CN203177678U - 基于隧道窑的余热回收系统及其构成的余热发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于隧道窑的余热回收系统及其构成的余热发电系统，解决了现有技术中隧道窑余热利用效率、经济价值低等问题。其中，基于隧道窑的余热回收系统包括位于隧道窑冷却带且具有饱和蒸汽出口（2）的蒸汽聚集器（1），通过给水泵（5）为蒸汽聚集器（1）供水的软化水供给装置（6），以及与蒸汽聚集器（1）连通、用于收集隧道窑余热的换热管路系统（3）；蒸汽聚集器（1）内设有水汽分离装置（11）。本实用新型将收集后的余热用于发电、供暖等需要蒸汽的工业中，充分地利用了隧道窑余热，节能、环保；同时，可为企业增收、降低了企业生产成本。

Description

基于隧道窑的余热回收系统及其构成的余热发电系统

技术领域

 本实用新型属于节能减排技术领域，具体的说，是涉及一种基于隧道窑的余热回收系统及其构成的余热发电系统。

背景技术

隧道窑是现代化的连续式烧成的热工设备，广泛应用于陶瓷、砖瓦的焙烧生产。隧道窑的结构是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶或吊顶，窑车在底部铺设的轨道上运行，燃烧段设在隧道窑的中部，构成固定的预热带—高温带—烧成带—冷却带四部分。燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟道或引风机的作用下，沿着隧道窑向窑头方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，此段构成了隧道窑的预热带，在隧道窑的窑尾进入冷风，冷却隧道窑内后一段的烧结砖，此段构成了隧道窑的冷却带，进入的冷风经冷却带和高温带而被加热后，再抽出送入干燥室作为干燥生砖坯的热源。隧道窑烧结制砖工艺以产量大、能耗低、自动化程度高、产品质量稳定、窑炉烧成参数可控等特点，已成为当今国际上最先进的制砖工艺之一。

目前，隧道窑消耗的一次能源（煤），除炉窑散热、产品水分蒸发、烧结等必须消耗的能量以外，约70％的能量是随烟道排烟和产品冷却损失而浪费。现有技术中，对隧道窑余热的利用方式主要有以下两种方式：一、利用上述余热干燥砖坯，该种方式仅能利用余热的20％左右，而剩余的余热并没有得到充分的利用，此外，直接利用高品位余热干燥砖坯，易导致干燥窑热量过盛，同时大大地降低余热的利用价值；二、将900℃以下的热量通过冷却段自动降温，然后用于烧热水以供职工洗浴，该种方式的缺陷在于损失了大量高品位余热，导致余热再利用的经济指标降低，余热利用效率较低，并没有得到充分的利用，同时，也造成了大量的能源浪费和热源污染。

进一步的，公开号为“CN101545725”的实用新型专利：隧道窑余热发电工艺，提供了一种利用隧道窑高品味余热发电的技术方案，该专利技术虽然较之传统的隧道窑余热利用，在一定程度上有所增进，但是，采用上述工艺必须在隧道窑的预热段和冷却带同时按照换热装置，方可有效地收集隧道窑的余热，这样必然会影响到隧道窑预热段的温度，降低生砖坯的预热效果，以至于影响整个砖坯制品的质量。如上述公开的技术方案，其在收集隧道窑余热时，一般做法是在隧道窑的上部设置换热装置，如：换热管，该种设置方式仅能收集隧道窑上部余热，而不能对隧道窑两侧的余热进行有效地收集，且隧道窑上部的余热量远小于隧道窑两侧，进而导致无法充分利用隧道窑的余热。

如何将隧道窑高品位余热收集转化为价值更高的蒸汽能源或电力能源，而品位较低、余热锅炉利用价值不高的余热再利用与砖坯干燥，即满足生产需求，又不影响砖坯的正常烧制，充分利用隧道窑余热，提高隧道窑余热回收利用的效率和价值，就成为了本领域技术人员的重点研发内容。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种对隧道窑的余热利用率高、投资、运行成本低、节能环保的基于隧道窑的余热回收系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

基于隧道窑的余热回收系统，包括位于隧道窑冷却带且具有饱和蒸汽出口的蒸汽聚集器，通过给水泵为蒸汽聚集器供水的软化水供给装置，以及与蒸汽聚集器连通、用于收集隧道窑余热的换热管路系统；其中，蒸汽聚集器内设有水汽分离装置。饱和蒸汽出口所产蒸汽即为隧道窑余热的载体，其可用于发电、供暖、生产加气砖或需要蒸汽的产品。

其中，所述换热管路系统包括位于隧道窑内部两侧并沿隧道窑轴向设置的中转换热管，沿隧道窑两侧壁设置的预热给水管，以及位于隧道窑内部两侧并通过中转换热管与预热给水管连通的余热收集管；该余热收集管还与蒸汽聚集器连通。

进一步的，所述中转换热管至少为三根，其中至少两根中转换热管分别位于隧道窑底部的两侧，至少一根中转换热管位于隧道窑的上部。

在一种实施方案中，所述中转换热管为四根，其中两根位于隧道窑一侧并分别设置在该侧的上下两端，另外两根位于隧道窑的另一侧并分别设置在该侧的上下两端。在理解本实用新型所公开的技术方案原理的前提下，本领域技术人员还可对上述中转换热管的数量作出部分改进或润色，如：隧道窑两侧底部至少各设一根中转换热管，用于连通预热给水管，根据隧道窑的规格，隧道窑两侧底部的中转换热管还可设两根、三根、四根甚至更多；与此同时，在隧道窑上部设置的中转换热管数量及位置可与隧道窑两侧底部的中转换热管相对应，也可在不影响隧道窑正常作业的前提下任意设置，如：设置在隧道窑顶部的中间位置处、或靠近隧道窑顶部的中间位置。在上述的实施方案中，四根中转换热管在隧道窑内部呈对角分布。

再进一步的，所述余热收集管通过换热回流管与蒸汽聚集器连通；该换热回流管一端与同侧上端的中转换热管连通，其另一端与蒸汽聚集器连通。

为了能有效地收集隧道窑两侧及上部的余热，所述余热收集管包括一端与同侧下端的中转换热管连通、另一端弯曲延伸至相对侧并与相对侧上端的中转换热管连通的第一换热管，且隧道窑两侧的第一换热管中的弯曲部位相互交错并位于隧道窑顶部。余热收集管是收集隧道窑余热的主要执行部件，从蒸汽聚集器内输送的常温水（非高温水）在余热收集管内与隧道窑冷却带的余热进行热交换，经过热交换后，形成水汽混合物，再回流至蒸汽聚集器内。在一种实施方案中，余热收集管下端至其弯曲处为直管形状，一般地，该段余热收集管平行于隧道窑内壁，余热收集管横向的设置数量根据生砖坯与隧道窑内壁之间的距离而定，其可为一根、二根、三根甚至更多，而余热收集管沿隧道窑冷却带纵向设置的数量则根据隧道窑冷却带纵向长度而定，一般地，为了能更加有效地收集隧道窑冷却带的余热，纵向余热收集管在合理的范围内越多越好。

在另一种实施方案中，所述余热收集管还包括一端与同侧下端的中转换热管连通、另一端与同侧上端的中转换热管连通的第二换热管。该种设置的余热收集管直接用于收集隧道窑冷却带两侧的余热，而对隧道窑上部的余热则没有较好的收集效果。

为了更好的实现本实用新型，基于隧道窑的余热回收系统还包括回流蒸汽聚集器内水份的循环回流系统。工作用水经循环回流系统回流至冷却池冷却后，再进入下一个循环作业，从而实现工作用水的循环利用。

更进一步的，在所述蒸汽聚集器上还设有压力表接口、液位计装置和连续排污装置。

在上述结构的基础上，本实用新型还提供了隧道窑的余热发电系统，包括如上述的基于隧道窑的余热回收系统，进口端与蒸汽聚集器上的饱和蒸汽出口连接并用于降低饱和蒸汽中水分含量的过热器管束，与该过热器管束的出口端连接、用于发电的凝气式、抽汽式或背压式汽轮发电机组。

进一步的，所有过热器管束均通过一根过热蒸汽管道与凝气式、抽汽式或背压式汽轮发电机组连接。

本实用新型的基本原理和设计思路：隧道窑烧结成砖的过程中，在隧道窑的冷却带安装换热管路系统，主要吸收300℃以上的高品位热量，而对300℃以下的热量则用于砖坯干燥，既不影响正常生产，又实现了高品位能量的梯级利用；同时，安装蒸汽聚集器对换热管路系统收集的余热进行集中处理、分配，使得隧道窑冷却带形成一个比较稳定的温度场，通过蒸汽聚集器将高品位热量用于发电、供暖、生产加气砖或需要蒸汽的产品，充分且有效地利用隧道窑余热。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型在隧道窑安装换热管路系统收集隧道窑余热，收集后的余热通过蒸汽聚集器分离出蒸汽用于发电、供暖等需要蒸汽的工业中，不仅符合国家产业政策，而且充分地利用了隧道窑余热，节能、环保；同时，可为企业增收、降低了企业生产成本。

（2）本实用新型中换热管路系统仅设置在隧道窑的冷却带，将该段的高品位热量回收利用，不仅实现了隧道窑余热的高效、充分利用，而且不影响砖坯的正常烧结，不增加一次能源的消耗量，且蒸汽聚集器产生的蒸汽压力、温度稳定、可控。

（3）本实用新型中余热收集管可对隧道窑两侧及顶部三个方位的热量进行回收，第一换热管的弯曲段可有效地收集隧道窑上部余热，第二换热管和第一换热管的直管段则可有效地收集隧道窑两侧的余热，余热收集全面、充分，为余热的充分利用提供了有利基础。

（4）本实用新型中设备的投资风险小，设备运行费用低，收效快，投资回收期在两年至三年左右，且将隧道窑余热进行回收再利用，推动了砖瓦行业的节能减排工作，大幅度地消减了砖瓦行业的能源消耗，提高了砖瓦行业的技术水平。

（5）本实用新型中的隧道窑余热发电系统将余热回收发电，若使用余热全部发电的方案，则可满足企业自身80％至100％的用电量，极大了缓解了企业的用电压力，且彻底解决了因电网停电而影响生产的难题。

（6）隧道窑的利用本实用新型收集余热进行发电，送入焙燃的砖坯相对于蒸汽聚集器的热能供给源，当砖厂产量、规模越大，进入隧道窑内的砖坯越多，则进入隧道窑内的热量也越多，收集于蒸汽聚集器的余热增多，余热利用的效率和经济价值也随之提高。

附图说明

图1为本实用新型中余热回收系统的俯视图。

图2为图1的侧视图。

图3为图2中A的局部示意图。

图4为本实用新型中余热发电系统的结构示意图。

图5为本实用新型中余热发电系统-余热回收系统的主视图。

图6为图5的俯视图。

图7为图5的侧视图。

其中，附图中标记对应的零部件名称为：

1-蒸汽聚集器，2-饱和蒸汽出口，3-换热管路系统，4-过热器管束，5-给水泵，6-软化水供给装置，7-汽轮发电机组，8-基于隧道窑的余热回收系统；

11-水汽分离装置，31-中转换热管，32-预热给水管，33-余热收集管，34-换热回流管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

目前，隧道窑消耗的一次能源，除炉窑散热、产品水份蒸发、烧结等必须消耗的能量外，约70％的能量随烟道排烟和产品冷却损失而浪费，针对上述情况，如何有效地利用隧道窑余热，就成为了本技术领域的一个重点研发方向。余热发电是国家鼓励的新能源项目，其不受地域、气候等客观环境因素影响；然而，现有技术中，隧道窑余热的利用率还非常低，尤其是在300℃以上的高品位热量的利用率并没有得到充分的利用，导致余热利用的经济指标降低，同时，造成了大量的能源浪费和热源污染。

为了克服现有技术的缺陷，本实施例提供了一种基于隧道窑的余热回收系统，如图1至7所示，该余热回收系统适用于内燃或外燃等所有类型隧道的余热回收利用，其包括位于隧道窑冷却带且具有饱和蒸汽出口2的蒸汽聚集器1，通过给水泵5为蒸汽聚集器1供水的软化水供给装置6，以及与蒸汽聚集器1连通、用于收集隧道窑余热的换热管路系统3；其中，蒸汽聚集器1内设有水汽分离装置11。该系统通过换热管路系统将该段的高品位热量回收利用，不仅实现了隧道窑余热的高效、充分利用，而且不影响砖坯的正常烧结，不增加一次能源的消耗量，且蒸汽聚集器产生的蒸汽压力、温度稳定、可控。

本实例采用余热锅炉作为蒸汽聚集器，在其上还设有检修孔、液位计装置、连续排污装置等辅助配件；同时，可根据换热管路系统的分布，分别设置温度、压力、水位、流量等热工仪表，以及高限和低限声光报警和自动控制调节设备，对余热回收系统运行信息进行收集、监控。工作时，余热锅炉内具有较大的压力，余热锅炉内的压力作为输送软化水的动力，而无需额外的动力源设备。

蒸汽聚集器的水源来自于经过软化处理的地下水或自来水等常用水资源，软化水供给装置6主要包括冷却水池和软化水处理设备两部分，其中，冷却水池和软化水处理设备均为现有成熟技术，因此，在本实施例中不在作详细说明。经过软化处理后的软化水通过给水泵5供给蒸汽聚集器1，为了确保设备的连续正常运行，本实施例中给水泵一共有四台，其中两台为常规给水泵，另外两台为备用给水泵。进一步的，还可在上述结构的基础上增设回流水循环系统，回流水循环系统的作用在于使得工作用水形成有效地循环利用，其实现方式和结构在本申请日以前已是成熟技术，因此，在此不做赘述。

如图1、2所示，换热管路系统3是余热收集的主要执行部件，其主要由中转换热管31、预热给水管32和余热收集管33组成。本实施例中，中转换热管31位于隧道窑内部两侧并沿隧道窑轴向设置，数量为四根，其中两根位于隧道窑一侧并分别设置在该侧的上下两端，另外两根位于隧道窑的另一侧并分别设置在该侧的上下两端，四根中转换热管呈对角线均布于隧道窑内部的四角。预热给水管32主要用于供给常温软化水，一般地，预热给水管32位于隧道窑冷却带的外部，其沿隧道窑两侧的窑壁设置。余热收集管33位于隧道窑冷却带的内部，其管内用于与隧道窑热交换的水由预热给水管提供，二者之间通过中转换热管连通，余热收集管完成热交换后，其内部水分转换为水汽混合物，再回流至蒸汽聚集器内；余热收集管33通过换热回流管34与蒸汽聚集器1连通，该换热回流管34一端与同侧上端的中转换热管31连通，其另一端与蒸汽聚集器1连通。

隧道窑冷却带余热回收效率与余热收集管的分布位置息息相关，本实施例提供了一种既能收集隧道窑两侧热量，又能收集隧道窑顶部热量的余热收集管。具体的说，余热收集管33又分为第一换热管和第二换热管两种；其中，第一换热管的一端与同侧下端的中转换热管31连通、另一端弯曲延伸至相对侧并与相对侧上端的中转换热管31连通，隧道窑两侧的第一换热管中的弯曲部位相互交错并位于隧道窑顶部，该第一换热管可同时收集隧道窑两侧及其顶部的热量，即第一换热管的弯曲段收集隧道窑上部余热，其直管段收集隧道窑上部余热，热量回收率远远大于现有技术中仅收集隧道窑顶部热量的余热收集方式。与此同时，第二换热管一端与同侧下端的中转换热管31连通、另一端与同侧上端的中转换热管31连通，该换热管主要用收集隧道窑冷却带两侧的热量，第一换热管和第二换热管相互配合使用，从而使得隧道窑冷却带的余热收集更加全面、充分，为余热的充分利用提供了有利基础。

在上述基于隧道窑的余热回收系统的基础上，本实施例还提供了其应用于发电技术的技术方案，余热发电系统，如图4至7所示，该发电系统包括基于隧道窑的余热回收系统8，进口端与蒸汽聚集器1上的饱和蒸汽出口2连接的过热器管束4，与该过热器管束4的出口端连接、用于发电的凝气式、抽汽式或背压式汽轮发电机组7。其中，图4中与汽轮发电机组7位于同侧的“→”表示蒸汽的运行方向，与该侧相对的“→”表示回流水的运行方向。经水汽分离装置分离后的水汽混合物产生饱和蒸汽，并从蒸汽聚集器上的饱和蒸汽出口排出，而饱和蒸汽内水分含量较大，无法直接应用与汽轮发电机组发电，本实施例中热器管束4的作用就在于将饱和蒸汽转化为可直接应用于汽轮发电机组的过热蒸汽，热器管束4同样为现有成熟设备，对此不作详细说明。

应用汽轮发电机组发电的具体实施方案如下：

一、实际年产量在6000万标砖以上、且周围有用气量不稳定热用户（如冬季供暖、夏季制冷、蒸压斧制砖或大中型煤矿职工洗浴等）的砖瓦企业，则选用抽凝式汽轮发电机组，需要用气时，先把2.5MPa过热蒸汽降至0.3-0.8MPa，利用压差和温差发电，从汽轮机抽出0.3-0.8MPa的蒸汽再向热用户供汽，不需要用汽时，则全部用于发电。发电、供热相互不影响，其经济效益比凝气式机组发电高。

二、实际年产量在6000万标砖以上、且周围有连续稳定热用户（如物料干燥、化工制药用汽等）的砖瓦企业，则选用背压式汽轮发电机组，利用2.5MPa、390℃过热蒸汽降至0.3MPa、288℃的压差和温差发电，汽轮机排出的0.3MPa蒸汽再向热用户供汽，热利用率高，经济效益显著。

三、实际年产量在6000万标砖以上、无用汽需求的砖瓦企业，则可选凝气式汽轮发电机组进行发电，将所收集余热全部用于发电，用于企业自身的用电需求，多余的电上网。

余热发电系统的实现方法，包括以下步骤：

（1）软化水供给装置供水至蒸汽聚集器；

（2）蒸汽聚集器将软化水通过预热给水管输送至位于隧道窑内下端的中转换热管；

（3）在压力的作用下，隧道窑内下端的中转换热管将软化水输送至余热收集管，进行余热收集；

（4）完成余热收集后，余热收集管内的软化水形成水汽混合物，通过隧道窑上端的中转换热管输送至换热回流管，然后由换热回流管将水汽混合物输送至蒸汽聚集器；

（5）水汽混合物通过蒸汽聚集器内的水汽分离装置分离，同时产生饱和蒸汽；

（6）饱和蒸汽通过管道输送至过热器管束，由过热器管束将其转化为过热蒸汽；

（7）过热蒸汽进入凝气式、抽汽式或背压式汽轮发电机组进行发电。

按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一样，故其也应当在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.基于隧道窑的余热回收系统，其特征在于：包括位于隧道窑冷却带且具有饱和蒸汽出口（2）的蒸汽聚集器（1），通过给水泵（5）为蒸汽聚集器（1）供水的软化水供给装置（6），以及与蒸汽聚集器（1）连通、用于收集隧道窑余热的换热管路系统（3）；其中，蒸汽聚集器（1）内设有水汽分离装置（11）。

2.根据权利要求1所述的基于隧道窑的余热回收系统，其特征在于，所述换热管路系统（3）包括位于隧道窑内部两侧并沿隧道窑轴向设置的中转换热管（31），沿隧道窑两侧壁设置的预热给水管（32），以及位于隧道窑内部两侧并通过中转换热管（31）与预热给水管（32）连通的余热收集管（33）；该余热收集管（33）还与蒸汽聚集器（1）连通。

3.根据权利要求2所述的基于隧道窑的余热回收系统，其特征在于，所述中转换热管（31）至少为三根，其中至少两根中转换热管（31）分别位于隧道窑底部的两侧，至少一根中转换热管（31）位于隧道窑的上部。

4.根据权利要求3所述的基于隧道窑的余热回收系统，其特征在于，所述中转换热管（31）为四根，其中两根位于隧道窑一侧并分别设置在该侧的上下两端，另外两根位于隧道窑的另一侧并分别设置在该侧的上下两端。

5.根据权利要求4所述的基于隧道窑的余热回收系统，其特征在于，所述余热收集管（33）通过换热回流管（34）与蒸汽聚集器（1）连通；该换热回流管（34）一端与同侧上端的中转换热管（31）连通，其另一端与蒸汽聚集器（1）连通。

6.根据权利要求5所述的基于隧道窑的余热回收系统，其特征在于，所述余热收集管（33）包括一端与同侧下端的中转换热管（31）连通、另一端弯曲延伸至相对侧并与相对侧上端的中转换热管（31）连通的第一换热管，且隧道窑两侧的第一换热管中的弯曲部位相互交错并位于隧道窑顶部。

7.根据权利要求6所述的基于隧道窑的余热回收系统，其特征在于，所述余热收集管（33）还包括一端与同侧下端的中转换热管（31）连通、另一端与同侧上端的中转换热管（31）连通的第二换热管。

8.根据权利要求1至7任一项所述的基于隧道窑的余热回收系统，其特征在于，在所述蒸汽聚集器（1）上还设有液位计装置、压力表接口以及连续排污装置。

9.余热发电系统，其特征在于：包括如权利要求1至8任一项所述的基于隧道窑的余热回收系统（8），进口端与蒸汽聚集器（1）上的饱和蒸汽出口（2）连接并用于降低饱和蒸汽中水分含量的过热器管束（4），与该过热器管束（4）的出口端连接、用于发电的凝气式、抽汽式或背压式汽轮发电机组（7）。

10.根据权利要求9所述的余热发电系统，其特征在于，所有过热器管束（4）均通过一根过热蒸汽管道与凝气式、抽汽式或背压式汽轮发电机组（7）连接。

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