CN114034029A - 一种带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统及其方法；该系统包括汽包本体，以及与汽包本体连接的补水系统、蒸汽出口管路，还包括强制循环系统、自然循环系统；强制循环系统包括通过管道依次连接的强制循环泵、第一换热器，强制循环系统的输入端和输出端与汽包本体连接，构成强制循环回路，汽包本体内的水经过强制循环系统后由高位进入汽包本体内；自然循环系统包括第二换热器，第二换热器与汽包本体之间通过管道连接形成回路。本发明为前期测试和后期用户维修提供便利，减少了放水量，同时强化了汽化冷却系统中回水的汽水分离效果，增加了整体的汽水分离效果，也通过控制实现流量动态调节，提升整体性能。

Description

一种带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统及其方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统及其方法。

背景技术

钢铁企业的能耗在我国占有接近10％，同时钢铁企业对于余热利用率现阶段仍然与发达国家存在着不少的差距，因此在钢铁生产过程中提升预热回收技术，提高能源利用率是实现钢铁生产高效化、绿色化的重要途径之一；目前，余热锅炉的冷却主要有两种方式，一是开路或循环水直接冷却，二是汽化冷却，与直接水冷相比，汽化冷却系统产生的蒸汽可以并入厂区蒸汽管网，用于发电、动力、采暖等，能源利用率更高。

余热锅炉汽化冷却系统是将传统的烟道水冷方式改为汽化冷却的方式，在烟道不同的温度段设置不同的换热器，从而能够高效的回收烟气所携带的热量，对于大型的转炉、电炉有着较好的热收集效果。

在现有的余热锅炉汽化冷却系统使用过程中发现，由于现有余热锅炉汽化冷却系统汽包的回水段设置位置基本位于中部及以下，在停机维修测试的时候，会造成大量的水被放出，造成极大的浪费，同时，在余热锅炉汽化冷却系统工作过程中，由于高水位段会基本接近或者没过回水管路，对于汽水分离并无增强效果。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统及其方法，提升了回水循环入口高度，避免了维修过程中的回水，解决了现阶段系统在维修过程中会过量放水的情况，且强化了汽水分离，提升了整体的能量利用情况；同时，为了保证汽包本体内部液位稳定，提出了辅助的控制方法，保证了系统稳定运行。

一方面，本发明提供了一种带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统，包括汽包本体、补水系统和蒸汽出口管路，所述补水系统与所述汽包本体连接，用于给所述汽包本体补水，所述蒸汽出口管路与所述汽包本体连接，该汽化冷却系统还包括强制循环系统、自然循环系统；其中，

所述强制循环系统包括通过管道依次连接的强制循环泵、第一换热器，所述强制循环系统的输入端和输出端与所述汽包本体连接，构成强制循环回路，所述汽包本体内的水经过所述强制循环系统后由高位进入所述汽包本体内；

所述自然循环系统包括第二换热器，所述第二换热器与所述汽包本体之间通过管道连接构成自然循环回路。

进一步地，所述强制循环系统还包括强制循环出口管路、强制循环中间管路、强制循环入口管路，水从所述汽包本体内驱动并依次流经所述强制循环出口管路、强制循环泵、强制循环中间管路、第一换热器、强制循环入口管路，并回流至所述汽包本体；所述强制循环入口管路设置于所述汽包本体的上侧，所述强制循环出口管路与所述汽包本体的下侧连接。

进一步地，所述强制循环出口管路和所述强制循环入口管路上分别设置有高压循环出口阀门和高压循环入口阀门。

进一步地，所述强制循环入口管路和所述蒸汽出口管路分别设置于所述汽包本体的两侧。

进一步地，所述自然循环系统还包括自然循环出口管路和自然循环入口管路，水从所述汽包本体内依次流经所述自然循环出口管路、第二换热器、自然循环入口管路，并回流至所述汽包本体；所述自然循环出口管路和所述自然循环入口管路与所述汽包本体的下侧连接。

进一步地，所述自然循环出口管路和所述自然循环入口管路上分别设置有自然循环出口阀门和自然循环入口阀门。

进一步地，所述汽包本体内还设置有中间隔板。

进一步地，所述汽包本体内还设置有用于检测液位的高水位液位计和低水位液位计。

进一步地，所述补水系统包括补水泵，以及与所述汽包本体连接的补水进水管路。

另一方面，本发明还提供了一种带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却方法，包括如下步骤：

S1：由所述补水系统向所述汽包本体补水，保证所述汽包本体内的液位正常；

S2：打开所述强制循环系统，所述汽包本体中的水由强制循环泵进入第一换热器进行换热后形成的汽水混合物回流至所述汽包本体内，并进行汽水分离，其中，所述强制循环系统的水由所述汽包本体的上侧进入所述汽包本体内；

S3：打开所述自然循环系统，所述汽包本体中的水进入第二换热器进行换热后形成的汽水混合物回流至所述汽包本体内，并进行汽水分离。

本发明的汽水冷却系统包括与汽包本体形成循环回路的强制循环系统和自然循环系统，强制循环系统通过强制循环泵驱动内部液体循环，将水从汽包本体驱动至第一换热器内进行换热后再由高位进入汽包本体内，进行汽水分离，水流经第一换热器后由汽包本体的上侧进入汽包本体内；自然循环系统是依靠液位差与温度差驱动的内部液体循环，水由汽包本体流至第二换热器进行换热后，温度升高后的水因为温度差被驱动回流至汽包本体内，进行汽水分离。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明提供的带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统及其方法，通过提高强制循环系统回水接口的位置，强化了汽水分离的效果，更大程度的利用了汽水冷却系统的换热量，提升了汽化冷却系统的工作效率，对于冶金行业的实际应用具有非常积极的意义；

2)本发明提供的带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统及其方法，通过高水位回水，可以极大的减少测试调试过程中的放水量，从而缩短了测试调试过程的整体周期，在节约水资源的同时，使得汽化冷却系统的调试与维修更为便捷；

3)本发明提供的带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统及其方法，在强制循环系统和自然循环系统的各管道上设置有阀门，实现了调试、测试、正常工作过程中的流量动态调节，在保证系统安装性的同时，也能提升汽化冷却系统在工作过程中各设备之间的匹配度，保证了各换热器的换热量，提升了整体的工作效率。

附图说明

图1为本发明带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统的结构示意图。

1-汽包本体；2-自然循环出口管路；3-自然循环入口管路；4-补水进水管路；5-补水来源管路；6-强制循环出口管路；7-强制循环中间管路；8-强制循环入口管路；9-蒸汽出口管路；10-高水位液位计；11-低水位液位计；12-第一换热器；13-第二换热器；14-强制循环泵；15-；16-高压循环出口阀门；17-高压循环入口阀门；18-自然循环出口阀门；19-自然循环入口阀门；20-中间隔板。

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做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。附图中，为清晰可见，可能放大了某部分的尺寸及相对尺寸。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。

此外，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分。

如说明书附图1所示，一方面，本发明提供一种带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统，包括汽包本体1、补水系统和蒸汽出口管路9，所述补水系统与所述汽包本体1连接，用于给所述汽包本体1补水，所述蒸汽出口管路9与所述汽包本体1连接，该汽化冷却系统还包括强制循环系统、自然循环系统；其中，所述强制循环系统包括通过管道依次连接的强制循环泵14、第一换热器12，所述强制循环系统的输入端和输出端与所述汽包本体1连接，构成强制循环回路，所述汽包本体1内的水经过所述强制循环系统后由高位进入所述汽包本体1内；所述自然循环系统包括第二换热器13，所述第二换热器13与所述汽包本体1之间通过管道连接构成自然循环回路。

具体的，汽水混合物在所述汽包本体1内进行汽水分离，蒸汽由蒸汽出口管路9输出，可以送往厂区蒸汽管网，也可以用于给补充进所述汽包本体1的水进行加热，保证热量进入第一换热器12以及第二换热器13的时候能够正常工作。

在一些实施例中，为了提高强制循环系统以及自然循环系统的工作效率，所述强制循环系统和所述自然循环系统分别包含至少一个第一换热器12和至少一个第二换热器13；具体的，其中一个第一换热器12串联在强制循环系统中，其他的第一换热器12并联至系统中，每个第一换热器12连接的循环回路均可以独立工作，也可以协同工作；同样的，自然循环系统也串联有一个第二换热器13，也可以并联至少一个第二换热器13，每个第二换热器13连接的循环回路均可以独立工作，也可以协同工作；为了避免第一换热器12和第二换热器13出现故障时造成系统暂停，还各并联有一个备用换热器。

作为实施方式之一，所述强制循环系统还包括强制循环出口管路6、强制循环中间管路7、强制循环入口管路8，水从所述汽包本体1内驱动并依次流经所述强制循环出口管路6、强制循环泵14、强制循环中间管路7、第一换热器12、强制循环入口管路8，并回流至所述汽包本体1，形成强制循环回路；所述强制循环入口管路8设置于所述汽包本体1的上侧，所述强制循环出口管路6与所述汽包本体1的下侧连接。

具体的，所述强制循环出口管路6在所述汽包本体1上的接口位于所述汽包本体1的下侧，所述强制循环入口管路8在所述汽包本体1上的接口位于所述汽包本体1的上侧，则可以使水经过第一换热器12后从高位进入所述汽包本体1内部，强化汽水分离效果。

作为实施方式之一，所述强制循环出口管路6和所述强制循环入口管路8上分别设置有高压循环出口阀门16和高压循环入口阀门17，用于在测试过程中以及系统运行过程中调节内部流量。

进一步地，所述高压循环出口阀门16和高压循环入口阀门17可以采用气动/电动调节阀、气动/电动闸阀、气动/电动球阀等，可对强制循环系统管路进行自动调节。

在一些实施例中，为了系统能安全稳定的运行，还可以在所述强制循环系统的各管路上设置流量传感器和温度传感器，用于对各管路中的流量以及温度进行检测，便于及时调整流量以及温度，保障系统运行的稳定性。

作为实施方式之一，所述强制循环入口管路8和所述蒸汽出口管路9分别设置于所述汽包本体1的两侧。

作为实施方式之一，所述自然循环系统还包括自然循环出口管路2和自然循环入口管路3，水从所述汽包本体1内依次流经所述自然循环出口管路2、第二换热器13、自然循环入口管路3，并回流至所述汽包本体1，形成自然循环回路；所述自然循环出口管路2和所述自然循环入口管路3与所述汽包本体1的下侧连接。

进一步地，为了在测试过程中以及系统运行过程中调节内部流量，所述自然循环出口管路2和所述自然循环入口管路3上分别设置有自然循环出口阀门18和自然循环入口阀门19；可以采用气动/电动调节阀、气动/电动闸阀、气动/电动球阀等，可对自然循环系统管路进行自动调节。

同样的，为了系统能安全稳定的运行，还可以在所述自然循环系统的各管路上设置流量传感器和温度传感器，用于对各管路中的流量以及温度进行检测，便于及时调整流量以及温度，保障系统运行的稳定性。

作为实施方式之一，所述汽包本体1内还设置有中间隔板20，以及用于检测液位的高水位液位计10和低水位液位计11。

具体的，所述自然循环系统中的自然循环出口管路2与所述汽包本体1的高水位侧连接，所述自然循环入口管路3与所述汽包本体1的低水位侧连接。

作为实施方式之一，所述补水系统包括补水泵15，以及与所述汽包本体1连接的补水进水管路4，所述补水泵15还连接有补水来源管路5，补充进汽包本体1内的水会先进行除氧处理，根据实际需求，还可以对补充进汽包本体1内的水进行加热，可通过所述汽包本体1内输出的一部分蒸汽用来加热补充水；为了更好的控制汽包本体1内的水位，避免汽包本体1内的水超过最高水位阈值，汽包本体1上还设置有排水口。

另一方面，本发明还提供了一种带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却方法，包括如下步骤：

S1：由所述补水系统向所述汽包本体1补水，保证所述汽包本体1内的液位正常；

具体的，所述汽包本体内的设定水位为H0-H1，其中H0为最低水位阈值，H1为最高水位阈值，汽包本体内的高水位液位计10和低水位液位计11测定的是当前水位值，当汽包本体内的水位高于最高水位阈值时，则停止补水，当汽包本体内的水位低于最低水位阈值时，则气动补水系统开始补水，使得水位维持在最低水位阈值和最高水位阈值之间；补充的水最好是除氧水，并进行适当加热。

S2：打开所述强制循环系统，所述汽包本体1中的水由强制循环泵14进入第一换热器12进行换热后形成的汽水混合物回流至所述汽包本体1内，并进行汽水分离，其中，所述强制循环系统的水由所述汽包本体1的上侧进入所述汽包本体1内；

具体的，在强制循环系统准备阶段，先要对强制循环系统内部进行排气，所述强制循环系统属于高位回水，可以保证各管路注水更满。

S3：打开所述自然循环系统，所述汽包本体1中的水进入第二换热器13进行换热后形成的汽水混合物回流至所述汽包本体1内，并进行汽水分离。

具体的，所述自然循环系统工作时，会相应的打开自然循环系统中各管路上的阀门，先开高水位侧的阀门，后开低水位侧的阀门，即先后开启自然循环出口阀门18和自然循环入口阀门19。

本申请的汽水冷却系统，当强制循环系统以及自然循环系统中的换热器开始工作时以及工作过程中，可以根据高水位液位计以及低水位液位计的实时监测来调节补水泵的补水情况。

在一些实施例中，可以在汽包本体以及各管路上设置温度传感器，根据温度来反应各换热器工作情况，以便调节强制循环泵，保证第一换热器稳定工作。

在一些实施例中，在强制循环泵的工作变化时，可以动态调节补水以及强制循环系统、自然循环系统的进出口阀门，来保证流动状态的稳定。

综上所述，本发明提供了一种带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统及其方法，可以极大的减少测试调试过程中的放水量，从而缩短测试调试过程的整体周期，节约水资源；同时强化了汽水分离效果，更大程度的利用了汽水冷却系统的换热量，提升了汽化冷却系统的工作效率，对于冶金行业的实际应用具有非常积极的意义。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神和范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为此实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种带控制高回路强化汽水分离的汽化冷却系统，包括汽包本体、补水系统和蒸汽出口管路，所述补水系统与所述汽包本体连接，用于给所述汽包本体补水，所述蒸汽出口管路与所述汽包本体连接，其特征在于，该汽化冷却系统还包括强制循环系统、自然循环系统；其中，

所述强制循环系统包括通过管道依次连接的强制循环泵、第一换热器，所述强制循环系统的输入端和输出端与所述汽包本体连接，构成强制循环回路，所述汽包本体内的水经过所述强制循环系统后由高位进入所述汽包本体内；

所述自然循环系统包括第二换热器，所述第二换热器与所述汽包本体之间通过管道连接构成自然循环回路。

2.根据权利要求1所述的带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却系统，其特征在于，所述强制循环系统还包括强制循环出口管路、强制循环中间管路、强制循环入口管路，水从所述汽包本体内驱动并依次流经所述强制循环出口管路、强制循环泵、强制循环中间管路、第一换热器、强制循环入口管路，并回流至所述汽包本体；所述强制循环入口管路设置于所述汽包本体的上侧，所述强制循环出口管路与所述汽包本体的下侧连接。

3.根据权利要求2所述的带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却系统，其特征在于，所述强制循环出口管路和所述强制循环入口管路上分别设置有高压循环出口阀门和高压循环入口阀门。

4.根据权利要求2所述的带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却系统，其特征在于，所述强制循环入口管路和所述蒸汽出口管路分别设置于所述汽包本体的两侧。

5.根据权利要求1所述的带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却系统，其特征在于，所述自然循环系统还包括自然循环出口管路和自然循环入口管路，水从所述汽包本体内依次流经所述自然循环出口管路、第二换热器、自然循环入口管路，并回流至所述汽包本体；所述自然循环出口管路和所述自然循环入口管路与所述汽包本体的下侧连接。

6.根据权利要求5所述的带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却系统，其特征在于，所述自然循环出口管路和所述自然循环入口管路上分别设置有自然循环出口阀门和自然循环入口阀门。

7.根据权利要求1所述的带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却系统，其特征在于，所述汽包本体内还设置有中间隔板。

8.根据权利要求1所述的带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却系统，其特征在于，所述汽包本体内还设置有用于检测液位的高水位液位计和低水位液位计。

9.根据权利要求1所述的带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却系统，其特征在于，所述补水系统包括补水泵，以及与所述汽包本体连接的补水进水管路。

10.一种带控制高回路强化汽水分离的汽水冷却方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：由所述补水系统向所述汽包本体补水，保证所述汽包本体内的液位正常；

S2：打开所述强制循环系统，所述汽包本体中的水由强制循环泵进入第一换热器进行换热后形成的汽水混合物回流至所述汽包本体内，并进行汽水分离，其中，所述强制循环系统的水由所述汽包本体的上侧进入所述汽包本体内；

S3：打开所述自然循环系统，所述汽包本体中的水进入第二换热器进行换热后形成的汽水混合物回流至所述汽包本体内，并进行汽水分离。

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