CN114593612A - 一种炉窑低温余热高效回收系统 - Google Patents
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Abstract
一种炉窑低温余热高效回收系统，包括烟气换热器、余热锅炉和助燃换热器，烟气换热器为主换热器，用于生产高温助燃空气；余热锅炉为辅助换热器，用于生产低压蒸汽；助燃换热器用于中低温余热回收；烟气换热器、余热锅炉依次串联在高温烟道上，三套换热器均设置两道输入口A1～A6,和两道输出口B1～B6，烟气换热器设有高温烟气输入口和助燃空气输入口，在助燃空气输入口中输入中低温干热空气代替原自然空气，从而提高换热器出口烟气温度和助燃空气温度，进而提高余热锅炉蒸汽产量。本发明结构合理，最大限度减少炉窑燃料消耗，使得中低温余热回收效率大为提高，显著提高热效率，可广泛应用于工业炉窑各应用场景中，可成倍提高现有余热锅炉的蒸汽产量。
Description
技术领域
本发明涉及一种能源回收系统，具体涉及一种炉窑低温余热回收系统。
背景技术
在现代大工业生产中，工业炉窑被广泛应用，也因此消耗了大量能源，燃料的热能经高能利用后，最后终将变成低温热能逐渐耗散掉。怎样高效利用低温热能，一直是全社会研究的重大课题。近年来，虽然涌现了很多新技术、新方法，也取得了广泛成效，但还远远不足：一是余热回收利用率远不够高，二是经济效益也比较低下。
以不锈钢行业带材生产为例，在不锈钢带材生产工艺中，广泛采用在线连退炉对带钢进行热处理，在这些连退炉中，为节省能源，都在炉子预热段排废烟气管路上设有一级换热器，而在第一级换热器之后的排烟温度仍然高达200～400℃，蕴含较高热能，为进一步提高余热回收效果，在很多生产线上，在其烟气换热器之后又增设了一级余热锅炉，用于生产0.5～1.0MPa低压蒸汽，这种技术现在已经被广泛采用，且效果较好。但是，这种余热锅炉，仅能回收200℃以上的那部分热能，而对于200℃以下的那部分热能回收几乎无能为力。因此，该方案也不尽完美。
在这些连退炉生产工艺中，不仅在其排废烟气中蕴含大量余热可利用，同时在经加热后的带钢冷却热空气中，也蕴含了巨量低温热能，其温度一般可达50～300℃，这部分巨大热能也是社会的财富宝库，亟待进一步开发利用。
针对上述工业加热炉余热回收系统存在的低效缺点，需研发出一种可回收利用50℃～300℃低温余热的回收系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种炉窑低温余热高效回收系统，能有效回收150～300℃的中低温外源性废热能，有效节省能源，节约成本。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于包括三套换热器：烟气换热器、余热锅炉和助燃换热器，
其中烟气换热器为主换热器，用于生产高温助燃空气；
余热锅炉为辅助换热器，用于生产低压蒸汽；
助燃换热器用于中低温余热回收；
烟气换热器、余热锅炉依次串联在高温烟道上，三套换热器均设置两道输入口A1～A6,和两道输出口B1～B6，主换热器的二个输入口为高温烟气输入口A1和助燃空气输入口A2，助燃空气采用中低温干热空气，助燃空气输入口A2与助燃换热器的中低温干热空气输出口B6相连接，或者直接与中低温干热空气源相连接；主换热器的烟气输出口B1与辅助换热器的烟气输入口A3相连接，辅助换热器的输入口A4输入的介质为脱盐水或工业纯净水；
高温烟气经输入口A1注入主换热器之后再经烟气输出口B1流进辅助换热器的烟气输入口A3，经辅助换热器换热后的低温烟气从输出口B3输出；由助燃空气输入口A2输入的中低温干热空气，经主换热器换热后得到高温助燃空气，由高温助燃空气输出口B2流出后注入炉窑作为助燃空气混合燃料。
作为改进，所述辅助换热器的蒸汽输出口B4与工业蒸汽管网相连接，从输入口A4输入的介质经中高温烟气换热后，得到0.5～1.0MPa的工业蒸汽，由蒸汽输出口B4接入工业蒸汽管网。
进一步，所述助燃换热器的二个输入口为热源输入口A5和自然空气输入口A6，其中热源输入口A5输入的为中高温外源性热源，进入助燃换热器的热源和自然空气经换热得到50～300℃的中低温干热空气，最后由中低温干热空气输出口B6输出至主换热器。
再进一步，所述中高温外源性热源为200～1200℃的中高温烟气、液体或者固体，助燃换热器的另一输出口为换热后的热源体流出口B5，经换热后形成的低温热源体由该排放口B5排放
进一步，所述助燃换热器的热源输入口A5输入的也可以采用辅助换热器换热得到130～200℃低温烟气，辅助换热器的输出口B3与助燃换热器的热源输入口A5相连接，助燃换热器内的低温烟气经助燃换热器换热后，得到120～180℃的低温热空气从中低温干热空气输出口B6输出。
再进一步，所述辅助换热器的输出口B3与助燃换热器的热源输入口A5之间的管路上安装有排废风机；助燃换热器的中低温干热空气输出口B6与主换热器的助燃空气输入口A2之间的管路上安装有助燃风机。
进一步，所述主换热器在助燃空气输入口A2和高温助燃空气输出口B2之间连接有一管道，在管路上安装自动控制阀门，在高温助燃空气输出口B2的出口管道上设置温度传感器R1。
进一步，所述助燃换热器可以是将其它热能转换成干热空气的任何装置，该装置也包含了由高温钢水、高温棒(线)材、高温带材及其它高温固体物，以及冷却高温固体物质的冷却风机、排气风机及管道附件组成的能直接产生中低温干热空气的任何换热装置。
最后，所述主换热器的A2输入口输入的助燃空气为非自然空气，而是明显高于环境温度的任何净洁干热空气源，其温度一般为50～300℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用高温烟气主换热器的第二输入口，以干热空气源来代替原自然空气源，提高其高温烟气换热器总能量输入，将低温干热源借助于主热器第一输入口输入的高温热源，以此来抬高其第一和第二输出口的输出能量，即：提高其换热器出口烟气温度和助燃空气温度，进而显著提高余热锅炉蒸汽产量。干热空气源来源于助燃换热器能够得到的，可以将外界可用的一切外源性热源转换而来的中低温干热空气。
本发明结构合理，可回收利用50～300℃的中低温余热，用于提高了助燃空气温度，还可用于生产0.5～1.0MPa的工业蒸汽，最大限度减少炉窑燃料消耗，使得中、低温余热回收效率总体显著提高，极大地拓宽了余热锅炉的应用场景，显著提高了热效率，本发明可广泛应用于工业炉窑各应用场景中，可成倍提高现有余热锅炉的蒸汽产量，具有较好的推广前景。
附图说明
图1为本发明的最基本结构烟气换热器和余热锅炉的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明实施例1的结构示意图；
图4为本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1、2所示，一种炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于包括三套换热器：烟气换热器1、余热锅炉2和助燃换热器3，
其中烟气换热器1为主换热器1，用于生产高温助燃空气；
余热锅炉2为辅助换热器2，用于生产低压蒸汽；
助燃换热器3用于中低温余热回收；
烟气换热器1、余热锅炉2依次串联在高温烟道上，三套换热器均设置两道输入口A1～A6,和两道输出口B1～B6，主换热器1的二个输入口为高温烟气输入口A1和助燃空气输入口A2，助燃空气采用中低温干热空气，助燃空气输入口A2与助燃换热器3的中低温干热空气输出口B6相连接，或者直接与中低温干热空气源相连接；主换热器1的烟气输出口B1与辅助换热器2的烟气输入口A3相连接，辅助换热器2的输入口A4输入的介质为脱盐水或工业纯净水；高温烟气经高温烟气输入口A1注入主换热器1之后再经烟气输出口B1流进辅助换热器2的烟气输入口A3，经辅助换热器2换热后的低温烟气从输出口B3输出；由助燃空气输入口A2输入的中低温干热空气，经主换热器1换热后得到高温助燃空气，由高温助燃空气输出口B2流出输入炉窑作为助燃空气混合燃料，得到高温助燃空气的温度为300～600℃。
辅助换热器2的蒸汽输出口B4与工业蒸汽管网相连接，从输入口A4输入的介质经中高温烟气换热后，得到0.5～1.0MPa的工业蒸汽，由蒸汽输出口B4接入工业蒸汽管网。
助燃换热器3的二个输入口为热源输入口A5和自然空气输入口A6，其中热源输入口A5输入的为中高温外源性热源，进入助燃换热器的热源和自然空气经换热得到50～300℃的中低温干热空气，最后由中低温干热空气输出口B6输出至主换热器1；中高温外源性热源为200～1200℃的中高温烟气、液体或者固体物，助燃换热器3的另一输出口为换热后的热源体流出口B5，换热后形成的低温热源体经该排放口B5排放。
助燃换热器3的热源输入口A5输入的也可以采用辅助换热器2换热得到130～200℃低温烟气，辅助换热器2的输出口B3与助燃换热器3的热源输入口A5相连接，助燃换热器3内的低温烟气经助燃换热器3换热得到120～180℃的低温热空气从中低温干热空气输出口B6输出。辅助换热器2的输出口B3与助燃换热器3的热源输入口A5之间的管路上安装有排废风机6；助燃换热器3的中低温干热空气输出口B6与主换热器1的助燃空气输入口A2之间的管路上安装有助燃风机7。
为了能够控制主换热器1的高温助燃空气输出口B2的助燃空气温度，在主换热器1的助燃空气输入口A2和高温助燃空气输出口B2之间连接有一管道，在管路上安装自动控制阀门F1，在高温助燃空气输出口B2的出口管道上设置温度传感器R1。当无需调节高温助燃空气输出口B2出口温度时，自动控制阀门F1处于完全关闭状态，当高温助燃空气输出口B2出口温度过高，需要调节时，则自动控制阀门F1开口度将由R1检测值来决定其开口度大小：R1测量温度值越高，则自动控制阀门F1开口度越大，反之亦然。
助燃换热器3还可以是将其它热能转换成干热空气的任何装置，该装置也包含了由高温钢水、高温棒(线)材、高温带材及其它高温固体物，以及冷却高温固体物质的冷却风机、排气风机及管道附件组成的能直接产生中低温干热空气的任何换热装置。
实施例1
如图3所示，高温烟气经主换热器1和辅助换热器2连续换热利用后，其输出口B3的烟气温度仍然高达130～200℃，且烟气成份里含有较多水蒸汽，整个烟气里含有丰富的低温热能，本实施例通过助燃换热器3来回收这部分能量：将输出口B3与助燃换热器3的热源输入口A5相连，输出口B3输出的废热气经排废风机6加压、加速后注入助燃换热器3中；使得中低温烟气继续与自然空气输入口A6进入的自然空气进行换能，得到120～180℃的低温热空气从中低温干热空气输出口B6输出，再经助燃风机7加压后，从助燃空气输入口A2注入到主换热器1中。经第三次换热后，输出口B5的烟气温度已经接近自然环境温度，烟气余热得到最大化利用。
本实施例是一种典型的中低温热量回馈闭环利用技术，有很大特点。这种助燃换热器3结构简单，且可以单独设置、单独维修，使用非常方便。
实施例2
如图4所示，本实施例为钢铁行业带钢连退炉余热回收案例，带钢经连退炉加热后，进入炉后冷却系统降温，而高温带钢携带了大量高温热能，非常具有回收利用价值。
本实施例的低温余热高效回收系统包括主换热器1、辅助换热器2和助燃换热器3，助燃换热器3的结构较为特殊，由运行的高温带钢8、带钢冷却风机31和带钢排气风机32共同组成；自然空气经带钢冷却风机31高速吹散到炙热带钢上、下表面，冷却带钢后，冷空气被加热，由带钢排气风机32输送至助燃风机7的吸风口，经加速、加压后注入到主换热器1中；如果风机参数设计得当，带钢排气风机32可以与助燃风机7的功能合并，可取消带钢排气风机32，即，将助燃风机7吸风口直通带钢冷却风机31上风口，这样可以省却一台排废风机。
图4中，8为运行的带钢，5为连退炉，51为连退炉的预热段，52～54分别为连退炉的加热一段、二段及三段，带钢8经连续高温加热退火后，进入炉后冷却段，冷却段可为多段，包括冷却一段4、冷却二段9；一般地，在其冷却一段4上设置冷却风机31，由新风降温出炉后的高温带钢8。因此，冷却带钢后的自然空气可被加热至150～300℃，该干热空气被净化后经助燃空气输入口A2直接注入到主换热器1中。
连退炉高温燃烧烟气经主换热器1的高温烟气输入口A1输入主换热器1中，主换热器1的烟气输出口B1与辅助换热器2的烟气输入口A3相连接，由辅助换热器2换热后的低温烟气从输出口B3输出经排废风机6抽取后由烟囱直接排入大气；主换热器1的高温助燃空气输出口B2输出高温助燃空气，经管路及控制阀门组56输入炉膛内，与燃料一起点燃放出热量加热带钢。
辅助换热器2的输入口A4与供水泵相连接，经余热锅炉加热后生成低压蒸汽，最后再由辅助换热器2的蒸汽输出口B4排出蒸汽进入管网。
为进一步调节主换热器1的高温助燃空气输出口B2输出的助燃空气温度，在主换热器1的助燃空气输入口A2和高温助燃空气输出口B2之间连接有一管道，在管路上安装自动控制阀门F1，在高温助燃空气输出口B2的出口管道上设置温度传感器R1。当无需调节高温助燃空气输出口B2出口温度时，自动控制阀门F1处于完全关闭状态，当高温助燃空气输出口B2出口温度过高，需要调节时，则自动控制阀门F1的开口度将由R1检测值来决定其开口度大小：R1测量温度值越高，则自动控制阀门F1开口度越大，反之亦然。F1的开口度根据R1的温度测量值由控制系统自动完成。这样，不但能调节炉膛输入的助燃空气温度，同时也能调节主换热器1的烟气输出口B1输出的烟气温度，也就间接调节了余热锅炉2的蒸汽产量。
为更好地理解其工作原理，用实线箭头标注了助燃空气被加热后的运动过程和运动方向，用虚线箭头标注了高温废气的生成及流出路径，以及其热能被利用的全过程，箭头注明了其运动方向。需要说明的是，在主换热器1与辅助换热器2连接管线之间，为控制连退炉的炉压，有些生产线工艺设置了炉压控制阀门15，如果排废风机6采用变频电机驱动，则自动控制阀门15可省略。
由此，150～300℃的中低温外源性废热能可经主换热器1与辅助换热器2很好地回收再利用，一部分中低温热源用于提高了助燃空气温度，另一部分热源用于生产0.5～1.0MPa的工业蒸汽。极大地拓宽了余热锅炉的应用场景，也显著提高了热效率。
更一般地，该技术可广泛应用于工业炉窑各应用场景中，可成倍提高现有余热锅炉的蒸汽产量，应该被大力推广应用以造福于全社会。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于包括三套换热器：烟气换热器、余热锅炉和助燃换热器，
其中烟气换热器为主换热器，用于生产高温助燃空气；
余热锅炉为辅助换热器，用于生产低压蒸汽；
助燃换热器用于中低温余热回收；
烟气换热器、余热锅炉依次串联在高温烟道上，三套换热器均设置两道输入口(A1～A6),和两道输出口(B1～B6)，主换热器的二个输入口为高温烟气输入口(A1)和助燃空气输入口(A2)，且其助燃空气采用中低温干热空气，助燃空气输入口(A2)与助燃换热器的中低温干热空气输出口(B6)相连接，或者由助燃空气输入口(A2)直接与中低温干热空气源相连接；主换热器的烟气输出口(B1)与辅助换热器的烟气输入口(A3)相连接，辅助换热器的输入口(A4)输入的介质为脱盐水或工业纯净水；
高温烟气经高温烟气输入口(A1)注入主换热器之后再经烟气输出口(B1)流进辅助换热器的烟气输入口(A3)，经辅助换热器换热后的低温烟气从输出口(B3)输出；由助燃空气输入口(A2)输入的中低温干热空气，经主换热器换热后得到高温助燃空气，由高温助燃空气输出口(B2)流出输入炉窑作为助燃空气混合燃料。
2.根据权利要求1所述的炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于：所述助燃换热器的二个输入口为热源输入口(A5)和自然空气输入口(A6)，其中热源输入口(A5)输入的为中高温外源性热源，进入助燃换热器的外热源与自然空气换热能得到50～300℃的中低温干热空气，最后由中低温干热空气输出口(B6)输出至主换热器。
3.根据权利要求2所述的炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于：所述辅助换热器的蒸汽输出口(B4)与工业蒸汽管网相连接，从辅助换热器的输入口(A4)输入的介质经中高温烟气换热后，得到0.5～1.0MPa的工业蒸汽，由辅助换热器的蒸汽输出口(B4)接入工业蒸汽管网。
4.根据权利要求2所述的炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于：所述中高温外源性热源为200～1200℃的中高温烟气、液体或者固体物，助燃换热器的另一输出口为换热后的热源体流出口(B5)，经换热后形成的低温热源体由该排放口(B5)排放。
5.根据权利要求3所述的炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于：所述助燃换热器的热源输入口(A5)输入的是经辅助换热器换热得到130～200℃低温烟气，辅助换热器的输出口(B3)与助燃换热器的热源输入口(A5)相连接，助燃换热器内的低温烟气经助燃换热器换能后，得到120～180℃的低温热空气从中低温干热空气输出口(B6)输出。
6.根据权利要求5所述的炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于：所述辅助换热器的输出口(B3)与助燃换热器的热源输入口(A5)之间的管路上安装有排废风机；助燃换热器的中低温干热空气输出口(B6)与主换热器的助燃空气输入口(A2)之间的管路上安装有助燃风机。
7.根据权利要求1所述的炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于：所述主换热器在助燃空气输入口(A2)和高温助燃空气输出口(B2)之间连接有一管道，在管路上安装自动控制阀门，在高温助燃空气输出口(B2)的出口管道上设置温度传感器(R1)。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于：所述助燃换热器是将其它热能转换成干热空气的任何装置，该装置也包含了由高温钢水、高温棒(线)材、高温带材及其它高温固体物，以及冷却高温固体物质的冷却风机、排气风机及管道附件组成的能直接产生中低温干热空气的任何换热装置。
9.根据权利要求1至7任一权利要求所述的炉窑低温余热高效回收系统，其特征在于：所述主换热器的输入口(A2)输入的助燃空气为非自然空气，而是明显高于环境温度的任何净洁干热空气源，其温度为50～300℃。
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