專利名稱：一種全燒高爐煤氣鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金二次能源回收、鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種全燒高爐煤氣鍋爐。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)大型鋼鐵企業(yè)噸鋼能耗比發(fā)達(dá)國(guó)家高10%，中小型企業(yè)噸鋼能耗比發(fā)達(dá)國(guó)家高25%，極大地影響了我國(guó)鋼鐵工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)發(fā)展的能力。這其中，對(duì)鋼鐵冶煉過程中的副產(chǎn)煤氣進(jìn)行回收利用的水平低是一個(gè)很重要的因素，鋼鐵企業(yè)中“三氣” (高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣)的能量綜合利用是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的突破口。高爐煤氣是高爐煉鐵過程中的一種副產(chǎn)品，由焦炭在高爐中經(jīng)氣化后轉(zhuǎn)變而得，由于其組成中可燃成份少，僅為20 30%的一氧化碳及少量碳?xì)浠衔?，其余均為不可燃成份，其中氮約占55%，因此發(fā)熱值很低。一般小高爐的高爐煤氣發(fā)熱值為3344 3756kJ/Nm3 ;大高爐由于焦比先進(jìn)，熱值還要低，一般僅為3000kJ/Nm3左右。在鋼廠三氣中，雖然高爐煤氣可燃?xì)怏w含量最低，但其排放量最大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在“三氣”二次能源總量中，高爐煤氣約占64%，焦?fàn)t煤氣約占29%，轉(zhuǎn)爐煤氣約占7% ;從整個(gè)企業(yè)來看，高爐煤氣所含能量占鋼鐵企業(yè)總能量的18 24%。因此，高爐煤氣的有效利用是鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗的重中之重。在我國(guó)鋼企現(xiàn)有技術(shù)水平下，高爐自身熱風(fēng)爐只能用掉409^50%的高爐煤氣，其余部分基本對(duì)空排放，不僅浪費(fèi)能源，而且高爐煤氣中所含的CO和CH4等氣體還會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染。如能利用這部分原來放散的高爐煤氣進(jìn)行燃燒發(fā)電，既解決了 CO的污染，又回收了二次能源、增加了電力，對(duì)于降低鋼鐵企業(yè)能耗、增強(qiáng)鋼鐵企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力、保證鋼鐵企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。上世紀(jì)80年代以來，我國(guó)鋼鐵企業(yè)對(duì)富余高爐煤氣的利用水平逐步上升，從將高爐煤氣用于與煤、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣混燒生產(chǎn)蒸汽或作加熱爐燃料，發(fā)展到全燒高爐煤氣發(fā)電。全燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術(shù)是利用鋼鐵企業(yè)中大量低熱值高爐煤氣進(jìn)行發(fā)電的一項(xiàng)新技術(shù)，在實(shí)際使用中通過調(diào)整發(fā)電負(fù)荷能夠增減高爐煤氣的使用量而不影響鍋爐的安全運(yùn)行，既有效利用了高爐煤氣資源，又作為緩沖用戶穩(wěn)定了煤氣系統(tǒng)管網(wǎng)的波動(dòng)。研制高溫高壓、高效、安全、穩(wěn)定的全燒高爐煤氣鍋爐是高爐煤氣發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵。針對(duì)高爐煤氣熱值低、理論燃燒溫度低、著火難、煙氣量大等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)開發(fā)了一系列全燒高爐煤氣的鍋爐技術(shù)，如“全燒高爐煤氣的高溫高壓電站鍋爐”(ZL97203451. X)、“不對(duì)稱縮腰雙室爐膛純燒高爐煤氣鍋爐” (ZL200920080259. 6)、“一種全燒高爐煤氣的中溫中壓蒸汽鍋爐” (ZL200910062806. 2)。這些技術(shù)解決了全燒高爐煤氣鍋爐著火難、爐膛溫度低、燃燒不穩(wěn)定等問題，通過設(shè)置高沸騰度省煤器部分解決了因高爐煤氣熱值低帶來的爐內(nèi)蒸發(fā)吸熱量不足的問題，為全燒高爐煤氣發(fā)電技術(shù)的推廣做出了貢獻(xiàn)。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，由于高爐煤氣熱值波動(dòng)或汽包蒸汽清洗水分流使進(jìn)入高溫段省煤器的水量減少，經(jīng)常使得高溫段省煤器沸騰度超過20%，甚至達(dá)到25%，使得省煤器的流阻過大而使給水泵消耗過多的電能，同時(shí)高沸騰度也使省煤器中工質(zhì)的壓力增大，對(duì)省煤器的安全運(yùn)行造成威脅，并有爆管事故發(fā)生的案例。為解決省煤器沸騰度過高，設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用加大爐膛尺寸、增加爐膛吸熱的措施，但加大爐膛尺寸使鋼材耗量和占地面積增加，提高了鍋爐的造價(jià)。同時(shí)，由于高爐煤氣熱值低，而超高壓鍋爐給水溫度高，約240°C左右，且高爐煤氣鍋爐燃燒所需空氣量又少等原因，造成高爐煤氣鍋爐空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度均在200°C左右。為解決排煙溫度高的問題，常采用在空氣預(yù)熱器后加裝分離式熱管煤氣預(yù)熱器的方案，如“全燒高爐煤氣的高溫高壓電站鍋爐”(ZL97203451. X)。但分離式熱管煤氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且比較昂貴，增加了鍋爐的造價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種全燒高爐煤氣鍋爐，在不增大鍋爐爐膛尺寸的情況下，彌補(bǔ)鍋爐爐膛吸熱量不足，減少上級(jí)省煤器吸熱量，降低上級(jí)省煤器沸騰度，同時(shí)采用成本低廉的技術(shù)降低鍋爐排煙溫度。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種全燒高爐煤氣 鍋爐，包括爐膛及其煙道，其特征在于，鍋爐的受熱面包括爐膛水冷壁、頂棚過熱器、屏式過熱器、高溫對(duì)流過熱器、低溫對(duì)流過熱器、對(duì)流蒸發(fā)器、包墻管過熱器、上級(jí)省煤器、下級(jí)省煤器、空氣預(yù)熱器和給水加熱器；所述爐膛四周設(shè)有水冷壁，所述爐膛的頂部設(shè)有頂棚過熱器，爐膛折焰角上部設(shè)有屏式過熱器，所述屏式過熱器后面的水平煙道中設(shè)有高溫對(duì)流過熱器和低溫對(duì)流過熱器，所述煙道豎井頂部設(shè)有包墻管過熱器，煙道尾部豎井中依次設(shè)有上級(jí)省煤器、下級(jí)省煤器和空氣預(yù)熱器，所述空氣預(yù)熱器之后設(shè)有給水加熱器，所述低溫對(duì)流過熱器與上級(jí)省煤器之間設(shè)有對(duì)流蒸發(fā)器。
高爐煤氣通過燃燒器噴入鍋爐爐膛燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔?，在爐膛中與水冷壁、頂棚過熱器輻射換熱后流出爐膛，與屏式過熱器進(jìn)行輻射和對(duì)流復(fù)合換熱，然后，依次與高溫對(duì)流過熱器、低溫對(duì)流過熱器、對(duì)流蒸發(fā)器、包墻管過熱器、上級(jí)省煤器、下級(jí)省煤器、空氣預(yù)熱器、給水加熱器進(jìn)行對(duì)流換熱，冷卻后至130°C左右的煙氣由引風(fēng)機(jī)送入煙 ，最后排入大氣。煙氣的熱量在各受熱面中被工質(zhì)吸收。工質(zhì)在吸收煙氣熱量后被加熱、蒸發(fā)和過熱。本發(fā)明采用輻射和對(duì)流相結(jié)合、多次交叉混合、兩級(jí)噴水調(diào)溫的典型過熱器系統(tǒng)。與已有的全燒高爐煤氣鍋爐技術(shù)相比，在低溫過熱器之后、上級(jí)省煤器之前增設(shè)了對(duì)流蒸發(fā)器，在不增大鍋爐爐膛尺寸的情況下，彌補(bǔ)鍋爐爐膛吸熱量不足，減少上級(jí)省煤器吸熱量，降低上級(jí)省煤器沸騰度；在空氣預(yù)熱器之后采用給水加熱器取代常見的分離式熱管煤氣預(yù)熱器，降低鍋爐排煙溫度。本發(fā)明的技術(shù)方案還可以進(jìn)一步完善
作為優(yōu)選，所述水冷壁包括前墻水冷壁和后墻水冷壁，其采用光管加扁鋼焊接成膜式水冷壁，每面墻沿寬度分成多個(gè)管屏；工質(zhì)經(jīng)每面墻上升管由連接管從水冷壁上集箱引入鍋筒，集中下降管從鍋筒最低點(diǎn)由大直徑管引出，在其下部通過分散下降管與水冷壁下集箱相連，所述后墻水冷壁在爐膛出口處向內(nèi)凸出形成折焰角，以改善爐膛上部空氣動(dòng)力場(chǎng)；所述前、后墻水冷壁下部?jī)?nèi)折形成傾角，組成爐膛爐底。作為優(yōu)選，所述屏式過熱器包括前屏過熱器和后屏過熱器，布置在爐膛折焰角上部；所述高溫對(duì)流過熱器分為冷段和熱段，布置在水平煙道中，冷段布置在兩側(cè)，熱段布置在中間。
作為優(yōu)選，所述高溫對(duì)流過熱器與低溫對(duì)流過熱器以及前屏過熱器和后屏過熱器之間設(shè)有過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)器；蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用給水噴水減溫方式，在減溫水管道上裝設(shè)有流量孔板、調(diào)節(jié)閥、截止閥等，二級(jí)布置；在前屏過熱器與后屏過熱器之間布置第一級(jí)噴水點(diǎn)，既可粗調(diào)，也可以對(duì)后屏過熱器起保護(hù)作用；在一級(jí)高溫對(duì)流過熱器與低溫對(duì)流過熱器的冷段和熱段之間布置第二級(jí)噴水點(diǎn)，為細(xì)調(diào)。噴水減溫器由笛形噴管、混合套筒和外殼組成。作為優(yōu)選，所有過熱器均通過吊桿懸吊在頂部鋼架上。作為優(yōu)選，所述對(duì)流蒸發(fā)器由管束構(gòu)成。作為優(yōu)選，所述上級(jí)省煤器和下級(jí)省煤器采用螺旋鰭片管，錯(cuò)列布置在尾部豎井中，雙級(jí)布置；工質(zhì)與煙氣呈逆流。
作為優(yōu)選，所述空氣預(yù)熱器采用立式管箱結(jié)構(gòu)，單級(jí)單行程布置，為防止空氣預(yù)熱器的震動(dòng)，在管箱中裝有防震隔板；空氣預(yù)熱器管為薄壁碳鋼螺旋槽管。煙氣在管內(nèi)縱向沖刷，空氣在管外橫向沖刷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、由于在低溫過熱器之后、上級(jí)省煤器之前增設(shè)了對(duì)流蒸發(fā)器，因而可以在不增大鍋爐爐膛尺寸的情況下，彌補(bǔ)鍋爐爐膛吸熱量不足，有利于減小鍋爐占地面積和鋼材耗量，降低鍋爐造價(jià)；
2、增設(shè)對(duì)流蒸發(fā)器后，上級(jí)省煤器吸熱量減少，上級(jí)省煤器沸騰度能可靠地控制在15%以下，省煤器中工質(zhì)的流阻減小，從而使得水泵的電耗減小，降低了運(yùn)行成本；
3、上級(jí)省煤器沸騰度降低后，省煤器中工質(zhì)的壓力減小，保證了省煤器的安全運(yùn)行，排除了爆管的危險(xiǎn)；
4、在空氣預(yù)熱器后設(shè)置給水加熱器，可將排煙溫度從200°C左右降低到130°C左右，大大降低了鍋爐的排煙溫度，提高了鍋爐效率，而與在空氣預(yù)熱器后設(shè)置分離式熱管煤氣預(yù)熱器相比，給水加熱器系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低廉，降低了鍋爐的造價(jià)。


圖I是本發(fā)明的裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明1、水冷壁，2、汽包，3、頂棚過熱器，4、屏式過熱器，5、高溫對(duì)流過熱器，6、低溫對(duì)流過熱器，7、對(duì)流蒸發(fā)器，8、包墻管過熱器，9、上級(jí)省煤器，10、下級(jí)省煤器，U、空氣預(yù)熱器，12、給水加熱器。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。本發(fā)明提供一種全燒高爐煤氣鍋爐，如附圖所示，全燒高爐煤氣鍋爐的受熱面包括爐膛水冷壁I、頂棚過熱器3、屏式過熱器4、高溫對(duì)流過熱器5、低溫對(duì)流過熱器6、對(duì)流蒸發(fā)器7、包墻管過熱器8、上級(jí)省煤器9、下級(jí)省煤器10、空氣預(yù)熱器11、給水加熱器12。高爐煤氣通過燃燒器噴入鍋爐爐膛燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔?，在爐膛中與水冷壁I、頂棚過熱器3輻射換熱后流出爐膛，與屏式過熱器4進(jìn)行輻射和對(duì)流復(fù)合換熱，之后相繼 與高溫對(duì)流過熱器5、低溫對(duì)流過熱器6、對(duì)流蒸發(fā)器7、包墻管過熱器8、上級(jí)省煤器9、下級(jí)省煤器10、空氣預(yù)熱器11、給水加熱器12進(jìn)行對(duì)流換熱，冷卻至130°C左右的煙氣由引風(fēng)機(jī)送入煙 ，最后排入大氣。煙氣的熱量在各受熱面中被工質(zhì)吸收。工質(zhì)在吸收煙氣熱量后被加熱、蒸發(fā)和過熱。整個(gè)水冷壁I采用光管加扁鋼焊接成膜式水冷壁。每面墻沿寬度分成多個(gè)管屏。工質(zhì)經(jīng)每面墻上升管由連接管從水冷壁上集箱引入鍋筒。集中下降管從鍋筒最低點(diǎn)由大直徑管引出。在其下部通過分散下降管與水冷壁下集箱相連。后墻水冷壁在爐膛出口處向內(nèi)凸出形成折焰角，以改善爐膛上部空氣動(dòng)力場(chǎng)。前后墻水冷壁下部?jī)?nèi)折形成傾角，組成爐膛爐底。采用輻射和對(duì)流相結(jié)合、多次交叉混合、兩級(jí)噴水調(diào)溫的典型過熱器系統(tǒng)。屏式過熱器4布置在爐膛折焰角上部，包括前屏過熱器和后屏過熱器；高溫對(duì)流過熱器布置在水平煙道中。頂棚管、包墻管采用光管加扁鋼的膜式壁結(jié)構(gòu)。高溫對(duì)流過熱器5又分為冷段和熱段，冷段布置在兩側(cè)，熱段布置在中間。蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用給水噴水減溫方式，在減溫水管道上裝設(shè)有流量孔板、調(diào)節(jié)閥、截止閥等。減溫器分二級(jí)布置，第一級(jí)噴水點(diǎn)布置在前屏過熱器與后屏過熱器之間，既可粗調(diào)，也可以對(duì)后屏過熱器起保護(hù)作用，第二級(jí)噴水點(diǎn)布置在一級(jí)過熱器冷段和熱段之間，為細(xì)調(diào)。噴水減溫器由笛形噴管、混合套筒和外殼組成。過熱器所有部件均通過吊桿懸吊在頂部鋼架上。對(duì)流蒸發(fā)器7由管束構(gòu)成，設(shè)置于低溫過熱器6之后、上級(jí)省煤器9之前。省煤器布置在尾部豎井中，雙級(jí)布置，工質(zhì)與煙氣呈逆流。省煤器采用螺旋鰭片管，布置方式為錯(cuò)列?？諝忸A(yù)熱器11采用立式管箱結(jié)構(gòu)，單級(jí)單行程布置?？諝忸A(yù)熱器管為薄壁碳鋼螺旋槽管，煙氣在管內(nèi)縱向沖刷，空氣在管外橫向沖刷。為防止空氣預(yù)熱器11的震動(dòng)，在管箱中裝有防震隔板。權(quán)利要求
1.一種全燒高爐煤氣鍋爐，包括爐膛及其煙道，其特征在于，所述爐膛四周設(shè)有水冷壁，所述爐膛的頂部設(shè)有頂棚過熱器，爐膛折焰角上部設(shè)有屏式過熱器，所述屏式過熱器后面的水平煙道中設(shè)有高溫對(duì)流過熱器和低溫對(duì)流過熱器，所述煙道豎井頂部設(shè)有包墻管過熱器，煙道尾部豎井中依次設(shè)有上級(jí)省煤器、下級(jí)省煤器和空氣預(yù)熱器，所述空氣預(yù)熱器之后設(shè)有給水加熱器，所述低溫對(duì)流過熱器與上級(jí)省煤器之間設(shè)有對(duì)流蒸發(fā)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種全燒高爐煤氣鍋爐，其特征在于，所述水冷壁包括前墻水冷壁和后墻水冷壁，其采用光管加扁鋼焊接成膜式水冷壁，每面墻沿寬度分成多個(gè)管屏；工質(zhì)經(jīng)每面墻上升管由連接管從水冷壁上集箱引入鍋筒，集中下降管從鍋筒最低點(diǎn)由大直徑管引出，在其下部通過分散下降管與水冷壁下集箱相連，所述后墻水冷壁在爐膛出口處向內(nèi)凸出形成折焰角，以改善爐膛上部空氣動(dòng)力場(chǎng)；所述前、后墻水冷壁下部?jī)?nèi)折形成傾角，組成爐膛爐底。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種全燒高爐煤氣鍋爐，其特征在于，所述屏式過熱器包括前屏過熱器和后屏過熱器，布置在爐膛折焰角上部；所述高溫對(duì)流過熱器分為冷段和熱段，布置在水平煙道中，冷段布置在兩側(cè)，熱段布置在中間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種全燒高爐煤氣鍋爐，其特征在于，所述高溫對(duì)流過熱器與低溫對(duì)流過熱器以及前屏過熱器和后屏過熱器之間設(shè)有過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)器；過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用給水噴水減溫方式，二級(jí)布置；在前屏過熱器與后屏過熱器之間布置第一級(jí)噴水點(diǎn)，既可粗調(diào)，也可以對(duì)后屏過熱器起保護(hù)作用；在高溫對(duì)流過熱器與低溫對(duì)流過熱器的冷段和熱段之間布置第二級(jí)噴水點(diǎn)，為細(xì)調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種全燒高爐煤氣鍋爐，其特征在于，所有過熱器均通過吊桿懸吊在頂部鋼架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種全燒高爐煤氣鍋爐，其特征在于，所述對(duì)流蒸發(fā)器由管束構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種全燒高爐煤氣鍋爐，其特征在于，所述上級(jí)省煤器和下級(jí)省煤器采用螺旋鰭片管，錯(cuò)列布置在煙道尾部豎井中，雙級(jí)布置；工質(zhì)與煙氣呈逆流。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種全燒高爐煤氣鍋爐，其特征在于，所述空氣預(yù)熱器采用立式管箱結(jié)構(gòu)，單級(jí)單行程布置，為防止空氣預(yù)熱器的震動(dòng)，在管箱中裝有防震隔板；空氣預(yù)熱器管為薄壁碳鋼螺旋槽管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全燒高爐煤氣鍋爐,與已有的全燒高爐煤氣鍋爐技術(shù)相比，本發(fā)明在低溫過熱器與上級(jí)省煤器之間增設(shè)了對(duì)流蒸發(fā)器，在不加大爐膛尺寸的情況下解決了既有技術(shù)中上級(jí)省煤器沸騰度過高的技術(shù)問題；并以系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低廉的給水加熱器代替常用的分離式熱管煤氣預(yù)熱器，解決了排煙溫度高的技術(shù)問題。應(yīng)用本發(fā)明能彌補(bǔ)全燒高爐煤氣鍋爐爐膛吸熱量的不足，降低上級(jí)省煤器的沸騰度，降低排煙溫度，可達(dá)到保證省煤器安全運(yùn)行、提高鍋爐效率、降低鍋爐造價(jià)的目的。
文檔編號(hào)F22B31/08GK102661600SQ20121012639
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者付寧文, 侯曉東, 周勇, 王波, 田東明 申請(qǐng)人:杭州鍋爐集團(tuán)股份有限公司