具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统

摘要

本发明公开了一种具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统，包括加热炉、余热回收器、过热器、汽轮机、发电机、凝汽器和在加热炉尾部沿着烟气流向布置多个第一热管，第一热管的蒸发端与加热炉烟道相连通，第一热管的冷凝端连接至余热回收器中，余热回收器内设置有工质，工质出口流道连接至过热器的入口，过热器的出口接至汽轮机，汽轮机的输出轴与发电机相连，汽轮机的工质通道出口与凝汽器入口相连，凝汽器的出口管道上设有泵，泵连通至余热回收器的工质入口流道；第一热管的外表面配置高密度多层多列的线状折弯换热件。由此，通过第一热管、汽轮机和发电机大大提高了加热炉余热的利用效率，节约能源，绿色环保。

权利要求

1.具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统，其特征在于，包括加热炉(1)、余热回收器(2)、过热器(5)、汽轮机(6)、发电机(7)、凝汽器(8)和在加热炉(1)尾部沿着烟气流向布置多个第一热管(3)，所述第一热管(3)的蒸发端与加热炉(1)烟道相连通，所述第一热管(3)的冷凝端连接至余热回收器(2)中，余热回收器(2)内设置有工质，所述余热回收器(2)设置有工质入口流道(201)和工质出口流道(202)，所述工质出口流道(202)连接至过热器(5)的入口，所述过热器(5)的出口接至汽轮机(6)，所述汽轮机(6)的输出轴与发电机(7)相连，所述汽轮机(6)内设有工质通道，所述汽轮机(6)的工质通道出口与凝汽器(8)入口相连，所述凝汽器(8)的出口管道上设有泵(9)，所述泵(9)连通至余热回收器(2)的工质入口流道(201)；

所述第一热管(3)的蒸发端和冷凝端的外表面均配置高密度多层多列的线状折弯换热件(4)，所述线状折弯换热件(4)由一根金属丝经过四次折弯形成第一折弯部(401)、第二折弯部(402)、第三折弯部(403)、第四折弯部(404)和第五折弯部(405)，所述线状折弯换热件(4)通过第一折弯部(401)和第五折弯部(405)与所述第一热管(3)的外表面焊接，所述第一折弯部(401)和第五折弯部(405)沿着所述第一热管(3)纵向焊接，所述每层线状折弯换热件(4)的第三折弯部(403)上焊有不锈钢圈(406)，所述不锈钢圈(406)将同一层的线状折弯换热件(4)抱箍住。

2.根据权利要求1所述的具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统，其特征在于，所述第一热管(3)具体为锂-钨热管，其内部的工作介质为液态锂。

3.根据权利要求1所述的具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统，其特征在于，所述余热回收器(2)内的工质具体为有机非共沸混合工质。

说明书

具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及余热余能回收利用领域，特别涉及一种具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统。

背景技术

[0002] 钢铁企业轧钢加热炉作为能耗大户直接影响着企业的生产成本。一般加热炉作为一种加热设备的热效率普遍在30％左右，能耗高、能源利用水平低，造成了大量的能源浪费。因此，回收加热炉余热既有很好的经济效益又有一定的环境效益。

[0003] 目前，钢铁企业多采用汽化冷却步进梁式加热炉，一般燃料为混合煤气，排烟方式为自然排烟，排烟温度一般在900摄氏度左右。而现有技术中的余热回收效率一般较低。

发明内容

[0004] 为了解决上述问题，本发明提供一种具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统。

[0005] 根据本发明的一个方面，提供了一种具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统，包括加热炉、余热回收器、过热器、汽轮机、发电机、凝汽器和在加热炉尾部沿着烟气流向布置多个第一热管，第一热管的蒸发端与加热炉烟道相连通，第一热管的冷凝端连接至余热回收器中，余热回收器内设置有工质，余热回收器设置有工质入口流道和工质出口流道，工质出口流道连接至过热器的入口，过热器的出口接至汽轮机，汽轮机的输出轴与发电机相连，汽轮机内设有工质通道，汽轮机的工质通道出口与凝汽器入口相连，凝汽器的出口管道上设有泵，泵连通至余热回收器的工质入口流道；

[0006] 第一热管的蒸发端和冷凝端的外表面均配置高密度多层多列的线状折弯换热件，线状折弯换热件由一根金属丝经过四次折弯形成第一折弯部、第二折弯部、第三折弯部、第四折弯部和第五折弯部，线状折弯换热件通过第一折弯部和第五折弯部与第一热管的外表面焊接。

[0007] 其有益效果是，加热炉排出高温烟气，高温烟气经过第一热管的蒸发端，第一热管的蒸发端经过高温烟气的加热后启动，第一热管进入工作状态，开始向冷凝端传热，第一热管的冷凝端浸没在余热回收器内部的工质中，第一热管的冷凝端向工质提供热量，加热后的工质被输送到过热器，由于工质的沸点低、经过过热器加热后发生相变，由高温液态变成高温高压气态，以此推动汽轮机工作，汽轮机的输出轴与发电机相连，从而带动发电机发电，高温高压气态工质经做功推动汽轮机工作后，气态工质的温度和压强都会降低，但仍具有较高的温度，变成了高温低压气态工质，为了使汽轮机两端获得高压强差，汽轮机的工质通道出口与凝汽器入口相连，通过凝汽器内部真空的强劲吸力可以使得蒸汽以最高速度冲刷汽轮机的叶片，达到蒸汽焓降最大化，如此可以大大增加汽轮机的效率，从而提高发电机的发电量，凝汽器的出口管道上设有泵，泵连通至余热回收器的工质入口流道，通过泵输送液态工质至余热回收器，使得工质得到循环使用，使得整个系统能够不断循环使用；考虑到加热炉排出的高温烟气和第一热管内的工作介质对管壁换热系数不一样，第一热管内的工作介质的换热系数一般都很高，而第一热管蒸发端外侧流动的烟气，其换热系数一般较低，两者相差几十倍甚至上百倍，这样烟气侧换热系数低，换热能力低，限制了传热量的提高，本发明中，第一热管的外表面设置高密度的线状折弯换热件，线状折弯换热件制作简单，线状折弯换热件通过第一折弯部和第五折弯部与第一热管焊接，使得在线状折弯换热件与第一热管之间的连接更加稳固，线状折弯换热件不易从第一热管上松脱，高密度的线状折弯换热件使得第一热管的实际传热面积将大大提高，解决了烟气侧换热“瓶颈”，第一热管的传热效果将大大增加，能够大大提高第一热管的传热量，进一步提高本发明的余热利用效率，节约能源，绿色环保。

[0008] 在一些实施方式中，第一折弯部和第五折弯部沿着第一热管纵向焊接，每层线状折弯换热件的第三折弯部上焊有不锈钢圈，不锈钢圈将同一层的线状折弯换热件抱箍住。

[0009] 其有益效果是，每层线状折弯换热件的第三折弯部上焊有不锈钢圈，不锈钢圈将同一层的线状折弯换热件抱箍住，每层不锈钢圈再一次增加了每层的传热面积，换热效果进一步增强，换热效率更高，换热更理想，同时不锈钢圈还对同一层的线状折弯换热件起到一个稳固连接的作用。

[0010] 在一些实施方式中，第一热管具体为锂-钨热管，其内部的工作介质为液态锂。

[0011] 其有益效果是，锂-钨热管为高温热管，非常适合本发明的使用环境，尤其是锂具有很高的轴向传热密度，能进一步提高本发明的余热利用效率。

[0012] 在一些实施方式中，余热回收器内的工质具体为有机非共沸混合工质。

[0013] 其有益效果是，有机非共沸混合工质化学性质稳定、热物性优良，可以减少传热不可逆损失，提高系统效率。

附图说明

[0014] 图1为本发明一实施方式的具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统的结构示意图；

[0015] 图2为图1中所示的第一热管表面示意图；

[0016] 图3为图1中所示的第二热管表面示意图；

[0017] 图4为线状折弯换热件的结构示意图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

[0019] 图1～图4示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统。如图所示，具有垂直低阻力热管的加热炉余热发电系统，包括加热炉1、余热回收器2、过热器5、汽轮机6、发电机7、凝汽器8和在加热炉1尾部沿着烟气流向布置多个第一热管3，第一热管3的蒸发端与加热炉1烟道相连通，第一热管3的冷凝端连接至余热回收器2中，余热回收器2内设置有工质，余热回收器2设置有工质入口流道201和工质出口流道202，工质出口流道202连接至过热器5的入口，过热器5的出口接至汽轮机6，汽轮机6的输出轴与发电机7相连，汽轮机6内设有工质通道，汽轮机6的工质通道出口与凝汽器8入口相连，凝汽器8的出口管道上设有泵9，泵9连通至余热回收器2的工质入口流道201；

[0020] 第一热管3的蒸发端和冷凝端的外表面均配置高密度多层多列的线状折弯换热件4，线状折弯换热件4由一根金属丝经过四次折弯形成第一折弯部401、第二折弯部402、第三折弯部403、第四折弯部404和第五折弯部405，线状折弯换热件4通过第一折弯部401和第五折弯部405与第一热管3的外表面焊接；

[0021] 凝汽器8包括第二热管801、汽轮机乏汽腔802和冷却水腔803，汽轮机乏汽腔802和冷却水腔803通过密封隔板804分离，第二热管801的蒸发端位于汽轮机乏汽腔802内，第二热管801的冷凝端位于冷却水腔803内。

[0022] 其有益效果是，加热炉1排出高温烟气，高温烟气经过第一热管3的蒸发端，第一热管3的蒸发端经过高温烟气的加热后启动，第一热管3进入工作状态，开始向冷凝端传热，第一热管3的冷凝端浸没在余热回收器2内部的工质中，第一热管3的冷凝端向工质提供热量，加热后的工质被输送到过热器5，由于工质的沸点低、经过过热器5加热后发生相变，由高温液态变成高温高压气态，以此推动汽轮机6工作，汽轮机6的输出轴与发电机7相连，从而带动发电机7发电，高温高压气态工质经做功推动汽轮机6工作后，气态工质的温度和压强都会降低，但仍具有较高的温度，变成了高温低压气态工质，为了使汽轮机6两端获得高压强差，汽轮机6的工质通道出口与凝汽器8入口相连，通过凝汽器8内部真空的强劲吸力可以使得蒸汽以最高速度冲刷汽轮机6的叶片，达到蒸汽焓降最大化，如此可以大大增加汽轮机6的效率，从而提高发电机7的发电量，凝汽器8的出口管道上设有泵9，泵9连通至余热回收器2的工质入口流道201，通过泵9输送液态工质至余热回收器2，使得工质得到循环使用，使得整个系统能够不断循环使用；考虑到加热炉1排出的高温烟气和第一热管3内的工作介质对管壁换热系数不一样，第一热管3内的工作介质的换热系数一般都很高，而第一热管3蒸发端外侧流动的烟气，其换热系数一般较低，两者相差几十倍甚至上百倍，这样烟气侧换热系数低，换热能力低，限制了传热量的提高，本发明中，第一热管3的外表面设置高密度的线状折弯换热件4，线状折弯换热件4制作简单，线状折弯换热件4通过第一折弯部401和第五折弯部405与第一热管3焊接，使得在线状折弯换热件4与第一热管3之间的连接更加稳固，线状折弯换热件4不易从第一热管3上松脱，高密度的线状折弯换热件4使得第一热管3的实际传热面积将大大提高，解决了烟气侧换热“瓶颈”，第一热管3的传热效果将大大增加，能够大大提高第一热管3的传热量，进一步提高本发明的余热利用效率，节约能源，绿色环保；另外，过热器5出来的高温蒸汽在推动汽轮机6做功的过程中，会损失掉一部分能量，但是汽轮机6仅仅利用了高温高压蒸汽中的一小部分，进入凝汽器8的乏汽仍然包含了大量热能，利用好乏汽所内含的能量能更好的节约能源，使得能源得到充分的利用，在本发明中，凝汽器
8采用热管式凝汽器，热管具有极高的导热系数，为近超导热体，将大大提高乏汽热能的利用率，在本发明中，第二热管801的蒸发端位于汽轮机乏汽腔802内，汽轮机乏汽进入汽轮机乏汽腔802对第二热管801的蒸发端加热，乏汽经过凝汽器8后变成液态工质，由泵9输送至余热回收器2中循环使用，而第二热管801的蒸发端经过乏汽的加热后启动，第二热管801进入工作状态，开始向冷凝端传热，第二热管801的冷凝端浸没在冷却水腔803内的冷却水中，第二热管801的冷凝端向冷却水提供热量，被加热后的冷却水根据实际需要流向预定的位置，如此，进一步提高了整个系统的余热利用率。

[0023] 优选地，第一折弯部401和第五折弯部405沿着第一热管3纵向焊接，每层线状折弯换热件4的第三折弯部403上焊有不锈钢圈406，不锈钢圈406将同一层的线状折弯换热件4抱箍住。

[0024] 其有益效果是，每层线状折弯换热件4的第三折弯部403上焊有不锈钢圈406，不锈钢圈406将同一层的线状折弯换热件4抱箍住，每层不锈钢圈406再一次增加了每层的传热面积，换热效果进一步增强，换热效率更高，换热更理想，同时不锈钢圈406还对同一层的线状折弯换热件4起到一个稳固连接的作用。

[0025] 优选地，第二热管801的蒸发端和冷凝端的外表面均配置高密度多层多列的线状折弯换热件4，线状折弯换热件4由一根金属丝经过四次折弯形成第一折弯部401、第二折弯部402、第三折弯部403、第四折弯部404和第五折弯部405，线状折弯换热件4通过第一折弯部401和第五折弯部405与第二热管803的外表面焊接。

[0026] 其有益效果是，高密度的线状折弯换热件4使得第二热管801的实际传热面积将大大提高，第二热管801的传热效果将大大增加，能够大大提高第二热管801的传热量，进一步提高本发明的余热利用效率。

[0027] 优选地，第一热管3具体为锂-钨热管，其内部的工作介质为液态锂。

[0028] 其有益效果是，锂-钨热管为高温热管，非常适合本发明的使用环境，尤其是锂具有很高的轴向传热密度，能进一步提高本发明的余热利用效率。

[0029] 优选地，第二热管801具体为钾-不锈钢热管，其内部的工作介质为液态钾。

[0030] 其有益效果是，从汽轮机6出来的乏汽温度相对从过热器出来的高温蒸汽的温度较低，钾-不锈钢热管具有很高的换热率，能够满足凝汽器8环境的使用要求。

[0031] 优选地，余热回收器2内的工质具体为有机非共沸混合工质。

[0032] 其有益效果是，有机非共沸混合工质化学性质稳定、热物性优良，可以减少传热不可逆损失，提高系统效率。

[0033] 以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。