行成本，有利于转炉区域设备整体布置等目的。
本发明的技术解决方案如下：
一种氩氧脱碳转炉全燃法烟气余热回收系统，包括烟道、对流换热装置、省煤器、汽包、软水箱、除氧器给水泵、除氧器、锅炉给水泵以及低压强制循环泵；
所述烟道包括依次连接的炉口段汽化烟道、汽化斜烟道以及水平转弯烟道；
所述对流换热装置垂直设置，其入口连接烟道，对流换热装置的出口一侧设置省煤器；
所述汽包通过回路管道分别连接烟道、对流换热装置以及省煤器；
所述软水箱依次连接除氧器给水泵、除氧器、锅炉给水泵以及省煤器；
所述除氧器通过低压强制循环泵连接炉口段汽化烟道。
所述水平转弯烟道为隔板式汽化烟道，其入口处设置节流装置。
所述汽包与对流换热装置之间的回路管道上设有中压强制循环泵。
所述对流换热装置内设有若干组对流蒸发段，每组对流蒸发段内设有横向对流管束、吹灰装置以及检查人孔。
所述对流换热装置入口处的对流蒸发段内的蒸发管为光管，其余蒸发段的蒸发管为肋片管。
所述省煤器内部为蛇形弯管，该弯管与烟气方向垂直。
所述对流换热装置出口处设有灰斗。
本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、入口段汽化烟道采用低压强制循环的方式，且入口段上设置的加料口、氧枪口也均采用低压强制循环的方式，能有效防止管壁过热和结渣，保证了入口段烟道寿命，且操作维护方便。
2、汽化斜烟道采用自然循环与强制循环相结合的方式，既降低了系统的运行成本，又解决了转炉系统烟气温度波动大的难题。
3、仅设置入口段汽化烟道、汽化斜烟道和水平转弯汽化烟道，可以降低厂房高度，且布置紧凑，有利于转炉区域设备的整体布置。
4、对流换热装置采用井式通道布置，且通道内各组换热段为模块式设置，便于安装维护。
5、对流换热装置各段换热段均设置观察孔、吹灰器，各段换热段上方留有人孔。
附图说明
附图是本发明的一种氩氧脱碳转炉全燃法烟气余热回收系统的结构示意图。
附图标号：
1为软水箱，2为除氧器给水泵，3为除氧器，4为锅炉给水泵，5为省煤器，6为汽包，7为对流换热装置，8为中压强制循环泵，9为炉口段汽化烟道，10为汽化斜烟道，11为水平转弯烟道，12为低压强制循环泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
参看附图，本发明提供了一种氩氧脱碳转炉全燃法烟气余热回收系统，采用汽化烟道加对流换热装置加省煤器的余热回收方式。整套装置主要由炉口段汽化烟道9、汽化斜烟道10、水平转弯烟道11、对流换热装置7、省煤器5、汽包6、除氧器3、软水箱1、除氧器给水泵2、锅炉给水泵4、低压强制循环泵12、中压强制循环泵8等组成。
对流换热装置7垂直设置，其入口连接汽化烟道，其出口一侧设置省煤器5，汽包6通过回路管道分别连接汽化烟道、对流换热装置7以及省煤器5。汽化烟道包括依次连接的炉口段汽化烟道9、汽化斜烟道10以及水平转弯烟道11。软水箱1依次连接除氧器给水泵2、除氧器3、锅炉给水泵4以及省煤器5。
在汽包6与对流换热装置7之间的回路管道上设置中压强制循环泵8。除氧器3通过低压强制循环泵12连接炉口段汽化烟道9。在对流换热装置7内设置若干组对流蒸发段，每组对流蒸发段内设有横向对流管束、吹灰装置以及检查人孔。对流换热装置7入口处的对流蒸发段内的蒸发管为光管，其余蒸发段的蒸发管为肋片管。省煤器5内部为蛇形弯管，该弯管与烟气方向垂直。水平转弯烟道11为隔板式汽化烟道，其入口处设置节流装置。对流换热装置7出口处还设置灰斗。
烟气从AOD炉口进入炉口段烟道、汽化斜烟道、水平转弯汽化烟道冷却后向下进入井式通道，烟气中含有的CO等可燃气体在上述烟道内与从炉口段烟道混入的空气完全燃烧，得到一定温度的烟气。烟气中的大颗粒烟尘在进入井式通道后靠惯性及重力作用沉降至井式通道底部，烟气经过井式通道时与对流换热装置实现热交换。烟气在对流换热装置中换热降温后经省煤器再次降温最后进入除尘系统除尘排放。整套系统出口烟气温度可达到200℃以下。
本系统汽水循环由低压强制循环回路、中压强制循环回路、自然循环回路、直流循环回路组成。
低压强制循环回路主要由炉口段汽化烟道9、除氧水箱3(低压汽包)及低压强制循环泵12等设备组成。来自除氧水箱的给水，经低压强制循环泵加压后送至炉口段汽化烟道，吸热后再返回除氧水箱，吸入的热量用于加热补充水以减少加热软水用蒸汽量。该系统利用除氧水箱作为低压循环回路的低压汽包。
中压强制循环汽化冷却回路主要由水平转弯汽化烟道11、对流换热装置7、中压强制循环泵8、汽化斜烟道10、汽包6等设备组成。冷却水由强制循环泵从汽包吸水加压送至水平转弯汽化烟道、对流换热装置、汽化斜烟道，循环水吸热后汽水混合物返回至汽包进行汽水分离，分离出的蒸汽送至蒸汽蓄热器；补充给水及分离出的水继续循环冷却。其中汽化斜烟道的中压强制循环回路只是作为补充使用。
中压自然循环汽化冷却回路，由于汽化斜烟道具备自然循环所需的条件，在满足其一定循环倍率的情况下，其运行是安全可靠的，为此采用自然循环方式，可降低系统的运行能耗和成本，此部分烟道循环冷却采用自然循环回路。
直流循环汽化冷却回路，由于进入省煤器的烟气温度较低，为了保证省煤器的性能和省煤器出口的烟气温度，省煤器采用直流循环回路。循环回路采用全密闭热水循环系统，系统由除氧器、锅炉给水泵、省煤器、汽包组成。除氧器中的水经锅炉给水泵加压送至省煤器换热，吸热后的热水流入汽包，参与其它汽水循环。
本系统中汽包里的水经强制循环或自然循环在冷却部件内吸热后变成汽水混合物返回汽包进行汽水分离，分离出的蒸汽通过汽包的出汽管送出。在蒸汽引出管道上安装温度传感器，与外部蒸汽汽源自动调节阀连锁以保证汽包内压力稳定。
本发明在实际使用中的主要设备介绍如下：
除氧器：采用热力式除氧器，配置低压除氧水箱(作为低压汽包)。
汽包：汽包的作用是储存一定量的水，并将进入汽包的汽水混合物进行分离，从而获得一定品质要求的蒸汽。
炉口段烟道：炉口段烟道有收集炉气、混风燃烧和防加料散落的作用，因其靠近转炉炉口，工作环境恶劣，设计时将炉口段烟道与除氧器通过循环泵连接，组成低压强制循环冷却系统，这样既可以达到冷却烟气的目的，又可以作为除氧器的热源。炉口段烟道采用隔板式汽化烟道，炉口段烟道与转炉炉口之间保留一定的距离，确保合适的空气量进入炉口段烟道内与炉气中CO完全燃烧，充分回收炉气的化学热。在管道入口处设置节流装置。
汽化斜烟道：采用中压自然循环与强制循环相结合的方式。烟道采用隔板式汽化烟道，在管道入口处设置节流装置。
水平转弯烟道：采用中压强制循环方式。烟道设有爆破门。烟道采用隔板式汽化烟道，在管道入口处设置节流装置。
对流换热装置：对流换热装置为本余热锅炉主要蒸发受热面，由数组对流蒸发段组成，烟气作横向冲刷对流管束。每组对流蒸发段设置一处吹灰装置和检查人孔，在烟气入口处为防止烟尘磨损及积灰，蒸发管采用光管，其余蒸发段采用肋片管的形式。
省煤器：为了满足除尘要求和提高余热利用率，进一步降低烟气温度，在对流蒸发段后面布置省煤器，省煤器为蛇形弯管结构，烟气从对流蒸发段侧面进入省煤段烟道，作横向冲刷对流管束。锅炉给水通过给水泵经过省煤器进入汽包。
综上所述，本发明具有以下特点：
1、入口段汽化烟道采用低压强制循环的方式，且入口段上设置的加料口、氧枪也均采用低压强制循环的方式，既保证了入口段烟道寿命，又能防止管壁过热和结渣，且操作维护方便。
2、汽化斜烟道采用自然循环与强制循环相结合的方式，既降低了系统的运行成本，又解决了转炉系统烟气温度波动大的难题。
3、水平转弯段烟道采用中压强制循环的方式。
4、对流换热装置采用自然循环的方式。
5、省煤器采用直流循环。
6、只设置入口段汽化烟道，汽化斜烟道和水平转弯汽化烟道可以降低厂房高度，且布置紧凑，有利于转炉区域设备的整体布置。
7、对流换热装置采用井式通道布置，且通道内各组换热段为模块式设置，便于安装维护。
8、除氧器水箱作为低压汽包使用。
9、对流换热装置各段换热段均设置观察孔、吹灰器、各段换热段上方留有人孔。
10、水平转弯汽化烟道顶部最高点设置爆破门。
11、省煤器与对流换热装置单独设置。
12、井式通道和省煤器底部设置灰斗和泄灰阀。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。