一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统.pdf

1、10申请公布号CN104196584A43申请公布日20141210CN104196584A21申请号201410447736322申请日20140904F01K25/08200601F01K27/02200601F27D17/00200601F25B27/0220060171申请人昆明理工大学地址650093云南省昆明市五华区学府路253号72发明人王辉涛葛众朱道飞王建军54发明名称一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统57摘要本发明涉及一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，属于能源与环境技术领域。本发明包括冲渣水热回收换热系统、有机朗肯循环、蒸汽喷射式制冷系统、冷却水循环系统

2、；预热器采用内螺纹不锈钢螺旋管管壳式换热器，蒸汽发生器采用外螺纹不锈钢管管壳式换热器，蒸汽发生器兼气液分离器。本发明结构简单、加工制作简单、造价低廉、防堵塞、能较好实现逆流换热，换热效率高，能有效利用冲渣水的余热等优点；该系统既能单独用于发电或提供原动力，也可单独用于制冷，还可同时提供电力和制冷空调所需冷冻水。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图2页10申请公布号CN104196584ACN104196584A1/2页21一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，其特征在于包括冲渣水热回收换热系统、有机朗

3、肯循环、蒸汽喷射式制冷系统、冷却水循环系统；所述冲渣水热回收换热系统由预热器（2）、蒸汽发生器（1）以及将它们连接的管道与附件组成；低压蒸汽管道与蒸汽发生器（1）热流体侧进口相连接，蒸汽发生器（1）热流体侧出口经管道与预热器（2）热流体侧进口相连接，预热器（2）热流体侧出口与凝结水管路连接；所述有机朗肯循环由工质储液罐（7）、工质加压泵（6）、回热器（3）、预热器（2）、蒸汽发生器（1）、透平（13）、水冷冷凝器（9）或风冷冷凝器（11）以及将它们连接的管道与附件组成；工质储液罐（7）出口经管道与工质加压泵（6）进口连接，工质加压泵（6）出口经管道与回热器（3）冷流体侧进口连接，回热器（3）冷

4、流体侧出口经管道与预热器（2）冷流体侧进口连接，预热器（2）冷流体侧出口经管道与蒸汽发生器（1）冷流体侧进口相连接，蒸汽发生器（1）冷流体侧出口经管道与透平（13）进口相连接，透平（13）出口经管道与回热器（3）热流体侧进口相连接，回热器（3）热流体侧出口分两路一路经管道与水冷冷凝器（9）热流体侧进口相连接，水冷冷凝器（9）热流体侧出口经管道与工质储液罐（7）进口相连接；一路经管道与风冷冷凝器（11）热流体侧进口连接，风冷冷凝器（11）热流体侧出口经管道与工质储液罐（7）进口相连接，完成一个循环；所述蒸汽喷射式制冷系统由工质储液罐（7）、工质加压泵（6）、回热器（3）、预热器（2）、蒸汽发生器

5、（1）、蒸汽喷射器（12）、水冷冷凝器（9）或风冷冷凝器（11）、节流机构（5）、供冷蒸发器（4）以及将它们连接的管道与附件组成；工质储液罐（7）出口分为两路一路经管道与工质加压泵（6）进口连接，工质加压泵（6）出口经管道与回热器（3）冷流体侧进口连接，回热器（3）冷流体侧出口经管道与预热器（2）冷流体侧进口连接，预热器（2）冷流体侧出口经管道与蒸汽发生器（1）冷流体侧进口相连接，蒸汽发生器（1）冷流体侧出口经管道与蒸汽喷射器（12）进口相连接；一路经管道与节流机构（5）进口连接，节流机构（5）出口经管道与供冷蒸发器（4）冷流体侧进口连接，供冷蒸发器（4）冷流体侧出口经管道与蒸汽喷射器（12）

6、引射口连接，然后蒸汽喷射器（12）出口经管道与回热器（3）热流体侧进口相连接，回热器（3）热流体侧出口分两路一路经管道与水冷冷凝器（9）热流体侧进口相连接，水冷冷凝器（9）热流体侧出口经管道与工质储液罐（7）进口相连接；一路经管道与风冷冷凝器（11）热流体侧进口连接，风冷冷凝器（11）热流体侧出口经管道与工质储液罐（7）进口相连接，完成一个循环；所述冷却水循环系统由水冷冷凝器（9）、机械通风冷却塔（10）及循环水泵（8）以及将它们连接的管道与附件组成；水冷冷凝器（9）冷流体侧出口经管路与机械通风冷却塔（10）热流体侧进口相连接，机械通风冷却塔（10）热流体侧出口经管道与循环水泵（8）进口相连接

7、，循环水泵（8）出口经管道与水冷冷凝器（9）冷流体侧进口相连接，完成一个循环。2根据权利要求1所述的利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，其特征在于所述利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统还包括直接空冷系统，直接空冷系统包括风冷冷凝器（11）、工质储液罐（7）以及将它们连接的管道与附件组成；回热器（3）热流体侧出口经管道与风冷冷凝器（11）热流体侧进口连接，风冷冷凝器（11）热流侧出口经管道与工质储液罐（7）进口连接。3根据权利要求1所述的利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，其特征在权利要求书CN104196584A2/2页3于所述有机朗肯循环中的循环工质采用甲苯、R152A、R

8、142B、R22、R123、R134A、R245FA、丙烷、R143A、R32、R23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷、异丁烷纯有机工质或其混合物及二氧化碳。4根据权利要求1所述的利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，其特征在于所述预热器（2）采用内螺纹不锈钢螺旋管管壳式换热器，蒸汽发生器（1）采用外螺纹不锈钢管管壳式换热器，蒸汽发生器（1）兼气液分离器，在蒸汽发生器（1）内设液位控制器，通过控制工质加压泵（6）的转速或供液管上的流量调节阀开度控制蒸汽发生器（1）内液位高度用于确保进透平（13）的工质蒸汽的温度或过热度达到要求。权利要求书CN104196584A1/5页4一种利用高炉冲

9、渣水余热进行动力回收及供冷系统技术领域0001本发明涉及一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，属于能源与环境技术领域。背景技术0002高炉冲渣水是高炉炼铁产生的一种副产品，作为一种低温废热源，具有温度稳定、流量大、蕴含热量很多的特点，如何让冲渣水发挥余热利用的效益，也逐渐成为一个研究的热点课题。目前我国高炉炉渣处理工艺主要是水淬渣工艺方式。高炉内1400度1500度的高温炉渣，经渣口流出，在经渣沟进入冲渣流槽时，以一定的水量、水压及流槽坡度，使水与熔渣流成一定的交角，冲击淬化成合格的水渣。在炼铁工序中，冲渣消耗的新水占新水总耗50以上。冲制1吨水渣大约消耗新水112吨，循环用水量约为1

10、0吨左右。按照我国钢铁生产产量5亿吨，按350千克渣比计算，仅用于冲渣的新水消耗就超过15亿吨，占钢铁工业新水消耗的4。由冲渣水带走的高炉渣的物理热量占炼铁能耗的8左右，大约相当21千克，标煤（按350千克/吨铁计算）。0003循环水池的水温范围6095，属于工业低温废热源，如果不加以利用，这部分能量就会被浪费。目前对于高炉冲渣水的余热利用，主要还是直接利用显热提供冬季采暖，这种利用方式技术简单、改造成本很低，但存在一些问题（1）冲渣水水量大，蕴含的热量很大，而一般厂区办公楼的采暖负荷较小，不能够将冲渣水的余热能力完全发挥出来；（2）采暖只适用于北方的城市冬季使用，夏季不需要，而南方城市一年四

11、季都不需要采暖，因此这种方式存在局限性；（3）冲渣水含有大量的杂质，进入管网后易造成堵塞，且供热管网系统庞大，清洗难度很高。因此，研究高炉冲渣水余热利用的新技术，最大程度回收高炉冲渣水的余热也就变得十分重要。发明内容0004本发明要解决的技术问题是本发明提供一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，结构简单、加工制作简单、换热效率高、防堵塞、能有效利用冲渣水的余热，该系统既能单独用于发电或提供原动力，也可单独用于制冷，还可同时提供电力和制冷空调所需冷冻水。0005本发明技术方案是一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，包括冲渣水热回收换热系统、有机朗肯循环、蒸汽喷射式制冷系统、冷却水

12、循环系统；所述冲渣水热回收换热系统由预热器2、蒸汽发生器1以及将它们连接的管道与附件组成；低压蒸汽管道与蒸汽发生器1热流体侧进口相连接，蒸汽发生器1热流体侧出口经管道与预热器2热流体侧进口相连接，预热器2热流体侧出口与凝结水管路连接；所述有机朗肯循环由工质储液罐7、工质加压泵6、回热器3、预热器2、蒸汽发生器1、透平13、水冷冷凝器9或风冷冷凝器11以及将它们连接的管道与附件组成；工质储液罐7出口经管道与工质加压泵6进口连接，工质加压泵6出口经管道与回热器3冷流体侧进口连说明书CN104196584A2/5页5接，回热器3冷流体侧出口经管道与预热器2冷流体侧进口连接，预热器2冷流体侧出口经管道

13、与蒸汽发生器1冷流体侧进口相连接，蒸汽发生器1冷流体侧出口经管道与透平13进口相连接，透平13出口经管道与回热器3热流体侧进口相连接，回热器3热流体侧出口分两路一路经管道与水冷冷凝器9热流体侧进口相连接，水冷冷凝器9热流体侧出口经管道与工质储液罐7进口相连接；一路经管道与风冷冷凝器11热流体侧进口连接，风冷冷凝器11热流体侧出口经管道与工质储液罐7进口相连接，完成一个循环；所述蒸汽喷射式制冷系统由工质储液罐7、工质加压泵6、回热器3、预热器2、蒸汽发生器1、蒸汽喷射器12、水冷冷凝器9或风冷冷凝器11、节流机构5、供冷蒸发器4以及将它们连接的管道与附件组成；工质储液罐7出口分为两路一路经管道与

14、工质加压泵6进口连接，工质加压泵6出口经管道与回热器3冷流体侧进口连接，回热器3冷流体侧出口经管道与预热器2冷流体侧进口连接，预热器2冷流体侧出口经管道与蒸汽发生器1冷流体侧进口相连接，蒸汽发生器1冷流体侧出口经管道与蒸汽喷射器12进口相连接；一路经管道与节流机构5进口连接，节流机构5出口经管道与供冷蒸发器4冷流体侧进口连接，供冷蒸发器4冷流体侧出口经管道与蒸汽喷射器12引射口连接，然后蒸汽喷射器12出口经管道与回热器3热流体侧进口相连接，回热器3热流体侧出口分两路一路经管道与水冷冷凝器9热流体侧进口相连接，水冷冷凝器9热流体侧出口经管道与工质储液罐7进口相连接；一路经管道与风冷冷凝器11热流

15、体侧进口连接，风冷冷凝器11热流体侧出口经管道与工质储液罐7进口相连接，完成一个循环；所述冷却水循环系统由水冷冷凝器9、机械通风冷却塔10及循环水泵8以及将它们连接的管道与附件组成；水冷冷凝器9冷流体侧出口经管路与机械通风冷却塔10热流体侧进口相连接，机械通风冷却塔10热流体侧出口经管道与循环水泵8进口相连接，循环水泵8出口经管道与水冷冷凝器9冷流体侧进口相连接，完成一个循环。0006所述利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统还包括直接空冷系统，直接空冷系统包括风冷冷凝器11、工质储液罐7以及将它们连接的管道与附件组成；回热器3热流体侧出口经管道与风冷冷凝器11热流体侧进口连接，风冷冷凝器1

16、1热流侧出口经管道与工质储液罐7进口连接。0007所述有机朗肯循环中的循环工质采用甲苯、R152A、R142B、R22、R123、R134A、R245FA、丙烷、R143A、R32、R23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷、异丁烷纯有机工质或其混合物及二氧化碳。0008为了充分回收渣水余热，且防止渣水堵塞、污染换热设备，所述预热器2采用内螺纹不锈钢螺旋管管壳式换热器，蒸汽发生器1采用外螺纹不锈钢管管壳式换热器，蒸汽发生器1兼气液分离器，在蒸汽发生器1内设液位控制器，通过控制工质加压泵6的转速或供液管上的流量调节阀开度控制蒸汽发生器1内液位高度用于确保进透平13的工质蒸汽的温度或过热度达到要求

17、。0009该系统的冷端（水冷冷凝器9、风冷冷凝器11）可采用水冷或直接空冷方式，这两种冷却方式可分别设置也可合设。当冷端采用水冷与直接空冷方式合设时，在冬季或其他较冷的时段，可通过管路上的阀门将冷却方式切换为直接空冷方式，最大限度地提高系统运行效率，在夏季或其他干球温度较高的时段，可通过管路上的阀门将冷却方式切换为水冷方式。说明书CN104196584A3/5页60010本发明根据渣水温度、当地气候条件、渣水流量等优选循环工质，按任务要求的发电容量及制冷负荷配备并安装工质储液罐7、工质加压泵6、回热器3、预热器2、蒸汽发生器1、透平或膨胀机13、水冷冷凝器9、风冷冷凝器11、蒸汽喷射器12、节

18、流机构5、供冷蒸发器4、机械通风冷却塔10、循环水泵8以及将它们连接的管道与附件。根据有机朗肯循环的管路容积计算循环工质的充注量，将循环工质计量充入循环管路中。0011该系统既能单独用于发电或提供原动力，也可单独用于制冷，还可同时提供电力和制冷。0012本发明的工作原理是有机朗肯循环工质储液罐7里的工质经工质加压泵6加压，首先通过回热器3，在其中吸收透平或膨胀机13来的乏汽的热量，之后进入预热器2的管程吸收管外渣水余热完成预热，再流入蒸汽发生器1的壳侧吸收渣水余热蒸发，符合要求的蒸汽引入透平或膨胀机13膨胀做功驱动发电机14发电，膨胀后的乏汽进入回热器3，之后进入水冷冷凝器9或风冷冷凝器11凝

19、结为液体工质，再流入工质储液罐7里，完成一个循环。水冷冷凝器的热量由机械通风冷却塔10和冷却水循环泵8排除。0013制冷循环工质储液罐7里的液体工质一路经加压泵6加压，首先通过回热器3，在其中吸收蒸汽喷射器12排气或透平13（或膨胀机）来的乏汽的热量，之后进入预热器2的管程完成预热，再流入蒸汽发生器1的壳侧吸收渣水余热蒸发，符合要求的工作蒸汽引入蒸汽喷射器12引射低温蒸汽，另外一路液体工质经节流装置5节流后，进入供冷蒸发器4，吸收冷冻水热量完成蒸发，低温蒸汽被引射到蒸汽喷射器12，之后排入水冷冷凝器9或风冷冷凝器11凝结为液体工质。0014本发明预热器采用内螺纹不锈钢螺旋管管壳式换热器，蒸汽发

20、生器采用外螺纹不锈钢管管壳式换热器，具有以下有益效果（1）蒸汽发生器采用外螺纹不锈钢管管壳式换热器，循环工质在壳侧，渣水从上向下流入管程，在蒸汽发生器设置液位控制器，有利于防止渣水堵塞、污染传热管，强化工质的沸腾换热，且便于控制液位和蒸汽的过热度。0015（2）这种换热方式具有结构简单、加工制作简单、造价低廉、防堵塞、能较好实现逆流换热，换热效率高，能有效利用冲渣水的余热等优点；（3）该系统既能单独用于发电或提供原动力，也可单独用于制冷，还可同时提供电力和制冷空调所需冷冻水。附图说明0016图1是本发明高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统结构示意图；图2为本发明渣水蒸汽的预热器及蒸汽发生器的结

21、构示意图。0017图12中各标号1蒸汽发生器，2预热器，3回热器，4供冷蒸发器，5节流机构，6工质加压泵，7工质储液罐，8循环水泵，9水冷冷凝器，10机械通风冷却塔，11风冷冷凝器，12蒸汽喷射器，13透平（或膨胀机），14发电机。具体实施方式0018下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。说明书CN104196584A4/5页70019实施例1如图12所示，一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，包括冲渣水热回收换热系统、有机朗肯循环、蒸汽喷射式制冷系统、冷却水循环系统；所述冲渣水热回收换热系统由预热器2、蒸汽发生器1以及将它们连接的管道与附件组成；低压蒸汽管道与蒸汽发生器1热

22、流体侧进口相连接，蒸汽发生器1热流体侧出口经管道与预热器2热流体侧进口相连接，预热器2热流体侧出口与凝结水管路连接；所述有机朗肯循环由工质储液罐7、工质加压泵6、回热器3、预热器2、蒸汽发生器1、透平13、水冷冷凝器9或风冷冷凝器11以及将它们连接的管道与附件组成；工质储液罐7出口经管道与工质加压泵6进口连接，工质加压泵6出口经管道与回热器3冷流体侧进口连接，回热器3冷流体侧出口经管道与预热器2冷流体侧进口连接，预热器2冷流体侧出口经管道与蒸汽发生器1冷流体侧进口相连接，蒸汽发生器1冷流体侧出口经管道与透平13进口相连接，透平13出口经管道与回热器3热流体侧进口相连接，回热器3热流体侧出口分两

23、路一路经管道与水冷冷凝器9热流体侧进口相连接，水冷冷凝器9热流体侧出口经管道与工质储液罐7进口相连接；一路经管道与风冷冷凝器11热流体侧进口连接，风冷冷凝器11热流体侧出口经管道与工质储液罐7进口相连接，完成一个循环；所述蒸汽喷射式制冷系统由工质储液罐7、工质加压泵6、回热器3、预热器2、蒸汽发生器1、蒸汽喷射器12、水冷冷凝器9或风冷冷凝器11、节流机构5、供冷蒸发器4以及将它们连接的管道与附件组成；工质储液罐7出口分为两路一路经管道与工质加压泵6进口连接，工质加压泵6出口经管道与回热器3冷流体侧进口连接，回热器3冷流体侧出口经管道与预热器2冷流体侧进口连接，预热器2冷流体侧出口经管道与蒸汽

24、发生器1冷流体侧进口相连接，蒸汽发生器1冷流体侧出口经管道与蒸汽喷射器12进口相连接；一路经管道与节流机构5进口连接，节流机构5出口经管道与供冷蒸发器4冷流体侧进口连接，供冷蒸发器4冷流体侧出口经管道与蒸汽喷射器12引射口连接，然后蒸汽喷射器12出口经管道与回热器3热流体侧进口相连接，回热器3热流体侧出口分两路一路经管道与水冷冷凝器9热流体侧进口相连接，水冷冷凝器9热流体侧出口经管道与工质储液罐7进口相连接；一路经管道与风冷冷凝器11热流体侧进口连接，风冷冷凝器11热流体侧出口经管道与工质储液罐7进口相连接，完成一个循环；所述冷却水循环系统由水冷冷凝器9、机械通风冷却塔10及循环水泵8以及将它

25、们连接的管道与附件组成；水冷冷凝器9冷流体侧出口经管路与机械通风冷却塔10热流体侧进口相连接，机械通风冷却塔10热流体侧出口经管道与循环水泵8进口相连接，循环水泵8出口经管道与水冷冷凝器9冷流体侧进口相连接，完成一个循环。0020实施例2如图12所示，一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，本实施例与实施例1相同，其中所述利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统还包括直接空冷系统，直接空冷系统包括风冷冷凝器11、工质储液罐7以及将它们连接的管道与附件组成；回热器3热流体侧出口经管道与风冷冷凝器11热流体侧进口连接，风冷冷凝器11热流侧出口经管道与工质储液罐7进口连接。0021实施例3如图

26、12所示，一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，本实施例与实施例2相同，其中所述有机朗肯循环中的循环工质采用甲苯、R152A、R142B、R22、R123、R134A、R245FA、丙烷、R143A、R32、R23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷、异丁烷纯有机工质或其混合物及二氧化碳。说明书CN104196584A5/5页80022实施例4如图12所示，一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，本实施例与实施例3相同，其中所述预热器2采用内螺纹不锈钢螺旋管管壳式换热器，蒸汽发生器1采用外螺纹不锈钢管管壳式换热器，蒸汽发生器1兼气液分离器，在蒸汽发生器1内设液位控制器，通过控制工

27、质加压泵6的转速或供液管上的流量调节阀开度控制蒸汽发生器1内液位高度用于确保进透平13的工质蒸汽的温度或过热度达到要求。0023实施例5如图12所示，一种利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，本实施例与实施例4相同，其中某北方寒冷或严寒地区钢铁厂建一利用高炉冲渣水余热进行动力回收及供冷系统，热渣水的温度为91，200T/H，电机输出功率为500KW。0024循环工质采用R134A，蒸发温度设为70。0025本例仅采用风冷冷端，冷凝温度夏季按35，冬季按0进行设计，风冷冷凝器采用整体肋片管冷凝器。0026回热器采用板式换热器，换热面积为100M2，流道组合为1X1。0027渣水的蒸汽发生器结

28、构如下型式为管壳式换热器，传热管采用D32X3外螺纹不锈钢管，长度为25M，根数为150根，等边三角形布置，管间距为45MM，传热管与端板采用焊接连接，管壳采用外径为800MM，厚度为16MM，上部蒸汽引出管为DN150，下部液体引入管为2XDN80。0028渣水的预热器结构如下型式为管壳式换热器，传热管采用D15X2内螺纹不锈钢螺旋管，长度为15M，根数为70根，等边三角形布置，管间距为25MM，传热管与端板采用焊接连接，管壳采用外径为500MM，厚度为8MM，渣水入口管为2XDN150，下部渣水排出管为DN300。0029采用额定功率为500KW的螺杆膨胀机一台，发电机采用额定功率为600

29、KW、频率为50HZ的励磁交流发电机。0030工质加压泵采用多级离心泵两台，流量为80M3/H,提供的压头为22MPA，一用一备。0031系统所有连接管道均采用不锈钢管，将以上所有设备配件按图1连接，安装完成后，进行管道的氮气吹扫，对有机朗肯循环管路抽真空合格后，按要求充入R134A。0032约需初投资800万元人民币。0033按年运行8000H计算，每年可供应280万KWH的电能，约6年可回收全部投资。0034上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。说明书CN104196584A1/2页9图1说明书附图CN104196584A2/2页10图2说明书附图CN104196584A10