專利名稱：一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高爐冷卻熱高效發(fā)電系統(tǒng)，具體地說，是涉及一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術：
高爐生產(chǎn)過程中爐壁冷卻需要用大量的水來帶走熱量，以降低爐壁的溫度，從而滿足高爐正常生產(chǎn)的工藝溫度需求。高爐冷卻帶走的余熱和高爐爐壁的表面散熱占分別占高爐總耗熱量的5%和0. 5%，單純以生產(chǎn)一噸生鐵需要400 SOOKg焦炭計算，有約20 40Kg的焦炭所產(chǎn)生的熱能以冷卻水熱的形式排放了。以我國年產(chǎn)生鐵60000萬噸計算，有約相當于1200 MOO萬噸焦炭的熱能以低溫冷卻水熱的形式排放了，浪費極大。但是，以目前國際上現(xiàn)有的技術無法回收這部份以低溫(40°C)冷水的熱能，同時由于現(xiàn)有高爐外殼上有大量水冷管并且同時因高爐散熱能力不足，還需要依靠爐壁散熱以減少水循環(huán)冷卻散熱的量，所以現(xiàn)有高爐外殼無法實施外表面保溫。在現(xiàn)有技術中，輸導換熱水的載體均是位于高爐冷卻壁或水冷管外部，而隨著爐齡的增長，高爐冷卻壁或水冷管會出現(xiàn)裂紋，如此將可能導致冷卻系統(tǒng)漏水，爐壁發(fā)紅，進而造成整個高爐溫度場變差，嚴重者會影響高爐的正常生產(chǎn)。目前，高爐冷卻技術主要有水冷壁技術、氣化冷卻技術、水冷卻模塊技術，但是上述幾種冷卻技術還存在著以下缺點
耗能高現(xiàn)有的高爐壁冷卻系統(tǒng)需要水泵和冷卻塔，水泵和冷卻塔的工作將導致電耗增加，同時，被輸送到高爐頂(20 50米)的水具有一定的勢能，在回流的時候該勢能并沒有得到利用。耐磨性差在高爐生產(chǎn)過程中因經(jīng)常沖刷爐內(nèi)襯耐火材料，因此很容易將耐火材料沖刷掉，一般情況下，高爐爐身上部內(nèi)襯耐火材料生產(chǎn)不到一年就沖刷掉了，一直制約著高爐的生產(chǎn)。熱震性差劇烈的溫差變化，對水冷壁和爐襯耐火材料等產(chǎn)生較大的熱震影響，致使爐壁結構破損。生產(chǎn)過程當中的滲碳現(xiàn)象在生產(chǎn)過程中，爐壁內(nèi)的鋼管或水冷壁容易因爐襯滲炭而擴散到水冷管或水冷壁上，而冷卻水管或水冷壁的含炭量增加將可能導致水管脆性增加，易發(fā)生脆裂。水冷單元設計不合理目前水冷壁為塊狀結構，而換熱過程則是在一個面上進行， 一旦有損壞，整塊面積都會出現(xiàn)溫度的不穩(wěn)定的現(xiàn)象，進而影響高爐生產(chǎn)。同時，現(xiàn)在工業(yè)水冷卻的致命弱點就是水質(zhì)差，容易結垢而降低冷卻強度，導致燒壞冷卻設備，需設專門的看水工，進行M小時看護。加之由于采用的是開放式系統(tǒng)，能耗高，不僅水的循環(huán)量大，自然蒸發(fā)量大，而且需要的補水量也很大。高爐利用系數(shù)小高爐冷卻壁需要爐壁一定的厚度才能完成澆注，所以使得爐膛內(nèi)的容積變小，利用系數(shù)變小。加之高爐爐壁冷卻系統(tǒng)帶出的水溫只有40°C，屬于低品位熱源，因此其利用價值不高。
因此，目前高爐冷卻技術都無法滿足高爐正常的溫度場需求，其冷卻穩(wěn)定性差，調(diào)節(jié)困難，易發(fā)生爆管、爐殼發(fā)紅、爐內(nèi)襯壽命短、冷卻單元損壞后影響面積大等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷，達到提高冷卻效果并利用冷卻熱發(fā)電，實現(xiàn)高爐熱量有效利用的目的。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案實現(xiàn)一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，主要由高爐體、發(fā)電系統(tǒng)和蒸汽利用裝置構成，同時沿著該高爐體的側壁分層環(huán)繞式的設有一個以上的超導環(huán)型換熱環(huán)，而在每個超導環(huán)型換熱環(huán)上都設有由耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料所形成的澆注固化體，每個超導環(huán)型換熱環(huán)均通過該澆注固化體內(nèi)嵌在高爐體側壁的內(nèi)襯上。每一層所有的超導環(huán)型換熱環(huán)均與設置在高爐體側壁上并與其相對應的環(huán)型管道系統(tǒng)相連接，與該環(huán)型管道系統(tǒng)相連通的支管則與所述的發(fā)電系統(tǒng)和蒸汽利用裝置相連接。進一步地，所述的環(huán)型管道系統(tǒng)由沿著高爐體側壁設置的導管，將所有導管的上端串接起來使其形成一個圓環(huán)的上導管，以及將所有導管的下端串接起來使其形成一個圓環(huán)的下導管組成；每層超導環(huán)型換熱環(huán)的數(shù)量和位置均與與之相對應的環(huán)行管道系統(tǒng)中的導管相對應，且每個超導環(huán)型換熱環(huán)均穿過與其相對應的導管并與其固定相連。為了較好的實現(xiàn)本發(fā)明，所述超導環(huán)型換熱環(huán)呈矩形狀，且位于澆注固化體內(nèi)部一側的管壁上還設有由低碳鋼Q235制成的環(huán)行翅片，同時在該超導環(huán)型換熱環(huán)的內(nèi)部還填充有由水、奈、鈉或鉀，或其任意組合混合而成的超導換熱介質(zhì)。其中，所述的澆注固化體通過一次澆注成型或分段分環(huán)預制拼裝而成，而所述的耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料則由重量百分比為8%的莫來石、65%的鋼玉顆粒、1%的鋯鋁質(zhì)顆粒、洲的鋼纖維、20%的礬土水泥、長10 25mm麻質(zhì)纖維絲Ig/m3，以及余量為粘土粉及小于5mm的高鋁質(zhì)火泥粉構成。所述的蒸汽利用裝置包括一端與各層的上導管或下導管相連通、另一端經(jīng)支管順次與除氧器和減溫器連接的汽包，連接在發(fā)電系統(tǒng)與頂層的環(huán)型管道系統(tǒng)中的下導管之間的軟水箱，以及連接在高爐體爐腰處的下導管與減溫器之間的集汽箱；所述的減溫器還通過支管分別與高爐體爐頂和爐座處的上導管相連通；發(fā)電系統(tǒng)也經(jīng)支管與汽包相連接。所述的發(fā)電系統(tǒng)包括與高爐體爐座處的上導管相連接的汽輪機和冷凝器，用于吸收并重復利用該冷凝器所排放余熱的余熱制冷機組，與該余熱制冷機組相連接的蒸汽、水混合加熱器，以及連接在余熱制冷機組與蒸汽、水混合加熱器之間的高爐基墩水冷管，所述的蒸汽、水混合加熱器經(jīng)支管與汽包相連接。所述超導環(huán)型換熱環(huán)的環(huán)行面與上導管相聯(lián)接處的軸線的切線垂直，且該超導環(huán)型換熱環(huán)穿過該導管后，其相貫部分采用滿焊無缺陷焊接方式將該超導環(huán)型換熱環(huán)固定在上導管和下導管上。同時，在沿著高爐體的爐壁上還設有用于支撐環(huán)型管道系統(tǒng)的支架，在與澆注固化體相接觸的所有表面都包覆有蠟紙，而在高爐體的爐腹和爐腰部位的爐壁鐵殼內(nèi)表面還設置有高溫無石棉硅鈣板。所述超導環(huán)型換熱環(huán)與澆注固化體形成一個整體結構，且該澆注固化體的整體高度為超導環(huán)型換熱環(huán)高度上下各延伸250 士 25mm;同時，在高爐體的側壁與所有澆注固化體的接觸面均以2層1. 5mm的聚氯乙烯板夾及3mm厚的硅酸鋁纖維板所形成的復合結構縫隔開。同時，在澆注固化體的內(nèi)部還設置用于采集其內(nèi)部溫度以及距離高爐體爐壁 100mm,250mm及350mm處溫度，并以該溫度作為目標控制值，以滿足汽輪機蒸汽參數(shù)需求及高爐體側壁溫度不高于50°C的溫度傳感器。所述軟水箱的軟水進口溫度為控制余熱制冷機生產(chǎn)冷水的目標值，并與冷凝器的真空度相適應，并保持恒定。所述的高爐各段溫度帶，設置一個與之相適應的溫度及換熱極限的換熱帶，設置相應的壓力保護和壓力監(jiān)測裝置，防止壓力過高產(chǎn)生暴管和漏水，一旦出現(xiàn)壓力或溫度過高，可以自動打直通水閥，防止干鍋事故。本發(fā)明較現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及有益效果
(1)本發(fā)明設計非常合理，不僅結構簡單、層次分明、實現(xiàn)方便、自動化程度高，而且還能有效的降低人工調(diào)節(jié)失誤，能有效的降低人力成本。同時，本發(fā)明無須再另行設置冷卻塔，不僅可以有效節(jié)約電能，同時也可以降低冷卻水用量，降低運行成本。(2)本發(fā)明通過內(nèi)嵌在高爐體側壁上的超導環(huán)型換熱環(huán)和與之相對應的環(huán)型管道系統(tǒng)來集中導出換熱后的熱水，因此增大了換熱強度、提高了換熱效率與冷卻效率，并且使傳統(tǒng)的冷卻水溫度從40°C提高到了 250°C，從而使冷卻熱的利用成為了可能。(3)本發(fā)明設置在高爐體冷卻系統(tǒng)爐壁外的管路比傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)管路減少了近 90%，而且爐殼開孔的數(shù)量也只有傳統(tǒng)冷卻工藝開孔數(shù)量的2 5%，不僅有效的減小了熱損失，而且有利于高爐爐壁的保溫，從而徹底改變了高爐外殼無法進行保溫的現(xiàn)狀，從本質(zhì)上改善了爐壁散熱。(4)本發(fā)明充分的利用冷卻水的勢能來促使發(fā)電系統(tǒng)的進水自動循環(huán)，加之采用由碳鋼材料制成的超導環(huán)型換熱環(huán)來實現(xiàn)熱能交換，因此本發(fā)明不僅能充分的利用冷卻水的勢能，提高換熱效率，而且還能避免冷卻水勢能的浪費，比傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)減少了 95%的循環(huán)水用量。(5)本發(fā)明在超導環(huán)型換熱環(huán)的外壁設有環(huán)行翅片和蠟紙，因此既能降低超導環(huán)型換熱環(huán)的滲碳現(xiàn)象，又能阻擋75%以上的炭滲透，從而有效的降低了冷卻管道的滲炭脆裂，使得其使用壽命提高了兩倍以上。同時，由于環(huán)行翅片的使用，使得本發(fā)明的高爐內(nèi)襯抗沖刷性能比現(xiàn)有系統(tǒng)提高5倍以上。(6)本發(fā)明能有效的降低高爐側壁的厚度，使其降低到450mm左右，較傳統(tǒng)的高爐爐壁厚度降低了 2倍之多。同時，本發(fā)明還能增加高爐的容積，從而進一步的提高高爐的利用系數(shù)，使高爐產(chǎn)能提高，降低單位能耗。(7)本發(fā)明在與超導環(huán)型換熱環(huán)聯(lián)接的導管的末端連接有蒸汽利用裝置和發(fā)電裝置，因此可以利用高爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量來生產(chǎn)蒸汽，進而在實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的同時使高爐冷卻余熱得到有效利用。(8)本發(fā)明所涉及的設備及連接件，90%在工廠內(nèi)預先制造好，現(xiàn)場安裝量非常少， 只有約m的焊縫需在現(xiàn)場施工，不僅縮短了工期，而且還能保證質(zhì)量。(9)本發(fā)明采用的發(fā)電系統(tǒng)、配套的余熱制冷機組及相關聯(lián)接方法有效的提高了余熱發(fā)電效率，將高爐水冷余熱利用率提高到90%左右，算上傳統(tǒng)冷卻塔能耗，本發(fā)明的余熱發(fā)電效率提高了一倍以上，提高了整個高爐煉鐵行業(yè)的余熱利用水平。


圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖。圖2為超導環(huán)型換熱環(huán)與套管連接時的結構示意圖。圖3為本發(fā)明的環(huán)型管道系統(tǒng)結構示意圖。圖4為圖3所示的局部剖面結構示意圖。其中，附圖中的附圖標記名稱分別為
1 一高爐體，2 —超導環(huán)型換熱環(huán)，31 —上導管，32 —下導管，33 —套管，4 一半圓形溝槽，5 —高溫無石棉硅鈣板，6 —軟水箱，7 —除氧器，8 —減溫器，9 一集汽箱，10 一澆注固化體，11 一環(huán)行翅片，12 一發(fā)電系統(tǒng)，13 一汽包，14 一余熱制冷機組，15 一冷凝器，16 一汽輪機，17 一高爐基墩水冷管，18 一蒸汽、水混合加熱器。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 實施例如圖1 3所示，本發(fā)明的高爐體1同傳統(tǒng)的高爐一樣，分為爐身、爐腹、爐腰和爐座四個部分。本發(fā)明沿著高爐體1的側壁分層環(huán)繞式的設有一個以上的超導環(huán)型換熱環(huán)2， 即這些超導環(huán)型換熱環(huán)2沿著高爐體1的爐身、爐腹、爐腰和爐座設置，并將整個高爐體1 的側壁表面全部覆蓋住。每圍繞著高爐體1側壁的一圈即為一層，且位于同一層上的所有超導環(huán)型換熱環(huán)2的中線點均處于同一平面內(nèi)，因此沿著高爐體1的側壁表面從上至下便形成有若干層的超導環(huán)型換熱環(huán)2。為了確保余熱交換效果，在每個超導環(huán)型換熱環(huán)2上都設有一個由耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料所形成的澆注固化體10，且每個超導環(huán)型換熱環(huán)2均與其澆注固化體10形成一個整體。相應地，在高爐體1的側壁上也設有與每個超導環(huán)型換熱環(huán)2相對應的接縫，安裝時，每個超導環(huán)型換熱環(huán)2均通過其澆注固化體10內(nèi)嵌在高爐體1的側壁的內(nèi)襯上。考慮到要最大程度的降低施工時間以及確保有效的熱交換效率，因此所述的澆注固化體10可以通過一次澆注成型的方式來實現(xiàn)，也可以采用分段分環(huán)預制拼裝的方式來實現(xiàn)。當采用分段分環(huán)預制拼裝時，豎接縫為爐內(nèi)側60mm爐外側80mm，接縫采用耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料在爐內(nèi)澆注從而形成澆注固化體10。澆注前在預制側加設6mm硅酸鋁纖維板并用水玻璃混合粘結火泥將其粘在預制側已成形的澆注固化體10上。另外，在高爐體1的側壁與超導環(huán)型換熱環(huán)2接觸的澆注固化體10的表面間的耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料內(nèi)還摻加了碳素纖維，以便充分利用碳素纖維在生產(chǎn)后形成的孔隙來提高本發(fā)明的熱脹、冷縮能力，為高爐側壁的壽命起到了關鍵作用。安裝時，該澆注固化體10整體結構的高度要為超導環(huán)型換熱環(huán)2的高度上下各延伸250士25mm ；高爐體1側壁接縫與該澆注固化體10的上下接觸面之間以及澆注固化體10 與其它部位相連的水平面處均以2層1. 5mm的聚氯乙烯板夾3mm厚的硅酸鋁纖維板(耐火度為1350°C )形成的復合結構縫隔開，該復合結構縫的整體厚度為6士 1mm，采用水平對接， 對接縫采用封箱膠帶密封嚴密、牢固，以澆注振搗不發(fā)生滲漿或?qū)用摽p為準。
所述澆注固化體10的結合面必須以耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料的原漿找平，在初凝前鋪本權利要求所述的復合結構縫層，使其與澆注料全部緊貼，而該緊貼質(zhì)量則與采用一次澆注成形的澆注固化體10所產(chǎn)生的不均勻膨脹裂紋有關，該不均勻膨脹裂紋會在高爐開爐后形成，并以不超過1. 5mm寬度為宜，并與超過時應刷含5%鉀水玻璃及 75%A1203的高鋁火泥漿補縫。而耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料為本發(fā)明的余熱交換和利用提供了極大的作用，其主要由重量百分比為8%的莫來石、65%的鋼玉顆粒(粒徑8 15mm主要是AL203)、 1%的鋯鋁質(zhì)顆粒(粒徑5 lOmm)、^)的鋼纖維(直徑0. 5mm長30mm的Q235鋼絲)、20%的礬土水泥、長10 25mm麻質(zhì)纖維絲Ig/m3，以及余量為粘土粉及小于5mm的高鋁質(zhì)火泥粉混合而成。其中，所述的麻質(zhì)纖維絲不占耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料的百分比重，即該耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料的組分為8%的莫來石、65%的鋼玉顆粒(粒徑8 15mm 主要是AL203)、1%的鋯鋁質(zhì)顆粒(粒徑5 10mm)、2%的鋼纖維(直徑0. 5mm長30mm的Q235 鋼絲)、20%的礬土水泥以及余量為粘土粉及小于5mm的高鋁質(zhì)火泥粉，而添加的麻質(zhì)纖維絲則按整個耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料的重量來配置，即每立方米的耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料添加Ig的長10 25mm麻質(zhì)纖維絲即可。由于麻質(zhì)纖維絲在耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料投入生產(chǎn)過程當中會被燒掉并形成空隙，同時由于鋼纖維的連接作用，因此會使耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料燒結成形后而形成彈性結構，具有很強的抗熱震性能，能吸收熱脹和冷縮，有效克服了傳統(tǒng)澆注料投入生產(chǎn)使用后易發(fā)生反復熱膨脹后碎裂或冷縮后形成較大裂縫，有效提高了高爐內(nèi)襯耐火材料的壽命。為了充分吸收超導環(huán)型換熱環(huán)2的熱量，因此在高爐體1的側壁上設有數(shù)量和位置均與每層的超導環(huán)型換熱環(huán)2相對應的環(huán)型管道系統(tǒng)，即有幾層超導環(huán)型換熱環(huán)2，便對應有幾層環(huán)型管道系統(tǒng)。如圖3所示，每層環(huán)型管道系統(tǒng)均由沿著高爐體1側壁設置的若干條的套管33、上導管31和下導管32構成。根據(jù)實際情況，該套管33由兩個由PVC、Pra或金屬材料制作而成的三通件和一根直管形成一個整體，即兩個三通分別固定在直管的兩端并使其內(nèi)部相連通。套管33的中心軸線與高爐體1的中心軸線平行，而上導管32則將所有套管33的上端串接起來并使其形成一個圓環(huán)，所有的下導管33則將所有套管33的下端串接起來，也使其形成一個圓環(huán)，從而使得每個環(huán)型管道系統(tǒng)均為一個彼此之間相互連通的獨立的整體。每層超導環(huán)型換熱環(huán) 2的數(shù)量和位置均與與之相對應的環(huán)行管道系統(tǒng)中的套管33的數(shù)量和位置相對應，即一個超導環(huán)型換熱環(huán)2便對應一個套管33。超導環(huán)型換熱環(huán)2為本發(fā)明最為核心的部件，其由低碳鋼制作成環(huán)狀，且在其內(nèi)部填充有由水、奈、鈉或鉀，或其任意組合混合而成的超導換熱介質(zhì)。為了確保超導環(huán)型換熱環(huán)2內(nèi)部的超導換熱介質(zhì)能迅速的進行熱能交換，因此該超導環(huán)型換熱環(huán)2的整體形狀優(yōu)先制作呈矩形狀。同時，內(nèi)嵌在澆注固化體10內(nèi)部的超導環(huán)型換熱環(huán)2的管壁上還設有一個以上的由低碳鋼Q235制成的環(huán)行翅片11。該環(huán)形翅片11的厚度為20士 1mm，外徑為150士 10mm，其內(nèi)徑要比超導環(huán)型換熱環(huán)2的外徑大10mm，并與超導環(huán)型換熱環(huán)2雙面滿焊焊接，而焊接質(zhì)量則與吸收滲炭、超導環(huán)型換熱環(huán)2實現(xiàn)超導換熱效率及其使用壽命提高有關。環(huán)型翅片11的外徑與高爐內(nèi)表面的距離為爐身部位70士20mm，爐腰部位100士 10mm，該距離適用于各種容積的高爐，并與高爐超導冷卻系統(tǒng)在高爐內(nèi)表面形成保護性渣皮及其抗沖刷能力有關。由于超導環(huán)型換熱環(huán)2呈矩形狀，且其只有具有環(huán)形翅片11 一側的管道通過澆注固化體10內(nèi)嵌在高爐體1的側壁內(nèi)襯上，因此該超導環(huán)型換熱環(huán)2還有一側的管道是外露在高爐體1的側壁之外的，而該外露側的管道則要穿過與其相對應的套管33，從而使得每個超導環(huán)型換熱環(huán)2均與所述的型管道系統(tǒng)連接在一起。為了確保熱交換效率，因此本發(fā)明還在環(huán)型換熱管2與套管33的相貫部分采用了滿焊無缺陷焊接方式進行焊接，從而使得每個超導環(huán)型換熱環(huán)2均能固定在上導管31和下導管32上，以形成圖3所示的整體結構。 同時，每個超導環(huán)型換熱環(huán)2的環(huán)行面均必須與上導管31或下導管32的切線垂直。超導環(huán)型換熱環(huán)2與導管33相貫時的剖面結構如圖4所示，為了確保超導環(huán)型換熱環(huán)2中超導換熱介質(zhì)所吸收的熱能與及時能有效地與流經(jīng)導管33中的工質(zhì)進行熱交換， 因此在導管33的管道內(nèi)壁上還設有若干條平行設置的半圓形溝槽4。本發(fā)明將超導環(huán)型換熱環(huán)2分為預熱段、蒸發(fā)段、低溫過熱段和高溫過熱段四部分，為了提高換熱面積和換熱效果，上述預熱段、蒸發(fā)段、低溫過熱段和高溫過熱段均有大部分結構內(nèi)嵌在高爐體1的側壁內(nèi)，而位于高爐體1側壁外部的部分則通過一根導管連通， 以保證冷卻水從給水泵送入導管后，能夠順利流動至最下端的蒸汽利用裝置內(nèi)。為了便于固定環(huán)型管道系統(tǒng)，因此沿著高爐體1的側壁上每隔4500mm便設一處與高爐爐殼焊接固定三角形支架，每隔900mm設一處三角形活動支架支撐上導管31。同時在套管33上還設有一個水平管，且該水平管的內(nèi)徑、外徑、壁厚及長度與高爐的容積和所在的高爐水平溫度場有關，該水平管穿出高爐爐壁外并在與爐壁相交處雙面滿焊連接，并用耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料10將與之相應連接的管道、支架等澆注固定高爐內(nèi)襯耐火材料層內(nèi)，形成一整體結構。同時，在與澆注固化體10接觸的鋼制構、配件外還包覆 (纏繞方式包覆，之后用封箱膠帶粘牢)3 5層有0. 2mm蠟紙，該包覆厚度均勻程度及質(zhì)量均與本發(fā)明的換熱效率和整體壽命提高相關。同時，在高爐體1的爐腰及爐腹部位的爐壁鐵殼內(nèi)表面設置有高溫無石棉硅鈣板5。為了完全克服背景技術中所提到的相關技術問題，達到充分利用余熱回收的目地，本發(fā)明打破傳統(tǒng)技術的約束首次與發(fā)電系統(tǒng)12和蒸汽利用裝置結合使用，從而將傳統(tǒng)的高爐冷卻系統(tǒng)余熱不可能與發(fā)電系統(tǒng)和蒸汽利用裝置配合使用的技術問題變成了現(xiàn)實。為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用了獨特的蒸汽利用裝置和發(fā)電系統(tǒng)12，其結構如圖 1所示，該蒸汽利用裝置包括除氧器7、減溫器8、汽包13、軟水箱6和集汽箱9。所述汽包 13的一端與各層的上導管31或下導管32相連通，其另一端經(jīng)支管后則順次與除氧器7和減溫器8相連接，軟水箱6的一端與發(fā)電系統(tǒng)12相連接，另一端則與高爐體1爐身處的環(huán)型管道系統(tǒng)中的下導管32相連接。所述的集汽箱9則連接在高爐體1爐腰處的下導管32 與減溫器8之間，且減溫器8也通過支管分別與高爐體1爐身處的上導管31和爐座處的上導管31相連通。而發(fā)電系統(tǒng)12則包括余熱制冷機組14、冷凝器15、汽輪機16、高爐基墩水冷管17 和蒸汽、水混合加熱器18。其中，汽輪機16和冷凝器15與高爐體1爐座處的上導管31相連接，而余熱制冷機組14則用于吸收并重復利用該冷凝器15所排放余熱的，蒸汽、水混合加熱器18與該余熱制冷機組14相連接，而高爐基墩水冷管17則連接在余熱制冷機組14與蒸汽、水混合加熱器18之間。所述的蒸汽、水混合加熱器18則經(jīng)支管與汽包13相連接。本發(fā)明的蒸汽利用裝置、發(fā)電系統(tǒng)12及環(huán)型管道系統(tǒng)中所有參與高爐冷卻的工質(zhì)均為軟水，即都是通過軟水箱6進行軟化的，以確保各管道系統(tǒng)內(nèi)部不會產(chǎn)生水垢，從而影響高爐的冷卻效果。其中，蒸汽利用裝置中軟水箱6的軟水進口溫度成為控制余熱制冷機14生產(chǎn)冷水的目標值，且與冷凝器15的真空度相適應，并保持恒定。而設置在澆注固化體10內(nèi)部的溫度傳感器則主要用于采集其內(nèi)部溫度以及距離高爐體1爐壁100mm、250mm 及350mm處的溫度，整個系統(tǒng)以該溫度作為目標控制值，從而控制汽輪機16的蒸汽參數(shù)，并確保高爐體1側壁溫度不高于50°C。運行時，本發(fā)明的工質(zhì)在整個回收系統(tǒng)的上部為液態(tài)，下部為汽態(tài)，且該液態(tài)液位高度產(chǎn)生的壓力與本系統(tǒng)與高爐煉鐵所需的冷卻強度自適應地保持換熱平衡，并與降低高爐煉鐵焦比、減少冷卻水消耗量和降低循環(huán)水泵的功率相關。為了確保效果，本發(fā)明在高爐體1容積小于450m3時，在高爐體1爐壁的外殼采用外保溫，保溫層表面溫度不高于40°C ； 而當高爐體1容積大于450m3時，由于高爐體1的爐身高度增加，因此為了確保蒸汽能有效的進行循環(huán)，本發(fā)明還需要增加一個以上的蒸汽循環(huán)系統(tǒng)，每個蒸汽循環(huán)系統(tǒng)均由超導環(huán)型換熱環(huán)2、上導管31、下導管32、套管33及環(huán)行翅片11組成，且每個蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的高度滿足可以設置為超導環(huán)型換熱環(huán)2層數(shù)的4倍最小公倍數(shù)層，同時在高爐體1爐壁的鐵殼內(nèi)用耐熱建筑膠粘貼導熱系數(shù)低于0. 006W/(m.k)、剩余抗壓強度0. 4MPa、最高工作溫度為 1000°C的高溫無石棉硅酸鈣板的形式進行絕熱保溫，保溫層厚度為50mm保溫層，以保證整體的節(jié)能效果，并進一步的降低高爐煉焦比。按此方式連接后，設置在高爐體1側壁上的超導環(huán)型換熱環(huán)2便可以隨時吸取高爐生產(chǎn)時所產(chǎn)生的熱能，并通過環(huán)型管道系統(tǒng)和汽包13來與外部的冷卻水進行熱交換，最后高溫的冷卻水在通過上述的蒸汽利用裝置和發(fā)電系統(tǒng)12充分利用其熱能，實行節(jié)能的目的。如上所述，便可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。
權利要求
1.一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，主要由高爐體(1)、發(fā)電系統(tǒng)(12)和蒸汽利用裝置構成，其特征在于沿著該高爐體(1)的側壁分層環(huán)繞式的設有一個以上的超導環(huán)型換熱環(huán)(2)，而在每個超導環(huán)型換熱環(huán)(2)上都設有由耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料所形成的澆注固化體(10)，每個超導環(huán)型換熱環(huán)(2)均通過該澆注固化體(10)內(nèi)嵌在高爐體(1)側壁的內(nèi)襯上；且每一層所有的超導環(huán)型換熱環(huán)(2)均與設置在高爐體(1)側壁上并與其相對應的環(huán)型管道系統(tǒng)相連接，與該環(huán)型管道系統(tǒng)相連通的支管則與所述的發(fā)電系統(tǒng) (12)和蒸汽利用裝置相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的環(huán)型管道系統(tǒng)由沿著高爐體(1)側壁設置的導管(33)，將所有導管(33)的上端串接起來使其形成一個圓環(huán)的上導管(31)，以及將所有導管(33)的下端串接起來使其形成一個圓環(huán)的下導管(32)組成；每層超導環(huán)型換熱環(huán)(2)的數(shù)量和位置均與與之相對應的環(huán)行管道系統(tǒng)中的導管(33)相對應，且每個超導環(huán)型換熱環(huán)(2)均穿過與其相對應的導管(33)并與其固定相連。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述超導環(huán)型換熱環(huán)(2)呈矩形狀，且位于澆注固化體(10)內(nèi)部一側的管壁上還設有由低碳鋼 Q235制成的環(huán)行翅片(11)，同時在該超導環(huán)型換熱環(huán)(2)的內(nèi)部還填充有由水、奈、鈉或鉀，或其任意組合混合而成的超導換熱介質(zhì)。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的澆注固化體(10)通過一次澆注成型或分段分環(huán)預制拼裝而成，而所述的耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料則由重量百分比為8%的莫來石、65%的鋼玉顆粒、1%的鋯鋁質(zhì)顆粒、洲的鋼纖維、20%的礬土水泥、長10 25mm麻質(zhì)纖維絲Ig/m3，以及余量為粘土粉及小于5mm的高鋁質(zhì)火泥粉構成。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的蒸汽利用裝置包括一端與各層的上導管(31)或下導管(32)相連通、另一端經(jīng)支管順次與除氧器(7)和減溫器(8)相連接的汽包(13)，連接在發(fā)電系統(tǒng)(12)與頂層的環(huán)型管道系統(tǒng)中的下導管(32)之間的軟水箱(6)，以及連接在高爐體(1)爐腰處的下導管(32)與減溫器(8) 之間的集汽箱(9);所述的減溫器(8)還通過支管分別與高爐體(1)爐頂和爐座處的上導管 (31)相連通；發(fā)電系統(tǒng)(12)也經(jīng)支管與汽包(13)相連接。
6.根據(jù)權利要求5所述一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)電系統(tǒng)(12)包括與高爐體(1)爐座處的上導管(31)相連接的汽輪機(16)和冷凝器(15)，用于吸收并重復利用該冷凝器(15)所排放余熱的余熱制冷機組(14)，與該余熱制冷機組(14) 相連接的蒸汽、水混合加熱器(18)，以及連接在余熱制冷機組(14)與蒸汽、水混合加熱器 (18)之間的高爐基墩水冷管(17)，所述的蒸汽、水混合加熱器(18)經(jīng)支管與汽包(13)相連接。
7.根據(jù)權利要求2所述的一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述超導環(huán)型換熱環(huán)(2)的環(huán)行面與上導管(31)相聯(lián)接處的軸線的切線垂直，且該超導環(huán)型換熱環(huán) (2)穿過該導管(33)后，其相貫部分采用滿焊無缺陷焊接方式將該超導環(huán)型換熱環(huán)(2)固定在上導管(31)和下導管(32)上。
8.根據(jù)權利要求2、4、5、6或7所述的一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于在沿著高爐體(1)的側壁上還設有用于支撐環(huán)型管道系統(tǒng)的支架，且在與澆注固化體(10) 相接觸的所有表面都包覆有蠟紙；同時，在高爐體(1)的爐腹和爐腰部位的爐壁鐵殼內(nèi)表面還設置有高溫無石棉硅鈣板(5 )。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述超導環(huán)型換熱環(huán)(2)與澆注固化體(10)形成一個整體結構，且該澆注固化體(10)的整體高度為超導環(huán)型換熱環(huán)(2)高度上下各延伸250士25mm;同時，在高爐體(1)的側壁與所有澆注固化體(10)的接觸面均以2層1. 5mm的聚氯乙烯板夾及3mm厚的硅酸鋁纖維板所形成的復合結構縫隔開。
10.根據(jù)權利要求6所述的一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于在澆注固化體(10)的內(nèi)部還設置用于采集其內(nèi)部溫度以及距離高爐體(1)爐壁100mm、250mm及 350mm處溫度，并以該溫度作為目標控制值，以滿足汽輪機(16)蒸汽參數(shù)需求及高爐體(1) 側壁溫度不高于50°C的溫度傳感器；同時，所述軟水箱(6)的軟水進口溫度為控制余熱制冷機(14)生產(chǎn)冷水的目標值，并與冷凝器(15)的真空度相適應，并保持恒定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高爐超導冷卻與余熱發(fā)電系統(tǒng)，主要由高爐體(1)、發(fā)電系統(tǒng)(12)和蒸汽利用裝置構成，其特征在于沿著該高爐體(1)的側壁分層環(huán)繞式的設有一個以上的超導環(huán)型換熱環(huán)(2)，而在每個超導環(huán)型換熱環(huán)(2)上都設有由耐磨抗熱震抗?jié)B炭彈性耐火澆注料所形成的澆注固化體(10)，每個超導環(huán)型換熱環(huán)(2)均通過該澆注固化體(10)內(nèi)嵌在高爐體(1)側壁的內(nèi)襯上等特征。本發(fā)明通過內(nèi)嵌在高爐體側壁上的超導環(huán)型換熱環(huán)和與之相對應的環(huán)型管道系統(tǒng)來集中導出換熱后的熱水，因此增大了換熱強度、提高了換熱效率與冷卻效率，并且使傳統(tǒng)的冷卻水溫度從40℃提高到了250℃，再經(jīng)兩次應用超導換熱環(huán)過熱到400℃，從而使冷卻余熱可以實施發(fā)電利用。
文檔編號C21B7/10GK102382914SQ20111032172
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權日2011年10月21日
發(fā)明者王蓉 申請人:成都中冶節(jié)能環(huán)保工程有限公司