CN101135437A - 应用热泵技术回收高炉低温循环水余热的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回收钢铁生产过程中高炉循环水余热的方法及设备，在高炉循环软水管道上加装热泵机组，利用热泵机组中的低沸点工质将高炉系统的40～50℃的高炉循环软水中的余热置换出来，冷却后的高炉循环软水则直接再进入高炉循环水系统；在蒸汽锅炉补水管道上加装换热设备，将携带余热的低沸点工质中的热量，连同热泵做功的驱动热，一同提供给换热器一侧管网中的锅炉新水，使其温度提高到70～80℃；通过换热设备预热后的锅炉新水输入到锅炉系统。仅需增设热泵机组及换热装置，不需要进行大的改造，即可实现将难以有效利用的高炉低温循环水余热置换出来，应用到蒸汽锅炉新水预热上，节约蒸汽锅炉中新水预热所需蒸汽，达到节能、减排的目的。

Description

应用热泵技术回收高炉低温循环水余热的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种回收钢铁生产过程中高炉循环水余热的方法及设备，尤其是回收高炉循环水余热用于热电锅炉水预热方法及设备。

背景技术

随着能源的日趋紧张，节能、减排已成为重要的工作任务。钢铁生产过程中产生了大量的低温余热，尤其是40-80℃低温循环水的余热，据统计这部分的热量损失占钢铁生产能量损失的60％以上，由于循环水温度低，难以有效利用，长期以来基本上都通过冷却塔将这部份能量放散掉了，这不仅造成了大量的能源浪费和水资资源浪费，同时也无污染了环境。

CN101000175公开了一种带有新型热管和低温余热回收系统的低温余热回收式热管锅炉装置，在锅炉体中制有热管和低温余热回收系统，三者构成工质和蒸气管路顺通的燃烧蒸发产生热能的输热系统，锅炉为能使用矿物或生物质燃料的溴化锂吸收式制冷机组式结构体系；其炉管为用薄壁铜管加工制成波形吸液芯，壳芯填充金属铝，碳钢管管壳，薄壁铜管加工制成分流管，并在管壁上制有占壁面一定比例的孔，采用碳钢板加工后镀Ni-P合金的蒸发和冷凝端盖制造的以水为工质的热管，热管焊接在上锅体上，相通一体的热管尾部制有低温余热回收系统。该专利技术结构复杂，应用过程中需对现有锅炉系统进行改造，投资费用高，同时不能用于回收40-50℃的低温循环水余热。

发明内容

针对冶金生产过程中的低温循环水余热利用问题，本发明的目的是提供一种回收高炉循环水余热的方法和设备，本发明的原理是在现有高炉循环水系统和蒸汽锅炉补水系统的基础上，增设热泵机组及换热装置，利用热泵原理、方法及相关设备，冷却高炉循环水，预热锅炉新水，尽可能地将高炉循环水中的热量置换出来，并应用到热电锅炉上，起到节能、降耗的目的。

上述目的和任务通过以下技术方案来实现：

一种回收高炉循环水余热的方法，包括下列步骤：

1)在高炉循环软水管道上加装热泵机组，利用热泵机组中的低沸点工质将高炉系统的40～50℃的高炉循环软水中的余热置换出来，高炉循环软水被冷却至20-25℃；低沸点工质成为携带余热的低沸点工质；

2)在蒸汽锅炉补水管道上加装换热设备，将步骤1)得到的携带余热的低沸点工质中的热量，连同热泵做功的驱动热，一同提供给换热器一侧管网中的锅炉新水，使其温度提高到70～80℃；

3)通过换热设备预热后的锅炉新水输入到锅炉系统；

4)步骤1)得到的冷却后的高炉循环软水则直接再进入高炉循环水系统。

步骤1)所述的热泵机组是蒸汽压缩式热泵。

所述低沸点工质选自：四氟乙烷、五氟乙烷、二氟甲烷、三氟甲烷、异丁烷、氯乙烷、正戊烷、异戊烷、环戊烷、氟利昂-11、氟利昂-12中的一种或几种。

本发明还提供一套实现上述回收高炉循环水余热的方法的设备，包括：热泵机组(7)一套、冷却塔(4)一个、锅炉(9)一个、吸水池(5)一个、控制阀门二个；热泵机组(7)的一个入口通过控制阀门(6)以及高炉低温循环水输送管道(2)与高炉(1)的出口相连，其出口通过管道与吸水池(5)的入口相连，吸水池(5)的出口通过管道与高炉(1)的入口相连；热泵机组(7)的另一个入口通过管道与软水站(8)相连，其出口通过管道与锅炉(9)相连；冷却塔(4)的入口通过控制阀门(6)以及高炉低温循环水输送管道(2)与高炉(1)的出口相连，冷却塔(4)的出口通过管道与吸水池(5)的另一入口相连。

回收高炉循环水余热的设备，其各部分的作用如下：

热泵机组一套，用于将高炉系统的40～50℃的低温循环软水热量置换出来，预热锅炉新水使其温度提高到70～80℃；预热后得到的锅炉新水输入锅炉系统；冷却后的高炉循环软水进入吸水池，然后重新进入高炉循环水系统；

冷却塔一台，与热泵机组平行，用于直接将高炉系统的40～50℃的低温软循环水冷却，得到的高炉循环软水进入吸水池；

锅炉一台，位于热泵机组之后，用于将预热后的锅炉新水生产蒸汽；

吸水池一个，位于冷却塔和热泵机组之后，用于贮存冷却后供高炉使用的循环软水；

控制阀门二个，高炉和冷却塔之间有控制阀门3；高炉和热泵机组之间有控制阀门6，用于控制流量和流向。

优选的，热泵机组为蒸汽压缩式热泵。

热泵机组由蒸发器(10)，压缩机(11)，冷凝器(12)，膨胀阀(13)依次经管道连接而成；蒸发器(10)的出口通过压缩机(11)与冷凝器(12)的入口连接，冷凝器(12)的出口通过膨胀阀(13)与蒸发器(10)的入口相连；高炉低温循环水输送管道(14)从蒸发器(10)中穿过；锅炉新水输送管道(15)从冷凝器(12)中穿过。

热泵机组各部分的作用如下：蒸发器位于高炉循环软水管道一侧，用于吸收高炉循环软水中的热量；冷凝器位于锅炉补水管道一侧，用于将吸收的热量转换给锅炉新水；压缩机位于由蒸发器到冷凝器回路之间，用于压缩和输送低沸点工质从低温低压处到高温高压处；膨胀阀位于由冷凝器到蒸发器的回路之间，用于对循环工质起到节流降压的作用。

本发明的有益效果是，在已有的高炉循环水管道和锅炉补新水管道上，仅需增设热泵机组及换热装置，不需要进行大的改造，热泵机组可以提取高炉低温循环水中的热量，将难以有效利用的高炉低温循环水余热置换出来，同时冷却高炉循环水，并通过换热装置预热锅炉新水，实现余热回收，达到节能、减排的目的。

附图说明

图1本发明的系统示意图。

图2是本发明的热泵装置系统示意图。

图中：1、高炉，2、高炉低温循环水输送管道3、阀门，4、冷却塔，5、吸水池，6、阀门，7、热泵机组，8、软水站，9、锅炉，10、蒸发器，11、压缩机，12、冷凝器，13、膨胀阀，14、高炉低温循环水输送管道，15、锅炉新水输送管道。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明并不局限于此。

实施例1：

回收高炉循环水余热的设备，包括：热泵机组7、冷却塔4、锅炉9、吸水池5、控制阀门二个；热泵机组7的一个入口通过控制阀门6以及高炉低温循环水输送管道2与高炉1的出口相连，其出口通过管道与吸水池5的入口相连，吸水池5的出口通过管道与高炉1的入口相连；热泵机组7的另一个入口通过管道与软水站8相连，其出口通过管道与锅炉9相连；冷却塔4的入口通过控制阀门6以及高炉低温循环水输送管道2与高炉1的出口相连，冷却塔4的出口通过管道与吸水池5的入口相连。

回收高炉循环水余热的设备，其各部分的作用如下：

热泵机组用于将高炉系统的40～50℃的低温循环软水热量置换出来，预热锅炉新水使其温度提高到70～80℃；预热后得到的锅炉新水输入锅炉系统；冷却后的高炉循环软水进入吸水池，然后重新进入高炉循环水系统；

冷却塔与热泵机组平行，用于直接将高炉系统的40～50℃的低温软循环水冷却，得到的高炉循环软水进入吸水池；

锅炉位于热泵机组之后，用于将预热后的锅炉新水生产蒸汽；

吸水池位于冷却塔和热泵机组之后，用于贮存冷却后供高炉使用的循环软水；

控制阀门二个，高炉和冷却塔之间有控制阀门3；高炉和热泵机组之间有控制阀门6，用于控制流量。

热泵机组为蒸汽压缩式热泵。热泵机组由蒸发器10，压缩机11，冷凝器12，膨胀阀13依次经管道连接而成；蒸发器10的出口通过压缩机11与冷凝器12的入口连接，冷凝器12的出口通过膨胀阀13与蒸发器10的入口相连；高炉低温循环水输送管道14从蒸发器10中穿过；锅炉新水输送管道15从冷凝器12中穿过。

热泵机组各部分的作用如下：蒸发器位于高炉循环软水管道一侧，用于吸收高炉循环软水中的热量；冷凝器位于锅炉补水管道一侧，用于将吸收的热量转换给锅炉新水；压缩机位于由蒸发器到冷凝器回路之间，用于压缩和输送低沸点工质从低温低压处到高温高压处；膨胀阀位于由冷凝器到蒸发器的回路之间，用于对循环工质起到节流降压的作用。实施例2：

下面结合图1对本发明的高炉循环水余热回收方法作进一步说明。

如图1所示，高炉循环冷却水从高炉1通过管道2后，考虑到系统的可靠运行，分为两路，一路可由阀门3控制进入冷却塔3进行冷却后，直接输送到吸水池5，重新进入高炉1再循环使用，另一路则是由阀门6控制，进入蒸汽吸收式热泵机组7，换热后高炉循环水则进入吸水池5，再进入高炉1的循环系统中使用，而锅炉用新水从软水站8通过管道输送至热泵机组7吸收热量预热后，进入蒸汽锅炉8。

图2所示的是蒸汽压缩式热泵机组系统示意图。蒸汽压缩式热泵主要由压缩机11、蒸发器10、冷凝器12和膨胀阀13组成，压缩机起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用；蒸发器是输出冷量的设备，它的作用是使经膨胀阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的；膨胀阀对循环工质起到节流降压的作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。

蒸汽压缩式热泵机组中使用的循环工质为低沸点工质，低沸点工质可以是四氟乙烷、五氟乙烷、二氟甲烷、三氟甲烷、异丁烷、氯乙烷、正戊烷、异戊烷、环戊烷、氟利昂-11、氟利昂-12中的一种，也可以是其中两种或多种的混合物。使用哪种工质不影响本发明的有益效果。

高炉循环水14流经蒸发器10，低沸点工质流经蒸发器时蒸发成低温低压蒸汽，从高炉循环水14中吸收热量，经过压缩机11压缩后升温升压，达到所需温度和压力的蒸汽流入冷凝器12，将从蒸发器中吸取的热量和压缩机耗功所提升出来的那部分热量排出。放出的热量就传递给锅炉新水15，使其温位提高。蒸汽冷凝降温后变成液相，流经膨胀阀13膨胀后，压力继续下降，低压液相工质重新流经蒸发器10，并往复循环使得高炉低温循环水余热连续不断的被置换到锅炉新水中，使其温度得以提高，达到余热利用的目的。

综上所述，该高炉循环水余热回收系统，通过利用蒸汽压缩式热泵机组系统可将40-50℃高炉循环水热量置换出来并提高温位后，换热到锅炉新水中，使其温度提高到70-80℃，起到预热的目的。其换热效率很高，蒸汽压缩式热泵的制热系数为4，即消耗1KW电能可获得4KW的热量，因此具有较好的经济效益

Claims (6)

1.一种回收高炉循环水余热的方法，包括下列步骤：

1)在高炉循环软水管道上加装热泵机组，利用热泵机组中的低沸点工质将高炉系统的40～50℃的高炉循环软水中的余热置换出来，高炉循环软水被冷却至20-25℃；低沸点工质成为携带余热的低沸点工质；

2)在蒸汽锅炉补水管道上加装换热设备，将步骤1)得到的携带余热的低沸点工质中的热量，连同热泵做功的驱动热，一同提供给换热器一侧管网中的锅炉新水，使其温度提高到70～80℃；

3)通过换热设备预热后的锅炉新水输入到锅炉系统；

4)步骤1)得到的冷却后的高炉循环软水则直接再进入高炉循环水系统。

2.如权利要求1所述的回收高炉循环水余热的方法，其特征是，步骤1)所述的热泵机组是蒸汽压缩式热泵。

3.如权利要求1所述的回收高炉循环水余热的方法，其特征是，所述低沸点工质选自：四氟乙烷、五氟乙烷、二氟甲烷、三氟甲烷、异丁烷、氯乙烷、正戊烷、异戊烷、环戊烷、氟利昂一11、氟利昂-12中的一种或几种。

4.实现权利要求1所述的回收高炉循环水余热的方法的设备，包括：热泵机组(7)、冷却塔(4)、锅炉(9)、吸水池(5)、控制阀门二个；热泵机组(7)的一个入口通过控制阀门(6)以及高炉低温循环水输送管道(2)与高炉(1)的出口相连，其出口通过管道与吸水池(5)的入口相连，吸水池(5)的出口通过管道与高炉(1)的入口相连；热泵机组(7)的另一个入口通过管道与软水站(8)相连，其出口通过管道与锅炉(9)相连；冷却塔(4)的入口通过控制阀门(6)以及高炉低温循环水输送管道(2)与高炉(1)的出口相连，冷却塔(4)的出口通过管道与吸水池(5)的入口相连。

5.如权利要求4所述的回收高炉循环水余热的设备，其特征是，热泵机组为蒸汽压缩式热泵。

6.如权利要求4所述的回收高炉循环水余热的设备，其特征是，热泵机组由蒸发器(10)，压缩机(11)，冷凝器(12)，膨胀阀(13)依次经管道连接而成；蒸发器(10)的出口通过压缩机(11)与冷凝器(12)的入口连接，冷凝器(12)的出口通过膨胀阀(13)与蒸发器(10)的入口相连；高炉低温循环水输送管道(14)从蒸发器(10)中穿过；锅炉新水输送管道(15)从冷凝器(12)中穿过。

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