基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电系统

技术领域

本发明属于电炉余热高效发电技术领域，具体涉及一种基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电系统。

背景技术

短流程炼钢是我国钢铁行业战略目标的重大产业调整方向，目前我国短流程炼钢的主流技术路线为电炉冶炼+废钢预热+电炉烟气余热发电工艺，但由于电炉生产过程存在不连续性及不稳定性，导致电炉冶炼产生的烟气(下文称之为电炉烟气)具有如下特点：

1)电炉烟气的产生具有间歇性，电炉烟气参数具有复杂波动性特点。电弧炉在冶炼过程中，随着炼钢、出钢节凑及冶炼强度的变化，烟气流量、温度、成分、含尘量一直在不断变化，呈现出周期性复杂波动特性。氧化期的烟气温度最高、烟气流量最大，含尘量最多，出钢期的烟气温度最低，流量最小，含尘量最少。

2)烟气中粉尘浓度大、粒径小，烟尘含量一般在8-15g/m

3)烟气温度波动大。电弧正式冶炼40min左右，转炉出口烟气温度400℃～1400℃之间波动，瞬间温度最高可达1800℃左右。对于带废钢预热的电炉，废钢预热系统出口温度在250℃～850℃之间波动。

电炉烟气余热发电是回收电炉烟气余热、降低电炉吨钢电耗及减少吨钢CO

电炉烟气余热饱和蒸汽发电技术存在如下问题：一是饱和蒸汽焓值低，发电效率很低；二是乏汽湿度高，汽轮机汽蚀问题加重。电炉烟气余热常规燃烧补燃过热蒸汽发电技术存在问题：一是蒸汽过热补燃炉排烟温度较高，一般在350℃以上，导致补燃炉热效率较低，吨钢CO

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

针对现有电炉烟气余热常规燃烧补燃过热蒸汽发电技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于并联烟道单级蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电系统。

为此，本发明提供的技术方案为：

一种基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电系统，包括：

并联烟道，其设置在沉降室后并与所述沉降室连通，所述并联烟道包括并联设计的两个烟道，其中一个烟道内布置有蒸汽过热器并构成蒸汽过热补燃炉烟道，另一个烟道内设置有不布置受热面的塔状烟道并构成空塔烟道，

其中，补燃过程在所述蒸汽过热器补燃炉烟道中进行。

优选的是，所述的基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电方系统中，所述补燃过程的燃烧方式为蓄热燃烧方式，或用生物质燃料替代气体燃料进行补燃。

优选的是，所述的基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电方系统中，所述两个烟道在所述蒸汽过热补燃炉烟道出口处连接合并为一个烟道。

优选的是，所述的基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电方系统，还包括：

外循环系统，所述并联烟道与布袋除尘器连通形成所述外循环系统，所述布袋除尘器除尘后的净化电炉烟气为外循环的气源。

优选的是，所述的基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电方系统中，所述两个烟道的进口和出口处均设置烟道门。

一种基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电方法，应用于电炉炼钢中，包括如下步骤：

将水平加料废钢预热系统出口的高温电炉烟气引至沉降室进行粗除尘，

粗除尘后的电炉烟气随后分两路进入并联烟道，所述并联烟道包括并联设计的两个烟道，其中一个烟道内布置有蒸汽过热器构成蒸汽过热补燃炉烟道，另一个烟道内设置有不布置受热面的塔状烟道并构成空塔烟道，

当需要对过热蒸汽进行补燃，且采用单蓄热燃烧方式时，关闭所述蒸汽过热补燃炉烟道的进口和出口处的烟道门，所述蒸汽过热器进入蓄热燃烧补燃模式，补燃后的补燃烟气与布袋除尘器除尘后的净化电炉烟气混合。

优选的是，所述的基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电方法，包括如下步骤：

当需要对过热蒸汽进行补燃，如果采用生物质燃烧方式进行补燃，则调节蒸汽过热补燃炉进口和出口两端的烟道门关闭部分或全部，使得补燃烟气与电炉烟气一起流过蒸汽过热器对饱和蒸汽进行过热，而剩余的电炉烟气则流过所述空塔烟道。

优选的是，所述的基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电方法，还包括如下步骤：

来自并联烟道的烟气在出口端合并入一个烟道后进入余热锅炉，在所述余热锅炉中与饱和水换热后烟温降低至250℃～300℃，然后离开余热锅炉后进入省煤器与给水换热降温至180℃～200℃，随后流经冷凝水预热器与冷凝水换热后温度降至约120℃，随后，电炉烟气依次进入活性碳吸附塔脱除二噁英、进入所述布袋除尘器除尘净化，净化后的电炉烟气随后与单蓄热燃烧方式补燃炉补燃烟气合并，最后排入大气。

优选的是，所述的基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电方法中，所述单蓄热燃烧方式中，燃气不蓄热，只蓄热助燃介质，单蓄热烧嘴对称布置在蒸汽过热补燃炉两侧，燃气由蒸汽过热补燃炉第一侧单蓄热烧嘴的煤气通道进入炉膛，同时助燃介质经A侧单蓄热烧嘴的蓄热体通道进入炉膛助燃，助燃介质经过蓄热体通道时被高温蓄热体预热到高温，此时，蒸汽过热补燃炉第二侧单蓄热烧嘴的蓄热体通道则作为炉膛的排烟烟道，将在炉膛内与二级过热器换热后高温烟气排出补燃炉外，高温烟气流经B侧蓄热体通道时将蓄热体加热到高温，下一时刻，两侧单蓄热烧嘴进行切换，即蒸汽过热补燃炉第二侧单蓄热烧嘴由排烟状态切换为蓄热燃烧状态，蒸汽过热补燃炉第一侧单蓄热烧嘴由燃烧状态切换为排烟状态。

本发明至少包括以下优势：

1)本发明可以大幅度降低补燃气耗，补燃气耗降低率20％-40％。

2)本发明可以减少烟气排放量，实现烟气总量减排10％左右。

3)本发明可以实现CO

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

本发明提供了一种基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电系统，包括：

并联烟道，其设置在沉降室后并与所述沉降室连通，所述并联烟道包括并联设计的两个烟道，其中一个烟道内布置有蒸汽过热器并构成蒸汽过热补燃炉烟道，另一个烟道内设置有不布置受热面的塔状烟道并构成空塔烟道，

其中，补燃过程在所述蒸汽过热器补燃炉烟道中进行。

作为优选，在本发明的其中一些技术方案中，所述补燃过程的燃烧方式为蓄热燃烧方式，或用生物质燃料替代气体燃料进行补燃。

作为优选，在本发明的其中一些技术方案中，所述两个烟道在所述蒸汽过热补燃炉烟道出口处连接合并为一个烟道。

作为优选，在本发明的其中一些技术方案中，还包括：

外循环系统，所述并联烟道与布袋除尘器连通形成所述外循环系统，所述布袋除尘器除尘后的净化电炉烟气为外循环的气源。

作为优选，在上述方案中，所述两个烟道的进口和出口处均设置烟道门。

本发明还提供一种基于并联烟道单蒸汽过热补偿补燃的电炉烟气余热发电方法，应用于电炉炼钢中，包括如下步骤：

将水平加料废钢预热系统出口的高温电炉烟气引至沉降室进行粗除尘，

粗除尘后的电炉烟气随后分两路进入并联烟道，所述并联烟道包括并联设计的两个烟道，其中一个烟道内布置有蒸汽过热器构成蒸汽过热补燃炉烟道，另一个烟道内设置有不布置受热面的塔状烟道并构成空塔烟道，

当需要对过热蒸汽进行补燃，且采用单蓄热燃烧方式时，关闭所述蒸汽过热补燃炉烟道的进口和出口处的烟道门，所述蒸汽过热器进入蓄热燃烧补燃模式，补燃后的补燃烟气与布袋除尘器除尘后的净化电炉烟气混合。

作为优选，在上述方案还包括如下步骤：

当需要对过热蒸汽进行补燃，如果采用生物质燃烧方式进行补燃，则调节蒸汽过热补燃炉进口和出口两端的烟道门关闭部分或全部，使得补燃烟气与电炉烟气一起流过蒸汽过热器对饱和蒸汽进行过热，而剩余的电炉烟气则流过所述空塔烟道。

作为优选，上述方案还包括如下步骤：

来自并联烟道的烟气在出口端合并入一个烟道后进入余热锅炉，在所述余热锅炉中与饱和水换热后烟温降低至250℃～300℃，然后离开余热锅炉后进入省煤器与给水换热降温至180℃～200℃，随后流经冷凝水预热器与冷凝水换热后温度降至约120℃，随后，电炉烟气依次进入活性碳吸附塔脱除二噁英、进入所述布袋除尘器除尘净化，净化后的电炉烟气随后与单蓄热燃烧方式补燃炉补燃烟气合并，最后排入大气。

作为优选，在上述方案中，所述单蓄热燃烧方式中，燃气不蓄热，只蓄热助燃介质，单蓄热烧嘴对称布置在蒸汽过热补燃炉两侧，燃气由蒸汽过热补燃炉第一侧单蓄热烧嘴的煤气通道进入炉膛，同时助燃介质经A侧单蓄热烧嘴的蓄热体通道进入炉膛助燃，助燃介质经过蓄热体通道时被高温蓄热体预热到高温，此时，蒸汽过热补燃炉第二侧单蓄热烧嘴的蓄热体通道则作为炉膛的排烟烟道，将在炉膛内与二级过热器换热后高温烟气排出补燃炉外，高温烟气流经B侧蓄热体通道时将蓄热体加热到高温，下一时刻，两侧单蓄热烧嘴进行切换，即蒸汽过热补燃炉第二侧单蓄热烧嘴由排烟状态切换为蓄热燃烧状态，蒸汽过热补燃炉第一侧单蓄热烧嘴由燃烧状态切换为排烟状态。

下面为对本发明的进一步说明：

1、系统结构改进方案

1)蒸汽过热器处烟道改进

将现有公知电炉烟气余热常规燃烧补燃过热蒸汽发电工艺中，设置在沉降室内的单级蒸汽过热器，改进为布置在沉降室后并联烟道其中的一个烟道中，具体改进方案：在沉降室后，设计并联的双烟道结构形式，蒸汽过热器布置在其中一个烟道内(下文称之为蒸汽过热补燃炉烟道)，另一个烟道内为空塔烟道，不布置受热面，两并联烟道进出、口均设置烟道门，调节烟道门开度，可以调节通过两烟道烟气量的比例。两并联烟道在蒸汽过热补燃炉烟道出口处合并成一个烟道。

2)补燃位置改进

将现有公知电炉烟气余热常规燃烧补燃过热蒸汽发电工艺中，设置在沉降室内的补燃过程，改进在并联烟道的蒸汽过热器补燃炉烟道内，而与之并联的空塔烟道不进行补燃。

3)燃烧改进

将现有公知电炉烟气余热常规燃烧补燃过热蒸汽发电工艺中燃气常规燃烧

方式改进为蓄热燃烧方式，或用生物质燃料替代气体燃料进行补燃。蓄热燃烧方式可以实现补燃燃料放出的热量除热损失外全部用于提供蒸汽的过热热。用生物质燃料替代气体燃料进行补燃时，不但可以实现补燃过程零碳排放，同时可以对电炉烟气参数(流量、温度)进行补偿。

4)烟气循环方式改进

将现有公知电炉烟气余热常规燃烧补燃过热蒸汽发电工艺中，燃烧器没有烟气外循环，改进为带烟气外循环的低氮燃烧方式，外循环的气源来自布袋除尘器后的净化电炉烟气。这种方案不但可以实现低氮燃烧，还可以充分利用电炉排烟余热、消除部分电炉烟气中残余的CO，以及减少烟气排放总量，进一步实现CO

2、本发明补燃过程的控制方式

采用气体燃料时，补燃采用单蓄热燃烧方式，本发明补燃过程的控制方式：电炉冶炼强度较高时，电炉烟气温度较高，蒸汽过热器单纯依靠电炉烟气高温余热即可将蒸汽过热至规定温度，此时补燃炉不进行补燃，且打开蒸汽过热器补燃炉烟道两端烟道们、关闭空塔烟道两端烟道门，全部电炉烟气流过蒸汽过热补燃炉烟道。当电炉冶炼强度较低或出钢时，电炉烟气温度较低，蒸汽过热器单纯依靠电炉烟气余热无法将蒸汽过热至规定温度，此时，关闭过热器补燃炉烟道两端烟道门、全开空塔烟道两侧的烟道门，补燃炉进行补燃对过热蒸汽进行过热，利用补燃热量将蒸汽温度进一步提高至规定温度。采用独立烟道进行蒸汽过热的目的是避免现有技术补燃过程需要加热大量低温电炉烟气而造成补燃燃耗过高的问题。

采用生物质燃料时，补燃采用常规燃烧方式，本发明生物质补燃过程的控制方式：电炉冶炼强度较高时，电炉烟气温度较高，蒸汽过热器单纯依靠电炉烟气高温余热即可将蒸汽过热至规定温度，此时补燃炉不进行补燃，且打开蒸汽过热补燃炉烟道两端烟道们、关闭空塔烟道两端烟道门，全部电炉烟气流过蒸汽过热补燃炉烟道。当电炉冶炼强度较低或出钢时，电炉烟气温度、流量较低，余热锅炉产气量低、蒸汽过热器单纯依靠电炉烟气余热无法将蒸汽过热至规定温度，甚至电炉烟气温度最低时会出现倒传热现象，此时，关小蒸汽过热补燃炉烟道两端烟道门、全开空塔烟道两侧的烟道门，补燃炉进行补燃，利用补燃对电炉烟气降低量及过热蒸汽温度降低量进行补偿，维持余热锅炉进口一定的烟气流量及一定过热蒸汽温度。采用并联烟道的作用是使蒸汽参额数(蒸发量、过热蒸汽温度及压力)调节更灵活、匹配度更高，且能够大幅度将低补燃燃料消耗量。

3、发明系统工作流程

1)电炉烟气流程

来自水平加料废钢预热系统出口的高温电炉烟气，由汽冷烟道(或保温烟道)引至沉降除尘室进行粗除尘，粗除尘后的电炉烟气随后分两路进入并联烟道，电炉冶炼强度较高时，过热蒸汽无需补燃，此时，全部电炉烟气流过蒸汽过热补燃炉烟道，并向饱和蒸汽放热，离开随后流入余热锅炉。当电炉冶炼强度较低时，需要对过热蒸汽进行补燃，如果采用气体燃料补燃，采用单蓄热燃烧方式，此时，蒸汽过热器烟道前、后挡板关闭，过热器进入蓄热燃烧补燃模式，过热蒸汽蓄热燃烧补燃模式工作原理后边单独说明，补燃后的补燃烟气与布袋除尘后的净化电炉烟气混合。如果采用生物质进行补燃，此时，关小或关闭蒸汽过热补燃炉进出口两端的烟道门，适量补燃烟气与电炉烟气一起流过过热器对饱和蒸汽进行过热，而剩余的电炉烟气则流过空塔烟道。来自并联烟道的烟气在出口端合并在一起后进入余热锅炉，在余热锅炉中与饱和水换热后烟温降低至250℃～300℃，电炉烟气离开余热锅炉后进入省煤器与给水换热降温至180℃～200℃，随后流经冷凝水预热器与冷凝水换热后温度降至120℃左右，随后，电炉烟气依次进入活性碳吸附塔脱除二噁英、进入布袋除尘器除尘净化，净化后的电炉烟气随后与单蓄热补燃炉补燃烟气合并，最后经排烟风机、烟囱排入大气。

2)做功工质工作流程

来自凝汽器的冷凝水与合格补水一起进入冷凝水预热器吸收电炉烟气低温余热，然后进入除氧器除氧，除氧器的气源来自蓄热器闪蒸出的蒸汽，除氧水经给水泵加压后进入省煤器与电炉烟气进行换热，利用低温电炉烟气余热为工质提供预热热，离开省煤器的未饱和水随后进入余热锅炉汽包，余热锅炉汽包中的饱和水分两路在下降管中分别进入汽冷烟道及余热锅炉，在汽冷烟道及余热锅炉受热面管中，饱和水吸收汽化潜热形成汽水混合物，汽水混合物随后回到汽包中进行汽水分离，汽水分离后的饱和水循环进入汽冷烟道及余热锅炉中汽化，汽水分离后的饱和蒸汽则进入蓄热器。蓄热器中产生的低压饱和蒸汽进入蒸汽过热器吸过热，达到规定过热温度的低压过热蒸汽随后进入汽轮机做功，带动发电机发电。做功后的乏汽经冷凝器冷凝后形成冷凝水，冷凝水进入冷凝水预热器循环上述过程。

3)单蓄热燃烧补燃系统工作流程

过热蒸汽补燃时，关闭位于二级过热器烟道前、后烟道挡板，补燃过程采用单蓄热燃烧方式，燃气不蓄热，只蓄热助燃介质。单蓄热烧嘴对称布置在补燃炉两侧(两侧分别定义为A侧和B侧)，某一时刻，燃气由A侧单蓄热烧嘴的煤气通道进入炉膛，同时助燃介质经A侧单蓄热烧嘴的蓄热体通道进入炉膛助燃，助燃介质经过蓄热体通道时被高温蓄热体预热到高温，此时，B侧单蓄热烧嘴的蓄热体通道则作为炉膛的排烟烟道，将在炉膛内与二级过热器换热后高温烟气排出补燃炉外，高温烟气流经B侧蓄热体通道时将蓄热体加热到高温。下一时刻，两侧单蓄热烧嘴进行切换，即B侧单蓄热烧嘴由排烟状态切换为蓄热燃烧状态，A侧单蓄热烧嘴由燃烧状态切换为排烟状态。为了实现补燃炉低氮燃烧，采用烟气外循环低氮燃烧技术，排出补燃炉的补燃烟气则与布袋除尘器后的净化电炉烟气合并，经排烟风机、烟囱排入大气。

这里说明的模块数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。