一种全烧高炉煤气锅炉烟气余热深度回收利用系统的制作方法与工艺
一种全烧高炉煤气锅炉烟气余热深度回收利用系统的制作方法与工艺
近年来，在国家大力倡导“节能减排”政策的大环境下，国内一些钢铁厂开始积极尝试对煤气锅炉的烟气余热进行回收。本文介绍了一种全烧高炉煤气锅炉烟气余热深度回收利用系统，通过优化换热器的布置和能量的梯级利用，实现了烟气余热的深度回收，具有较高的实用价值和创新性。
本发明涉及锅炉余热利用领域，尤其涉及一种全烧高炉煤气锅炉烟气余热深度回收利用系统。
背景技术
钢铁企业在冶炼过程中产生了大量的副产煤气，在各种副产煤气中，高炉煤气热值最低，但产量最大。在我国钢铁企业现有技术水平下，除去高炉热风炉、加热炉等钢铁工艺的自身消耗，高炉煤气仍有大量剩余。钢铁厂以往的做法是将剩余煤气对空放散，不仅浪费了宝贵的能源，而且高炉煤气中所含的CO等气体还会对环境造成极大的污染。
近年来，随着全烧高炉煤气锅炉发电技术的日益进步和推广，全烧高炉煤气锅炉发电机组在钢铁企业得到了大量应用，各钢铁厂相继建设煤气电站，这样不仅有效利用了高炉煤气资源，而且煤气锅炉还作为缓冲用户稳定了厂区煤气管网的大幅波动。
目前，全国范围内大大小小的高炉煤气锅炉，排烟温度平均值在160℃左右，部分锅炉排烟温度甚至高达200℃，如此高温的烟气直接排入大气，烟气中的大部分余热没有得到回收利用，造成了能源的极大浪费。而另一方面，高炉煤气的含硫量很低，几乎可以忽略不计，因此全烧高炉煤气的锅炉基本上不存在低温腐蚀的问题，这就使得锅炉的排烟温度还有很大的下降空间。
由此可见，高炉煤气锅炉排烟是一项潜力巨大的余热资源，若能对其进行合理利用，将能收获很好的经济效益。
现有技术的不足
近些年来，在国家大力倡导“节能减排”政策的大环境下，国内一些钢铁厂开始积极尝试对煤气锅炉的烟气余热进行回收，目前普遍采用的方法是采用烟气余热来预热入炉冷煤气，如图1所示，在空气预热器2的出口烟道中安装煤气预热器3，锅炉烟气经煤气预热器3吸热降温后，通过引风机4抽至烟囱5，最后排入大气。
该方案一方面降低了锅炉排烟温度，减小了排烟热损失，从而提高了锅炉热效率；另一方面，提高了入炉煤气温度，改善了低热值高炉煤气的着火和燃烧状况，不仅能够提高煤气燃尽程度，减小化学不完全燃烧损失，进而提高锅炉热效率，而且有利于解决全烧高炉煤气锅炉着火难、炉膛温度低、燃烧不稳定等问题。
但是，采用该回收方案存在如下不足：
- 锅炉尾部烟气余热虽然能得到一定量的回收利用，但是烟气出口的烟气温度仍然达到130℃～150℃，还存在很大的降低空间；
- 在空气预热器的冷端，冷空气温度为环境温度（不考虑送风机带来的温升），通常为25℃左右甚至更低，而烟气通常为180℃左右甚至更高，二者温差可达150℃以上，由基于热力学第二定律的分析理论可知，在热量传递过程中，由于不等温传热和摩擦损失等不可逆过程的存在，热量从高温物体传向低温物体时存在着较大的换热（可用能）损，且传热温差越大，换热损越大，因此烟气与空气之间如此大的传热温差必将导致空气预热器换热损失较大，造成烟气可用能的利用不够充分；
- 同理，在煤气预热器的冷端，冷煤气温度较低，通常为35℃左右甚至更低，而烟气通常为140℃左右甚至更高，二者温差可达100℃以上，如此大的传热温差必将导致煤气预热器换热损失较大，造成烟气可用能的利用不够充分。
技术实现要素
- 所要解决的技术问题
深度回收利用高炉煤气锅炉烟气余热，进一步降低排烟温度，并通过能量的梯级利用降低换热器传热温差，减小换热损，提高烟气能量的有效利用率。
- 技术方案
是现有技术中，锅炉尾部烟气余热虽然能得到一定量的回收利用，但是烟气出口的烟气温度仍然达到130℃～150℃，还存在很大的降低空间。在空气预热器的冷端，冷空气温度为环境温度（不考虑送风机带来的温升），通常为25℃左右甚至更低，而烟气通常为180℃左右甚至更高，二者温差可达150℃以上；在煤气预热器的冷端，冷煤气温度较低，通常为35℃左右甚至更低，而烟气通常为140℃左右甚至更高，二者温差可达100℃以上。
由基于热力学第二定律的分析理论可知，在热量传递过程中，由于不等温传热和摩擦损失等不可逆过程的存在，热量从高温物体传向低温物体时存在着较大的换热损，且传热温差越大，换热损也越大，因此烟气与空气、煤气与烟气之间如此大的传热温差必将导致换热器换热损失较大，造成烟气可用能的利用不够充分。
为了提高烟气余热的利用率，需要降低换热器的传热温差，降低换热损。依据基于热力学第二定律的分析理论和能量梯级利用原理，采用不同温度等级的烟气加热不同温度等级的空气与煤气，将烟气–空气换热系统和烟气–煤气换热系统均分高温和低温两级布置，两级空气换热器和煤气换热器均为串联流动。
冷空气经过前置的低温空气预热器加热到一定温度后进入常规的空气预热器；冷煤气经过前置的低温空气预热器加热到一定温度后进入常规的煤气预热器，完成空气和煤气的全程加热。
设置的前置式低温空气预热器和前置式低温煤气预热器会使处于高温烟气段的常规空气预热器的入口空气温度和常规煤气预热器的入口煤气温度升高，从而使常规煤气预热器的出口烟气温度升高，为了利用这部分相对高品位的烟气余热，在前置式低温空气预热器和前置式低温煤气预热器之前布置一级低压省煤器，先利用温度较高的烟气来加热汽轮机凝结水，由于凝结水温度的上升排挤了低压加热器中的回热抽汽，被排挤的抽汽在汽轮机内膨胀做功，增加了机组的发电量。
经过低压省煤器吸热后降温的烟气再进入前置式低温空气预热器和前置式低温煤气预热器预热冷空气和冷煤气，并进一步降低锅炉排烟温度，增加煤气发电机组的发电量，深度回收利用高炉煤气锅炉的烟气余热。
本发明的技术方案是，一种全烧高炉煤气锅炉烟气余热深度回收利用系统，包括常规空气预热器、常规煤气预热器、低压省煤器，还包括前置式低温空气预热器和前置式低温煤气预热器；其中：
常规空气预热器、常规煤气预热器