CN112555802A - 一种蓄热换热一体化蒸汽过热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热换热一体化蒸汽过热系统，包括通过管线连接的电加热式导热油炉(10)、蓄热换热一体化装置(20)和热媒储槽(30)，电加热式导热油炉(10)能够加热导热油，蓄热换热一体化装置(20)外连接蒸汽输入管线(21)和蒸汽输出管线(22)，蓄热换热一体化装置(20)内的导热油能够加热蓄热换热一体化装置(20)内的蒸汽。该蓄热换热一体化蒸汽过热系统中的蓄热换热一体化装置兼具蓄热和换热功能，采用导热油作为中间热媒，以电能作为热源间接加热饱和蒸汽，将转炉汽化余热饱和蒸汽加热为微过热蒸汽供炼钢厂RH真空精炼炉蒸汽泵使用，满足精炼炉间歇式生产用汽制度。

Description

一种蓄热换热一体化蒸汽过热系统

技术领域

本发明涉及一种蓄热换热一体化蒸汽过热系统。

背景技术

钢铁企业常采用蒸汽喷射泵抽真空的精炼方式冶炼洁净钢，蒸汽喷射泵需要过热蒸汽作为动力源，其生产特点是一种周期性的间歇作业方式。

目前，蒸汽喷射泵所用的过热蒸汽主要来源有：第一、采用燃料燃烧为热源的快速锅炉来生产过热蒸汽。第二、采用电厂中温中压及以上参数蒸汽经减温减压来生产过热蒸汽。第三、利用炼钢转炉、电炉生产工艺自产饱和蒸汽经过加热制取过热蒸汽。现有多种技术和产品对转炉、电炉自产饱和蒸汽进行过热处理，如：燃气式蒸汽过热、微过热蓄热系统、电过热、电磁过热、熔盐蓄热过热、导热油蓄热过热等。

以传统燃料燃烧为热源的快速锅炉、燃气式蒸汽过热，因有污染物排放受环保限制性强，另外具有热源系统复杂、初投资高、装备庞大，启动时间长、间歇期间热能浪费严重，热效率相对低等缺点。

以电厂中温中压及以上参数蒸汽为热源的减温减压过热，受上游电厂生产因素影响，且存在高质热能降级利用，系统能效低。同时精炼炉间歇性生产制度对电厂运行操作和负荷控制提出较高要求。

以电能作为热源直接加热饱和蒸汽，未考虑精炼炉间歇性生产制度和电加热体的特性，无论是采用电阻加热模式还是采用电磁加热模式，均是通过电加热体与饱和蒸汽换热，对于精炼炉间断用汽制度，直接电热体加热饱和蒸汽的方式难以实现过热蒸汽温度的精准控制。当精炼炉用汽时，电热体被有一定速度的蒸汽冲刷冷却。当精炼炉瞬间停用时，在无蒸汽流通下电热体得不到冷却，处于干烧状态，对于电阻加热模式电热体长期运行容易烧损。饱和蒸汽或多或少会携带液态水，液态水具有一定硬度，液态水在电热体表面蒸发，硬度等残留在电热体表面，长期使用电热体表面结垢严重，影响传热效率。对于电阻加热模式电热体寿命短，更换率高，对于电磁感应模式电耗率增加，电热体寿命缩短。

以自身为热源的微过热变压式蓄热器系统，未考虑蓄热器高压蒸汽压力、温度的波动，未考虑蓄热器放热末端的工况，无法实现精准控制出口蒸汽过热度，甚至不能满足指定用户的需要。

以熔盐做中间媒介间接加热饱和蒸汽，采用了浸没式的换热器形式，换热强度低，过热蒸汽温度精准调节难以实现。此外，熔盐成分比较复杂，熔盐中可能含有部分会在受热管表面形成热阻垢的杂质盐，如碳酸钙等，进而引起系统的复杂化或者影响系统的连续使用寿命。

以导热油做中间媒介间接加热饱和蒸汽的方式，采用较大容积热油槽内设置电加热器的方式，热油槽内导热油流速无法保障导热油换热所允许的流速，电加热器表面换热强度低容易造成电加热器表面油膜超温裂解。同时热油槽采用常压运行，高温导热油易于氧化变质。

发明内容

为了将转炉汽化余热饱和蒸汽转变为微过热蒸汽供炼钢工艺蒸汽泵使用，本发明提供了一种蓄热换热一体化蒸汽过热系统，该蓄热换热一体化蒸汽过热系统中的蓄热换热一体化装置兼具蓄热和换热功能，采用导热油作为中间热媒，以电能作为热源间接加热饱和蒸汽，将转炉汽化余热饱和蒸汽加热为微过热蒸汽供炼钢厂RH真空精炼炉蒸汽泵使用，满足精炼炉间歇式生产用汽制度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种蓄热换热一体化蒸汽过热系统，包括通过管线连接的电加热式导热油炉、蓄热换热一体化装置和热媒储槽，电加热式导热油炉能够加热导热油，蓄热换热一体化装置外连接蒸汽输入管线和蒸汽输出管线，蓄热换热一体化装置内的导热油能够加热蓄热换热一体化装置内的蒸汽。

电加热式导热油炉内的导热油能够进入蓄热换热一体化装置内，蓄热换热一体化装置内的导热油能够进入电加热式导热油炉内，蓄热换热一体化装置内的导热油还能够进入热媒储槽内，热媒储槽内的导热油能够进入蓄热换热一体化装置内；蓄热换热一体化装置内含有容纳腔和换热体，蓄热换热一体化装置的侧壁上设有导热油入口、导热油出口、蒸汽入口、蒸汽出口和保护气体入口。

导热油入口和导热油出口均与容纳腔连通，蒸汽入口和蒸汽出口均与换热体连接，导热油入口位于蓄热换热一体化装置的上部，导热油出口位于蓄热换热一体化装置的下部。

保护气体入口位于蓄热换热一体化装置的上部，保护气体入口外连接有保护气体注入管线，保护气体注入管线上设有调节阀，蓄热换热一体化装置的上部还设有第一排气口和第二排气口。

第一排气口外连接与第一排气管，第一排气管上设有第一阀门，第二排气口外连接与第二排气管，第二排气管上设有安全阀，蓄热换热一体化装置的容纳腔内能够形成上下设置的气相空间和液相空间，换热体位于液相空间内。

导热油入口含有导热油第一入口和导热油第二入口，电加热式导热油炉的出口通过第一输油管线与蓄热换热一体化装置的导热油第一入口连接，蓄热换热一体化装置的导热油出口通过第二输油管线与电加热式导热油炉的入口连通，第二输油管线上设有循环油泵和第二阀门。

所述蓄热换热一体化蒸汽过热系统还包括注油主管线，注油主管线上依次设置有第三阀门、注油泵和第四阀门，蓄热换热一体化装置的导热油第二入口通过第三输油管线与注油主管线连接，第三输油管线与注油主管线连接处位于注油泵和第四阀门之间。

热媒储槽含有第一进油口、第二进油口和排放口，热媒储槽的第一进油口通过第四输油管线与蓄热换热一体化装置的导热油出口连通，第四输油管线上设有第五阀门。

热媒储槽的第二进油口通过注油支线与注油主管线连接，注油支线与注油主管线的连接处位于第三阀门和注油泵之间，注油支线上设有第六阀门，排放口外连接有排放管线，排放管线上设有第七阀门。

蒸汽输入管线的一端与蓄热换热一体化装置的蒸汽入口连接，蒸汽输入管线的另一端与转炉汽化系统的蒸汽蓄热器的主蒸汽管连接，蒸汽输出管线的一端与蓄热换热一体化装置的蒸汽出口连接，蒸汽输出管线的另一端与蒸汽喷射泵的分汽缸连接。

本发明的有益效果是：

1、采用导热油作为中间热媒，利用电能间接加热饱和蒸汽变为微过热蒸汽。利用盐在导热油中溶解度小、无腐蚀的特性，避免了导热油炉电加器表面和蓄热换热一体化蒸汽过热装置换热体油侧结垢、腐蚀而降低使用寿命。利用导热油液相显热蓄存能力强的特性，缓冲电负荷变化时引起加热器的热惯性，确保电加热器表面温差变化小，交变热应力小，延长电加热器使用寿命。

2、通过采用导热油强制循环方式，使导热油流入炉内具有一定的流速，强化电加热器表面传热，保证油膜不超温裂解。

3、通过利用导热油蓄热特性，使RH真空精炼冶炼周期内间断供汽所需最大电负荷变为该周期内连续平均电负荷。通过较大容量的导热油供给和存储，保证输出过热蒸汽满足真空精炼对于抽气泵间歇式生产对过热蒸汽的参数需要。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述蓄热换热一体化蒸汽过热系统的示意图。

图2是电加热式导热油炉的示意图。

图3是蓄热换热一体化装置的示意图。

图4是热媒储槽的示意图。

10、电加热式导热油炉；20、蓄热换热一体化装置；30、热媒储槽；

11、电加热单元；12、电源；

21、蒸汽输入管线；22、蒸汽输出管线；23、容纳腔；24、换热体；25、导热油入口；26、导热油出口；27、蒸汽入口；28、蒸汽出口；29、保护气体入口；210、保护气体注入管线；211、第一排气口；212、第二排气口；213、调节阀；214、第一排气管；215、第一阀门；216、第二排气管；217、安全阀；218、气相空间；219、液相空间；

31、第一进油口；32、第二进油口；33、排放口；

41、第一输油管线；42、第二输油管线；43、第三输油管线；44、第四输油管线；45、循环油泵；46、第二阀门；47、第五阀门；

51、注油主管线；52、第三阀门；53、注油泵；54、第四阀门；55、注油支线；56、第六阀门；57、排放管线；58、第七阀门；

251、导热油第一入口；252、导热油第二入口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种蓄热换热一体化蒸汽过热系统，包括通过管线连接的电加热式导热油炉10、蓄热换热一体化装置20和热媒储槽30，电加热式导热油炉10能够加热导热油，蓄热换热一体化装置20外连接蒸汽输入管线21和蒸汽输出管线22，蓄热换热一体化装置20内的导热油能够加热蓄热换热一体化装置20内的蒸汽，如图1至图4所示。

在本发明中，蓄热换热一体化装置20同时兼具蓄热和换热功能，该蓄热换热一体化蒸汽过热系统采用导热油作为中间热媒，以电能作为热源间接加热饱和蒸汽，将转炉汽化余热饱和蒸汽加热为微过热蒸汽供炼钢厂RH真空精炼炉蒸汽泵使用，满足精炼炉间歇式生产用汽制度。

本发明采用导热油作为中间热媒，利用其较高的液相操作温度，能够作为低压饱和蒸汽的加热介质。利用盐在导热油中的溶解度小、无腐蚀的特性，避免导热油炉电加器表面和蓄热换热一体化蒸汽过热装置换热体油侧结垢、腐蚀而降低使用寿命。利用其液相显热蓄存能力强的特性，缓冲电负荷变化时引起加热器的热惯性，确保电加热器表面温差变化小，交变热应力小，延长电加热器使用寿命。

在本实施例中，电加热式导热油炉10内的导热油能够进入蓄热换热一体化装置20内，蓄热换热一体化装置20内的导热油能够进入电加热式导热油炉10内，蓄热换热一体化装置20内的导热油还能够进入热媒储槽30内，热媒储槽30内的导热油能够进入蓄热换热一体化装置20内。

在本实施例中，蓄热换热一体化装置20为封闭的罐体式结构，蓄热换热一体化装置20内含有容纳腔23和换热体24，换热体24为蛇形弯管，蓄热换热一体化装置20为直立状态，换热体24位于蓄热换热一体化装置20内的中部，蓄热换热一体化装置20的侧壁上设有导热油入口25、导热油出口26、蒸汽入口27、蒸汽出口28和保护气体入口29。

在本实施例中，导热油入口25和导热油出口26均与容纳腔23连通，蒸汽入口27和蒸汽出口28均与换热体24连接，导热油入口25位于蓄热换热一体化装置20的上部，导热油出口26位于蓄热换热一体化装置20的下部。导热油可以通过导热油入口25进入容纳腔23，容纳腔23内的导热油可以通过导热油出口26排出，蒸汽可以通过蒸汽入口27进入换热体24内，换热体24内的蒸汽可以通过蒸汽出口28排出，如图1所示。

在本实施例中，保护气体入口29位于蓄热换热一体化装置20的顶部，保护气体入口29外连接有保护气体注入管线210，通过保护气体注入管线210可以向容纳腔23内注入保护气体(如氮气)，保护气体注入管线210上设有调节阀213，蓄热换热一体化装置20的顶部还设有第一排气口211和第二排气口212。

在本实施例中，第一排气口211外连接与第一排气管214，第一排气管214上设有第一阀门215，第二排气口212外连接与第二排气管216，第二排气管216上设有安全阀217，在工作时，蓄热换热一体化装置20的容纳腔23内将能够形成上下设置的气相空间218和液相空间219，换热体24位于液相空间219内，容纳腔23内压强为设定值，气相空间218的气体可以通过第一排气管214和第二排气管216排出。

在本实施例中，导热油入口25含有导热油第一入口251和导热油第二入口252，导热油第一入口251和导热油第二入口252在蓄热换热一体化装置20上左右对称设置，电加热式导热油炉10的出口通过第一输油管线41与蓄热换热一体化装置20的导热油第一入口251连接，蓄热换热一体化装置20的导热油出口26通过第二输油管线42与电加热式导热油炉10的入口连通，第二输油管线42上设有循环油泵45和第二阀门46。导热油采用循环油泵45实现强制循环，使导热油流入炉内具有一定的流速，强化电加热器表面传热，保证油膜不超温裂解。

在本实施例中，所述蓄热换热一体化蒸汽过热系统还包括注油主管线51，注油主管线51上沿入口向出口方向依次设置有第三阀门52、注油泵53和第四阀门54，蓄热换热一体化装置20的导热油第二入口252通过第三输油管线43与注油主管线51连接，第三输油管线43与注油主管线51连接处位于注油泵53和第四阀门54之间，如图1所示。

在本实施例中，热媒储槽30含有第一进油口31、第二进油口32和排放口33，第一进油口31位于热媒储槽30的上部，第二进油口32和排放口33均位于热媒储槽30的下部，热媒储槽30的第一进油口31通过第四输油管线44与蓄热换热一体化装置20的导热油出口26连通，第四输油管线44上设有第五阀门47。蓄热换热一体化装置20位于热媒储槽30的上方。

在本实施例中，热媒储槽30的第二进油口32通过注油支线55与注油主管线51连接，注油支线55与注油主管线51的连接处位于第三阀门52和注油泵53之间，注油支线55上设有第六阀门56，排放口33外连接有排放管线57，排放管线57上设有第七阀门58。

在本实施例中，蒸汽输入管线21的一端与蓄热换热一体化装置20的蒸汽入口27连接，蒸汽输入管线21的另一端与转炉汽化系统的蒸汽蓄热器的主蒸汽管连接，蒸汽输出管线22的一端与蓄热换热一体化装置20的蒸汽出口28连接，蒸汽输出管线22的另一端与蒸汽喷射泵的分汽缸连接。蒸汽入口27位于蒸汽出口28的下方。

蓄热换热一体化装置20的内部蓄存较大容量导热油，通过导热油的蓄热特性，使RH真空精炼冶炼周期内间断供汽所需最大电负荷变为该周期内连续平均电负荷。通过较大容量的导热油供给和存储，保证输出过热蒸汽满足真空精炼对于抽气泵间歇式生产对过热蒸汽的参数需要。

下面介绍该蓄热换热一体化蒸汽过热系统的工作过程。

电加热式导热油炉10内含有电加热单元11，电加热单元11与电源12连接，电加热单元11能够加热电加热式导热油炉10内导热油，电加热单元11加热方式不限于电阻、电磁感应、电伴热等加热方式。热媒储槽30内微正压运行，热媒储槽30内顶部为气空间，以下为油空间，热媒储槽30内可为圆柱形或球形结构。

低压饱和蒸汽通过蒸汽输入管线21进入蓄热换热一体化装置20的换热体24内，在蓄热换热一体化装置20内，饱和蒸汽与高温导热油进行热交换，饱和蒸汽变为合格的微过热蒸汽后通过蒸汽输出管线22排出供给RH真空精炼抽汽泵使用。电加热式导热油炉10供出的高温导热油通过第一输油管线41进入蓄热换热一体化装置20的容纳腔23内，新注入的高温导热油与罐内导热油混合，并通过换热体24与饱和蒸汽换热，换热后较低温度的导热油流入蓄热换热一体化装置20的底部。罐底导热油再通过第二输油管线42和循环油泵45加压送入电加热式导热油炉10内被再次加热。

蓄热换热一体化装置20的顶部内设有保护气体(如氮气)密封，以防止空气进入蓄热换热一体化装置20内氧化高温导热油。热媒储槽30设置位置低于蓄热换热一体化装置20，热媒储槽30的有效容积大于导热油系统总油量，能够能使导热油系统内的导热油泄空。当该蓄热换热一体化蒸汽过热系统需要补充油时，由热媒储槽30注油泵注入，确保蓄热换热一体化装置20内导热油的液面高于换热体24的顶面。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种蓄热换热一体化蒸汽过热系统，其特征在于，所述蓄热换热一体化蒸汽过热系统包括通过管线连接的电加热式导热油炉(10)、蓄热换热一体化装置(20)和热媒储槽(30)，电加热式导热油炉(10)能够加热导热油，蓄热换热一体化装置(20)外连接蒸汽输入管线(21)和蒸汽输出管线(22)，蓄热换热一体化装置(20)内的导热油能够加热蓄热换热一体化装置(20)内的蒸汽。

2.根据权利要求1所述的蓄热换热一体化蒸汽过热系统，其特征在于，电加热式导热油炉(10)内的导热油能够进入蓄热换热一体化装置(20)内，蓄热换热一体化装置(20)内的导热油能够进入电加热式导热油炉(10)内，蓄热换热一体化装置(20)内的导热油还能够进入热媒储槽(30)内，热媒储槽(30)内的导热油能够进入蓄热换热一体化装置(20)内；蓄热换热一体化装置(20)内含有容纳腔(23)和换热体(24)，蓄热换热一体化装置(20)的侧壁上设有导热油入口(25)、导热油出口(26)、蒸汽入口(27)、蒸汽出口(28)和保护气体入口(29)。

3.根据权利要求2所述的蓄热换热一体化蒸汽过热系统，其特征在于，导热油入口(25)和导热油出口(26)均与容纳腔(23)连通，蒸汽入口(27)和蒸汽出口(28)均与换热体(24)连接，导热油入口(25)位于蓄热换热一体化装置(20)的上部，导热油出口(26)位于蓄热换热一体化装置(20)的下部。

4.根据权利要求2所述的蓄热换热一体化蒸汽过热系统，其特征在于，保护气体入口(29)位于蓄热换热一体化装置(20)的上部，保护气体入口(29)外连接有保护气体注入管线(210)，保护气体注入管线(210)上设有调节阀(213)，蓄热换热一体化装置(20)的上部还设有第一排气口(211)和第二排气口(212)。

5.根据权利要求2所述的蓄热换热一体化蒸汽过热系统，其特征在于，第一排气口(211)外连接与第一排气管(214)，第一排气管(214)上设有第一阀门(215)，第二排气口(212)外连接与第二排气管(216)，第二排气管(216)上设有安全阀(217)，蓄热换热一体化装置(20)的容纳腔(23)内能够形成上下设置的气相空间(218)和液相空间(219)，换热体(24)位于液相空间(219)内。

6.根据权利要求2所述的蓄热换热一体化蒸汽过热系统，其特征在于，导热油入口(25)含有导热油第一入口(251)和导热油第二入口(252)，电加热式导热油炉(10)的出口通过第一输油管线(41)与蓄热换热一体化装置(20)的导热油第一入口(251)连接，蓄热换热一体化装置(20)的导热油出口(26)通过第二输油管线(42)与电加热式导热油炉(10)的入口连通，第二输油管线(42)上设有循环油泵(45)和第二阀门(46)。

7.根据权利要求6所述的蓄热换热一体化蒸汽过热系统，其特征在于，所述蓄热换热一体化蒸汽过热系统还包括注油主管线(51)，注油主管线(51)上依次设置有第三阀门(52)、注油泵(53)和第四阀门(54)，蓄热换热一体化装置(20)的导热油第二入口(252)通过第三输油管线(43)与注油主管线(51)连接，第三输油管线(43)与注油主管线(51)连接处位于注油泵(53)和第四阀门(54)之间。

8.根据权利要求7所述的蓄热换热一体化蒸汽过热系统，其特征在于，热媒储槽(30)含有第一进油口(31)、第二进油口(32)和排放口(33)，热媒储槽(30)的第一进油口(31)通过第四输油管线(44)与蓄热换热一体化装置(20)的导热油出口(26)连通，第四输油管线(44)上设有第五阀门(47)。

9.根据权利要求8所述的蓄热换热一体化蒸汽过热系统，其特征在于，热媒储槽(30)的第二进油口(32)通过注油支线(55)与注油主管线(51)连接，注油支线(55)与注油主管线(51)的连接处位于第三阀门(52)和注油泵(53)之间，注油支线(55)上设有第六阀门(56)，排放口(33)外连接有排放管线(57)，排放管线(57)上设有第七阀门(58)。

10.根据权利要求1所述的蓄热换热一体化蒸汽过热系统，其特征在于，蒸汽输入管线(21)的一端与蓄热换热一体化装置(20)的蒸汽入口(27)连接，蒸汽输入管线(21)的另一端与转炉汽化系统的蒸汽蓄热器的主蒸汽管连接，蒸汽输出管线(22)的一端与蓄热换热一体化装置(20)的蒸汽出口(28)连接，蒸汽输出管线(22)的另一端与蒸汽喷射泵的分汽缸连接。

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