CN112746140A - 流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，发电系统包括：高炉冲渣单元，高炉冲渣单元包括依次连接的冲渣冷水池、冲渣装置、冲渣热水池；储热及换热单元，储热及换热单元包括流化小球储热器、换热器、蒸发器、过热器；有机工质膨胀发电单元，有机工质膨胀发电单元包括膨胀机和发电机；有机工质冷却及压缩单元，有机工质冷却及压缩单元包括回热器、冷凝器、压缩泵。由此，通过本申请的发电系统，可以利用高炉冲渣水的余热加热有机工质进行发电，从而能够避免余热资源的浪费，可以实现余热资源的高效利用，也可以防止污染环境，同时，不需要改变高炉冲渣的水淬工艺，从而不会影响炉渣的最终活性，可以降低高炉冲渣水余热的利用难度。

Description

流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统

技术领域

本发明涉及发电领域，尤其是涉及一种流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统。

背景技术

钢铁企业是我国的耗能大户，其总能耗约占全国总能耗量的15％左右，其中炼铁工序能耗占全行业能耗量高达64％，是节能降耗的重点工序环节。开发、利用、挖潜宝贵余热资源，实现高效利用，是国家实施节能经济产业重要举措之一。钢铁行业在炼铁过程中会产生1450-1550℃的高温炉渣，通常可以选用水对高温炉渣降温，由此产生大量的高炉冲渣热水，高炉冲渣热水的温度在是86-90℃，目前对高炉冲渣水的利用难度很大。

相关技术中，对于高炉冲渣水这种间断性热源的利用为一部分用于冬季采暖，大部分通过冷却塔将热量放散到大气中，这种处理方式不仅浪费了大量的余热资源，而且还会造成环境污染。同时，若使用导热油直接吸收高温熔渣的热量，会导致高温熔渣的温度降低，从而会改变高炉冲渣的水淬工艺，因此在实际工程中很难应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，通过本申请的发电系统，可以利用高炉冲渣水的余热加热有机工质进行发电，从而能够避免余热资源的浪费，可以实现余热资源的高效利用，也可以防止污染环境，同时，不需要改变高炉冲渣的水淬工艺，从而不会影响炉渣的最终活性，可以降低高炉冲渣水余热的利用难度。

根据本发明的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统包括：高炉冲渣单元，所述高炉冲渣单元包括依次连接的冲渣冷水池、冲渣装置、冲渣热水池；储热及换热单元，所述储热及换热单元包括流化小球储热器、换热器、蒸发器、过热器，所述冲渣热水池出口与所述流化小球储热器和所述过热器的水进口相连，所述流化小球储热器和所述过热器的水出口汇合后与所述蒸发器水进口相连，所述蒸发器水出口与冲渣冷水池相连，所述流化小球储热器水出口还与所述换热器的水进口相连，所述换热器水出口还与所述流化小球储热器水进口相连。所述换热器的工质出口与所述蒸发器工质进口相连，所述蒸发器工质出口与所述过热器工质进口相连；有机工质膨胀发电单元，所述有机工质膨胀发电单元包括膨胀机和发电机，所述过热器工质出口与膨胀机工质进口相连；有机工质冷却及压缩单元，所述有机工质冷却及压缩单元包括回热器、冷凝器、压缩泵，所述膨胀机的工质出口连接至所述回热器高温侧的入口，所述回热器高温侧的出口连接至所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口与所述压缩泵的入口连接，所述压缩泵的出口连接至回热器低温侧的进口且还与所述换热器的工质进口相连，所述回热器低温侧的出口连接至所述换热器的工质进口。

根据本发明的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，可以利用高炉冲渣水的余热加热有机工质进行发电，从而能够避免余热资源的浪费，可以实现余热资源的高效利用，也可以防止污染环境，同时，不需要改变高炉冲渣的水淬工艺，从而不会影响炉渣的最终活性，可以降低高炉冲渣水余热的利用难度。

在本发明的一些示例中，所述流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统具有高炉冲渣运行模式和冲渣间歇运行模式：在所述高炉冲渣运行模式时，有机工质在所述压缩泵中压缩后依次经过所述回热器的低温侧、所述蒸发器、所述过热器后进入到所述膨胀机中做功，做功后的有机工质依次进入所述回热器的高温侧、所述冷凝器后，返回至所述压缩泵；并且所述冲渣热水池中的热水分别送入所述流化小球储热器和所述过热器，从所述流化小球储热器和所述过热器流出的热水再进入所述蒸发器后流回至所述冲渣冷水池；在所述冲渣间歇运行模式时，有机工质在所述压缩泵中压缩后进入所述换热器后再进入到所述膨胀机做功，做功后的有机工质进入所述冷凝器后返回至所述压缩泵，并且热水在所述流化小球储热器和所述换热器之间循环，从而加热所述换热器内的有机工质。

在本发明的一些示例中，所述流化小球储热器包括：罐体和设置在所述罐体内的储热小球。

在本发明的一些示例中，所述罐体的底部设置有水进口，所述罐体的顶部设置有水出口。

在本发明的一些示例中，所述罐体内还设置有上隔离部和下隔离部，所述上隔离部位于所述罐体的水出口的下方，所述下隔离部位于所述罐体的水进口的上方，所述储热小球设置在所述上隔离部和所述下隔离部之间，所述上隔离部和所述下隔离部中的每一个均设置有比所述储热小球小的过水孔。

在本发明的一些示例中，所述储热小球的填充高度是所述上隔离部和所述下隔离部之间高度的1/3至2/3。

在本发明的一些示例中，所述储热小球具有封闭的球壳和设置在所述球壳内的储热材料。

在本发明的一些示例中，所述储热材料为低温相变材料。

在本发明的一些示例中，所述上隔离部和所述下隔离部中的每一个构造为隔离板或者隔离丝网。

在本发明的一些示例中，所述流化小球储热器和所述过热器的水进口分别设置有流量可调的流量阀。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的发电系统的工艺流程图；

图2是根据本发明实施例的流化小球储热器的示意图；

图3是根据本发明实施例的储热小球的剖视图。

附图标记：

发电系统100；

高炉冲渣单元1；冲渣冷水池11；冲渣装置12；冲渣热水池13；冲渣水泵14；

储热及换热单元2；蒸发器22；过热器23；流化小球储热器28；换热器29；内循环泵210；

有机工质膨胀发电单元3；膨胀机31；发电机32；

有机工质冷却及压缩单元4；回热器41；冷凝器42；压缩泵43；

第一阀门15、第二阀门16、第三阀门24、第四阀门25、第五阀门26、第六阀门27、第七阀门44、第八阀门45、第九阀门46；第十阀门47；

罐体50；储热小球51；水进口52；水出口53；上隔离部54；下隔离部55；球壳56；储热材料57。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统100(下文简称发电系统100)。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的发电系统100包括：高炉冲渣单元1、储热及换热单元2、有机工质膨胀发电单元3和有机工质冷却及压缩单元4。高炉冲渣单元1包括依次连接的冲渣冷水池11、冲渣装置12、冲渣热水池13，需要说明的是，冲渣冷水池11、冲渣装置12和冲渣热水池13可以共同构成高炉冲渣单元1，冲渣装置12的进口可以与冲渣冷水池11的出口连接，冲渣装置12的出口可以与冲渣热水池13的进口连接。

储热及换热单元2包括流化小球储热器28、换热器29、蒸发器22和过热器23，冲渣热水池13出口与流化小球储热器28和过热器23的水进口相连，流化小球储热器28和过热器23的水出口汇合后与蒸发器22水进口相连，蒸发器22水出口与冲渣冷水池11相连，流化小球储热器28水出口还与换热器29的水进口相连，换热器29水出口还与流化小球储热器28水进口相连。换热器29的工质出口与蒸发器22工质进口相连，蒸发器22工质出口与过热器23工质进口相连。

需要解释的是，流化小球储热器28、换热器29、蒸发器22和过热器23可以共同构成储热及换热单元2，换热器29、蒸发器22和过热器23均可以具有水进口、水出口、工质出口和工质进口，流化小球储热器28可以具有水进口和水出口，具体地，流化小球储热器28和过热器23的水进口可以与冲渣热水池13的出口连接，流化小球储热器28和过热器23的水出口可以共同与蒸发器22的水进口相连，冲渣冷水池11的出口可以与冲渣装置12的进口连接，冲渣冷水池11的进口可以与蒸发器22的水出口连接，换热器29的水进口可以与流化小球储热器28的水出口连接，换热器29的水出口还可以与流化小球储热器28的水进口连接，蒸发器22的工质进口可以与换热器29的工质出口连接，蒸发器22的工质出口可以与过热器23的工质进口连接。

有机工质膨胀发电单元3包括膨胀机31和发电机32，过热器23工质出口与膨胀机31工质进口相连，膨胀机31与发电机32通过传动轴相连，需要说明的是，膨胀机31和发电机32可以共同构成有机工质膨胀发电单元3，膨胀机31可以具有工质出口和工质进口，过热器23的工质出口可以与膨胀机31的工质进口相连。

有机工质冷却及压缩单元4包括回热器41、冷凝器42、压缩泵43，膨胀机31的工质出口连接至回热器41高温侧的入口，回热器41高温侧的出口连接至冷凝器42的入口，冷凝器42的出口与压缩泵43的入口连接，压缩泵43的出口连接至回热器41低温侧的进口，回热器41低温侧的出口连接至换热器29的工质进口以及蒸发器22的工质进口。

需要解释的是，回热器41、冷凝器42、压缩泵43可以共同构成有机工质冷却及压缩单元4，回热器41可以具有高温侧和低温测，在图1所示的左右方向，回热器41的左侧为低温测，回热器41的右侧为高温侧，回热器41的高温侧和低温测均具有出口和进口，冷凝器42和压缩泵43均具有出口和进口，膨胀机31的工质出口可以与回热器41高温侧的入口连接，回热器41高温侧的出口可以与冷凝器42的入口连接，压缩泵43的入口可以与冷凝器42的出口连接，压缩泵43的出口可以与回热器41低温侧的进口连接，回热器41低温侧的出口可以与换热器29的工质进口相连，回热器41低温侧的出口也可以与蒸发器22的工质进口连接。

其中，发电系统100还可以包括第一阀门15、第二阀门16、第三阀门24、第四阀门25、第五阀门26、第六阀门27、第七阀门44、第八阀门45、第九阀门46和第十阀门47，需要说明的是，第一阀门15可以设置在流化小球储热器28的水进口处，第二阀门16可以设置在过热器23的水进口处，通过第一阀门15和第二阀门16的开启和闭合可以限制高炉冲渣水的流动方向。

第三阀门24可以设置在蒸发器22工质进口处，第四阀门25可以设置在蒸发器22工质进口与过热器23的工质出口之间，同时第四阀门25可以设置在蒸发器22工质进口与膨胀机31的工质进口之间，第五阀门26可以设置在换热器29的工质进口和工质出口之间，第六阀门27可以设置在换热器29的工质进口处，第七阀门44可以设置在回热器41高温测的进口处，第八阀门45可以设置在回热器41高温测的进口与出口之间，第九阀门46可以设置在回热器41低温测的进口处，第十阀门47可以设置在回热器41低温测的进口与出口之间，通过第三阀门24、第四阀门25、第五阀门26、第六阀门27、第七阀门44、第八阀门45、第九阀门46和第十阀门47的开启和闭合可以限制工质的流动方向。

需要说明的是，发电系统100可以包括高炉冲渣水循环通道和有机工质循环通道，高炉冲渣水循环通道可以由储热及换热单元2和高炉冲渣单元1构成，具体地，冲渣装置12产生的冲渣热水可以进入冲渣热水池13，然后冲渣热水可以通过冲渣水泵14输送至储热及换热单元2，最后冲渣热水可以从储热及换热单元2流入冲渣冷水池11继续用于冲渣。

工质循环通道可以由有机工质冷却及压缩单元4、膨胀机31和储热及换热单元2构成，具体地，有机工质在压缩泵43中被压缩后可以进入回热器41低温侧吸收膨胀机31的乏汽热量，有机工质在回热器41低温侧吸收乏汽热量后可以进入储热及换热单元2吸收高炉冲渣水的余热，然后过热的有机工质蒸汽可以进入膨胀机31做功并且将动力输出至发电机32产生电力，在膨胀机31做功后，有机工质可以进入回热器41高温侧放出一部分热量，最后有机工质可以进入冷凝器42，冷凝器42可以将有机工质冷凝为液态，有机工质冷凝为液态后可以进入压缩泵43继续压缩使用。

由此，通过本申请的发电系统100，可以利用高炉冲渣水的余热加热有机工质进行发电，从而能够避免余热资源的浪费，可以实现余热资源的高效利用，也可以防止污染环境，同时，不需要改变高炉冲渣的水淬工艺，从而不会影响炉渣的最终活性，可以降低高炉冲渣水余热的利用难度。

在本发明的一些实施例中，流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统100可以具有高炉冲渣运行模式和冲渣间歇运行模式：在高炉冲渣运行模式时，有机工质在压缩泵43中压缩后依次经过回热器41的低温侧、蒸发器22、过热器23后进入到膨胀机31中做功，做功后的有机工质依次进入回热器41的高温侧、冷凝器42后，返回至压缩泵43。并且冲渣热水池13中的热水通过冲渣水泵14分别送入流化小球储热器28和过热器23，从流化小球储热器28和过热器23流出的热水再进入蒸发器22后流回至冲渣冷水池11，进一步地，从流化小球储热器28和过热器23流出的热水汇集后再进入蒸发器22后流回至冲渣冷水池11。

需要说明的是，压缩泵43可以压缩有机工质，在高炉冲渣运行模式时，由于此时第九阀门46处于开启状态，第十阀门47处于关闭状态，有机工质在压缩泵43中压缩后可以通过回热器41低温侧的进口进入回热器41，有机工质在回热器41内能够被来自膨胀机31的乏汽加热，由于此时第六阀门27和第四阀门25处于关闭状态，第三阀门24和第五阀门26处于开启状态，有机工质被加热后可以通过回热器41低温侧的出口和蒸发器22的工质进口进入蒸发器22吸收高炉冲渣水的热量，然后有机工质可以通过蒸发器22的工质出口和过热器23的工质进口进入到过热器23进一步被高炉冲渣水加热至过热状态，此时由于第四阀门25处于关闭状态，过热的有机工质可以通过过热器23的工质出口和膨胀机31的工质进口进入膨胀机31做功，膨胀机31可以将动力输出至发电机32产生电力，此时由于第八阀门45处于关闭状态，第七阀门44处于开启状态，做功后的有机工质可以通过膨胀机31的工质出口和回热器41高温侧的进口进入到回热器41释放一部分热量，然后有机工质可以通过回热器41高温侧的出口和冷凝器42的进口进入冷凝器42，有机工质在冷凝器42充分冷凝后可以通过冷凝器42的出口和压缩泵43的进口进入到压缩泵43中循环使用。

并且高炉冲渣水可以在冲渣装置12内被高温熔渣加热，被加热后的高炉冲渣热水可以进入到冲渣热水池13，此时由于第一阀门15和第二阀门16均处于开启状态，高炉冲渣热水可以从冲渣热水池13通过冲渣水泵14分别通过流化小球储热器28和过热器23的水进口进入流化小球储热器28和过热器23，进入流化小球储热器28的高炉冲渣热水可以将部分热量储存在流化小球储热器28内，进入过热器23的高炉冲渣热水可以加热过热器23内的有机工质，然后进入流化小球储热器28的高炉冲渣热水可以通过流化小球储热器28的水出口和蒸发器22的水进口进入蒸发器22加热蒸发器22内的有机工质，进入过热器23的高炉冲渣热水可以通过过热器23的水出口和蒸发器22的水进口进入蒸发器22加热蒸发器22内的有机工质，充分放热后的高炉冲渣水可以通过蒸发器22的水出口进入冲渣冷水池11继续冲渣使用。

在冲渣间歇运行模式时，有机工质在压缩泵43中压缩后进入换热器29后再进入到膨胀机31做功，做功后的有机工质进入冷凝器42后返回至压缩泵43，并且热水在流化小球储热器28和换热器29之间循环，从而加热换热器29内的有机工质。

需要说明的是，储热及换热单元2还可以包括内循环泵210，在冲渣间歇运行模式时，有机工质在压缩泵43中被压缩后，由于此时第九阀门46和第五阀门26处于关闭状态，第十阀门47和第六阀门27处于开启状态，有机工质可以通过压缩泵43的出口和换热器29的工质进口进入到换热器29内，有机工质可以在换热器29内吸收高炉冲渣运行模式时换热器29内储存的热量，由于此时第三阀门24处于关闭状态，第四阀门25处于开启状态，有机工质可以通过换热器29的工质出口和膨胀机31的工质进口进入到膨胀机31内做功，膨胀机31可以将动力输出至发电机32产生电力，此时由于第八阀门45处于开启状态，第七阀门44处于关闭状态，做功后的有机工质可以通过膨胀机31的工质出口和冷凝器42的进口进入冷凝器42，有机工质在冷凝器42充分冷凝后可以通过冷凝器42的出口和压缩泵43的进口进入到压缩泵43中循环使用，此时内循环泵210处于开启状态，内循环泵210可以驱动热水在流化小球储热器28和换热器29之间循环流动，热水可以吸收流化小球储热器28储存的热量并且在换热器29内加热换热器29内的有机工质，此时第一阀门15和第二阀门16均处于关闭状态。这样设置可以保证发电系统100的持续运行，可以避免膨胀机31的间断性运行而造成膨胀机31的损坏，可以避免余热资源的浪费，可以实现余热资源的高效利用，也可以防止污染环境。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，流化小球储热器28可以包括：罐体50和设置在罐体50内的储热小球51，需要解释的是，储热小球51和罐体50可以共同构成流化小球储热器28，储热小球51可以设置在罐体50内，在高炉冲渣运行模式时，在图2所示的上下方向，冲渣热水池13可以输送高炉冲渣水从流化小球储热器28的罐体50的下方流入罐体50，高炉冲渣水在罐体50下方向罐体50上方流动时，高炉冲渣水可以携带储热小球51在罐体50内流化翻动，高炉冲渣水可以将余热储存在储热小球51内，完成放热后的高炉冲渣水可以从罐体50的上方离开罐体50，以完成高炉冲渣运行模式的储热过程。在冲渣间歇运行模式时，在图2所示的上下方向，内循环泵210可以驱动换热器29内的热水从流化小球储热器28的罐体50的下方流入罐体50，热水在罐体50下方向罐体50上方流动时，可以携带储热小球51在罐体50内流化翻动，热水可以将储存在储热小球51内的热量吸收，吸热后的热水可以从罐体50的上方离开罐体50，吸热后的热水离开罐体50后可以进入换热器29与换热器29内的有机工质进行热交换。如此设置能够实现高炉冲渣水热量的快速储存和释放，可以避免发电系统100频繁启停，从而使发电系统100能持续运转工作，进而可以提升发电系统100的工作稳定性和安全性，并且，能够避免余热资源的浪费，可以实现余热资源的高效利用，同时，也可以防止污染环境。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，罐体50的底部可以设置有水进口52，罐体50的顶部可以设置有水出口53，需要说明的是，冲渣热水池13可以输送高炉冲渣水从罐体50的底部的水进口52进入罐体50，高炉冲渣水在罐体50内将余热储存在储热小球51内后，高炉冲渣水可以通过罐体50的水出口53离开罐体50，内循环泵210可以驱动换热器29内的热水从罐体50的底部的水进口52进入罐体50，热水在罐体50内将储存在储热小球51内的热量吸收后，热水可以通过罐体50的水出口53离开罐体50，这样设置可以保证高炉冲渣水和热水顺畅的进入以及离开罐体50，从而可以保证流化小球储热器28的工作可靠性。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，罐体50内还可以设置有上隔离部54和下隔离部55，上隔离部54可以位于罐体50的水出口53的下方，下隔离部55可以位于罐体50的水进口52的上方，储热小球51可以设置在上隔离部54和下隔离部55之间，上隔离部54和下隔离部55中的每一个均可以设置有比储热小球51小的过水孔。需要解释的是，在图2所示的上下方向，上隔离部54可以位于水出口53的下方，下隔离部55可以位于水进口52的上方，在上隔离部54和下隔离部55之间可以设置有储热小球51，并且上隔离部54和下隔离部55均可以设置有过水孔，过水孔的直径小于储热小球51的直径，如此设置可以使高炉冲渣水和热水通过上隔离部54和下隔离部55设置的过水孔进入以及离开罐体50，还可以防止储热小球51流出罐体50。

在本发明的一些实施例中，储热小球51的填充高度可以是上隔离部54和下隔离部55之间高度的1/3至2/3。需要说明的是，如果储热小球51的设置高度过小，会造成流化小球储热器28的储热能力较低，如果储热小球51的设置高度过高，会造成储热小球51在罐体50内无法运动，会导致储热小球51不能与高炉冲渣水或热水充分接触，也会导致流化小球储热器28储热能力较低，因此，通过将储热小球51的填充高度设置为上隔离部54和下隔离部55之间高度的1/3至2/3，能够使罐体50内设置足够的储热小球51，可以保证流化小球储热器28的储热和放热能力，并且，也能够使储热小球51在罐体50内运动，可以保证储热小球51与高炉冲渣水或热水充分接触，从而可以保证储热小球51的换热效率。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，储热小球51可以具有封闭的球壳56和设置在球壳56内的储热材料57，储热材料57可以为相变储热材料，相变储热材料可以由三元混合硝酸盐低温相变材料制成，也可以由硝酸钙、硝酸钠和硝酸钾的混合物制成，例如：硝酸钙：硝酸钠：硝酸钾＝32:24:44，还可以由八水氢氧化钡、氟化钙和明胶的混合物制成，相变储热材料在从其中一相转化为另一相的过程中，可以吸收或放出大量的热能，因此在球壳56中相变储热材料可以作为优良的储热材料。需要解释的是，球壳56的材料可以设置为防腐蚀金属或者塑料材质，如此设置可以保证球壳56具有良好的密封性和导热性，也可以避免球壳56被腐蚀。储热材料57可以设置在封闭的球壳56内，封闭的球壳56的直径可以构造为2-7mm，优选地，封闭的球壳56的直径可以构造为5mm，如此设置能够增加储热小球51与高炉冲渣水或热水的接触面积，可以提高储热小球51与高炉冲渣水或热水之间的热交换效率。并且，由于储热材料57存在相变特性，因此可以将储热材料57限定在球壳56内，球壳56可以在储热材料57和高炉冲渣水之间传递热量。

需要说明的是，通过在球壳56内设置储热材料57，可以有效的吸收高炉冲渣水的热量。以冲渣热水温度为90℃，低温的储热材料57的相变温度为80℃度为例。在高炉冲渣运行模式时，高炉冲渣热水从罐体50的水进口52流入后，高炉冲渣热水向上流动带动储热小球51在上隔离部54和下隔离部55之间滚动，高炉冲渣热水中的热量通过球壳56传导给内部的储热材料57，储热材料57吸收热量后发生相变，并将热量以潜热的方式储存在储热材料57内。

在本发明的一些实施例中，储热材料57可以为低温相变材料，需要说明的是，低温相变材料可以有效的吸收高炉冲渣水的热量。以高炉冲渣水温度为90℃，低温相变材料的相变温度为80℃度为例。在高炉冲渣运行模式，高炉冲渣水从流化小球储热器28的罐体50的水进口52流入，通过下隔离部55过水孔并且均流后，可以向上流动携带储热小球51在上隔离部54和下隔离部55之间流化翻动，高炉冲渣水中的热量可以通过储热小球51的球壳56传导给球壳56内部的低温相变材料，低温相变材料吸收热量后能够发生相变，并将热量以潜热的方式储存其中。由于低温相变材料的相变点温度为80℃，因此高炉冲渣水在流化小球储热器28中与储热小球51充分换热后，高炉冲渣水的温度仍高于80℃，因此必须在流化小球储热器28后再连接一个蒸发器22，从而可以进一步吸收高炉冲渣水的热量，将高炉冲渣水的温度降到50℃以下，以提高余能利用效率，同时高炉冲渣水的温度不高于50℃，才能满足继续冲渣的工艺要求。

作为本发明的一些实施例，储热材料57的相变温度为T，满足关系式：75℃≤T≤85℃，优选地，储热材料57可以设置为相变温度为80℃的储热材料57。其中，由于高炉冲渣水通常为86℃-90℃的高温热水，储热材料57在相变温度下吸收热量最多，最适合作为储热材料，这样设置能够保证储热材料57可以发生相变，可以保证储热小球51具有储热和放热功能，从而可以保证储热小球51的工作可靠性。

需要说明的是，低温相变材料的相变潜热可达到100-200kJ/kg，但缺点在于导热系数很低，通常小于3W/(m·K)^-1，因此为了保证储热和换热的效果，往往需要将低温相变材料填充在很小的空间内，这回导致整体储热量降低。

在本申请中，通过将低温相变材料填充至封闭的球壳56内，并且储热小球51直径仅有5mm，在流化小球储热器28储热和放热的过程中，储热小球51四周均被换热的流体冲刷，大大的提高了换热的效率。同时由于高炉冲渣水及热水向上流动携带储热小球51做流化运行，使得储热小球51在上隔离部54和下隔离部55之间不停的上下交换、来回翻动，整个流化小球储热器28内所有储热小球51的储热和放热速率基本一致，储热过程更快，放热过程更平稳。通过实验室研究和模拟计算，采用流化小球储热器28储热的运行方式，相比于采用直径为10mm的储热小球51储热的运行方式，储热能力增加50％，换热效果增强25％，放热温度稳定时间延长30％左右，大大提高了流化小球储热器28的储热和换热性能。

在本发明的一些实施例中，上隔离部54和下隔离部55中的每一个均可以构造为隔离板或者隔离丝网，需要解释的是，上隔离部54和下隔离部55可以构造为隔离板，上隔离部54和下隔离部55也可以构造为隔离丝网，隔离丝网的网隙最大处可以设置为小于储热小球51的横截面积，这样设置可以便于制造上隔离部54和下隔离部55，从而可以提高流化小球储热器28的生产效率，还可以防止储热小球51通过隔离丝网的网隙流出罐体50。

作为本发明的一些实施例，在图2所示的上下方向，水进口52的横截面积从下方至上方逐渐增大，水出口53的横截面积从上方至下方逐渐增大。当冲渣热水(液体)流入水进口52时，由于水进口52的横截面积逐渐增大，可以降低液体的流速，在罐体50内的储热小球51与液体可以充分接触并且发生热交换，可以提高液体在罐体50内的换热效率.当液体从水出口53流出时，由于水出口53的横截面积逐渐减小,液体的流速提高，可以更加快速加热有机工质。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，流化小球储热器28和过热器23的水进口可以分别设置有流量可调的流量阀，需要解释的是，流化小球储热器28的水进口可以设置有流量阀，过热器23的水进口也可以设置有流量阀，具体地，流化小球储热器28的水进口设置的流量阀可以为第一阀门15，过热器23的水进口设置的流量阀可以为第二阀门16，第一阀门15和第二阀门16可以调节从冲渣热水池13流入流化小球储热器28和过热器23的高炉冲渣水的流量，这样设置可以通过第一阀门15和第二阀门16来控制高炉冲渣水的流量，从而可以保证发电系统100的工作可靠性。

作为本发明的一些实施例，如图1所示，冲渣热水池13的一端可以与冲渣装置12连接，冲渣热水池13的另一端可以与冲渣水泵14的一端连接，冲渣水泵14的另一端可以与流化小球储热器28的水进口连接，冲渣水泵14的另一端也可以与过热器23的水进口连接，冲渣水泵14将冲渣热水池13内的高炉冲渣水增压后泵入到流化小球储热器28和过热器23内，这样设置可以通过冲渣水泵14来调节高炉冲渣水的压力，从而可以保证高炉冲渣水顺利的从冲渣热水池13流入流化小球储热器28和过热器23。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，其特征在于，包括：

高炉冲渣单元，所述高炉冲渣单元包括依次连接的冲渣冷水池、冲渣装置、冲渣热水池；

储热及换热单元，所述储热及换热单元包括流化小球储热器、换热器、蒸发器、过热器，所述冲渣热水池出口与所述流化小球储热器和所述过热器的水进口相连，所述流化小球储热器和所述过热器的水出口汇合后与所述蒸发器水进口相连，所述蒸发器水出口与冲渣冷水池相连，所述流化小球储热器水出口还与所述换热器的水进口相连，所述换热器水出口还与所述流化小球储热器水进口相连。所述换热器的工质出口与所述蒸发器工质进口相连，所述蒸发器工质出口与所述过热器工质进口相连；

有机工质膨胀发电单元，所述有机工质膨胀发电单元包括膨胀机和发电机，所述过热器工质出口与膨胀机工质进口相连；

有机工质冷却及压缩单元，所述有机工质冷却及压缩单元包括回热器、冷凝器、压缩泵，所述膨胀机的工质出口连接至所述回热器高温侧的入口，所述回热器高温侧的出口连接至所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口与所述压缩泵的入口连接，所述压缩泵的出口连接至回热器低温侧的进口且还与所述换热器的工质进口相连，所述回热器低温侧的出口连接至所述换热器的工质进口。

2.根据权利要求1所述的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，其特征在于，所述流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统具有高炉冲渣运行模式和冲渣间歇运行模式：

在所述高炉冲渣运行模式时，有机工质在所述压缩泵中压缩后依次经过所述回热器的低温侧、所述蒸发器、所述过热器后进入到所述膨胀机中做功，做功后的有机工质依次进入所述回热器的高温侧、所述冷凝器后，返回至所述压缩泵；并且所述冲渣热水池中的热水分别送入所述流化小球储热器和所述过热器，从所述流化小球储热器和所述过热器流出的热水再进入所述蒸发器后流回至所述冲渣冷水池；

在所述冲渣间歇运行模式时，有机工质在所述压缩泵中压缩后进入所述换热器后再进入到所述膨胀机做功，做功后的有机工质进入所述冷凝器后返回至所述压缩泵，并且热水在所述流化小球储热器和所述换热器之间循环，从而加热所述换热器内的有机工质。

3.根据权利要求1所述的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，其特征在于，所述流化小球储热器包括：罐体和设置在所述罐体内的储热小球。

4.根据权利要求3所述的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，其特征在于，所述罐体的底部设置有水进口，所述罐体的顶部设置有水出口。

5.根据权利要求4所述的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，其特征在于，所述罐体内还设置有上隔离部和下隔离部，所述上隔离部位于所述罐体的水出口的下方，所述下隔离部位于所述罐体的水进口的上方，所述储热小球设置在所述上隔离部和所述下隔离部之间，所述上隔离部和所述下隔离部中的每一个均设置有比所述储热小球小的过水孔。

6.根据权利要求4所述的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，其特征在于，所述储热小球的填充高度是所述上隔离部和所述下隔离部之间高度的1/3至2/3。

7.根据权利要求3所述的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，其特征在于，所述储热小球具有封闭的球壳和设置在所述球壳内的储热材料。

8.根据权利要求7所述的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，其特征在于，所述储热材料为低温相变材料。

9.根据权利要求5所述的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，其特征在于，所述上隔离部和所述下隔离部中的每一个构造为隔离板或者隔离丝网。

10.根据权利要求1所述的流化小球储热的高炉冲渣水余热发电系统，其特征在于，所述流化小球储热器和所述过热器的水进口分别设置有流量可调的流量阀。

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