CN110530164B - 一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统 - Google Patents

一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统，属于节能减排技术领域，本发明的装置包括：第一连接管，第一容器，内部放置有可蒸发液体，第一容器底部通过第二连接管与第一连接管连接，第二连接管与第一连接管连接端设有第一发电组件，第二发电组件，设于第一容器内，第二发电组件包括水平设置的第一转轴，第一转轴一端部与第一容器内壁连接，另一端部穿透第一容器与第一容器外的第一发电机连接，第一转轴上同轴连接第一固定盘和第二固定盘，第一固定盘和第二固定盘之间对应面上固接折弯板，折弯板环绕第一转轴设置。本发明利用冶炼产生的废气进行发电，充分利用废气热能，提高能量利用率，同时有效降低废气中颗粒物和有害成分，减轻环境污染。

Description

一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统
技术领域
本发明属于节能减排技术领域，具体涉及一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统。
背景技术
铬是不锈钢必有的元素，也是不锈钢铁素体的形成元素。世界人均不锈钢年消费量达3.3kg，而我国人均不锈钢材最高年消费量只有0.5kg，可见，我国不锈钢材的消费需求潜力很大。不锈钢的持续增长，拉动了高碳铬铁的消耗。高碳铬铁的生产属于高耗能行业，冶炼过程中排放的废气污染物将对环境空气造成一定的不良影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统，利用冶炼产生的废气进行发电，充分利用废气热能，提高能量利用率，同时有效降低废气中颗粒物和有害成分，减轻环境污染。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统，包括：
第一连接管，用于接收金属冶炼废气，
第一容器，内部放置有可蒸发液体，第一容器底部通过第二连接管与第一连接管连接，第二连接管与第一连接管连接端设有第一发电组件，
第二发电组件，设于第一容器内，第二发电组件包括水平设置的第一转轴，第一转轴一端部与第一容器内壁连接，另一端部穿透第一容器与第一容器外的第一发电机连接，其中，第一转轴上同轴连接第一固定盘和第二固定盘，第一固定盘和第二固定盘之间对应面上固接折弯板，折弯板环绕第一转轴设置。折弯板为至少两端折弯的长条折弯板。
本发明选择采用液体对冶炼金属产生废气的余热进行直接利用，选择在第一容器内设置第二发电组件，同时通过在对废气进入第一容器前对废气具有较高的气流流速进行利用，形成对废气能量阶梯利用，即先对废气具有的较高动能进行有效利用发电，再对废气具有的余热能量进行利用发电，采用本发明的方式属于对热能的直接利用，不会应为需要其他工艺或步骤的加热造成余热能量的扩散和损耗，因此，本发明的余热利用极大提高废气余热回收利用的时间和效果，大大减少冶炼金属热能损耗。本发明选用液体对冶炼金属产生废气余热进行利用的另一目的在于对废气具有净化作用，利用液体对废气中夹带的冶炼产生的颗粒物、有害元素成分进行截留作用，对于含有大量金属颗粒废气起到资源回收作用，同时也有效降最终排放废气中颗粒物和有害元素的含量，减轻环境污染，在第一容器中首先利用第二发电组件对容器内吸热液体在沸腾状态下的液体流动能进行利用，具体，利用沸腾的液体来驱动折弯板来带动第一转轴产生旋转运动，将液体沸腾产生的流动能量转化为第一转轴旋转的机械能并由第一发电机进行发电，折弯板所设置的位置与第一容器上部出气口位置对应，折弯板通过多段折弯作用有效增大其对液体翻滚中的能量吸收，即提高环绕第一转轴设置的折弯板受力旋转的效果，在旋转过程折弯板同时带动第一容器内部液体的流动，对于动第一容器底部进入的废气具有加速其与液体热交换的作用，对于第一容器上部空间来说也提高其液面水分蒸发量，提高后续蒸汽发电效率。
可选的，第一转轴上还设有皮带，皮带配接有驱动皮带的第一转轮，第一转轮由设置于第一容器外的第一电机驱动，第一电机输出轴穿入第一容器与第一转轮连接，第一电机电力由第一发电组件提供。皮带为齿形皮带，第一转轴上具有与皮带齿形对应的齿槽，通过第一发电组件对废气具有的动能利用来发电，将第一发电组件获得的电能通过第一电机来驱动第一转轮旋转，进而带动皮带旋转加速第一转轴，提高第一转轴上的第一固定盘、第二固定盘和折弯板的旋转速度，扩大液体与第一容器底部进入的废气的接触产生的热交换效率，同时折弯板相关部件的转速提高有效提升第一容器内部液体表面与其上部空气之间的接触量，来扩大液体蒸发量，通过第一发电组件获得的发电量来驱动第二发电组件的发电效率的提高以及第一容器内液体蒸发量的提高，实现促进第二发电组件较大能量的转化，以此有效保证废气余热以及动能等的有效利用。
可选的，第一转轴轴线平行于水平面，第一转轴的轴线水平高度位置低于第一容器内液体的液面最低高度。通过设定第一转轴的轴线高度位置来限定第一转轴始终处于第一容器内部液体中，有效保证第一容器内部的液体沸腾状态以及底部废气向第一容器内输入时对折弯板的有效驱动，折弯板的设置位置与第一容器上部出气口以及底部废气进气口的位置对应，利用折弯板对向上溢出的废气起到短暂阻挡作用，这样可有效避免底部废气排气量过大直接溢出水面造成废气热能吸收不充分的问题，通过折弯板绕第一转轴周转过程中有效提高水中废气与水体之间的热交换。
可选的，第二连接管与第一连接管连接端为锥孔状，第二连接管锥孔状端部内壁分别连接有第一装配环和第二装配环，第一装配环外径与第二连接管锥孔状端部内径适配，第二装配环外径与第二连接管最大内径管面连接，第一装配环与第二装配环之间通过长条状连接板固接。在第二连接管与第一连接管连接端将第二连接管端部设置成锥孔状，实现扩流效果，提高第一连接管内废气进入第二连接管内的流速，考虑到废气在该段流速的扩大，通过设置第一装配环和第二装配环对第二连接管锥孔端部起到支撑稳定作用，同时在第一装配环和第二装配环之间设置连接板进行连接支撑，同时利用连接板、第一装配环、第二装配环存在的厚度，对于在进入该扩流段的废气中的颗粒物具有阻挡作用，颗粒物在高速流动的气流作用下，有效增大颗粒物之间的碰撞摩擦，有利于通过颗粒物之间的碰撞摩擦来进一步提高废气具有的热量并避免废气的热量散失，同时颗粒物的粒径的降低对于有害物质的吸附效果具有相应的提升作用，以此降低从第一容器内排出气体中的有害物质的含量。
可选的，第二装配环内环连接有一板体，板体上设有可旋转扇叶和第二发电机，扇叶转轴与第二发电机连接，第二发电机通过电线与设于第二连接管外的蓄电池连接。通过在扩流段安装扇叶对废气具有的动能进行转化为机械能，促使第二发电机进行发电，将其发电所得能量存储于蓄电池用于对第一电机进行供电，实现促进第二发电组件较大能量的转化，以此有效保证废气余热以及动能等的有效利用。
可选的，第一发电组件后端的第二连接管底部设有集渣斗，第二连接管为一折弯管，折弯角度为90°，折弯处圆弧过度，第二连接管与第一容器底部连接处设有止回阀。通过设置集渣斗的方式来提高固体颗粒物相对第二连接管内管壁的碰撞作用，降低颗粒物的粒径以及利用其与第二连接管的碰撞来提高废气热量，实现进入第一容器内的废气热量提升，并通过设置止回阀的方式来避免第一容器内部的液体发生回流。
可选的，第一容器底部为半球状，顶部为锥台状，第一容器上部设有气压阀及泄压管。选用的第一容器底部为半球状有利于废气在进入第一容器后废气可沿其内壁球面向上流动，这样有益于第一容器内部液体与废气的充分接触，保证液体受热均匀，而选择将第一容器顶部设置为锥台状，有利于第一容器内部液体蒸发产生的蒸汽向上聚集并扩大其进入第三连接管内的气压提高后续涡轮和第一发电机配合的发电效率。
可选的，第一容器顶部为锥台状，且锥台出口端连接有第三连接管，第三连接管另一端口连接涡轮，涡轮与第一发电机连接。有利于第一容器内部液体蒸发产生的蒸汽向上聚集并扩大其进入第三连接管内的气压提高后续涡轮和第一发电机配合的发电效率。
可选的，第一连接管一端口与第二连接管连接，另一端口与金属冶炼排气管口连接，且连接处设有法兰盘，第一连接管上还设有抽气泵。选择在第一连接管上安装抽气泵用于保证对冶炼金属产生的废气的有效抽取，并预防废气发生回流的现象发生。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明选择采用液体对冶炼金属产生废气的余热进行直接利用，选择在第一容器内设置第二发电组件，同时通过在对废气进入第一容器前对废气具有较高的气流流速进行利用，形成对废气能量阶梯利用，即先对废气具有的较高动能进行有效利用发电，再对废气具有的余热能量进行利用发电，采用本发明的方式属于对热能的直接利用，不会应为需要其他工艺或步骤的加热造成余热能量的扩散和损耗，因此，本发明的余热利用极大提高废气余热回收利用的时间和效果，大大减少冶炼金属热能损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统示意图；
图2是第一连接管示意图；
图3是第二发电组件示意图；
图4是第一发电组件示意图；
图5是第一发电机内部示意图。
附图标记说明：10-第一容器；11-气压阀；12-泄压管；20-第二发电组件；21-第一固定盘；22-折弯板；23-第二固定盘；24-第一转轴；25-皮带；26-第一转轮；30-第一连接管；31-抽气泵；32-法兰盘；40-第二连接管；41-止回阀；42-集渣斗；50-第一发电组件；51-第一装配环；52-扇叶；53-第二发电机；54-电线；55-蓄电池；56-第二装配环；57-连接板；60-第一电机；70-第一发电机；71-壳体；72-永磁定子；73-转子；80-涡轮；81-第三连接管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参见图1-4所示，一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统，包括：
第一连接管30，用于接收金属冶炼废气，
第一容器10，内部放置有可蒸发液体，第一容器10底部通过第二连接管40与第一连接管30连接，第二连接管40与第一连接管30连接端设有第一发电组件50，
第二发电组件20，设于第一容器10内，第二发电组件20包括水平设置的第一转轴24，第一转轴24一端部与第一容器10内壁连接，另一端部穿透第一容器10与第一容器10外的第一发电机70连接，
其中，第一转轴24上同轴连接第一固定盘21和第二固定盘23，第一固定盘21和第二固定盘23之间对应面上固接折弯板22，折弯板22环绕第一转轴24设置。折弯板22为至少两端折弯的长条折弯板。
本发明选择采用液体对冶炼金属产生废气的余热进行直接利用，选择在第一容器10内设置第二发电组件20，同时通过在对废气进入第一容器10前对废气具有较高的气流流速进行利用，形成对废气能量阶梯利用，即先对废气具有的较高动能进行有效利用发电，再对废气具有的余热能量进行利用发电，采用本发明的方式属于对热能的直接利用，不会应为需要其他工艺或步骤的加热造成余热能量的扩散和损耗，因此，本发明的余热利用极大提高废气余热回收利用的时间和效果，大大减少冶炼金属热能损耗。本发明选用液体对冶炼金属产生废气余热进行利用的另一目的在于对废气具有净化作用，利用液体对废气中夹带的冶炼产生的颗粒物、有害元素成分进行截留作用，对于含有大量金属颗粒废气起到资源回收作用，同时也有效降最终排放废气中颗粒物和有害元素的含量，减轻环境污染，在第一容器10中首先利用第二发电组件20对容器内吸热液体在沸腾状态下的液体流动能进行利用，具体，利用沸腾的液体来驱动折弯板22来带动第一转轴24产生旋转运动，将液体沸腾产生的流动能量转化为第一转轴24旋转的机械能并由第一发电机70进行发电，折弯板22所设置的位置与第一容器10上部出气口位置对应，折弯板22通过多段折弯作用有效增大其对液体翻滚中的能量吸收，即提高环绕第一转轴24设置的折弯板22受力旋转的效果，在旋转过程折弯板22同时带动第一容器10内部液体的流动，对于动第一容器10底部进入的废气具有加速其与液体热交换的作用，对于第一容器10上部空间来说也提高其液面水分蒸发量，提高后续蒸汽发电效率。
第一转轴24上还设有皮带25，皮带25配接有驱动皮带25的第一转轮26，第一转轮26由设置于第一容器10外的第一电机60驱动，第一电机60输出轴穿入第一容器10与第一转轮26连接，第一电机60电力由第一发电组件50提供。皮带25为齿形皮带，第一转轴24上具有与皮带25齿形对应的齿槽，通过第一发电组件50对废气具有的动能利用来发电，将第一发电组件50获得的电能通过第一电机60来驱动第一转轮26旋转，进而带动皮带25旋转加速第一转轴24，提高第一转轴24上的第一固定盘21、第二固定盘23和折弯板22的旋转速度，扩大液体与第一容器10底部进入的废气的接触产生的热交换效率，同时折弯板22相关部件的转速提高有效提升第一容器10内部液体表面与其上部空气之间的接触量，来扩大液体蒸发量，通过第一发电组件50获得的发电量来驱动第二发电组件20的发电效率的提高以及第一容器10内液体蒸发量的提高，实现促进第二发电组件20较大能量的转化，以此有效保证废气余热以及动能等的有效利用。
第一转轴24轴线平行于水平面，第一转轴24的轴线水平高度位置低于第一容器10内液体的液面最低高度。通过设定第一转轴24的轴线高度位置来限定第一转轴24始终处于第一容器10内部液体中，有效保证第一容器10内部的液体沸腾状态以及底部废气向第一容器10内输入时对折弯板22的有效驱动，折弯板22的设置位置与第一容器10上部出气口以及底部废气进气口的位置对应，利用折弯板22对向上溢出的废气起到短暂阻挡作用，这样可有效避免底部废气排气量过大直接溢出水面造成废气热能吸收不充分的问题，通过折弯板22绕第一转轴24周转过程中有效提高水中废气与水体之间的热交换。
第二连接管40与第一连接管30连接端为锥孔状，第二连接管40锥孔状端部内壁分别连接有第一装配环51和第二装配环56，第一装配环51外径与第二连接管40锥孔状端部内径适配，第二装配环56外径与第二连接管40最大内径管面连接，第一装配环51与第二装配环56之间通过长条状连接板57固接。在第二连接管40与第一连接管30连接端将第二连接管40端部设置成锥孔状，实现扩流效果，提高第一连接管30内废气进入第二连接管40内的流速，考虑到废气在该段流速的扩大，通过设置第一装配环51和第二装配环56对第二连接管40锥孔端部起到支撑稳定作用，同时在第一装配环51和第二装配环56之间设置连接板57进行连接支撑，同时利用连接板57、第一装配环51、第二装配环56存在的厚度，对于在进入该扩流段的废气中的颗粒物具有阻挡作用，颗粒物在高速流动的气流作用下，有效增大颗粒物之间的碰撞摩擦，有利于通过颗粒物之间的碰撞摩擦来进一步提高废气具有的热量并避免废气的热量散失，同时颗粒物的粒径的降低对于有害物质的吸附效果具有相应的提升作用，以此降低从第一容器10内排出气体中的有害物质的含量。
第二装配环56内环连接有一板体，板体上设有可旋转扇叶52和第二发电机53，扇叶52转轴与第二发电机53连接，第二发电机53通过电线54与设于第二连接管40外的蓄电池55连接。通过在扩流段安装扇叶52对废气具有的动能进行转化为机械能，促使第二发电机53进行发电，将其发电所得能量存储于蓄电池55用于对第一电机60进行供电，实现促进第二发电组件20较大能量的转化，以此有效保证废气余热以及动能等的有效利用。
第一发电组件50后端的第二连接管40底部设有集渣斗42，第二连接管40为一折弯管，折弯角度为90°，折弯处圆弧过度，第二连接管40与第一容器10底部连接处设有止回阀41。通过设置集渣斗42的方式来提高固体颗粒物相对第二连接管40内管壁的碰撞作用，降低颗粒物的粒径以及利用其与第二连接管40的碰撞来提高废气热量，实现进入第一容器10内的废气热量提升，并通过设置止回阀41的方式来避免第一容器10内部的液体发生回流。
第一容器10底部为半球状，顶部为锥台状，第一容器10上部设有气压阀11及泄压管12。选用的第一容器10底部为半球状有利于废气在进入第一容器10后废气可沿其内壁球面向上流动，这样有益于第一容器10内部液体与废气的充分接触，保证液体受热均匀，而选择将第一容器10顶部设置为锥台状，有利于第一容器10内部液体蒸发产生的蒸汽向上聚集并扩大其进入第三连接管81内的气压提高后续涡轮80和第一发电机70配合的发电效率。
第一容器10顶部为锥台状，且锥台出口端连接有第三连接管81，第三连接管81另一端口连接涡轮80，涡轮80与第一发电机70连接。有利于第一容器10内部液体蒸发产生的蒸汽向上聚集并扩大其进入第三连接管81内的气压提高后续涡轮80和第一发电机70配合的发电效率。
第一连接管30一端口与第二连接管40连接，另一端口与金属冶炼排气管口连接，且连接处设有法兰盘32，第一连接管30上还设有抽气泵31。选择在第一连接管30上安装抽气泵31用于保证对冶炼金属产生的废气的有效抽取，并预防废气发生回流的现象发生。
实施例2：
参见图5所示，本实施例在实施例1的基础上进一步提供第一发电机70的技术方案，第一发电机70包括壳体71，壳体71内设有环形的永磁定子72，永磁定子72内侧设有转子73，转轴与第一转轴24连接或扇叶52的转轴或涡轮80的转轴。本发明所用第一发电机70使用转轴发电技术，可以理解的，本发明的第一发电机70可装配震荡稳压电路来稳定发电电压，同时第一发电机70发电所得能量可存入蓄电设备。
实施例3：
本发明的一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统在实际使用时：实则为三级发电，具体如下：
第一级发电：冶炼金属产生的废气通过抽气泵31抽取进入第一连接管30，经过第一连接管30与第二连接管40连接端，第一发电组件50利用废气动能进行发电，并将发电获得的电路驱动第一电机60来提高第二发电组件20的发电效率。
第二级发电：废气进入第一容器10内，第一容器10内注有水体，水体对废气余热进行吸收，在水体沸腾后驱动折弯板22绕第一转轴24旋转，并且第一电机60驱动第一转轮26带动皮带25来进一步提高第一转轴24转动速度，实现第一电机70发电；
第三级发电：第一容器10内部的液体在沸腾后蒸发，产生的蒸汽通过第三连接管81进入涡轮80内，利用涡轮80和第一发电机70进行发电。
以上发电过程中，不仅实现对废气可以能量的阶梯利用，最大化利用废气动能、余热，且利用液体来截留了废气中的固体颗粒物以及有害元素，减轻环境污染，经测最终排放废气中成分如下表所示：
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> CaO MgO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe S Mt
占比量 0.34 0.89 0.08 1.24 0.33 0.11 0.07 0.05
实施例4：
本实施例对高碳铬铁冶炼产生的废气进行回收发电处理，回收方法参见实施例3的回收步骤，其中第一容器10内蒸汽压力控制5.0MPa，蒸汽温度为260℃±5℃，所回收的废气烟尘温度为1100℃～1150℃，含尘浓度为50～120g/m3。
经实际计算，将本发明的废气回收发电系统应用于高碳铬铁生产工厂内，按其一年30万吨的产量计算，全厂每小时可回收4.13×108KJ余热量，相当于14t标准煤，同时由于采用水体截留废气固体颗粒物可实现废气中的铬元素的回收，回收量达到9.4％，对于排放废气中的S、P元素的占比也有效降低。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统，包括：
第一连接管(30)，用于接收金属冶炼废气，
第一容器(10)，内部放置有可蒸发液体，所述第一容器(10)底部通过第二连接管(40)与第一连接管(30)连接，所述第二连接管(40)与第一连接管(30)连接端设有第一发电组件(50)，
第二发电组件(20)，设于第一容器(10)内，所述第二发电组件(20)包括水平设置的第一转轴(24)，所述第一转轴(24)一端部与第一容器(10)内壁连接，另一端部穿透第一容器(10)与第一容器(10)外的第一发电机(70)连接，
其中，所述第一转轴(24)上同轴连接第一固定盘(21)和第二固定盘(23)，所述第一固定盘(21)和第二固定盘(23)之间对应面上固接折弯板(22)，所述折弯板(22)环绕第一转轴(24)设置；
所述第一转轴(24)上还设有皮带(25)，所述皮带(25)配接有驱动皮带(25)的第一转轮(26)，所述第一转轮(26)由设置于第一容器(10)外的第一电机(60)驱动，所述第一电机(60)输出轴穿入第一容器(10)与第一转轮(26)连接，所述第一电机(60)电力由第一发电组件(50)提供；
所述第一转轴(24)轴线平行于水平面，所述第一转轴(24)的轴线水平高度位置低于第一容器(10)内液体的液面最低高度；
所述第二连接管(40)与第一连接管(30)连接端为锥孔状，所述第二连接管(40)锥孔状端部内壁分别连接有第一装配环(51)和第二装配环(56)，所述第一装配环(51)外径与第二连接管(40)锥孔状端部内径适配，所述第二装配环(56)外径与第二连接管(40)最大内径管面连接，所述第一装配环(51)与第二装配环(56)之间通过长条状连接板(57)固接。
2.根据权利要求1所述的一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统，其特征在于：所述第二装配环(56)内环连接有一板体，所述板体上设有可旋转扇叶(52)和第二发电机(53)，所述扇叶(52)转轴与第二发电机(53)连接，所述第二发电机(53)通过电线(54)与设于第二连接管(40)外的蓄电池(55)连接。
3.根据权利要求1所述的一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统，其特征在于：所述第一发电组件(50)后端的第二连接管(40)底部设有集渣斗(42)，所述第二连接管(40)与第一容器(10)底部连接处设有止回阀(41)。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统，其特征在于：所述第一容器(10)底部为半球状，顶部为锥台状，所述第一容器(10)上部设有气压阀(11)及泄压管(12)。
5.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统，其特征在于：所述第一容器(10)顶部为锥台状，且锥台出口端连接有第三连接管(81)，所述第三连接管(81)另一端口连接涡轮(80)，所述涡轮(80)与第一发电机(70)连接。
6.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种高碳铬铁冶炼废气回收发电系统，其特征在于：所述第一连接管(30)一端口与第二连接管(40)连接，另一端口与金属冶炼排气管口连接，且连接处设有法兰盘(32)，所述第一连接管(30)上还设有抽气泵(31)。
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