CN102808668A - 基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电方法及设备，包括余热回收系统、换热器（6）以及与该换热器（6）相连接的有机工质朗肯循环发电系统。余热回收系统包括内部设有锟轴（2）的中温盐浴池（3）和与该中温盐浴池（3）相连接的中温熔盐炉（5），该中温盐浴池（3）与换热器（6）相连接。该余热回收系统中，采用熔融盐作为换热介质。采用这样的系统后，可以得到一种余热回收率高、具有显著的经济效益和社会效益的基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电方法及设备。

Description

基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电方法及设备
技术领域
本发明涉及利用余热的装置领域，尤其涉及一种利用连铸二冷段余热进行有机工质朗肯循环发电的方法和设备。
背景技术
在连铸二冷段工序中，液态的钢水经初步冷却在外表形成硬壳，温度降到1300℃左右，然后喷水进一步冷却直至板坯完全凝固，此时温度为900℃左右。在温度由1300℃到900℃的过程中，钢坯的冷却释放出大量的热量，平均约180kJ/kg钢，按照板坯拉速的时间计算（以220mm厚×1500mm宽，拉速1.0米/分钟为例），热功率达到7890KW。如此巨大的热量如果用于生产蒸汽或者发电，则经济效益十分可观。而目前，仅对低温段的热量进行回收利用，而对于该高温段余热的回收技术尚属空白。
美国的发明专利US4351633公开了一种采用密闭空间冷却室，以空气或水为介质与板坯直接换热的技术。其涉及的温度为900℃到150℃-250℃的低温范围，所回收的热量产生蒸汽推动发电机。但是，对于1300℃到900℃之间的余热，该专利并没有涉及。其中，换热方案主要是传统的辐射换热或气固换热。采用水为介质回收余热的品位较低，形成的水汽只能用来加热给水，而采用空气介质则气固换热系数不如液固换热系数高。所以，该类方法存在一定缺陷，仍有待改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为克服现有余热回收发电系统在余热利用率低、换热效果不佳等不足，而对现有余热回收发电系统进行改进设计，得到一种可将钢坯热能转化为电能、余热回收率高、具有显著的经济效益和社会效益的基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电方法及设备。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，提供一种基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电的设备，包括余热回收系统、换热器以及与该换热器相连接的机工质朗肯循环发电系统。所述余热回收系统包括内部设有锟轴的中温盐浴池和与该中温盐浴池相连接的中温熔盐炉，该中温盐浴池与换热器相连接。
本发明的第一优选方案为，中温盐浴池连接有集液池，集液池与中温熔盐炉连接。
本发明的第二优选方案为，有机工质朗肯循环发电系统包括与换热器相连的膨胀机，以及同时与该膨胀机相连的发电机和冷凝器。其中，冷凝器通过工质泵与该换热器相连。
本发明的第三优选方案为，冷凝器与工质泵之间设有贮液箱。
就基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电的方法而言，该方法包括如下步骤：将介质与二冷段的板坯接触以回收余热，然后将介质与有机工质在换热器中进行热交换处理，最后利用该有机工质吸收的热量进行发电。其中，该介质为熔融盐。
作为本发明利用连铸二冷段余热发电的方法的第一种优选方案，熔融盐采用氯化锌。
作为本发明利用连铸二冷段余热发电的方法的第二种优选方案，有机工质采用R245fa。
作为本发明利用连铸二冷段余热发电的方法的第三种优选方案，换热器的出口的温度高于熔融盐的熔点。
本发明的技术优势在于：由于采用熔融盐与二冷段的板坯进行液固强制换热，换热效率高于传统的辐射换热和气固换热。因为熔融盐的换热能力超过板坯的散热量，可以保证板坯充分冷却。其中，优先选用熔点和沸点的温度相差大的氯化锌作为熔融盐，其较宽的温度使用范围不仅可以满足高温吸热而且可以满足中温放热的需要。此外，氯化锌价格低廉，性质稳定，其安全性优于其它同类物质，从而降低了换热成本，便于推广应用。又由于所回收的高温段的大量余热通过有机工质朗肯循环发电系统转化为电能，相比用于生产蒸汽的方式而言，最大限度地回收了余热，创造了更大的经济效益。而这一过程中采用无毒、不可燃、无腐蚀性的环保工质R245fa作为有机工质，由于其具有较低的临界压力3.65Mpa，临界温度154.01℃，分子量大，适合余热回收，达到节能环保生产的目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电方法及设备实施例的结构示意图。
具体实施方式
由图1所示的基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电方法及设备实施例的结构示意图可知，包括余热回收系统、换热器6以及与该换热器6相连接的有机工质朗肯循环发电系统。其中，余热回收系统包括内部设有锟轴2的中温盐浴池3和与该中温盐浴池3相连接的中温熔盐炉5，该中温盐浴池3与换热器6相连接。此外，中温盐浴池3连接有集液池8，该集液池8与中温熔盐炉5连接。换热器6还与发电系统相连接，有机工质朗肯循环发电系统包括与换热器6相连的膨胀机11，以及同时与该膨胀机11相连的发电机12和冷凝器13，该冷凝器13通过工质泵10与换热器6相连。而可在冷凝器13与工质泵10之间设有贮液箱9。
开启设备时，首先通过中温熔盐炉5将熔融盐融化，该熔融盐可选择氯化锌。氯化锌融化后，阀门142开启，阀门143关闭，熔融状态的氯化锌即可注入到中温盐浴池3内。然后，启动连铸工艺，氯化锌就对借助锟轴2通过中温盐浴池3内部的铸坯1的余热进行回收。当中温盐浴池3中的温度达到630℃左右时，启动中温熔盐泵4、换热器6、工质泵10、膨胀机11、发电机12、冷凝器13。中温熔盐泵4将中温盐浴池3内的液态氯化锌引入换热器6的同时，开启阀门145。工质泵10将贮液箱9中的有机工质引入换热器6之中，该有机工质选用R245fa。在该换热器6内，有机工质与回收了余热的氯化锌进行充分的热交换。最后，开启阀门141，经过热交换后的氯化锌从换热器6回流到中温盐浴池3，而吸收了余热能的有机工质则进入膨胀机11将热能转化为机械能，驱动发电机12发电。做功之后的有机工质经冷凝器13冷凝后，重新聚集于贮液箱9，再经工质泵重新开始下轮有机工质郎肯循环进行发电。
当连铸工艺停止生产时，阀门141和阀门142关闭，阀门143开启。控制换热器6的出口端的温度高于熔融盐的熔点，则氯化锌为液态。从而保证了经过热交换后的氯化锌可从换热器6回流到中温熔盐炉5中，便于贮存或加热再利用。此外，对于板坯输送过程中造成的氯化锌熔液泄漏，用集液池8进行收集，开启阀门144，然后用返液泵7将泄漏液返送回中温熔盐炉5继续利用，节约了余热回收的成本。
本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本技术领域人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电的设备，其特征在于：包括余热回收系统、换热器（6）以及与该换热器（6）相连接的有机工质朗肯循环发电系统；该余热回收系统包括内部设有锟轴（2）的中温盐浴池（3）和与该中温盐浴池（3）相连接的中温熔盐炉（5）；该中温盐浴池（3）与该换热器（6）相连接。
2.按照权利要求1所述基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电的设备，其特征在于：所述中温盐浴池（3）连接有集液池（8），该集液池（8）与所述中温熔盐炉（5）连接。
3.按照权利要求1所述基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电的设备，其特征在于：所述有机工质朗肯循环发电系统包括与所述换热器（6）相连的膨胀机（11），以及同时与该膨胀机（11）相连的发电机（12）和冷凝器（13），该冷凝器（13）通过工质泵（10）与该换热器（6）相连。
4.按照权利要求3所述基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电的设备，其特征在于：所述冷凝器（13）与工质泵（10）之间设有贮液箱（9）。
5.一种基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电的方法，其特征在于：将介质与二冷段的板坯接触以回收余热，然后将所述介质与有机工质在换热器（6）中进行热交换处理，最后利用该有机工质吸收的热量进行发电；所述介质为熔融盐。
6.按照权利要求5所述基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电的方法，其特征在于：所述熔融盐采用氯化锌。
7.按照权利要求5所述基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电的方法，其特征在于：所述有机工质采用R245fa。
8.按照权利要求5或6所述基于有机工质朗肯循环的连铸二冷段余热发电的方法，其特征在于：所述换热器（6）的出口的温度高于所述熔融盐的熔点。
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