CN103993109A - 高炉渣余热回收系统及其回收控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉渣余热回收系统，包括第一换热器、膨胀机、发电机，以及第二换热器，其中，第一换热器设有水蒸汽通道以及第一有机工质换热通道，水蒸汽通道的入口与水渣塔的蒸汽出口连通；膨胀机设有与第一有机工质换热通道的出口连通的进气口以及排气口；第二换热器设有冷却水通道以及第二有机工质换热通道，第二有机工质换热通道的入口与排气口连通，出口与第一有机工质换热通道的入口连通，膨胀机的输出轴与发电机的转轴固定连接以驱动发电机发电。本发明进一步提出一种高炉渣余热回收系统的回收控制方法。本发明提供的高炉渣余热回收系统，可避免高炉冲渣水杂质对换热器及管路的腐蚀，提高了换热器及管路的使用寿命。

Description

高炉渣余热回收系统及其回收控制方法

技术领域

本发明涉及冶金生产余热回收技术领域，尤其涉及一种高炉渣余热回收系统及其回收控制方法。

背景技术

高炉冶炼能耗占整个钢铁生产能耗的59%左右，是钢铁厂的第一耗能工序。高炉在冶炼过程中会产生大量高温炉渣，高炉渣经过水淬处理后是很好的水泥添加料。在对高炉渣经过水淬处理过程中，会产生大量的高炉冲渣水，高炉冲渣水的温度一般在85℃以下，因其含有多种无机盐及水垢而难以利用，造成能源浪费，据统计每生产1t铁水产生约0.3至0.35t的高炉渣，每吨高炉渣含有约64kgce的热量，这些热量基本全部进入冲渣水。

我国高炉冲渣水余热利用技术还相对落后，在我国北方冬天采用将换热器回收冲渣水中的热量，以用于建筑取暖。但是，高炉冲渣水会腐蚀换热器，从而缩短了换热器的使用寿命，另外，在非取暖的季节以及南方的钢铁厂中，高炉冲渣水基本没有得到应用，不仅仅浪费了能源还造成了热污染。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高炉渣余热回收系统及其回收控制方法，旨在稳定地回收高炉渣中带有的热量，同时避免高炉冲渣水杂质对换热器及管路的腐蚀。

为实现上述目的，本发明提供一种高炉渣余热回收系统，包括用于将水渣塔内水蒸汽热量交换至有机工质中的第一换热器、用于将所述有机工质中热量转化为机械功的膨胀机、用于将机械能转化为电能的发电机，以及用于冷凝所述有机工质的第二换热器，其中，

所述第一换热器设有水蒸汽通道以及第一有机工质换热通道，所述水蒸汽通道的入口与水渣塔的蒸汽出口连通，所述水蒸汽通道中的水蒸汽与所述第一有机工质换热通道中的有机工质在所述第一换热器中进行热交换；

所述膨胀机设有与所述第一有机工质换热通道的出口连通的进气口以及排气口，蒸汽经所述膨胀机的进气口进入其内部带动所述膨胀机的输出轴转动；

所述第二换热器设有冷却水通道以及第二有机工质换热通道，所述第二有机工质换热通道的入口与所述膨胀机的排气口连通，所述第二有机工质换热通道的出口与所述第一有机工质换热通道的入口连通，所述第二有机工质换热通道的入口与所述膨胀机的排气口连通；

所述膨胀机的输出轴与所述发电机的转轴固定连接以驱动所述发电机发电。

优选地，所述高炉渣余热回收系统还包括位于所述第二换热器与所述第一换热器之间的有机工质循环泵，该有机工质循环泵的一端由管道连接所述第一有机工质换热通道的入口，所述有机工质循环泵的另一端由管道连接所述第二有机工质换热通道的出口。

优选地，所述高炉渣余热回收系统还包括与所述第一换热器的水蒸汽通道的出口连通的循环水槽，该循环水槽的出水口与所述水渣塔的喷水口连通。

优选地，所述高炉渣余热回收系统还包括用于将水渣塔中冷却的高炉渣进行脱水处理的脱水器，该脱水器的入口与所述水渣塔的出渣口连通，所述脱水器的出水口与所述循环水槽连通。

优选地，所述循环水槽设有多级用于分离高炉渣的溢流槽。

优选地，所述溢流槽还设有用于供分离出的高炉渣流出的排渣口，该排渣口与所述脱水器连通。

优选地，所述高炉渣余热回收系统还包括位于所述脱水器与所述水渣塔的出渣口之间的第一渣浆泵、位于所述排渣口与所述脱水器之间的第二渣浆泵，以及位于所述循环水槽的出水口与所述水渣塔的喷水口之间的循环水泵。

优选地，所述高炉渣余热回收系统还包括用于控制所述水渣塔的蒸汽出口处水蒸汽流量的控制阀门，该控制阀门位于所述水蒸汽通道的入口与所述水渣塔的蒸汽出口之间。

本发明进一步提出一种基于上述的高炉渣余热回收系统的回收控制方法，包括以下步骤：

获取水渣塔内水的温度、压力以及液位信息；

根据获取到的水渣塔内水的温度、压力以及液位信息，控制经所述水渣塔的喷水口喷入所述水渣塔中水的流量；

根据所述水渣塔内水的温度、压力、液位信息以及喷入所述水渣塔中水的流量，控制经所述水渣塔的蒸汽出口进入到第一换热器中水蒸汽的流量。

优选地，所述根据所述水渣塔内水的温度、压力、液位信息以及喷入所述水渣塔中水的流量，控制经所述水渣塔的蒸汽出口进入到第一换热器中水蒸汽的流量的步骤之后还包括：

根据水渣塔内水渣的量，控制第一渣浆泵的流量及启停；

根据循环水槽内溢流槽中的水渣的量，控制第二渣浆泵的启停。

本发明提出的高炉渣余热回收系统，通过第一换热器与水渣塔的蒸汽出口连通，将回收水蒸汽中的热量转化为机械能后用于发电，相对于现有技术中使用液态的水进行热回收，可避免高炉冲渣水杂质对换热器及管路的腐蚀，提高了换热器及管路的使用寿命。另外，本高炉渣余热回收系统是通过将水渣塔产生的水蒸汽中的热量转化为电能，相对于现在技术直接用于取暖，提高了适用范围，使其可用于不取暖的时间和地区，同时还可避免热污染。同时，本高炉渣余热回收系统是通过有机工质来吸收水蒸汽的热量，有机工质的蒸发潜热大，使用较少的有机工质即可吸收大量的热量的目的。本高炉渣余热回收系统，通过水的相变换热实现高炉渣的冷却，可减少了高炉冲渣水的用量，有利于节水。

附图说明

图1为本发明高炉渣余热回收系统优选实施例的结构示意图；

图2为本发明高炉渣余热回收系统的回收控制方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明高炉渣余热回收系统的回收控制方法第二实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出一种高炉渣余热回收系统。

参照图1，图1为本发明高炉渣余热回收系统优选实施例的结构示意图。需要说明的是，图中箭头所示的方向代表水（包括气态与液态）、高炉渣以及有机工质的循环方向。

本优选实施例中，高炉渣余热回收系统，包括用于将水渣塔内水蒸汽热量交换至有机工质中的第一换热器10、用于将有机工质中热量转化为机械功的膨胀机20、用于将机械能转化为电能的发电机30，以及用于冷凝有机工质的第二换热器40，其中，

第一换热器10设有水蒸汽通道以及第一有机工质换热通道（水蒸汽通道与第一有机工质换热通道相互独立），水蒸汽通道的入口与水渣塔50的蒸汽出口50a连通，水蒸汽通道中的水蒸汽与第一有机工质换热通道中的有机工质在第一换热器10中进行热交换；

膨胀机20上设有与第一有机工质换热通道的出口连通的进气口，以及与第二有机工质换热通道的入口连通的排气口，蒸汽经膨胀机20的进气口进入其内部带动膨胀机20的输出轴转动；

第二换热器40设有冷却水通道以及第二有机工质换热通道（冷却水通道与第二有机工质换热通道相互独立），第二有机工质换热通道的入口与膨胀机20的排气口连通，第二有机工质换热通道的出口与第一有机工质换热通道的入口连通，第二有机工质换热通道的入口与膨胀机20的排气口连通。冷却水通道中的冷却水与第二有机工质换热通道中的有机工质，在第二换热器40中进行热交换。冷却水管65与冷却水通道的入口连通，以向冷却水通道内注入冷却水。

膨胀机20的输出轴与发电机30的转轴固定连接以驱动发电机30发电。膨胀机20可以为螺杆膨胀机、透平膨胀机等多种形式，本发明对此不作限定。

本高炉渣余热回收系统的具体工作过程如下：首先，经水渣塔50的喷水口将渣沟里的高炉渣冲入水渣塔50，高温的高炉渣将冲渣水汽化蒸发产生大量的水蒸汽，水蒸汽进入到第一有机工质换热通道内，在第一换热器10内部与有机工质换热通道中的有机工质发生热交换，从而使液态的有机工质汽化，气态的有机工质进入到膨胀机20内部膨胀降压带动膨胀机20的输出轴运动，从而带动发电机30发电，最后，膨胀后的乏气进入到第二换热器40中，与第二换热器40中冷却水通道中的冷却水发生热交换，冷凝成液态后，再次进入到第一换热器10中，从而形成有机工质的循环系统，即本实施例提出的高炉渣余热回收系统，通过有机朗肯循环将水蒸汽中的热量转化成高品质的电能。

本实施例提出的高炉渣余热回收系统，通过第一换热器10与水渣塔50的蒸汽出口50a连通，将回收水蒸汽中的热量转化为机械能后用于发电，相对于现有技术中使用液态的水进行热回收，可避免高炉冲渣水杂质对换热器及管路的腐蚀，提高了换热器及管路的使用寿命。另外，本高炉渣余热回收系统是通过将水渣塔50产生的水蒸汽中的热量转化为电能，相对于现在技术将热能直接用于取暖，提高了适用范围，使其可用于不取暖的时间和地区，同时还可避免热污染。同时，本高炉渣余热回收系统是通过有机工质来吸收水蒸汽的热量，有机工质的蒸发潜热大，使用较少的有机工质即可达到吸收大量的热量的目的。本高炉渣余热回收系统，通过水的相变换热实现高炉渣的冷却，可减少了高炉冲渣水的用量，有利于节水。

进一步地，本高炉渣余热回收系统还包括位于第二换热器40与第一换热器10之间的有机工质循环泵61，该有机工质循环泵61的一端由管道连接第一有机工质换热通道的入口，有机工质循环泵61的另一端由管道连接第二有机工质换热通道的出口。

有机工质循环泵61产生动力，使第二换热器40中的有机工质强制回流进入到第一换热器10中，从而避免了第一换热器10中可能出现的有机工质流量不足的情况，提高了本高炉渣余热回收系统的工作稳定性。

进一步地，本高炉渣余热回收系统还包括与第一换热器10的水蒸汽通道的出口连通的循环水槽70，该循环水槽70的出水口与水渣塔50的喷水口50b连通。

本实施例中，循环水槽70与第一换热器10的水蒸汽通道的出口可将换热后的水利用起来，循环水槽70中的水可再次用于冷却水渣塔50中的高温高炉渣，从而达到节省水源的目的。

进一步地，本高炉渣余热回收系统还包括用于将水渣塔50中冷却的高炉渣进行脱水处理的脱水器80，该脱水器80的入口与水渣塔50的出渣口50c连通，脱水器80的出水口与循环水槽70连通。在脱水器80内设有一层致密的过滤网，以实现渣水分离，脱水器80在使用时需向其内喷入一定量的冷却水，以保证脱水器80内的冲渣水不发生汽化，同时可向整个高炉渣余热回收系统补水。脱水器80的排渣口处设有传动带90，以方便将脱水后的高炉渣传送至指定地点。经脱水器80脱水后的高炉渣可用于生产其它产品。

本实施例中，脱水器80的出水口与循环水槽70连通，从而使高炉渣中分离出的冷却水被回收到循环水槽70中，可用于再次用于冷却高炉渣，从而进一步提高了本高炉渣余热回收系统中水的利用率。

进一步地，循环水槽70设有多级用于分离高炉渣的溢流槽71。

因脱水器80中分离出的水可能含有部分高炉渣，本实施例中，通过在循环水槽70设有多级用于分离高炉渣的溢流槽71，可减少高炉渣堵塞水路管道的几率。

进一步地，溢流槽71还设有用于供分离出的高炉渣流出的排渣口，该排渣口与脱水器80连通。

溢流槽71中分离出的高炉渣可经排渣口排到脱水器80中，经再次脱水，从而形成了高炉渣回收的循环系统，提高了高炉渣的利用率。

进一步地，本高炉渣余热回收系统还包括位于脱水器80与水渣塔50的出渣口50c之间的第一渣浆泵62、位于排渣口与脱水器80之间的第二渣浆泵63，以及位于循环水槽70的出水口与水渣塔50的喷水口50b之间的循环水泵64。

第一渣浆泵62将水渣塔50的出渣口50c流出的高炉渣抽至脱水器80内，第二渣浆泵63将溢流槽71中的高炉渣抽至脱水器80中以再次脱水，循环水泵64将循环水槽70内的水抽至水渣塔50的喷水口50b以用于冷却水渣塔50中的高炉渣。

进一步地，第一渣浆泵、第二渣浆泵以及循环水泵均为变频泵。变频泵能够精确控制流量，从而使本高炉渣余热回收系统的流量控制过程更加精确。

进一步地，本高炉渣余热回收系统还包括用于控制水渣塔50的蒸汽出口50a处水蒸汽流量的控制阀门91，该控制阀门91位于水蒸汽通道的入口与水渣塔50的蒸汽出口50a之间。

控制阀门91在此处的作用为：一是控制进入第一换热器10中水蒸汽的流量，可保证水渣塔50内蒸汽有一定的压力，二是保证水蒸汽能顺利地流过第一换热器10并进入到循环水槽70中。

本发明还提出一种基于上述高炉渣余热回收系统的回收控制方法。

参照图2，图2为本发明高炉渣余热回收系统的回收控制方法第一实施例的流程示意图。

本发明提出的高炉渣余热回收系统的回收控制方法的第一实施例，本实施例中，高炉渣余热回收系统的回收控制方法包括以下步骤：

步骤S10，获取水渣塔内水的温度、压力以及液位信息；

步骤S20，根据获取到的水渣塔内水的温度、压力以及液位信息，控制经所述水渣塔的喷水口喷入所述水渣塔中水的流量；

根据获取到的水渣塔内水的温度，实时控制喷入所述水渣塔中水的流量的过程时，需保证水渣塔内水始终处于沸腾状态，以产生足够量的水蒸汽用于发电。

根据获取到的水渣塔内水的压力以及液位信息控制经所述水渣塔的喷水口喷入所述水渣塔中水的流量是因为需保证水渣塔在产生蒸汽的同时，不会发生缺水等事故。

步骤S30，根据所述水渣塔内水的温度、压力、液位信息以及喷入所述水渣塔中水的流量，控制经所述水渣塔的蒸汽出口进入到第一换热器中水蒸汽的流量。

具体地，此处控制水渣塔的蒸汽出口进入到第一换热器中水蒸汽的流量是因为：一是控制进入第一换热器中水蒸汽的流量，以保证水渣塔内蒸汽有一定的压力，二是保证水蒸汽能顺利地流过第一换热器并进入到循环水槽中。

需要说明的是，水渣塔底部保证一定厚度的高炉渣，以保证高炉渣在顶部具有较高温度且缓慢放热，至水渣塔底部时渣才冷却充分。

本实施例提出的高炉渣余热回收系统的回收控制方法，首先获取水渣塔内水的温度、压力以及液位信息，然后根据获取到的水渣塔内水的温度、压力以及液位信息，控制经水渣塔的喷水口喷入水渣塔中水的流量，最后根据水渣塔内水的温度、压力、液位信息以及喷入水渣塔中水的流量，控制经水渣塔的蒸汽出口进入到第一换热器中水蒸汽的流量，即可保证水渣塔内水始终处于沸腾状态，以产生足够量的水蒸汽用于发电，同时还可保证水渣塔内蒸汽有一定的压力，从而使本回收控制方法回收的热量更多，系统运行更加稳定。

参照图3，图3为本发明高炉渣余热回收系统的回收控制方法第二实施例的流程示意图。

基于上述第一实施例，提出高炉渣余热回收系统的回收控制方法的第二实施例，本实施例中，在步骤S30之后还包括：

S40，根据水渣塔内水渣的量，控制第一渣浆泵的流量及启停；

S50，根据循环水槽内溢流槽中的水渣的量，控制第二渣浆泵的启停；

需实时控制第一渣浆泵的流量及启停是因为：水渣塔底部要保证一定厚度的高炉渣，以保证高炉渣在顶部具有较高温度且缓慢放热，至水渣塔底部时渣才冷却充分。

本实施例提出的高炉渣余热回收系统的回收控制方法，通过根据水渣塔内水渣的量，控制第一渣浆泵的流量及启停，从而保证水渣塔底部高炉渣的厚度，保证高炉渣在顶部具有较高温度且缓慢放热，进而保证水渣塔中产生蒸汽的蒸汽量，保证了发电机的稳定持续运行。另外，根据循环水槽内溢流槽内的水渣的量，控制第二渣浆泵的启停，从而避免第二渣浆泵的持续工作，使其更加节能。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高炉渣余热回收系统，其特征在于，包括用于将水渣塔内水蒸汽热量交换至有机工质中的第一换热器、用于将所述有机工质中热量转化为机械功的膨胀机、用于将机械能转化为电能的发电机，以及用于冷凝所述有机工质的第二换热器，其中，

所述第一换热器设有水蒸汽通道以及第一有机工质换热通道，所述水蒸汽通道的入口与水渣塔的蒸汽出口连通，所述水蒸汽通道中的水蒸汽与所述第一有机工质换热通道中的有机工质在所述第一换热器中进行热交换；

所述膨胀机设有与所述第一有机工质换热通道的出口连通的进气口以及排气口，蒸汽经所述膨胀机的进气口进入其内部带动所述膨胀机的输出轴转动；

所述第二换热器设有冷却水通道以及第二有机工质换热通道，所述第二有机工质换热通道的入口与所述膨胀机的排气口连通，所述第二有机工质换热通道的出口与所述第一有机工质换热通道的入口连通，所述第二有机工质换热通道的入口与所述膨胀机的排气口连通；

所述膨胀机的输出轴与所述发电机的转轴固定连接以驱动所述发电机发电。

2.如权利要求1所述的高炉渣余热回收系统，其特征在于，还包括位于所述第二换热器与所述第一换热器之间的有机工质循环泵，该有机工质循环泵的一端由管道连接所述第一有机工质换热通道的入口，所述有机工质循环泵的另一端由管道连接所述第二有机工质换热通道的出口。

3.如权利要求1所述的高炉渣余热回收系统，其特征在于，还包括与所述第一换热器的水蒸汽通道的出口连通的循环水槽，该循环水槽的出水口与所述水渣塔的喷水口连通。

4.如权利要求3所述的高炉渣余热回收系统，其特征在于，还包括用于将水渣塔中冷却的高炉渣进行脱水处理的脱水器，该脱水器的入口与所述水渣塔的出渣口连通，所述脱水器的出水口与所述循环水槽连通。

5.如权利要求4所述的高炉渣余热回收系统，其特征在于，所述循环水槽设有多级用于分离高炉渣的溢流槽。

6.如权利要求5所述的高炉渣余热回收系统，其特征在于，所述溢流槽还设有用于供分离出的高炉渣流出的排渣口，该排渣口与所述脱水器连通。

7.如权利要求6所述的高炉渣余热回收系统，其特征在于，还包括位于所述脱水器与所述水渣塔的出渣口之间的第一渣浆泵、位于所述排渣口与所述脱水器之间的第二渣浆泵，以及位于所述循环水槽的出水口与所述水渣塔的喷水口之间的循环水泵。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的高炉渣余热回收系统，其特征在于，还包括用于控制所述水渣塔的蒸汽出口处水蒸汽流量的控制阀门，该控制阀门位于所述水蒸汽通道的入口与所述水渣塔的蒸汽出口之间。

9.一种基于权利要求1至8中任意一项所述的高炉渣余热回收系统的回收控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取水渣塔内水的温度、压力以及液位信息；

根据获取到的水渣塔内水的温度、压力以及液位信息，控制经所述水渣塔的喷水口喷入所述水渣塔中水的流量；

根据所述水渣塔内水的温度、压力、液位信息以及喷入所述水渣塔中水的流量，控制经所述水渣塔的蒸汽出口进入到第一换热器中水蒸汽的流量。

10.如权利要求9所述的回收控制方法，其特征在于，根据所述水渣塔内水的温度、压力、液位信息以及喷入所述水渣塔中水的流量，控制经所述水渣塔的蒸汽出口进入到第一换热器中水蒸汽的流量的步骤之后还包括：

根据水渣塔内水渣的量，控制第一渣浆泵的流量及启停；

根据循环水槽内溢流槽中的水渣的量，控制第二渣浆泵的启停。