CN102721222B - 一种生产工艺冷却水余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
一种生产工艺冷却水余热回收系统，包括安装在主生产线内的冷却水管，冷却水管的入口、出水分别与冷水池、热水池相连通，热水池通过高温供水母管与低温换热器相连，低温换热器的出口经低温回水母管与冷水池相连，低温换热器还通过管路与热源水池相连通，经低温换热器加热的热源水经过热源水管路与高温换热器相连，高温换热器的出口连接热用户，主生产线的烟道上还安装有余热锅炉，余热锅炉的汽水侧：其入口与凝结水箱相连通、其出口或高温换热器直接相连通、或通过汽轮机与高温换热器相连通。能够有效地将冷却水低品位的余热转换成高品位的能源后进行高效综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种工艺冷却水余热回收系统，尤其涉及一种可以有效提高生产工艺冷却水余热品位的回收系统。
背景技术
目前，工业炉窑排放的250℃以上的烟气所携带的中高品位余热，大部分实现了余热回收利用，或用于余热发电、或用于生产蒸汽、或用于提供高温热水等，为相关行业节约了大量能源、创造了巨大经济效益、为节能减排工作做出了重要贡献。但是，对于低品位余热的有效利用技术还很不成熟，化工、冶金、电力、建材等行业产生的大量25℃～60℃的工艺冷却水，由于能源品位低、回收利用难，这些冷却水的余热远没有得到充分利用，绝大部分是通过冷水塔或空气冷却器排放到大气中，不仅造成能源浪费，空气冷却器和冷水塔的运行还耗电、耗水，产生环境热污染。
为解决工艺冷却水造成的能源浪费、耗电、耗水和环境热污染问题，相关工程技术人员就如何有效利用低品位冷却水的余热做了大量工作，主要是利用冷却水的余进行冬季供暖：或直接利用冷却水的余热供暖、或采用热泵技术将冷却水的温度提升后供暖，在供暖期，对局部地区的冷却水的余热进行了回收利用。
金昌铁业(集团)有限责任公司利用球团竖炉冷却水余热采暖,停用了一台2t/h采暖锅炉,取得了显著的节能效果（刘宏雄，应用球团竖炉冷却 水余热采暖的实践，节能，2008年第5期）。苏保青完成了“用热泵回收电厂冷凝热集中供热技术研究”（山西能源与节能，2007年第3期，18～19页），利用高温水源热泵（工质为134ａ，热泵冷水进水温度35～40℃，热泵热水回水温度不低于55～60℃，热泵热水出水温度75～80℃，热泵机组的能效系数不低于4.5），回收电厂冷却水的低品位余热作为生活小区冬季集中供热的热源，节能减排效果显著，冷却水向环境排放的废热得到大幅度削减；发明专利“一种热电厂余热回收及热水梯级加热供热方法”（申请号：200910090917.4）公开了：利用热泵技术，从发电厂的冷却水吸热，通过一级或多级加热，将水温提升到中温（60～80℃）或高温（110℃）后输送到市区集中供热换热站，在冬季为市区集中供热；实用新型专利“热电厂冷却水余热回收节能供热系统”（授权公告号：CN 202008182U）公开了：利用热泵技术提升电厂冷却水的温度，作为小区冬季集中供热的热源。
大部分冷却水的温度在60℃以下，热能品位太低不能直接利用。采用热泵技术提高冷却水温度后，能源品位得到提高，在冬季供暖期得到了部分推广应用，但是热泵技术提升冷却水温度需要消耗优质电能，在电力供应紧张和电价较高的地区，利用热泵技术提升冷却水温度在冬季供暖并不经济。此外，采用热泵技术提升冷却水的温度，最大经济提升温度一般为85℃，这一温度范围的热水用户非常有限。
基于技术现状，我国冷却水余热回收的案例大多集中在我国北半部，且只能在采暖期进行回收利用。而在非采暖期，以及我国南半部，冷却水的大 量余热根本没有得到有效利用，绝大部分通过冷水塔或空气冷却器排放到大气中，不仅造成能源浪费，还耗电、耗水，产生环境热污染问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效地将冷却水低品位的余热转换成高品位的能源后进行高效综合利用的生产工艺冷却水余热回收系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括主生产线以及安装在主生产线内的冷却水管，所述的冷却水管的入口与冷水池相连通，出口与热水池相连通，热水池通过高温供水母管与低温换热器的入口相连，低温换热器的出口经低温回水母管与冷水池相连，所述的低温换热器还通过管路与热源水池相连通，经低温换热器加热的热源水经过热源水管路与高温换热器相连，高温换热器的出口连接热用户，所述的主生产线的烟道上还安装有余热锅炉，余热锅炉的入口与凝结水箱相连通，出口经蒸汽管直接与高温换热器相连、或通过汽轮机与高温换热器相连通，蒸汽在高温换热器内放热后的冷凝水通过管路与凝结水箱相连。
所述的高温供水母管与低温回水母管之间还设置有带有冷水器阀的冷水器。
所述的低温换热器与热源水池相连通的管路还依次设置有热源水阀和热源水泵。
所述的冷水池与冷却水管之间的管路上还安装有冷水泵和冷水阀门。
所述的热水池与高温供水母管之间安装有热水池出口阀门及热水泵。
所述的高温供水母管与低温换热器之间还安装有换热器阀门。
所述的凝结水箱与余热锅炉相连通的管路上安装有余热锅炉给水泵及余热锅炉给水阀门。
所述的余热锅炉上还安装有引风机。
所述的余热锅炉与高温换热器相连通的蒸汽管上安装有蒸汽旁路阀。
所述的余热锅炉与高温换热器之间还安装有汽轮机，汽轮机与发电机连接，所述的汽轮机还通过主蒸汽阀与高温换热器相连。
本发明利用主生产线的余热发电系统提供高温蒸汽作为热源，将低品位的冷却水余热转变成高品位的热能，以实现工艺冷却水余热的有效利用。即通过低温换热器、高温换热器和主生产线的余热发电系统提供的高温蒸汽，将冷却水低品位的余热进行提升，最终转换成满足热用户要求的高品位热能，大幅度提高冷却水余热利用的应用领域，冷却水的余热利用率可接近100%，彻底解决传统技术导致的冷却水余热仅用于冬季供暖、非供暖期能源浪费的问题，彻底解决了冷却水系统的冷水塔和空气冷却器的耗电、耗水和环境热污染问题。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
参见图1，本发明包括主生产线22以及安装在主生产线22内的冷却水管 23，所述的冷却水管23的入口与冷水池8相连通，出口与热水池24相连通，冷水池8与冷却水管23之间的管路上还安装有冷水泵9和冷水阀门，热水池24通过高温供水母管26与带有换热器阀27的低温换热器1的入口相连，且在热水池24与高温供水母管26之间安装有热水池出口阀门及热水泵25，低温换热器1的出口经低温回水母管5与冷水池8相连，高温供水母管26与低温回水母管5之间还设置有带有冷水器阀7的冷水器6。
所述的低温换热器1还通过管路及安装在管路上的热源水阀2和热源水泵3与热源水池4相连通，经低温换热器1加热的热源水经过热源水管路与高温换热器20相连，高温换热器的出口连接热用户19，所述的主生产线22的烟道11上还安装有带有引风机14的余热锅炉12，余热锅炉12的入口与凝结水箱21相连通，且在其相连的管路设置有给水泵10及余热锅炉给水阀门，余热锅炉12的出口或经蒸汽管16直接与高温换热器20相连、或经汽轮机17与高温换热器20相连，且在蒸汽管16上还分别安装有蒸汽旁路阀13和主蒸汽阀15，经高温换热器20换热后的冷凝水通过管路与凝结水箱21相连；所述的汽轮机17和发电机18相连。
本发明的工作过程如下：冷水泵9将冷水池8内54℃左右的冷却水输送到冷却水管23，冷却水管23内流动的冷却水对主生产线22的相关设备冷却降温、避免过热失效，同时冷却水吸升温到60℃左右后离开主生产线22，进入热水池24。热水池24内60℃左右的冷却水经热水泵25输送至高温供水母管26后，分成两路：一路冷却水进入低温换热器1，向温度较低的热源水放 热后温度降低到54℃左右后进入低温回水母管5；另一路冷却水进入冷水器6，直接向环境放热、温度降低到54℃左右后进入低温回水母管5。低温回水母管5内54℃左右的冷却水最终返回冷水池8。
在供热侧，热源水池4内25℃左右的低温热源水被热源水泵3输送至低温加热器1，从温度为60℃左右的高温冷却水吸热后温度升高到55℃以上，随后进入高温加热器20，被来自汽轮机17或余热锅炉12的高温蒸汽加热到90—150℃，或更高，温度满足要求后向热用户19供热。
在高温换热器20的汽水侧，主生产线22排放的200—550℃左右的高温烟气经烟道11进入余热锅炉12，放热后温度降低到150℃以下，经引风机14排向大气。凝结水箱21内温度低于100℃的凝结水由余热锅炉给水泵10送入余热锅炉12，与高温烟气换热后，转变成温度为180—450℃左右的高温蒸汽，离开余热锅炉12的高温蒸汽分成两路：一路进入汽轮机17推动发电机18发电，蒸汽温度降低到300℃以下后经蒸汽管16进入高温换热器20，放热后转变成温度低于100℃的凝结水后返回凝结水箱21；另一路蒸汽离开余热锅炉12后经不经过汽轮机17，而是直接经蒸汽管16进入高温换热器20，放热后转变成100℃以下的凝结水，随后返回凝结水箱21。
在热源水池4和低温换热器1之间的连接管道上设置热源水泵3和热源水阀2。热源水泵3提供热源水流经低温换热器1、高温换热器20以及整个管道最终达到热用户19所需要的动力。热源水阀2用于调整流经低温换热器1和高温换热器20，最终供给热用户19的热源水量的大小。
在高温供水母管26与低温换热器1和冷水器6的连接管道上分别设置了换热器阀27和冷水器阀7，分别用于调节或关闭进入低温换热器1或冷水器6的冷却水量。
在余热锅炉12、汽轮机17与高温换热器20的连接蒸汽管道上，分别设置蒸汽旁路阀13和主蒸汽阀15，分别用于调整、关断余热锅炉12、汽轮机17向高温换热器20提供的高温蒸汽。
本发明的技术效果有：
1、通过低温换热器，高温冷却水的低品位余热传递给热源水；通过高温换热器，余热发电系统的高温蒸汽将热量传递给吸收了冷却水低品位余热的热源水，使热源水的温度大幅度提升，满足热用户的温度及高品位能源的要求。利用主生产线的烟气余热发电系统提供的高温蒸汽，可以大幅度提升工艺冷却水的余热品位，可以轻易地将热源水的温度提升到90—150℃、或更高，远高于传统热泵提供的85℃经济水温的热源水，热能品位得到大幅度提升后，冷却水的余热利用范围大幅度拓宽，余热利用率最高可以接近100%，节能减排效果显著。
2、低温换热器与冷水器并列布置，流经低温换热器和冷水器的冷却水量可以通过调节阀进行灵活调节，既保证避免通过冷水器的冷却水流量过大导致的能源浪费和环境热污染问题，又有效保证热用户的热需求降低时，有足够的冷却水通过冷水器散热，满足主生产线的冷却要求。
3、高温换热器的蒸汽热源包括余热锅炉提供的蒸汽和汽轮机提供的蒸 汽。当汽轮机向高温换热器提供的蒸汽对热源水加热后，热源水的温升满足热用户的要求时，将余热锅炉生产的蒸汽全部引入汽轮机发电，保证高品位的热能用于发电，蒸汽的部分能源转变成电能后，利用蒸汽低品位的热能供热，实现能源的高效梯级利用。当汽轮机为高温换热器提供的蒸汽能量不足以将热源水的温度提升至热用户要求的温度时，利用余热锅炉出口的高品位蒸汽直接加热高温换热器的热源水，以优先满足热用户的供热要求。
本发明的效果为：主生产线冷却水通过低温换热器将低品位的余热传递给低温热源水；主生产线排放的高温烟气余热回收，高品位的余热发电，低品位的余热进一步提高热源水的温度，以满足热用户的供热要求。本发明将冷却水的余热品位大幅度提高，应用范围大幅度拓宽，既可以满足供暖期的供热，还可以满足特定用户生产工艺对高温水的要求，冷却水的余热资源几乎可以实现100%利用。不仅提高了能源利用率，还避免了冷水塔、空气冷却器的耗水、耗电，也消除了大量冷却水余热直接向大气排放导致的环境热污染。
综上所述，本发明通过设置低温换热器1，高位换热器20，以及余热锅炉12和汽轮机17，发电机18等，可以将很难直接利用的低品位工艺冷却水的余热转变成高品位的热能，以满足热用户19对高品位热能的要求，在低品位余热向高品位热能提质的过程中，与传统热泵技术不同，不需要优质的电能，而是利用主生产线22排放的高温烟气的废热。此外，本发明还可以将热源水的温度提升至90—150℃，或更高，远高出了传统热泵技术提高到经济温 度85℃的限制，大幅度拓宽了冷却水余热资源的使用范围，完全突破了采用传统技术提供的冷却水余热资源仅仅用于冬季供暖的限制，冷却水的回收利用时间可以延长至一年四季，余热资源利用率可以接近100%利用。本发明正常运行时，冷水器6不需要投运，彻底解决了冷水器6运行耗电、耗水和环境热污染问题。因此，相对于冷却水余热单纯用于冬季供暖、以及热泵技术，本发明节能减排优势显著。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种生产工艺冷却水余热回收系统，其特征在于：包括主生产线（22）以及安装在主生产线（22）内的冷却水管（23），所述的冷却水管（23）的入口与冷水池（8）相连通，出口与热水池（24）相连通，热水池（24）通过高温供水母管（26）与低温换热器（1）的入口相连，低温换热器（1）的出口经低温回水母管（5）与冷水池（8）相连，所述的低温换热器（1）还通过管路与热源水池（4）相连通，经低温换热器（1）加热的热源水经过热源水管路与高温换热器（20）相连，高温换热器（20）的出口连接热用户（19），所述的主生产线（22）的烟道（11）上还安装有余热锅炉（12），余热锅炉（12）的入口与凝结水箱（21）相连通，出口经蒸汽管（16）直接与高温换热器（20）相连、或通过汽轮机与高温换热器相连通，蒸汽在高温换热器（20）内放热后的冷凝水通过管路与凝结水箱（21）相连。
2.根据权利要求1所述的生产工艺冷却水余热回收系统，其特征在于：所述的高温供水母管（26）与低温回水母管（5）之间还设置有带有冷水器阀（7）的冷水器（6）。
3.根据权利要求1所述的生产工艺冷却水余热回收系统，其特征在于：所述的低温换热器（1）与热源水池（4）相连通的管路还依次设置有热源水阀（2）和热源水泵（3）。
4.根据权利要求1所述的生产工艺冷却水余热回收系统，其特征在于：所述的冷水池（8）与冷却水管（23）之间的管路上还安装有冷水泵（9）和冷水阀门。
5.根据权利要求1所述的生产工艺冷却水余热回收系统，其特征在于：所述的热水池（24）与高温供水母管（26）之间安装有热水池出口阀门及热水泵（25）。
6.根据权利要求1所述的生产工艺冷却水余热回收系统，其特征在于：所述的高温供水母管（26）与低温换热器（1）之间还安装有换热器阀门（27）。
7.根据权利要求1所述的生产工艺冷却水余热回收系统，其特征在于：所述的凝结水箱（21）与余热锅炉（12）相连通的管路上安装有余热锅炉给水泵（10）及余热锅炉给水阀门。
8.根据权利要求1所述的生产工艺冷却水余热回收系统，其特征在于：所述的余热锅炉（12）上还安装有引风机（14）。
9.根据权利要求1所述的生产工艺冷却水余热回收系统，其特征在于：所述的余热锅炉（12）与高温换热器（20）相连通的蒸汽管（16）上安装有蒸汽旁路阀（13）。
10.根据权利要求9所述的生产工艺冷却水余热回收系统，其特征在于：所述的余热锅炉（12）与高温换热器（20）之间还安装有汽轮机（17），汽轮机（17）与发电机（18）连接，所述的汽轮机（17）还通过主蒸汽阀（15）与高温换热器（20）相连。
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