CN104818032A - 基于升压电源电路的焦炉炉顶余热回收发电系统 - Google Patents

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CN104818032A CN201510246176.XA CN201510246176A CN104818032A CN 104818032 A CN104818032 A CN 104818032A CN 201510246176 A CN201510246176 A CN 201510246176A CN 104818032 A CN104818032 A CN 104818032A
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不公告发明人
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成都中冶节能环保工程有限公司
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Abstract

本发明公开了基于升压电源电路的焦炉炉顶余热回收发电系统,主要由焦炉炉顶大坑以及覆盖在其顶部表面的炉顶缸砖组成,在焦炉炉顶大坑的内部从下至上依次设置的有孔钢板、隔热板层及有孔钢板,在有孔钢板与隔热板层之间设置的保温砖层在焦炉炉顶大坑的内部缝隙处填灌耐热密封浆料组成,在焦炉炉顶大坑外部设置有形成封闭回路的换热器与蒸发器,在蒸发器上还设置有余热发电系统,在余热发电系统中设置有余热控制电路,该余热控制电路中设置有依次相连的控制式电源电路、升压电源电路以及控制式输出电路。

Description

基于升压电源电路的焦炉炉顶余热回收发电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种余热发电系统,具体地说,是涉及基于升压电源电路的焦炉炉顶余热回收发电系统。
背景技术
[0002] 焦炉又称为炼焦炉,是一种由耐火砖和耐火砌块砌成的炉子,用于使煤炭化以生产焦炭的主要热工设备,而现代焦炉是指以生产冶金焦为主要目的、可以回收炼焦化学产品的水平室式焦炉,其主要由炉体和附属设备构成。
[0003] 由于焦炉生产的特点,现有的焦炉表面温度较高,其炉顶面温度在90°C左右,约占焦炉总耗热量的8%以上。目前,国际上和国内的所有焦炉均主要存在以下缺陷:其一,由于国际上和国内对焦炉的表面散热余热都没有合适的回收技术,同时因焦炉炉顶需长期行走设备和操作工,所以无法实施外保温技术,因此不仅造成了能源的浪费,而且还因为炉体表面的高温时常造成操作工人的安全事故;其二,由于焦炉顶表面温度很高,因此容易造成焦炉护炉拉条因高温而腐蚀。
[0004] 为了解决上述问题,目前在工业窑炉领域,设计了一款余热回收系统,虽然能够对部分的余热进行回收再利用,但是依旧浪费了大量的热量浪费,不能满足现在国际上对焦炉节能减排的需求。
[0005] 综上所述,目前高炉生产存在极大的能源浪费,如何充分有效的利用高炉生产过程中所浪费掉的余热,使其能二次再利用便是人们所要攻克的难题。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于克服目前人们无法充分将焦炉生产中炉顶所产生的余热来进行全面利用的缺陷,提供了一种基于升压电源电路的焦炉炉顶余热回收发电系统。
[0007] 为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案实现:
[0008] 基于升压电源电路的焦炉炉顶余热回收发电系统,主要由焦炉炉顶大坑以及覆盖在其顶部表面的炉顶缸砖组成,在焦炉炉顶大坑的内部从下至上依次设置的有孔钢板、隔热板层及有孔钢板,在有孔钢板与隔热板层之间设置的保温砖层在焦炉炉顶大坑的内部缝隙处填灌耐热密封浆料组成,在焦炉炉顶大坑外部设置有形成封闭回路的换热器与蒸发器,换热器由水泥制成的基座,以及在该基座内部呈螺旋盘绕或“S”形盘绕的换热热管组成,且在该换热热管的表面上还设有翅片,该换热热管的两端则分别与蒸发器的上升管和下降管相连通,在蒸发器外侧设置有余热发电系统,且该余热发电系统由发电机,与发电机相连接的汽轮机,与换热器相连接并用于推动汽轮机叶轮转动的射汽增压器,以及与汽轮机相连接的余热控制电路组成;该余热控制电路中设置有依次相连的控制式电源电路、升压电源电路以及控制式输出电路;升压电源电路由二极管桥式整流器U1,三极管VT3,三极管VT4,三极管VT5,三极管VT6,正极与二级管桥式整流器Ul的正输出端相连接、负极与二极管桥式整流器Ul的负输出端相连接的电容C4,一端与电容C4的负极相连接、另一端与三极管VT3的基极相连接的电阻R5,正极与三极管VT3的基极相连接、负极顺次经电阻R7、电感LI后与三极管VT3的发射极相连接的电容C6,正极与电容C4负极相连接、负极与三极管VT4的发射极相连接的电容C5,N极与三极管VT3的基极相连接、P极与电容C5的负极相连接的二极管D5,串接在三极管VT4的基极与集电极之间的电阻R6,P极与三极管VT4的集电极相连接、N极与三极管VT5的基极相连接的二极管D6,一端连接在三极管VT5的发射极上、另一端连接在二极管D6的N极上的电阻R8,一端与二极管D6的P极相连接、另一端与三极管VT6的发射极相连接的电阻R9,P极与电感LI和电阻R7的连接点相连接、N极与三极管VT5的发射极相连接的二极管D7,以及正极与二极管D7的N极相连接、负极与二极管D6的P极相连接的电容C7组成;其中,电容C4的正极还与三极管VT3的发射极相连接,电容C6的负极与三极管VT6的集电极相连接,三极管VT3的集电极与三极管VT6的基极相连接,三极管VT4的基极与电容C5相连接,三极管VT5的集电极与电容C5的负极相连接,电容C6的负极与三极管VT6的集电极相连接。
[0009] 进一步的,上述控制式电源电路由电源开关,三极管VT1,变压器T1,P极与三极管VTl的集电极相连接、N极顺次经过二极管Dl、电阻Rl后与三极管VTl的发射极相连接的二极管D2,与二极管D2相并联的继电器K,正极与二极管D2的N极相连接、负极经电阻R2后与三极管VTl的基极相连接的电容C2,以及正极与变压器Tl的副边线圈的同名端相连接、而负极与该副边线圈的非同名端相连接的电容Cl组成;所述二极管Dl的P极与电容Cl的正极相连接,而三极管VTl的发射极则与电容Cl的负极相连接;所述电源开关由按钮S,以及与该按钮S相并联的继电器K的常闭触点K-1组成,变压器Tl的原边线圈的同名端与按钮S的一端相连接,而变压器Tl的原边线圈的非同名端则与按钮S的另一端一起形成外部电源的输入端;电容Cl的负极与电容C2的正极分别连接在二极管桥式整流器Ul的两个输入端上。
[0010] 再进一步的,上述控制式输出电路由三极管VT2,一端与三极管VT2的发射极相连接、另一端经滑动变阻器RPl后接地的电阻R3,负极与电阻R3和滑动变阻器RPl的连接点相连接、正极与电容C2的正极相连接的电容C3,以及P极与三极管VT2的发射极相连接、N极顺次经二极管D4、电阻R4后与三极管VT2的基极相连接的二极管D3组成;所述三极管VT2的集电极与电容C2的负极相连接;三极管VT2的发射极与电容C7的正极相连接,电容C3的负极与电容C7的负极相连接。
[0011] 本发明较现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
[0012] (I)本发明设计非常合理,不仅结构简单、层次分明、实现方便、自动化程度高,而且还能有效的降低人工调节失误,能有效的降低人力成本。同时,本发明无须再另行设置冷却塔,不仅可以有效节约电能,同时也可以降低冷却水用量,降低运行成本。
[0013] (2)本发明通过内嵌在高炉体侧壁上的超导环型换热环和与之相对应的环型管道系统来集中导出换热后的热水,因此增大了换热强度、提高了换热效率与冷却效率,并且使传统的冷却水温度从40°C提高到了 250°C,从而使冷却热的利用成为了可能。
[0014] (3)本发明设置在高炉体冷却系统炉壁外的管路比传统的冷却系统管路减少了近90%,而且炉壳开孔的数量也只有传统冷却工艺开孔数量的2〜5%,不仅有效的减小了热损失,而且有利于高炉炉壁的保温,从而彻底改变了高炉外壳无法进行保温的现状,从本质上改善了炉壁散热。
[0015] (4)本发明在超导环型换热环的外壁设有环行翅片和蜡纸,因此既能降低超导环型换热环的渗碳现象,又能阻挡75%以上的炭渗透,从而有效的降低了冷却管道的渗炭脆裂,使得其使用寿命提高了两倍以上。同时,由于环行翅片的使用,使得本发明的高炉内衬抗冲刷性能比现有系统提高5倍以上。
[0016] (6)本发明能充分的利用高炉生产过程中产生的热量来生产蒸汽,进而在实现节能环保的同时使高炉冷却余热得到有效利用。同时,本发明采用的发电系统、配套的余热制冷机组及相关联接方法有效的提尚了余热发电效率,将尚炉水冷余热利用率提尚到90%左右,算上传统冷却塔能耗,本发明的余热发电效率提高了一倍以上,提高了整个高炉炼铁行业的余热利用水平。
[0017] (7)本发明在余热制冷机组内部设有创新的余热控制处理系统,能确保整个余热制冷机组的稳定运行,能确保该余热制冷机组的余热利用率达90%以上。
[0018] (8)本发明设置有余热发电系统,使得蒸发器在进行温度交换时所产生的余热通过余热发电系统进行发电利用,更好的利用了余热,避免了热量的浪费,提高了能源的利用率,进而节省了企业的生产成本。
[0019] (9)本发明在余热发电系统中设置有余热控制电路,该余热控制电路中还设置有升压电源电路,提升电路中的电压,以满足电路对电压的需求,避免了电压过低导致的电路失效,促进电路更好的运行。
附图说明
[0020] 图1为本发明的整体结构示意图。
[0021] 图2为本发明的环型管道系统结构示意图。
[0022] 图3为图2所示的局部剖面结构示意图。
[0023] 图4为本发明的余热控制处理系统电路结构示意图。
[0024] 图5为本发明的余热控制电路的电路图。
[0025] 图6为本发明的升压电源电路的电路图。
[0026] 其中,附图中的附图标记名称分别为:
[0027] 1-焦炉炉顶大坑,2-炉顶缸砖,3-有孔钢板,4-隔热板层,5-耐热密封浆料,6_保温砖层,7-无孔钢板,8-换热器,9-蒸发器,10-基座,11-换热热管,12-翅片,13-底座。
具体实施方式
[0028] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
[0029] 实施例
[0030] 如图1〜4所示,本发明的焦炉炉顶大坑I由砖块或水泥等堆砌而成,其内部空腔的横截面呈倒梯形状,即该焦炉炉顶大坑I的底部宽度小于其顶部宽度,而焦炉炉顶大坑I的底部则为焦炉炉顶大坑I的底座13,在该焦炉炉顶大坑I内部还设有特殊的换热器系统及无孔钢板7。
[0031] 为了确保本发明能有效的进行保温,杜绝冒烟、冒火等缺陷,因此在该焦炉炉顶大坑I的空腔内部从下至上依次设有有孔钢板3、隔热板层4、有孔钢板3及炉顶缸砖2。由于在铺设时,不仅所述的有孔钢板3与隔热板层4之间、隔热板层4与有孔钢板3之间、有孔钢板3与炉顶缸砖2之间存在缝隙,而且这些有孔钢板3和隔热板层4与焦炉炉顶大坑I的内壁之间也存有缝隙,因此,本发明必须在这些缝隙处灌填耐热密封浆料5,以确保焦炉炉顶大坑I内部为一个密封的整体。
[0032] 根据施工时的实际需求,本发明也可以在焦炉炉顶大坑I的内部,在有孔钢板3与隔热板层4之间还铺设一层保温砖层6。相应地,其彼此之间的缝隙也需要灌填耐热密封浆料5。
[0033] 本发明的耐热密封浆料5优先由耐火泥浆和浓度为5 %〜10 %的钾水玻璃混合而成,所述的隔热板层4则为由两层厚度均为10mm的隔热板整块砌筑而成,或者咬砌而成,而所述的有孔钢板3的孔径则优先制作成60mm。
[0034] 本发明在焦炉炉顶大坑I的内部从下至上依次设有换热器系统、无孔钢板7、隔热板层4、有孔钢板3及炉顶缸砖2,且该炉顶缸砖2的平面要与焦炉炉顶大坑I的平面在同一水平面上。
[0035] 所述的换热器系统则由设置在无孔钢板7与焦炉炉顶大坑I的底座13之间的换热器8以及设置在焦炉炉顶大坑I外部的蒸发器9组成。本发明所述的换热器8同传统的换热器结构不同,其是由水泥制作的基座10,以及设置在该基座10的内部的换热热管11构成。
[0036] 为了确保使用效果,该换热热管11在基座10的内部呈“S”形布置,或呈螺旋形布置,且该换热热管11在基座10的内部仅设有一层。而该换热热管11的两端则分别引出管道与蒸发器9的上升管和下降管相连通,即使得蒸发器9与换热器8之间形成一个密封的循环回路。同时,在该换热热管11上还设有翅片12,以确保能进一步的提高其换热率。
[0037] 同理,本实施例子不仅在基座10与底座13之间、无孔钢板7与基座10之间、隔热板层4与无孔钢板7之间、有孔钢板3与隔热板层4之间以及炉顶缸砖2与有孔钢板3之间灌填有耐热密封浆料5,而且在基座10、无孔钢板7、隔热板层4、有孔钢板3与焦炉炉顶大坑I的内壁之间也灌填有耐热密封浆料5,即通过该耐热密封浆料5使整个焦炉炉顶大坑I的内部成为一个整体。
[0038] 由于焦炉是一个大型的炉体,在其顶部设置的焦炉炉顶大坑I的数量可以多达几十个,甚至上百个,但在施工时,每个焦炉炉顶大坑I的内部都只设置一个换热器8,而在焦炉炉顶大坑I的外部也只设置一个蒸发器9,所有的换热器8都通过管道与该蒸发器9相连通。
[0039] 为了确保使用效果,该换热器8与蒸发器9所形成的封闭式回路需要处于真空状态,即所述的换热热管11与蒸发器9相连通的管道内部为真空状态,且在其封闭的管道内还设有用于参与循环的循环液。该循环液的体积根据夏季和冬季的区别可以进行调节,从而确保其换热效率。
[0040] 所述的蒸发器9具有四个管口,即下降管、上升管、进水口和出汽口,下降管和上升管与基座10内的换热热管11形成封闭的循环管路,而进水口与出汽口之间则形成的是开放式的循环管路。使用时,循环液从焦炉炉顶大坑I中吸收热能变成蒸汽,然后流动到蒸发器9的上升管处,从进水口进入蒸发器9内部的水源则与该高温蒸汽进行热交换后形成蒸汽,然后从出汽口排放出去,而管道内的循环液在释放热能后变成液体,从下降管流回换热器8内部,重新参与循环。
[0041] 如图5、6所示,在蒸发器外侧设置有余热发电系统,且该余热发电系统由发电机,与发电机相连接的汽轮机,与换热器相连接并用于推动汽轮机叶轮转动的射汽增压器,使得蒸发器在进行温度交换时所产生的余热通过余热发电系统进行发电利用,在余热发电系统中设置有余热控制电路,该余热控制电路中设置有依次相连的控制式电源电路、升压电源电路以及控制式输出电路。
[0042] 升压电源电路由二极管桥式整流器Ul,三极管VT3,三极管VT4,三极管VT5,三极管VT6,电感LI,电阻R5,电阻R6,电阻R7,电阻R8,电阻R9,电容C4,电容C5,电容C6,电容C7,二极管D5,二极管D6,二极管D7组成。连接时,电容C4的正极与二级管桥式整流器Ul的正输出端相连接、负极与二极管桥式整流器Ul的负输出端相连接,电阻R5的一端与电容C4的负极相连接、另一端与三极管VT3的基极相连接,电容C6的正极与三极管VT3的基极相连接、负极顺次经电阻R7、电感LI后与三极管VT3的发射极相连接,电容C5的正极与电容C4负极相连接、负极与三极管VT4的发射极相连接,二极管D5的N极与三极管VT3的基极相连接、P极与电容C5的负极相连接,电阻R6串接在三极管VT4的基极与集电极之间,二极管D6的P极与三极管VT4的集电极相连接、N极与三极管VT5的基极相连接,电阻R8的一端连接在三极管VT5的发射极上、另一端连接在二极管D6的N极上,电阻R9的一端与二极管D6的P极相连接、另一端与三极管VT6的发射极相连接,二极管D7的P极与电感LI和电阻R7的连接点相连接、N极与三极管VT5的发射极相连接,电容C7的正极与二极管D7的N极相连接、负极与二极管D6的P极相连接;其中,电容C4的正极还与三极管VT3的发射极相连接,电容C6的负极与三极管VT6的集电极相连接,三极管VT3的集电极与三极管VT6的基极相连接,三极管VT4的基极与电容C5相连接,三极管VT5的集电极与电容C5的负极相连接,电容C6的负极与三极管VT6的集电极相连接。该升压电源电路,提升电路中的电压,以满足电路对电压的需求,避免了电压过低导致的电路失效,促进电路更好的运行。
[0043] 控制式电源电路由电源开关,三极管VT1,变压器Tl,电容Cl,电容C2,二极管D1,二极管D2,电阻R1,电阻R2,继电器K组成。连接时,二极管D2的P极与三极管VTl的集电极相连接、N极顺次经过二极管D1、电阻Rl后与三极管VTl的发射极相连接,继电器K与二极管D2相并联,电容C2的正极与二极管D2的N极相连接、负极经电阻R2后与三极管VTl的基极相连接,电容Cl的正极与变压器Tl的副边线圈的同名端相连接、而负极与该副边线圈的非同名端相连接;所述二极管Dl的P极与电容Cl的正极相连接,而三极管VTl的发射极则与电容Cl的负极相连接;所述电源开关由按钮S,以及与该按钮S相并联的继电器K的常闭触点K-1组成,变压器Tl的原边线圈的同名端与按钮S的一端相连接,而变压器Tl的原边线圈的非同名端则与按钮S的另一端一起形成外部电源的输入端。该电路能够根据电路的实际运行情况来判断是否还需对其进行供电,当继电器K通电时,继电器开关K-1将会自行断开,在不需进行供电时,电路将会自行断开,从而达到自动控制断电的效果。
[0044] 控制式输出电路由三极管VT2,电阻R3,电阻R4,滑动变阻器RPl,电容C3,二极管D3,二极管D4组成。连接时,电阻R3的一端与三极管VT2的发射极相连接、另一端经滑动变阻器RPl后接地,电容C3的负极与电阻R3和滑动变阻器RPl的连接点相连接、正极与电容C2的正极相连接,二极管D3的P极与三极管VT2的发射极相连接、N极顺次经二极管D4、电阻R4后与三极管VT2的基极相连接;所述三极管VT2的集电极与电容C2的负极相连接;三极管VT2的发射极与电容C7的正极相连接,电容C3的负极与电容C7的负极相连接;电容Cl的负极与电容C2的正极分别连接在二极管桥式整流器Ul的两个输入端上。
[0045] 如上所述,便可较好的实现本发明。

Claims (3)

1.基于升压电源电路的焦炉炉顶余热回收发电系统,主要由焦炉炉顶大坑(1),覆盖在焦炉炉顶大坑(I)顶部表面的炉顶缸砖(2),在焦炉炉顶大坑(I)内部从下至上依次设置有有孔钢板(3)、隔热板层(4)及有孔钢板(3),设置在有孔钢板(3)与隔热板层(4)之间的保温砖层¢),填灌在焦炉炉顶大坑(I)的内部缝隙处的耐热密封浆料(5),设置在焦炉炉顶大坑(I)外部并形成封闭回路的换热器(8)与蒸发器(9),与换热器(8)相连接并由水泥制成的基座(10),设置在该基座(10)内部并呈螺旋盘绕或“S”形盘绕的换热热管(11),以及设置在该换热热管(11)表面上的翅片(12)组成,所述换热热管(11)的两端分别与蒸发器(9)的上升管和下降管相连通,其特征在于,在蒸发器(9)外侧设置有余热发电系统,且该余热发电系统由发电机,与发电机相连接的汽轮机,与换热器相连接并用于推动汽轮机叶轮转动的射汽增压器,以及与汽轮机相连接的余热控制电路组成;该余热控制电路由依次相连的控制式电源电路、升压电源电路以及控制式输出电路组成;所述升压电源电路由二极管桥式整流器U1,三极管VT3,三极管VT4,三极管VT5,三极管VT6,正极与二级管桥式整流器Ul的正输出端相连接、负极与二极管桥式整流器Ul的负输出端相连接的电容C4,一端与电容C4的负极相连接、另一端与三极管VT3的基极相连接的电阻R5,正极与三极管VT3的基极相连接、负极顺次经电阻R7、电感LI后与三极管VT3的发射极相连接的电容C6,正极与电容C4负极相连接、负极与三极管VT4的发射极相连接的电容C5,N极与三极管VT3的基极相连接、P极与电容C5的负极相连接的二极管D5,串接在三极管VT4的基极与集电极之间的电阻R6,P极与三极管VT4的集电极相连接、N极与三极管VT5的基极相连接的二极管D6,一端连接在三极管VT5的发射极上、另一端连接在二极管D6的N极上的电阻R8,一端与二极管D6的P极相连接、另一端与三极管VT6的发射极相连接的电阻R9,P极与电感LI和电阻R7的连接点相连接、N极与三极管VT5的发射极相连接的二极管D7,以及正极与二极管D7的N极相连接、负极与二极管D6的P极相连接的电容C7组成;其中,电容C4的正极还与三极管VT3的发射极相连接,电容C6的负极与三极管VT6的集电极相连接,三极管VT3的集电极与三极管VT6的基极相连接,三极管VT4的基极与电容C5相连接,三极管VT5的集电极与电容C5的负极相连接,电容C6的负极与三极管VT6的集电极相连接。
2.根据权利要求1所述的基于升压电源电路的焦炉炉顶余热回收发电系统,其特征在于,所述控制式电源电路由电源开关,三极管VT1,变压器Tl,P极与三极管VTl的集电极相连接、N极顺次经过二极管D1、电阻Rl后与三极管VTl的发射极相连接的二极管D2,与二极管D2相并联的继电器K,正极与二极管D2的N极相连接、负极经电阻R2后与三极管VTl的基极相连接的电容C2,以及正极与变压器Tl的副边线圈的同名端相连接、而负极与该副边线圈的非同名端相连接的电容Cl组成;所述二极管Dl的P极与电容Cl的正极相连接,而三极管VTl的发射极则与电容Cl的负极相连接;所述电源开关由按钮S,以及与该按钮S相并联的继电器K的常闭触点K-1组成,变压器Tl的原边线圈的同名端与按钮S的一端相连接,而变压器Tl的原边线圈的非同名端则与按钮S的另一端一起形成外部电源的输入端。
3.根据权利要求2所述的基于升压电源电路的焦炉炉顶余热回收发电系统,其特征在于,所述控制式输出电路由三极管VT2,一端与三极管VT2的发射极相连接、另一端经滑动变阻器RPl后接地的电阻R3,负极与电阻R3和滑动变阻器RPl的连接点相连接、正极与电容C2的正极相连接的电容C3,以及P极与三极管VT2的发射极相连接、N极顺次经二极管D4、电阻R4后与三极管VT2的基极相连接的二极管D3组成;所述三极管VT2的集电极与电容C2的负极相连接;三极管VT2的发射极与电容C7的正极相连接,电容C3的负极与电容C7的负极相连接;电容Cl的负极与电容C2的正极分别连接在二极管桥式整流器Ul的两个输入端上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000051651A (ja) * 1999-08-09 2000-02-22 Babcock Hitachi Kk 排煙脱硫装置および方法
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