CN105177205A - 基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统，由高炉体(1)，发电系统(12)，蒸汽利用装置，沿着高炉体(1)的侧壁分层环绕式设置的一个以上的超导环型换热环(2)，以及余热控制处理系统等组成。所述余热控制处理系统包括二极管整流器U，稳压变压电路，三端稳压控制电路，三线性驱动电路；其特征在于，在稳压变压电路与三线性驱动电路之间还串接有过压过流保护电路；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，提高了换热效率与冷却效率，再经两次应用超导换热环过热到400℃，从而使冷却余热可以实施发电利用。

Description

基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统

技术领域

本发明涉及一种高炉冷却热高效发电系统，具体地说，是涉及一种基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统。

背景技术

高炉生产过程中炉壁冷却需要用大量的水来带走热量，以降低炉壁的温度，从而满足高炉正常生产的工艺温度需求。高炉冷却带走的余热和高炉炉壁的表面散热比分别占高炉总耗热量的5％和0.5％，单纯以生产一吨生铁需要400～800Kg焦炭计算，有约20～40Kg的焦炭所产生的热能以冷却水热的形式排放了。以我国年产生铁60000万吨计算，有约相当于1200～2400万吨焦炭的热能以低温冷却水热的形式排放了，浪费极大。但是，以目前国际上现有的技术无法回收这部份以低温(40℃)冷水的热能，同时由于现有高炉外壳上有大量水冷管并且同时因高炉散热能力不足，还需要依靠炉壁散热以减少水循环冷却散热的量，所以现有高炉外壳无法实施外表面保温。

综上所述，目前高炉生产存在极大的能源浪费，无法达到节能环保的要求，如何充分有效的利用高炉生产过程中所浪费掉的余热和低温水，使其能二次再利用便是人们所要攻克的难题。

发明内容

本发明的目的在于克服目前人们无法充分将高炉生产中所产生的余热来进行二次利用达到节能环保的缺陷，提供一种基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统，由高炉体，发电系统，蒸汽利用装置，沿着高炉体的侧壁分层环绕式设置的一个以上的超导环型换热环，在每个超导环型换热环上设置的浇注固化体，用于串接每个超导环型换热环的上循环口的上导管，以及用于串接每个超导环型换热环的下循环口的下导管组成；所述每个超导环型换热环均通过管道与蒸汽利用装置相连接，而蒸汽利用装置则通过管道与发电系统相连接。

所述发电系统由发电机，与高炉体炉座处的超导环型换热环和蒸汽利用装置相连接的汽轮机和冷凝器，用于吸收并重复利用该冷凝器所排放余热的余热制冷机组，与该余热制冷机组高炉基墩水冷管，与余热制冷机组相连接并反馈于汽轮机的射汽增压器，以及设置在余热制冷机组内部的余热控制处理系统组成。

所述余热控制处理系统由二极管整流器U，串接在二极管整流器U的正极输出端和负极输出端之间的稳压变压电路，分别与二极管整流器U的负极输出端和稳压变压电路相连接的三端稳压控制电路，在稳压变压电路与三端稳压控制电路之间串接有三线性驱动电路，以及串接在稳压变压电路与三线性驱动电路之间的过压过流保护电路组成。

所述过压过流保护电路由保护芯片U2，继电器K1，三极管Q8，三极管Q9，三极管Q10，三极管Q11，三极管Q12，正极与二极管D15的N极相连接、负极顺次经电阻R23、二极管D10后与保护芯片U2的CONT管脚相连接的极性电容C16，N极经电阻R24后与极性电容C16的正极相连接、P极与保护芯片U2的DIS管脚相连接的二极管D11，N极经继电器K1的常开触点K1-1后与稳压变压电路相连接、P极顺次经电阻R25、电阻R30后与三极管Q9的基极相连接的二极管D12，正极经电阻R29后与电阻R30与电阻R25的连接点相连接、负极经继电器K1后与三极管Q12的基极相连接的极性电容C18，P极经电阻R32后与三极管Q12的发射极相连接、N极与三线性驱动电路相连接的二极管D15，正极与三极管Q11的发射极相连接、负极与二极管D15的P极相连接的极性电容C19，P极与三极管Q9的基极相连接、N极经电阻R27后与三极管Q9的集电极相连接的二极管D13，一端与保护芯片U2的OUT管脚相连接、另一端与三极管Q8的基极相连接的热敏电阻R26，N极经电阻R28后与三极管Q8的集电极相连接、P极经极性电容C17后与三极管Q10的发射极相连接的二极管D14，以及一端与三极管Q11的集电极相连接、另一端与三线性驱动电路相连接的电阻R31组成；所述保护芯片U2的CONT管脚与二极管D11的P极相连接、其RESET管脚和VCC管脚分别与三极管Q8的发射极相连接、其THRE管脚与三极管Q10的集电极相连接、GND管脚接地；所述二极管D11的N极与三极管Q8的发射极相连接；所述三极管Q10的基极与三极管Q9的发射极相连接；所述三极管Q11的基极与三极管Q12的集电极相连接。

所述三线性驱动电路由驱动芯片U1，三极管Q4，三极管Q5，三极管Q6，三极管Q7，非门K，正极与二极管D15的N极相连接、负极经电阻R21后与驱动芯片U1的IN1管脚相连接的极性电容C14，负极与驱动芯片U1的IN1管脚相连接、正极与三极管Q4的基极相连接的极性电容C13，P极经电阻R20后与三极管Q4的集电极相连接、N极顺次经电阻R22、电阻R31后与三极管Q11的集电极相连接的二极管D6，负极接地、正极与驱动芯片U1的IN2管脚相连接的极性电容C15，P极经电阻R13后与驱动芯片U1的IN1管脚相连接、N极经电阻R14后与三极管Q6的基极相连接的二极管D7，一端与三极管Q5的基极相连接、另一端与三极管Q6的基极相连接的电阻R15，一端与三极管Q4的发射极相连接、另一端与三极管Q5的基极相连接的电阻R16，P极与三极管Q5的集电极相连接、N极经极性电容C12后与非门K的正向端相连接的二极管D8，正极经二极管D9后与非门K的反向端相连接、负极经电阻R19后与非门K的反向端相连接的极性电容C11，以及一端经电阻R17后与三极管Q6的发射极相连接、另一端与三极管Q7的发射极相连接的电阻R18组成；所述三极管Q6的基极与三极管Q5的发射极相连接、其集电极接地；所述三极管Q7的基极与驱动芯片U1的OUT管脚相连接、其集电极与极性电容C11的正极相连接；所述驱动芯片U1的VCC管脚与三极管Q4的基极相连接、其OUT管脚与三极管Q7的基极相连接、其GND管脚接地；所述极性电容C11的负极和电阻R17与电阻R18的连接点分别与三端稳压控制电路相连接。

所述稳压变压电路由功率放大器P1，变压器T，一端与功率放大器P1的正极相连接、另一端顺次经电阻R4后变压器T的原边线圈L1的同名端相连接的电阻R3，P极与功率放大器P1的输出端相连接、N极经电阻R5后与变压器T的原边线圈L1的非同名端相连接的二极管D1，P极与二极管整流器U的负极输出端相连接、N极与电阻R3和电阻R4的连接点相连接的稳压二极管D2，P极与二极管整流器U的负极输出端相连接、N极与二极管D1的N极相连接的稳压二极管D3，正极与功率放大器P1的正极相连接、负极与功率放大器P1的输出端相连接的极性电容C3，P极与变压器T的副边线圈L2的同名端相连接、N极顺次经电阻R12、极性电容C6后与变压器T的副边线圈L2的非同名端相连接的二极管D4，正极与二极管D4的N极相连接、负极与变压器T的副边线圈L2的非同名端相连接的极性电容C5，以及P极与变压器T的副边线圈L3的非同名端相连接、N极经极性电容C7后与变压器T的副边线圈L3的同名端相连接的二极管D5组成；所述功率放大器P1的同相端与二极管整流器U的正极输出端相连接，其反相端则与二极管整流器U的负极输出端相连接；所述二极管整流器U的负极输出端分别与极性电容C16的正极和功率放大器P1的负极相连接；所述二极管整流器U的负极输出端和变压器T的副边线圈L3的同名端分别与三端稳压控制电路相连接；所述功率放大器P1的输出端经继电器K1的常开触点K1-1后与二极管D12的N极相连接。

所述三端稳压控制电路由三端稳压器W1，三端稳压器W2，三极管Q1，三极管Q2，三极管Q3，正极与功率放大器P1的负极相连接、负极顺次经电阻R10、电阻R11后与三极管Q1的基极相连接的极性电容C1，正极与功率放大器P1的输出端相连接、负极与电阻R10和电阻R11的连接点相连接的极性电容C2，一端与三极管Q1的基极相连接、另一端经电阻R8后接地的电阻R6，一端与三端稳压器W2的Q管脚相连接、另一端与三极管Q2的基极相连接的电阻R7，一端与三极管Q2的发射极相连接、另一端接地的电阻R9，正极与三极管Q1的发射极相连接、负极经极性电容C9后与三极管Q2的发射极相连接的极性电容C8，一端与三端稳压器W1的R端相连接、另一端与三极管Q3的集电极相连接的电阻R1，一端与三端稳压器W2的R端相连接、另一端与三极管Q的发射极相连接的电阻R2，正极与三极管Q1的集电极相连接、负极与极性电容C8的负极相连接的极性电容C10，以及正极与电阻R6和电阻R8的连接点相连接、负极与三极管Q2的发射极相连接的极性电容C4组成；所述三端稳压器W1的S端和三端稳压器W2的S端均与极性电容C2的负极相连接；所述三端稳压器W1的Q端则分别与电阻R6和电阻R8的连接点和极性电容C11的负极相连接；所述三极管Q2的集电极与功率放大器P1的负极相连接；所述极性电容C4的正极与电阻R17与电阻R18的连接点相连接。

所述蒸汽利用装置由一端与上导管相连通、另一端经支管顺次与除氧器和减温器相连接的汽包，与发电系统相连接的软水箱，以及连接在高炉体炉腰处的下导管与减温器之间的集汽箱组成，所述减温器还通过支管分别与高炉体炉顶和炉座处的上导管相连通；发电系统也经支管与汽包相连接。

进一步地，为确保本发明的使用效果，所述驱动芯片U1为LM387集成芯片；所述保护芯片U2采用SD42560集成芯片。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明在余热制冷机组内部设有余热控制处理系统，能确保整个余热制冷机组的稳定运行，其采用三线性驱动电路，该电路可为本控制系统提供稳定的电压电流，能确保该余热制冷机组的余热利用率达90％以上。

(2)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。

(3)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℃提高到了250℃，从而使冷却热的利用成为了可能。

(4)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。

(5)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。

(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高了余热发电效率，将高炉水冷余热利用率提高到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。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的环型管道系统结构示意图。

图3为图2所示的局部剖面结构示意图。

图4为本发明的余热控制处理系统电路结构示意图。

图5为本发明的三线性驱动电路结构示意图。

图6为本发明的过压过流保护电路结构示意图。

其中，附图中的附图标记名称分别为：

1－高炉体，2－超导环型换热环，31－上导管，32－下导管，33－套管，4－半圆形沟槽，5－高温无石棉硅钙板，6－软水箱，7－除氧器，8－减温器，9－集汽箱，10－浇注固化体，11－环行翅片，12－发电系统，13－汽包，14－余热制冷机组，15－冷凝器，16－汽轮机，17－高炉基墩水冷管，18－蒸汽水混合加热器，19—发电机。

具体实施方式

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。

实施例

如图1～3所示，本发明的高炉体1同传统的高炉一样，分为炉身、炉腹、炉腰和炉座四个部分。本发明沿着高炉体1的侧壁分层环绕式的设有一个以上的超导环型换热环2，即这些超导环型换热环2沿着高炉体1的炉身、炉腹、炉腰和炉座设置，并将整个高炉体1的侧壁表面全部覆盖住。每围绕着高炉体1侧壁的一圈即为一层，且位于同一层上的所有超导环型换热环2的中线点均处于同一平面内，因此沿着高炉体1的侧壁表面从上至下便形成有若干层的超导环型换热环2。为了确保余热交换效果，在每个超导环型换热环2上都设有一个由耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料所形成的浇注固化体10，且每个超导环型换热环2均与其浇注固化体10形成一个整体。相应地，在高炉体1的侧壁上也设有与每个超导环型换热环2相对应的接缝，安装时，每个超导环型换热环2均通过其浇注固化体10内嵌在高炉体1的侧壁的内衬上。

考虑到要最大程度的降低施工时间以及确保有效的热交换效率，因此所述的浇注固化体10可以通过一次浇注成型的方式来实现，也可以采用分段分环预制拼装的方式来实现。当采用分段分环预制拼装时，竖接缝为炉内侧60mm炉外侧80mm，接缝采用耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料在炉内浇注从而形成浇注固化体10。浇注前在预制侧加设6mm硅酸铝纤维板并用水玻璃混合粘结火泥将其粘在预制侧已成形的浇注固化体10上。另外，在高炉体1的侧壁与超导环型换热环2接触的浇注固化体10的表面间的耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料内还掺加了碳素纤维，以便充分利用碳素纤维在生产后形成的孔隙来提高本发明的热胀、冷缩能力，为高炉侧壁的寿命起到了关键作用。

安装时，该浇注固化体10整体结构的高度要为超导环型换热环2的高度上下各延伸250±25mm；高炉体1侧壁接缝与该浇注固化体10的上下接触面之间以及浇注固化体10与其它部位相连的水平面处均以2层1.5mm的聚氯乙烯板夹3mm厚的硅酸铝纤维板(耐火度为1350℃)形成的复合结构缝隔开，该复合结构缝的整体厚度为6±1mm，采用水平对接，对接缝采用封箱胶带密封严密、牢固，以浇注振捣不发生渗浆或对接脱缝为准。

所述浇注固化体10的结合面必须以耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料的原浆找平，在初凝前铺本权利要求所述的复合结构缝层，使其与浇注料全部紧贴，而该紧贴质量则与采用一次浇注成形的浇注固化体10所产生的不均匀膨胀裂纹有关，该不均匀膨胀裂纹会在高炉开炉后形成，并以不超过1.5mm宽度为宜，并与超过时应刷含5％钾水玻璃及75％Al₂O₃的高铝火泥浆补缝。

而耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料为本发明的余热交换和利用提供了极大的作用，其主要由重量百分比为8％的莫来石、65％的钢玉颗粒(粒径8～15mm主要是AL₂O₃)、1％的锆铝质颗粒(粒径5～10mm)、2％的钢纤维(直径0.5mm长30mm的Q235钢丝)、20％的矾土水泥、长10～25mm麻质纤维丝3Kg/m³，以及余量为粘土粉及小于5mm的高铝质火泥粉混合而成。其中，所述的麻质纤维丝不占耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料的百分比重，即该耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料的组分为8％的莫来石、65％的钢玉颗粒(粒径8～15mm主要是AL₂O₃)、1％的锆铝质颗粒(粒径5～10mm)、2％的钢纤维(直径0.5mm长30mm的Q235钢丝)、20％的矾土水泥以及余量为粘土粉及小于5mm的高铝质火泥粉，而添加的麻质纤维丝则按整个耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料的重量来配置，即每立方米的耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料添加3Kg的长10～25mm麻质纤维丝即可。

由于麻质纤维丝在耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料投入生产过程当中会被烧掉并形成空隙，同时由于钢纤维的连接作用，因此会使耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料烧结成形后而形成弹性结构，具有很强的抗热震性能，能吸收热胀和冷缩，有效克服了传统浇注料投入生产使用后易发生反复热膨胀后碎裂或冷缩后形成较大裂缝，有效提高了高炉内衬耐火材料的寿命。

为了充分吸收超导环型换热环2的热量，因此在高炉体1的侧壁上设有数量和位置均与每层的超导环型换热环2相对应的环型管道系统，即有几层超导环型换热环2，便对应有几层环型管道系统。如图3所示，每层环型管道系统均由沿着高炉体1侧壁设置的若干条的套管33、上导管31和下导管32构成。

根据实际情况，该套管33由两个由PVC、PPR或金属材料制作而成的三通件和一根直管形成一个整体，即两个三通分别固定在直管的两端并使其内部相连通。套管33的中心轴线与高炉体1的中心轴线平行，而上导管32则将所有套管33的上端串接起来并使其形成一个圆环，所有的下导管33则将所有套管33的下端串接起来，也使其形成一个圆环，从而使得每个环型管道系统均为一个彼此之间相互连通的独立的整体。每层超导环型换热环2的数量和位置均与与之相对应的环行管道系统中的套管33的数量和位置相对应，即一个超导环型换热环2便对应一个套管33。

超导环型换热环2为本发明最为核心的部件，其由低碳钢制作成环状，且在其内部填充有由水、奈、钠或钾，或其任意组合混合而成的超导换热介质。为了确保超导环型换热环2内部的超导换热介质能迅速的进行热能交换，因此该超导环型换热环2的整体形状优先制作呈矩形状。同时，内嵌在浇注固化体10内部的超导环型换热环2的管壁上还设有一个以上的由低碳钢Q235制成的环行翅片11。该环形翅片11的厚度为20±1mm，外径为150±10mm，其内径要比超导环型换热环2的外径大10mm，并与超导环型换热环2双面满焊焊接，而焊接质量则与吸收渗炭、超导环型换热环2实现超导换热效率及其使用寿命提高有关。环型翅片11的外径与高炉内表面的距离为：炉身部位70±20mm，炉腰部位100±10mm，该距离适用于各种容积的高炉，并与高炉超导冷却系统在高炉内表面形成保护性渣皮及其抗冲刷能力有关。

由于超导环型换热环2呈矩形状，且其只有具有环形翅片11一侧的管道通过浇注固化体10内嵌在高炉体1的侧壁内衬上，因此该超导环型换热环2还有一侧的管道是外露在高炉体1的侧壁之外的，而该外露侧的管道则要穿过与其相对应的套管33，从而使得每个超导环型换热环2均与所述的型管道系统连接在一起。为了确保热交换效率，因此本发明还在环型换热管2与套管33的相贯部分采用了满焊无缺陷焊接方式进行焊接，从而使得每个超导环型换热环2均能固定在上导管31和下导管32上，以形成图3所示的整体结构。同时，每个超导环型换热环2的环行面均必须与上导管31或下导管32的切线垂直。

超导环型换热环2与导管33相贯时的剖面结构如图3所示，为了确保超导环型换热环2中超导换热介质所吸收的热能与及时能有效地与流经导管33中的工质进行热交换，因此在导管33的管道内壁上还设有若干条平行设置的半圆形沟槽4。

本发明将超导环型换热环2分为预热段、蒸发段、低温过热段和高温过热段四部分，为了提高换热面积和换热效果，上述预热段、蒸发段、低温过热段和高温过热段均有大部分结构内嵌在高炉体1的侧壁内，而位于高炉体1侧壁外部的部分则通过一根导管连通，以保证冷却水从给水泵送入导管后，能够顺利流动至最下端的蒸汽利用装置内。

为了便于固定环型管道系统，因此沿着高炉体1的侧壁上每隔4500mm便设一处与高炉炉壳焊接固定三角形支架，每隔900mm设一处三角形活动支架支撑上导管31。同时在套管33上还设有一个水平管，且该水平管的内径、外径、壁厚及长度与高炉的容积和所在的高炉水平温度场有关，该水平管穿出高炉炉壁外并在与炉壁相交处双面满焊连接，并用耐磨抗热震抗渗炭弹性耐火浇注料10将与之相应连接的管道、支架等浇注固定高炉内衬耐火材料层内，形成一整体结构。同时，在与浇注固化体10接触的钢制构、配件外还包覆(缠绕方式包覆，之后用封箱胶带粘牢)3～5层有0.2mm蜡纸，该包覆厚度均匀程度及质量均与本发明的换热效率和整体寿命提高相关。同时，在高炉体1的炉腰及炉腹部位的炉壁铁壳内表面设置有高温无石棉硅钙板5。

为了达到余热回收再利用的目地，本发明打破传统技术的约束首次与发电系统12和蒸汽利用装置结合使用，从而将传统的高炉冷却系统余热不可能与发电系统和蒸汽利用装置配合使用的技术问题变成了现实。

为了实现该目的，本发明采用了独特的蒸汽利用装置和发电系统12，其结构如图1所示，该蒸汽利用装置包括除氧器7、减温器8、汽包13、软水箱6和集汽箱9。所述汽包13的一端与各层的上导管31或下导管32相连通，其另一端经支管后则顺次与除氧器7和减温器8相连接，软水箱6的一端与发电系统12相连接，另一端则与高炉体1炉身处的环型管道系统中的下导管32相连接。所述的集汽箱9则连接在高炉体1炉腰处的下导管32与减温器8之间，且减温器8也通过支管分别与高炉体1炉身处的上导管31和炉座处的上导管31相连通。

而发电系统12则包括余热制冷机组14、冷凝器15、汽轮机16、高炉基墩水冷管17、蒸汽水混合加热器18，发电机19以及射汽增压器。其中，汽轮机16和冷凝器15与高炉体1炉座处的上导管31相连接，而余热制冷机组14则用于吸收并重复利用该冷凝器15所排放的余热，蒸汽水混合加热器18与该余热制冷机组14相连接，而高炉基墩水冷管17则连接在余热制冷机组14与蒸汽水混合加热器18之间。

所述的射汽增压器为增加汽轮机16的运转效率和扭矩所增加的装置，其与余热制冷机组14的冷却水管道相连通并直接作用于汽轮机16的转子叶片，就如同目前的涡轮增压发动机一样。而蒸汽水混合加热器18则经支管与汽包13相连接。所述射汽增压器所喷射的气流则来自于该余热制冷机组14用于热交换后的低温热水，该射汽增压器能将该低温热水急剧压缩，并形成气流向汽轮机16的转子叶片喷射，进而推动汽轮机16加速运转。

本发明的蒸汽利用装置、发电系统12及环型管道系统中所有参与高炉冷却的工质均为软水，即都是通过软水箱6进行软化的，以确保各管道系统内部不会产生水垢，从而影响高炉的冷却效果。其中，蒸汽利用装置中软水箱6的软水进口温度成为控制余热制冷机14生产冷水的目标值，且与冷凝器15的真空度相适应，并保持恒定。而设置在浇注固化体10内部的温度传感器则主要用于采集其内部温度以及距离高炉体1炉壁100mm、250mm及350mm处的温度，整个系统以该温度作为目标控制值，从而控制汽轮机16的蒸汽参数，并确保高炉体1侧壁温度不高于50℃。

为确保余热制冷机14的效率，本发明在其内部设置了由二极管整流器U，串接在二极管整流器U的正极输出端和负极输出端之间的稳压变压电路，分别与二极管整流器U的负极输出端和稳压变压电路相连接的三端稳压控制电路，在稳压变压电路与三端稳压控制电路之间串接有三线性驱动电路，以及串接在稳压变压电路与三线性驱动电路之间的过压过流保护电路组成的余热控制处理系统。

如图4所示，所述余热控制处理系统的稳压变压电路由功率放大器P1，变压器T，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R12，二极管D1，稳压二极管D2，稳压二极管D3，二极管D4，二极管D5，极性电容C3，极性电容C，极性电容C6，以及极性电容C7组成。

其中，变压器T由设置在其原边的原边线圈L1，以及设置在其副边的副边线圈L2和副边线圈L3组成。

连接时，电阻R3的一端与功率放大器P1的正极相连接、另一端顺次经电阻R4后变压器T的原边线圈L1的同名端相连接。二极管D1的P极与功率放大器P1的输出端相连接、N极经电阻R5后与变压器T的原边线圈L1的非同名端相连接。稳压二极管D2的P极与二极管整流器U的负极输出端相连接、N极与电阻R3和电阻R4的连接点相连接。

其中，稳压二极管D3的P极与二极管整流器U的负极输出端相连接、N极与二极管D1的N极相连接。极性电容C3的正极与功率放大器P1的正极相连接、负极与功率放大器P1的输出端相连接。二极管D4的P极与变压器T的副边线圈L2的同名端相连接、N极顺次经电阻R12、极性电容C6后与变压器T的副边线圈L2的非同名端相连接。

极性电容C5的正极与二极管D4的N极相连接、负极与变压器T的副边线圈L2的非同名端相连接。以及二极管D5的P极与变压器T的副边线圈L3的非同名端相连接、N极经极性电容C7后与变压器T的副边线圈L3的同名端相连接。

所述功率放大器P1的同相端与二极管整流器U的正极输出端相连接，其反相端则与二极管整流器U的负极输出端相连接；所述二极管整流器U的负极输出端和变压器T的副边线圈L3的同名端分别与三端稳压控制电路相连接；所述功率放大器P1的输出端经继电器K1的常开触点K1-1后与二极管D12的N极相连接。

其中，极性电容C6的正极和负极直接引出形成第一稳压输出端，并作为减温器8的信号控制端；电容C7的正极和负极直接引出形成第二稳压输出端，并作为蒸汽水混合加热器18的信号控制端。

所述三端稳压控制电路由三端稳压器W1，三端稳压器W2，三极管Q1，三极管Q2，三极管Q3，极性电容C1，极性电容C2，极性电容C4，极性电容C8，极性电容C9，极性电容C10，电阻R1，电阻R2，电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9，电阻R10，以及电阻R11组成。

连接时，极性电容C1的正极与功率放大器P1的负极相连接、负极顺次经电阻R10、电阻R11后与三极管Q1的基极相连接。极性电容C2的正极与功率放大器P1的输出端相连接、负极与电阻R10和电阻R11的连接点相连接。电阻R6的一端与三极管Q1的基极相连接、另一端经电阻R8后接地。电阻R7的一端与三端稳压器W2的Q管脚相连接、另一端与三极管Q2的基极相连接。电阻R9的一端与三极管Q2的发射极相连接、另一端接地。

同时，极性电容C8的正极与三极管Q1的发射极相连接、负极经极性电容C9后与三极管Q2的发射极相连接。电阻R1的一端与三端稳压器W1的R端相连接、另一端与三极管Q3的集电极相连接。电阻R2的一端与三端稳压器W2的R端相连接、另一端与三极管Q的发射极相连接。极性电容C10的正极与三极管Q1的集电极相连接、负极与极性电容C8的负极相连接。以及极性电容C4的正极与电阻R6和电阻R8的连接点相连接、负极与三极管Q2的发射极相连接。

所述三端稳压器W1的S端和三端稳压器W2的S端均与极性电容C2的负极相连接；所述三端稳压器W1的Q端则分别与电阻R6和电阻R8的连接点和极性电容C11的负极相连接；所述三极管Q2的集电极与功率放大器P1的负极相连接；所述极性电容C4的正极与电阻R17与电阻R18的连接点相连接。

如图5所示，所述三线性驱动电路由驱动芯片U1，三极管Q4，三极管Q5，三极管Q6，三极管Q7，非门K，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，极性电容C11，极性电容C12，极性电容C13，极性电容C14，极性电容C15，二极管D6，二极管D7，二极管D8，以及二极管D9组成。

连接时，极性电容C14的正极与二极管D15的N极相连接、负极经电阻R21后与驱动芯片U1的IN1管脚相连接。极性电容C13的负极与驱动芯片U1的IN1管脚相连接、正极与三极管Q4的基极相连接。二极管D6的P极经电阻R20后与三极管Q4的集电极相连接、N极顺次经电阻R22、电阻R31后与三极管Q11的集电极相连接。极性电容C15的负极接地、正极与驱动芯片U1的IN2管脚相连接。

其中，二极管D7的P极经电阻R13后与驱动芯片U1的IN1管脚相连接、N极经电阻R14后与三极管Q6的基极相连接。电阻R15的一端与三极管Q5的基极相连接、另一端与三极管Q6的基极相连接。电阻R16的一端与三极管Q4的发射极相连接、另一端与三极管Q5的基极相连接。二极管D8的P极与三极管Q5的集电极相连接、N极经极性电容C12后与非门K的正向端相连接。

同时，极性电容C11的正极经二极管D9后与非门K的反向端相连接、负极经电阻R19后与非门K的反向端相连接。以及电阻R18一端经电阻R17后与三极管Q6的发射极相连接、另一端与三极管Q7的发射极相连接。

所述三极管Q6的基极与三极管Q5的发射极相连接、其集电极接地；所述三极管Q7的基极与驱动芯片U1的OUT管脚相连接、其集电极与极性电容C11的正极相连接。

所述驱动芯片U1的VCC管脚与三极管Q4的基极相连接、其OUT管脚与三极管Q7的基极相连接、其GND管脚接地；所述极性电容C11的负极和电阻R17与电阻R18的连接点分别与三端稳压控制电路相连接。

如图6所示，所述过压过流保护电路由保护芯片U2，继电器K1，三极管Q8，三极管Q9，三极管Q10，三极管Q11，三极管Q12，电阻R23，电阻R24，电阻R25，热敏电阻R26，电阻R27，电阻R28，电阻R29，电阻R30，电阻R31，电阻R32，极性电容C16，极性电容C17，极性电容C18，极性电容C19，二极管D10，二极管D11，二极管D12，二极管D13，二极管D14，以及二极管D15组成。

连接时，极性电容C16的正极与稳压变压电路相连接、负极顺次经电阻R23、二极管D10后与保护芯片U2的CONT管脚相连接。二极管D11的N极经电阻R24后与极性电容C16的正极相连接、P极与保护芯片U2的DIS管脚相连接。二极管D12的N极经继电器K1的常开触点K1-1后与稳压变压电路相连接、P极顺次经电阻R25、电阻R30后与三极管Q9的基极相连接。

其中，极性电容C18的正极经电阻R29后与电阻R30与电阻R25的连接点相连接、负极经继电器K1后与三极管Q12的基极相连接。二极管D15的P极经电阻R32后与三极管Q12的发射极相连接、N极与三线性驱动电路相连接。极性电容C19的正极与三极管Q11的发射极相连接、负极与二极管D15的P极相连接。

同时，二极管D13的P极与三极管Q9的基极相连接、N极经电阻R27后与三极管Q9的集电极相连接。热敏电阻R26的一端与保护芯片U2的OUT管脚相连接、另一端与三极管Q8的基极相连接。二极管D14的N极经电阻R28后与三极管Q8的集电极相连接、P极经极性电容C17后与三极管Q10的发射极相连接。以及电阻R31的一端与三极管Q11的集电极相连接、另一端与三线性驱动电路相连接。

所述保护芯片U2的CONT管脚与二极管D11的P极相连接、其RESET管脚和VCC管脚分别与三极管Q8的发射极相连接、其THRE管脚与三极管Q10的集电极相连接、GND管脚接地；所述二极管D11的N极与三极管Q8的发射极相连接；所述三极管Q10的基极与三极管Q9的发射极相连接；所述三极管Q11的基极与三极管Q12的集电极相连接。

为了保证本发明的实施效果，该驱动芯片U1采用了LM387集成芯片，该芯片驱动性能稳定，抗干扰性强；所述保护芯片U2采用SD42560集成芯片，该芯片具有超温保护、过电压电流保护等作用，有效的确保了本控制系统的安全性。

运行时，本发明的工质在整个回收系统的上部为液态，下部为汽态，且该液态液位高度产生的压力与本系统与高炉炼铁所需的冷却强度自适应地保持换热平衡，并与降低高炉炼铁焦比、减少冷却水消耗量和降低循环水泵的功率相关。为了确保效果，本发明在高炉体1容积小于450m³时，在高炉体1炉壁的外壳采用外保温，保温层表面温度不高于40℃；而当高炉体1容积大于450m³时，由于高炉体1的炉身高度增加，因此为了确保蒸汽能有效的进行循环，本发明还需要增加一个以上的蒸汽循环系统，每个蒸汽循环系统均由超导环型换热环2、上导管31、下导管32、套管33及环行翅片11组成，且每个蒸汽循环系统的高度满足可以设置为超导环型换热环2层数的4倍最小公倍数层，同时在高炉体1炉壁的铁壳内用耐热建筑胶粘贴导热系数低于0.006W/_(m.k)、剩余抗压强度0.4MPa、最高工作温度为1000℃的高温无石棉硅酸钙板的形式进行绝热保温，保温层厚度为50mm保温层，以保证整体的节能效果，并进一步的降低高炉炼焦比。

按此方式连接后，设置在高炉体1侧壁上的超导环型换热环2便可以随时吸取高炉生产时所产生的热能，并通过环型管道系统和汽包13来与外部的冷却水进行热交换，最后高温的冷却水在通过上述的蒸汽利用装置和发电系统12充分利用其热能，实行节能的目的。

如上所述，便可较好的实现本发明。

Claims (6)

1.基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统，由高炉体(1)，发电系统(12)，蒸汽利用装置，沿着高炉体(1)的侧壁分层环绕式设置的一个以上的超导环型换热环(2)，在每个超导环型换热环(2)上设置的浇注固化体(10)，用于串接每个超导环型换热环(2)的上循环口的上导管(31)，以及用于串接每个超导环型换热环(2)的下循环口的下导管(32)组成；所述每个超导环型换热环(2)均通过管道与蒸汽利用装置相连接，而蒸汽利用装置则通过管道与发电系统(12)相连接，所述发电系统(12)由发电机(19)，与高炉体(1)炉座处的超导环型换热环(2)和蒸汽利用装置相连接的汽轮机(16)和冷凝器(15)，用于吸收并重复利用该冷凝器(15)所排放余热的余热制冷机组(14)，与该余热制冷机组(14)相连接的蒸汽水混合加热器(18)，连接在余热制冷机组(14)与蒸汽水混合加热器(18)之间的高炉基墩水冷管(17)，与余热制冷机组(14)相连接并反馈于汽轮机(16)的射汽增压器，以及设置在余热制冷机组(14)内部的余热控制处理系统组成；所述余热控制处理系统由二极管整流器U，串接在二极管整流器U的正极输出端和负极输出端之间的稳压变压电路，分别与二极管整流器U的负极输出端和稳压变压电路相连接的三端稳压控制电路，以及串接在稳压变压电路与三端稳压控制电路之间的三线性驱动电路组成；其特征在于，在稳压变压电路与三线性驱动电路之间还串接有过压过流保护电路；所述过压过流保护电路由保护芯片U2，继电器K1，三极管Q8，三极管Q9，三极管Q10，三极管Q11，三极管Q12，正极与二极管D15的N极相连接、负极顺次经电阻R23、二极管D10后与保护芯片U2的CONT管脚相连接的极性电容C16，N极经电阻R24后与极性电容C16的正极相连接、P极与保护芯片U2的DIS管脚相连接的二极管D11，N极经继电器K1的常开触点K1-1后与稳压变压电路相连接、P极顺次经电阻R25、电阻R30后与三极管Q9的基极相连接的二极管D12，正极经电阻R29后与电阻R30与电阻R25的连接点相连接、负极经继电器K1后与三极管Q12的基极相连接的极性电容C18，P极经电阻R32后与三极管Q12的发射极相连接、N极与三线性驱动电路相连接的二极管D15，正极与三极管Q11的发射极相连接、负极与二极管D15的P极相连接的极性电容C19，P极与三极管Q9的基极相连接、N极经电阻R27后与三极管Q9的集电极相连接的二极管D13，一端与保护芯片U2的OUT管脚相连接、另一端与三极管Q8的基极相连接的热敏电阻R26，N极经电阻R28后与三极管Q8的集电极相连接、P极经极性电容C17后与三极管Q10的发射极相连接的二极管D14，以及一端与三极管Q11的集电极相连接、另一端与三线性驱动电路相连接的电阻R31组成；所述保护芯片U2的CONT管脚与二极管D11的P极相连接、其RESET管脚和VCC管脚分别与三极管Q8的发射极相连接、其THRE管脚与三极管Q10的集电极相连接、GND管脚接地；所述二极管D11的N极与三极管Q8的发射极相连接；所述三极管Q10的基极与三极管Q9的发射极相连接；所述三极管Q11的基极与三极管Q12的集电极相连接。

2.根据权利要求1所述的基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统，其特征在于，所述三线性驱动电路由驱动芯片U1，三极管Q4，三极管Q5，三极管Q6，三极管Q7，非门K，正极与二极管D15的N极相连接、负极经电阻R21后与驱动芯片U1的IN1管脚相连接的极性电容C14，负极与驱动芯片U1的IN1管脚相连接、正极与三极管Q4的基极相连接的极性电容C13，P极经电阻R20后与三极管Q4的集电极相连接、N极顺次经电阻R22、电阻R31后与三极管Q11的集电极相连接的二极管D6，负极接地、正极与驱动芯片U1的IN2管脚相连接的极性电容C15，P极经电阻R13后与驱动芯片U1的IN1管脚相连接、N极经电阻R14后与三极管Q6的基极相连接的二极管D7，一端与三极管Q5的基极相连接、另一端与三极管Q6的基极相连接的电阻R15，一端与三极管Q4的发射极相连接、另一端与三极管Q5的基极相连接的电阻R16，P极与三极管Q5的集电极相连接、N极经极性电容C12后与非门K的正向端相连接的二极管D8，正极经二极管D9后与非门K的反向端相连接、负极经电阻R19后与非门K的反向端相连接的极性电容C11，以及一端经电阻R17后与三极管Q6的发射极相连接、另一端与三极管Q7的发射极相连接的电阻R18组成；所述三极管Q6的基极与三极管Q5的发射极相连接、其集电极接地；所述三极管Q7的基极与驱动芯片U1的OUT管脚相连接、其集电极与极性电容C11的正极相连接；所述驱动芯片U1的VCC管脚与三极管Q4的基极相连接、其OUT管脚与三极管Q7的基极相连接、其GND管脚接地；所述极性电容C11的负极和电阻R17与电阻R18的连接点分别与三端稳压控制电路相连接。

3.根据权利要求2所述的基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统，其特征在于，所述稳压变压电路由功率放大器P1，变压器T，一端与功率放大器P1的正极相连接、另一端顺次经电阻R4后变压器T的原边线圈L1的同名端相连接的电阻R3，P极与功率放大器P1的输出端相连接、N极经电阻R5后与变压器T的原边线圈L1的非同名端相连接的二极管D1，P极与二极管整流器U的负极输出端相连接、N极与电阻R3和电阻R4的连接点相连接的稳压二极管D2，P极与二极管整流器U的负极输出端相连接、N极与二极管D1的N极相连接的稳压二极管D3，正极与功率放大器P1的正极相连接、负极与功率放大器P1的输出端相连接的极性电容C3，P极与变压器T的副边线圈L2的同名端相连接、N极顺次经电阻R12、极性电容C6后与变压器T的副边线圈L2的非同名端相连接的二极管D4，正极与二极管D4的N极相连接、负极与变压器T的副边线圈L2的非同名端相连接的极性电容C5，以及P极与变压器T的副边线圈L3的非同名端相连接、N极经极性电容C7后与变压器T的副边线圈L3的同名端相连接的二极管D5组成；所述功率放大器P1的同相端与二极管整流器U的正极输出端相连接，其反相端则与二极管整流器U的负极输出端相连接；所述二极管整流器U的负极输出端分别与极性电容C16的正极和功率放大器P1的负极相连接；所述二极管整流器U的负极输出端和变压器T的副边线圈L3的同名端分别与三端稳压控制电路相连接；所述功率放大器P1的输出端经继电器K1的常开触点K1-1后与二极管D12的N极相连接。

4.根据权利要求3所述的基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统，其特征在于，所述三端稳压控制电路由三端稳压器W1，三端稳压器W2，三极管Q1，三极管Q2，三极管Q3，正极与功率放大器P1的负极相连接、负极顺次经电阻R10、电阻R11后与三极管Q1的基极相连接的极性电容C1，正极与功率放大器P1的输出端相连接、负极与电阻R10和电阻R11的连接点相连接的极性电容C2，一端与三极管Q1的基极相连接、另一端经电阻R8后接地的电阻R6，一端与三端稳压器W2的Q管脚相连接、另一端与三极管Q2的基极相连接的电阻R7，一端与三极管Q2的发射极相连接、另一端接地的电阻R9，正极与三极管Q1的发射极相连接、负极经极性电容C9后与三极管Q2的发射极相连接的极性电容C8，一端与三端稳压器W1的R端相连接、另一端与三极管Q3的集电极相连接的电阻R1，一端与三端稳压器W2的R端相连接、另一端与三极管Q的发射极相连接的电阻R2，正极与三极管Q1的集电极相连接、负极与极性电容C8的负极相连接的极性电容C10，以及正极与电阻R6和电阻R8的连接点相连接、负极与三极管Q2的发射极相连接的极性电容C4组成；所述三端稳压器W1的S端和三端稳压器W2的S端均与极性电容C2的负极相连接；所述三端稳压器W1的Q端则分别与电阻R6和电阻R8的连接点和极性电容C11的负极相连接；所述三极管Q2的集电极与功率放大器P1的负极相连接；所述极性电容C4的正极与电阻R17与电阻R18的连接点相连接。

5.根据权利要求4所述的基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统，其特征在于，所述蒸汽利用装置由一端与上导管(31)相连通、另一端经支管顺次与除氧器(7)和减温器(8)相连接的汽包(13)，与发电系统(12)相连接的软水箱(6)，以及连接在高炉体(1)炉腰处的下导管(32)与减温器(8)之间的集汽箱(9)组成，所述减温器(8)还通过支管分别与高炉体(1)炉顶和炉座处的上导管(31)相连通；发电系统(12)也经支管与汽包(13)相连接。

6.根据权利要求5所述的基于过压过流保护的三线性驱动式余热发电节能控制系统，其特征在于，所述驱动芯片U1采用LM387集成芯片；所述保护芯片U2采用SD42560集成芯片。