Способ и комплекс для утилизации конвертерного пара
Владельцы патента RU 2703012:
АО "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат" (АО "ЕВРАЗ НТМК") (RU)
Изобретение относится к способу для обработки и утилизации тепла конвертерного газа с непрерывной выработкой пара. Способ включает утилизацию пара, подаваемого из котлов-утилизаторов в установку утилизации конвертерного пара, и в зависимости от температуры и давления подают либо в теплообменник, где при стабилизированном давлении пара нагретую воду до температуры 95-100°С подают потребителям тепла по трубопроводу, при этом избыток конденсата из теплообменника с температурой больше 100°С собирают в баке сбора конденсата, либо – в регулятор сброса давления, при этом при понижении давления пара до 1,5 кгс/см2 и температуры до 83°С часть пара сбрасывают в канализацию, а в случае повышения давления пара до 3 кгс/см2 и температуры до 150-180°С часть конденсата направляют в атмосферу, при этом остальной конденсат подают в бак сбора дренажа для завершения цикла утилизации пара. Обеспечивается возможность улавливания и повторного использования пара из конвертера для подогрева теплообменных аппаратов, уменьшения подогрева воды в водогрейных котлах теплоэлектроцентрали, экономия природного газа, уменьшение уровня шума, минимизирование потерь химически очищенной воды, улучшение экологии, автоматизация режима работы в межсезонье и зимний период. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к конвертерному производству стали, в частности к способу для обработки и утилизации тепла конвертерного газа с непрерывной выработкой пара.
Известен способ утилизации конвертерных газов по которому конвертерные газы в период продувки в межпродувочный период пропускают последовательно по газоотводящему тракту, отбор тепла осуществляют на общий паропровод, а в регенераторе аккумулируют тепло конвертерных газов после дожигания, в межпродувочный период газы отбирают тепло от насадки регенератора и отдают в котел утилизатор [1] (авторское свидетельство SU 1717642; МПК С21ВС 5/38, опубл. 07.03.1992 бюл. № 9.
Недостатком этого способа является то, что после котлов утилизаторов, образующийся пар имеет нестабильные параметры по давлению, температуре, расходу пара и он не утилизируется, а сбрасывается в атмосферу.
Известен способ выработки электроэнергии с использованием тепла отходящих конвертерных газов, включающий отвод газа из конвертера через газоотводящий тракт, нагнетатель и станцию переключения потока, посредством которой конвертерный газ в зависимости от концентрации в нем СО подают в газгольдер или сбрасывают, и подачу газа на газоповысительную станцию и паровой котел. В течение 55-70% общего времени работы парового котла осуществляют подачу конвертерного газа с концентрацией СО выше 30%, затем в течение 10-20% общего времени подают смесь конвертерного газа с уменьшенной до 30% концентрации СО и природного газа, а затем в межпродувочный период конвертера в течение 15-25% общего времени работы парового котла подают природный газ. [2] (патент RU 2640514; МПК С21С 5/38, опубл.09.01.2018. бюл.№ 1) .
Недостатком этого способа является то, что предлагаемая утилизация тепла отходящих конвертерных газов направлена на выработку электроэнергии, а не на утилизацию пара.
Наиболее близким (прототипом) по технической сущности к заявляемому способу является устройство для утилизации теплоты отходящих конвертерных газов, включающее охлаждение конвертерных газов в охладителе, систему газоочистки, сжатие конвертерного газа в компрессоре, подачу его в коллектор и газгольдер, где происходит накопление конвертерного газа и усреднение по составу, давлению и сжигание конвертерного газа в камере дожигания [4] (патент RU 2495135; МПК С21С 5/38, опубл. 10.10.2013. бюл.№ 28.)
Недостатком этого способа является то, что конвертерные газы после котла – утилизатора сжигаются и вторично не утилизируются.
Задача изобретения – улавливание и повторное использование пара из конвертера, получение пара со стабильными параметрами по температуре, давлению и расходу, уменьшение подогрева воды в водогрейных котлах теплоэлектроцентрали, экономия природного газа.
Технический результат достигается за счет утилизации низко потенциального пара нестабильных параметров, вырабатываемых в котлах утилизаторах (ОКГ) и получения пара со стабильными параметрами в установке утилизации конвертерного пара, и как следствие дополнительное использование вторичных энергетических ресурсов.
Это обеспечивает экономию природного газа для нагрева воды в зимний период, снижение потерь тепла и химически очищенной воды в связи со сбросом низко потенциального пара нестабильных параметров, а также позволяет вторично использовать пар из конвертера, направленного на подогрев теплообменных аппаратов.
Поставленная задача решается тем, что в способе для утилизации конвертерного пара, включающим отвод отходящих газов от конвертера через газоходы, охлаждение в котлах утилизаторах конвертерных газов (ОКГ) и химически очищенной воды, подачу пара в пароэжекторную установку и остатков пара в сеть паропровода, согласно изобретению дополнительно содержит установку утилизации конвертерного пара, включающую в себя последовательно соединенные между собой: теплообменник, бак сбора конденсата, регулятор сброса дренажа, бак сброса дренажа, паропроводы, конденсатопроводы и дополнительное техническое оборудование: обратный предохранительный клапан, регуляторы, насосную группу, систему автоматизации. При стабилизированном давлении пара в теплообменнике нагретую воду до температуры до 95-100°С из теплообменника направляют потребителям тепла, а избыток конденсата с температурой больше 100°С собирают в баке сбора конденсата. Избыток пара из установки утилизации пара при аварийных ситуациях направляют на регулятор сброса давления, и при понижении давления пара до 1,5 кгс/см2, температуры до 83°С его сбрасывают в канализацию, в случае повышения давления пара до 3 кгс/см2 и температуры до 150-180°С конденсат сбрасывают в атмосферу, а остальной конденсат подают в бак сбора дренажа для завершения цикла утилизации пара.
Причинно-следственная связь между существенными признаками заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Нагрев низко потенциального пара нестабильных параметров в установке утилизации конвертерного пара при помощи теплообменника обеспечивает получение пара со стабильными параметрами.
Кроме того, подача в теплообменник теплофикационной воды позволяет использовать воду из производственного цикла, как дополнительный теплоисточник, а нагрев подаваемого потребителю тепла воды из теплообменника, установленном в установке утилизации конвертерного пара, позволяет устранить ее недогрев, возникающий из-за цикличной работы конвертерного производства.
Изменение давления в трубопроводах, конденсатопроводах, позволяет регулировать расход пара путем автоматических регуляторов и группой насосов.
Отличительными признаками заявленного способа является:
- утилизация пара нестабильных параметров с температурой 180-250°С и давлением от 2кгс/см2 до 20 кгс/см2;
- использование теплообменного оборудования;
- вторичное использование теполофикационной воды, как дополнительного теплоисточника в комплексе;
- автоматизация технологического процесса;
- получение пара стабильных параметров с температурой 280-300°С и давлением от 8 кгс/см2 до 9 кгс/см2;
За счет предложенного заявленного технического решения можно улавливать и повторно использовать пар из конвертера для подогрева теплообменных аппаратов, уменьшить подогрев воды в водогрейных котлах теплоэлектроцентрали, экономить природный газ, уменьшить уровень шума, минимизировать потери химически очищенной воды, улучшить экологию, автоматизировать режим работы в межсезонье и зимний период.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Способ утилизации конвертерного пара реализуется при помощи комплекса, схема которого представлена на фиг.1.
Комплекс для утилизации конвертерного пара состоит из установки утилизации конвертерного пара (УУП) 9, которая включает в себя последовательно соединенные между собой теплообменник 10, бак сбора конденсата 11, регулятор сброса дренажа 13, бак сбора дренажа 15, паропроводы 5, трубопроводы 14 и 16, и дополнительное техническое оборудование – обратный предохранительный клапан 6, регуляторы 12, насосы водяные 17 и конденсатные 18.
Комплекс утилизации конвертерного пара 9 на входе соединен посредством паропровода 5 через обратный предохранительный клапан 6 с выходом котла – утилизатора 3, при этом первый выход установки утилизации конвертерного пара 9 соединен посредством паропровода 5 с первым входом в теплообменник 10, а второй вход в теплообменник 10 соединен с трубопроводом теплофикационной воды 16, при этом первый выход из теплообменника 10 соединен с трубопроводом нагретой воды 14, необходимой для подачи потребителям тепла, а второй выход соединен с баком сбора конденсата 11 для сбора избыточного конденсата, который соединен посредством конденсатопроводов 22 при помощи регулятора 12 и насосной группы 18 в с трубопровод теплофикационной воды 16, а второй выход установки утилизации конвертерного пара 9 предусмотрен для аварийных ситуаций и соединен посредством конденсатопровода 22а со входом регулятора сброса дренажа 13, первый выход которого соединен с канализацией 21, второй выход имеет сброс в атмосферу 19, третий выход соединен посредством конденсатопровода 22б с конденсатопроводом 22а, а четвертый выход соединен со входом бака сброса дренажа (БСД)15, первый выход которого соединен с канализацией 21, а второй выход посредством конденсатопроводов 22 и при помощи регулятора 12 и насосной группы 18 соединен с трубопроводом теплофикационной воды 16, а в случае невозможности подачи конденсата в трубопровод теплофикационной воды 16, предусмотрена подача конденсата по трубопроводу химически очищенной воды (ХОВ) 20 в сеть трубопровода химически-очищенной воды с теплоэлектроцентрали 4.
Установка предназначена для работы в межсезонный и зимний период и действует в автоматическом режиме с выводом информации об изменении давления, расхода пара, температуры воды и пара на монитор.
Способ утилизации конвертерного пара с помощью комплекса для утилизации конвертерного пара работает следующим образом.
Отходящие газы с нестабильными параметрами от конвертера 1 с температурой около 1000-1500°С поступают по газоходам 2 на котлы - утилизаторы 3. Охлаждающая химически очищенная вода 4 с температурой 95°С, подается из теплоэлектроцентрали (на фиг.1 не показан) в котел- утилизатор 3. В результате теплового обмена после котлов – утилизаторов 3 получается охлажденный конвертерный пар нестабильных параметров с температурой 180-220°С и давлением 3-8 кгс/см2, который плохо поддается регулированию. По паропроводу 5 с помощью автоматических регуляторов 6 пар подается одновременно на установку утилизации конвертерного пара 9, где получается пар со стабильными параметрами и пароэжекторную установку 8, а остатки или избыток пара подают в сеть паропроводов промышленной площадки 7.
Конвертерный пар по паропроводу 5 и теплофикационная вода с температурой от 45-50°С по трубопроводу 16 с помощью группы водяных насосов 17 подается в теплообменник 10 для теплового обмена.
Конденсат с температурой больше 100°С, конденсируемый в теплообменнике 10 стекает в бак сбора конденсата 11, где накапливается, затем при помощи конденсатных насосов 18 и регулятора 12 подается по конденсатопроводам 22 в трубопровод теплофикационной воды 16 обратного трубопровода.
Регуляторы давления 12 включаются автоматически при понижении давления меньше 1,5 кгс/см2.
При стабилизированном давлении пар подается по паропроводу 5 в теплообменник 10. В результате теплового обмена нагретую воду с температурой 95-100°С из теплообменника 10 подают в трубопровод 14 для дальнейшей подачи потребителям тепла.
Вода для работы теплообменника 10 поступает из трубопровода с теплофикационной водой 16, используемого в качестве дополнительного теплоисточника в комплексе.
При нагреве сетевой воды используется природный газ.
При возникновении аварийных ситуаций таких, как остановка конвертера, перебои с подачей пара или избыточного давления конвертерного пара, конденсат подается из установки утилизации конвертерного пара 9 по конденсатопроводу 22а в регулятор сброса дренажа 13.
Затем в зависимости от давления и количества пароконденсата, пар сбрасывается из регулятора сброса дренажа 13 либо в атмосферу 19, либо в канализацию 21, а остатки - в бак сброса дренажа 15.
В случае понижения давления до 1,5 кгс/см2 и температуры конденсата до 83°С пар направляется из регулятора сброса дренажа 13 в канализацию 21.
В случае повышения давления до 3 кгс/см2 и температуры конденсата до 150-180°С, пар направляется из регулятора сброса дренажа 13 и сбрасывается в атмосферу 19.
Большую часть конденсата от регулятора сброса дренажа 13 подается в бак сброса дренажа 15 для завершения цикла утилизации пара.
Из бака сброса дренажа 15 конденсат подается либо в трубопровод теплофикационной воды 16 с помощью группы конденсационных насосов 18 и регулятора 12 по конденсатопроводу 22, либо в случае аварийной ситуации направляется в канализацию 21.
Кроме того, в случае невозможности подачи конденсата в трубопровод теплофикационной воды 16, предусмотрена подача конденсата по трубопроводу химически очищенной воды (ХОВ) 20 в сеть трубопровода химически-очищенной воды с теплоэлектроцентрали 4.
В зависимости от мощности и объемов утилизируемого пара количество теплообменников составляет преимущественно 2 шт., а количество баков сбора конденсата 11, зависит от количества теплообменников и может составлять 2 шт.
Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Использование заявленного способа и комплекса позволяет улавливать и повторно использовать пар из конвертера, который направляется на подогрев теплообменных аппаратов, уменьшить подогрева воды в водогрейных котлах теплоэлектроцентрали, экономить природный газ до 20 млн. м3 и как следствие снизить нагрузку на окружающую среду, уменьшить уровень шума, снизить потери химически очищенной воды до 286 тыс. м3 в год.
Источник информации
[1] авторское свидетельство SU 1717642; МПК С21ВС 5/38, опубл. 07.03.1992 бюл. №9;
[2] патент RU 2640514; МПК С21С 5/38, опубл.09.01.2018. бюл. №1;
[3] патент RU 2495135; МПК С21С 5/38, опубл.10.10.2013. бюл. №28.
1. Способ утилизации конвертерного пара, включающий отвод отходящего газа из конвертера через газоходы, охлаждение его в котле-утилизаторе при одновременной подаче химически очищенной воды из теплоэлектроцентрали, подачу пара в пароэжекторную установку и остатков пара в сеть паропровода, отличающийся тем, что пар от котлов–утилизаторов дополнительно утилизируют в установке утилизации конвертерного пара и в зависимости от давления пар подают либо в теплообменник, в котором при стабилизированном давлении пара нагретую воду до температуры 95-100°С подают потребителям тепла, причем избыток конденсата с температурой больше 100°С собирают в баке сбора конденсата, либо - в регулятор сброса давления, и при понижении давления до 1,5 кгс/см2 пара и температуры до 83°С часть пара сбрасывают в канализацию, а при повышении давления пара до 3 кгс/см2 и температуры до 150-180°С часть конденсата сбрасывают в атмосферу, при этом остальной конденсат подают в бак сбора дренажа для завершения цикла утилизации пара.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дополнительного теплоисточника в теплообменник подают теплофикационную воду по трубопроводу.
3. Комплекс для утилизации конвертерного пара, содержащий газоходы для отходящих от конвертера газов, котел-утилизатор, трубопровод с химически очищенной водой, пароэжекторные установки, сеть паропроводов, отличающийся тем, что он снабжен установкой утилизации пара, которая на входе соединена паропроводом через обратный предохранительный клапан с выходом котла–утилизатора, при этом первый выход установки утилизации конвертерного пара соединен паропроводом с первым входом в теплообменник, а второй вход в теплообменник соединен с трубопроводом теплофикационной воды, при этом первый выход из теплообменника соединен с трубопроводом нагретой воды для подачи потребителям, а второй выход соединен с баком сбора избыточного конденсата, который соединен посредством конденсатопроводов при помощи регулятора и насосной группы с трубопроводом теплофикационной воды, а второй выход установки утилизации конвертерного пара соединен первым конденсатопроводом со входом регулятора сброса дренажа, первый выход которого соединен с канализацией, второй выход соединен со сбросом в атмосферу, третий выход последовательно соединен вторым конденсатопроводом с первым конденсатопроводом, а четвертый выход соединен со входом бака сброса дренажа (БСД, первый выход которого соединен с канализацией, а второй выход посредством конденсатопроводов и при помощи регулятора и насосной группы соединен с трубопроводом теплофикационной воды, при этом предусмотрена подача конденсата по трубопроводу химически очищенной воды (ХОВ) в сеть трубопровода химически очищенной воды с теплоэлектроцентрали.
4. Комплекс по п. 3, отличающийся тем, что количество теплообменников и баков сброса конденсата зависит от мощности и объемов утилизируемого пара и составляет преимущественно 2 шт.
