全氢罩式炉余热回收系统的制作方法
【专利摘要】全氢罩式炉余热回收系统，包括水-热烟气交换装置和热烟气-导热油交换装置，所述的水-热烟气交换装置和所述的热烟气-导热油交换装置分别安装在工厂的废气排放管上，所述的水-热烟气交换装置包括用于储存热水的储水箱、第一热交换器、第一循环加热泵、热水供应泵、供水泵；所述的热烟气-导热油交换装置包括用于储存导热油的储油箱、第二热交换器、第二循环加热泵、供油泵。本实用新型的有益效果是：充分利用废气中蕴藏的能量，降低生产过程中的蒸汽消耗，节能减排、能解决废烟气温差大的问题并能将废气热能进行有效回收利用的问题。
【专利说明】全氢罩式炉余热回收系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种全氢罩式炉余热回收系统，尤其是冶金系统的冷硬卷罩式炉 退火工艺中的余热回收系统。
【背景技术】
[0002] 在冶金系统中的冷轧行业，冷硬卷在变成真正的冷轧卷之前都需要经过一道退火 工艺，退火工艺又可以分为罩式退火和连续退火。但无论是罩退还是连退都会使用天然气， 天然气燃烧后产生的二氧化碳等废气就会被废气风机集中排放至大气中。虽然从理论上 讲，此废气不产生有毒有害物质，不会污染大气，但此废气中含有大量的热能被白白浪费， 通常，此废气的温度最高能达到200度左右，最低时候在30左右，此温度随着钢卷退火装 炉量的变化废气温度差极大，回收利用就显得十分困难，一般工厂都是直接排放。但与此同 时，作为一个冷轧厂，介质需要加热的地方又很多，需要消耗大量的蒸汽，如轧机工艺段乳 化液需要用蒸汽加热，并长期维持在50度左右的温度、清洗工艺段电解液和漂洗水也需要 用蒸汽加热，并长期维持在80度左右的水温。一方面罩式退火炉把含有大量热值的废气排 放到大气中，另一方面，需要加热的介质又在不停的消耗蒸汽能源，这与目前提倡的节能减 排格格不入。所以如何能够将罩式炉工艺段废气余热充分利用起来就显得十分必要，在降 低能源消耗的同时又能给企业带来一定的利益。
【发明内容】
[0003] 为解决目前的废弃直接排放到空气中、造成资源浪费的问题，本实用新型提出了 一种能充分利用废气中蕴藏的能量，降低生产过程中的蒸汽消耗的、能解决废烟气温差大 的问题并能将废气热能进行有效回收利用的全氢罩式炉余热回收系统。
[0004] 本实用新型所述的全氢罩式炉余热回收系统，其特征在于：包括水-热烟气交换 装置和热烟气-导热油交换装置，所述的水-热烟气交换装置和所述的热烟气-导热油交 换装置分别安装在工厂的废气排放管上，所述的水-热烟气交换装置包括用于储存热水的 储水箱、第一热交换器、第一循环加热泵、热水供应泵、供水泵，所述的储水箱上端连有配置 气动截止阀的补水管；所述的循环加热泵、热水供应泵、供水泵进水口分别与所述的储水箱 管道连接，所述的第一循环加热泵的出水口与所述的第一热交换器的入水口管道连接，所 述的第一热交换器的出水口通入所述的储水箱内；所述的热水供应泵的出水口与用户用水 管连通；所述的供水泵的出水口通过管道引致需要用到热水冲洗处；
[0005] 所述的热烟气-导热油交换装置包括用于储存导热油的储油箱、第二热交换器、 第二循环加热泵、供油泵，所述的第二循环加热泵、所述的供油泵的进口分别与所述的储油 箱管道连接，所述的第二循环加热泵的出口与所述的第二热交换器的进口连通，所述的供 油泵的出口通过管道引致需加热的用户点处，并且最终引回储油箱内；所述的第二热交换 器的出口与所述的储油箱连通。
[0006] 所述的第一热交换器与废气排放管连接处的进出风口、所述的第二热交换器与废 气排放管连接处的进出风口、与所述的第一热交换器或者第二热交换器进出风口之间的废 弃排放管内部均配有手动控制阀门，并且第一热交换器与第二热交换器进风口的迎风面处 均配有温度传感器；所述的第一热交换器的进出水口分别与储水箱的进出水口连通、所述 的第二热交换器的进出油口分别与所述的储油箱的进出油口连通。
[0007] 所述的储水箱的侧壁配有用于测定水位的第一液位计、第二液位计，其中第一液 位计用于测定储水箱内的最高水位、所述的第二液位计用于测定储水箱内的最低水位；所 述的储水箱上端设有溢流管，并且所述的溢流管的高度与第一液位计的测定的最高水位一 致。
[0008] 所述的储油箱顶部设有与储油箱内腔连通的呼吸器，所述的储油箱侧壁设有用于 测定油液位置的第三液位计。
[0009] 所述的第一热交换器和所述的第二热交换器均为三级热交换器，并且所述的第一 热交换器与所述的第二热交换器平行放置。
[0010] 所述的第一热交换器与所述的第二热交换器的烟气侧应采用翅片结构，其中，所 述的第一热交换器与所述的第二热交换器管内走水或导热油，管外流烟气。
[0011] 相邻翅片节距选择4-6mm，翅片的厚度为0. 2m的铝材质翅片。
[0012] 所述的第二循环加热泵、供油泵均为螺杆泵。
[0013] 所述的循环加热泵、热水供应泵、供水泵分别通过软连接件与所述的储水箱连接， 所述的第二循环加热泵、供油泵分别软连接件与储油箱连接，并且所述的循环加热泵、热水 供应泵、供水泵与所述的储水箱、所述的第二循环加热泵、供油泵与所述的储油箱之间均配 有手动截止阀。
[0014] 工作流程：1)水-热烟气交换装置：因烟气的温度不是始终在110°C，高的时候在 200°C，低的时候在30°C，根据出炉量的多少，温度起伏大，所以设计一个能储存水的热水 箱，容积在20M 3左右，这个容积能够满足热水用户点的需求即可。其中热水交换系统箱上 共有三台泵并列存放，分别为循环加热泵、热水供应泵、供水泵，负责整个热水箱内的热水 加热之用，因一次循环只能将水温从2°C提升至45°C，故需要多次循环加热，当热水温度到 达所有设定温度时，循环加热泵停止工作，低于设定温度时，循环加热泵开启工作，如此反 复，使储水箱中的热水维持在设定温度，考虑到当烟气温度低于箱内热水温度时，如果循环 加热泵继续运行，则会将已加热好的水温进行反向交换，使热水通过第一热交换器后迅速 下降，所以在第一热交换器的迎风面上加装一温度传感器，只有当烟气温度高于80°C时，循 环加热泵才能运转。综上所述循环加热泵的运行条件为：1、迎风口温度传感器检测到烟气 温度高于80°C。2、储水箱内液位正常，液位在低液位以上。3、储水箱内热水温度在80°C以 下。热水供应泵，负责将加热完毕的热水供应至用户点，当用户点需要热水时，此泵自动开 启，将热水供至用户点水箱，当用户点水箱高液位信号到来时，此泵停止工作。此泵的运转 的条件为：1、用户点低液位信号来到。2、热水箱内液位正常，液位在低液位以上。此泵的停 止条件为：1、用户点水箱高液位来到。2、热水箱低液位来到。供水泵为给全厂轧机、平整机 及需要用到热水冲洗的地方用。用来冲洗机架、地面等上面的油污，此泵为手动控制，根据 需要启、停。热水箱上设有自动补水阀，当热水箱上液位计检测到低液位时，补水阀门自动 打开，将水补至高液位后自动关闭。为防止热水箱补水阀门失灵，热水箱的上方设有溢流水 管，可以将多余的水排走，不会损坏热水箱。此套热水系统就可以替代工厂内需要用到蒸汽 加热的用户点。此套系统的缺点是只能供应给用户点供应固定温度的热水，而用户点的热 水温度是需要始终恒定的，随着时间的推移或用户点介质的消耗，如不进行及时的热量补 充，用户点温度是会下降的。所以为解决此问题，就要用到余热回收系统中的另一套系统， 热烟气和导热油交换系统。
[0015] 2)热烟气-导热油交换装置原理同热水交换系统区别不是很大，首先同样有一个 储油箱，用来盛放导热油，只是导热油为循环利用，无需补液管之类的。有第二循环加热泵、 供油泵均为两台螺杆泵，第二循环加热泵负责循环，将导热油通过交换器循环加热，泵启、 停条件和上一个系统一样。供油泵负责将加热好的导热油供至用户点，通过用户点的换热 器将热量用于维持用户点水温，冷却后的导热油再回到导热油箱，如此住复，就可以替代掉 用于维持用户点液体温度的蒸汽。以上所有系统的管道、箱体全部进行保温处理，以防止热 量的散失。
[0016] 此套余热回收系统主要是将虽有利用价值但烟气温度不恒定，温差巨大的废气余 热回收利用，产生热介质供给有需要用到热介质的用户点，从而达到节约、替代蒸汽的目 的，在实际使用过程中效果十分明显。
[0017] 本实用新型的有益效果是：充分利用废气中蕴藏的能量，降低生产过程中的蒸汽 消耗，节能减排、能解决废烟气温差大的问题并能将废气热能进行有效回收利用的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型的水-热烟气交换装置和的安装示意图（a代表废气口；b代表 废气出口；c代表自来水出口；d代表自来水进口）。
[0019] 图2是本实用新型的水-热烟气交换装置结构图（其中，A处液体引至第一热交 换器循环加热；B处液体引至用户热介质需要点；C处液体引至全厂轧机、平整机及需要用 到热水冲洗的地方）。
[0020] 图3是热烟气-导热油交换装置的安装示意图（e代表废气口；f代表废气出口；g 代表导热油出口；h代表导热油进口）。
[0021] 图4是本实用新型的热烟气-导热油交换装置结构图（其中，E处液体引至第二 热交换器循环加热；F处液体引至用户热介质需要点）。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图进一步说明本实用新型
[0023] 参照附图：
[0024] 本实用新型所述的全氢罩式炉余热回收系统，包括水-热烟气交换装置1和热烟 气-导热油交换装置2,所述的水-热烟气交换装置1和所述的热烟气-导热油交换装置2 分别安装在工厂的废气排放管3上，所述的水-热烟气交换装置1包括用于储存热水的储 水箱11、第一热交换器12、第一循环加热泵13、热水供应泵14、供水泵15,所述的储水箱11 上端连有配置气动截止阀112的补水管111 ;所述的循环加热泵13、热水供应泵14、供水泵 15进水口分别与所述的储水箱11管道连接，所述的第一循环加热泵13的出水口与所述的 第一热交换器12的入水口管道连接，所述的第一热交换器12的出水口通入所述的储水箱 11内；所述的热水供应泵14的出水口与用户用水管连通；所述的供水泵15的出水口通过 管道引致需要用到热水冲洗处；
[0025] 所述的热烟气-导热油交换装置2包括用于储存导热油的储油箱21、第二热交换 器22、第二循环加热泵23、供油泵24,所述的第二循环加热泵23、所述的供油泵24的进口 分别与所述的储油箱21管道连接，所述的第二循环加热泵23的出口与所述的第二热交换 器22的进口连通，所述的供油泵24的出口通过管道引致需加热的用户点处，并且最终引回 储油箱21内；所述的第二热交换器22的出口与所述的储油箱21连通。
[0026] 所述的第一热交换器12与废气排放管连接处的进出风口、所述的第二热交换器 22与废气排放管连接处的进出风口、与所述的第一热交换器或者第二热交换器进出风口之 间的废弃排放管内部均配有手动控制阀门4,并且第一热交换器12与第二热交换器22进 风口的迎风面处均配有温度传感器5;所述的第一热交换器12的进出水口分别与储水箱11 的进出水口连通、所述的第二热交换器22的进出油口分别与所述的储油箱21的进出油口 连通。
[0027] 所述的储水箱11的侧壁配有用于测定水位的第一液位计113、第二液位计114,其 中第一液位计113用于测定储水箱11内的最高水位、所述的第二液位计114用于测定储水 箱内的最低水位；所述的储水箱11上端设有溢流管115,并且所述的溢流管115的高度与 第一液位计113的测定的最高水位一致。
[0028] 所述的储油箱21顶部设有与储油箱21内腔连通的呼吸器211，所述的储油箱21 侧壁设有用于测定油液位置的第三液位计212。
[0029] 所述的第一热交换器12和所述的第二热交换器22均为三级热交换器，并且所述 的第一热交换器与所述的第二热交换器平行放置。
[0030] 所述的第一热交换器12与所述的第二热交换器22的烟气侧应采用翅片结构，其 中，所述的第一热交换器与所述的第二热交换器管内走水或导热油，管外流烟气。
[0031] 相邻翅片节距选择4-6mm，翅片的厚度为0. 2m的铝材质翅片。
[0032] 所述的第二循环加热泵23、供油泵24均为螺杆泵。
[0033] 所述的循环加热泵13、热水供应泵14、供水泵15分别通过软连接件6与所述的储 水箱11连接，所述的第二循环加热泵23、供油泵24分别软连接件5与储油箱21连接，并且 所述的循环加热泵13、热水供应泵14、供水泵15与所述的储水箱11、所述的第二循环加热 泵23、供油泵24与所述的储油箱21之间均配有手动截止阀7。
[0034] 工作流程：1)水-热烟气交换装置：因烟气的温度不是始终在110°C，高的时候在 200°C，低的时候在30°C，根据出炉量的多少，温度起伏大，所以设计一个能储存水的热水 箱，容积在20M 3左右，这个容积能够满足热水用户点的需求即可。其中热水交换系统箱上 共有三台泵并列存放，分别为循环加热泵、热水供应泵、供水泵，负责整个热水箱内的热水 加热之用，因一次循环只能将水温从2°C提升至45°C，故需要多次循环加热，当热水温度到 达所有设定温度时，循环加热泵停止工作，低于设定温度时，循环加热泵开启工作，如此反 复，使储水箱中的热水维持在设定温度，考虑到当烟气温度低于箱内热水温度时，如果循环 加热泵继续运行，则会将已加热好的水温进行反向交换，使热水通过第一热交换器后迅速 下降，所以在第一热交换器的迎风面上加装一温度传感器，只有当烟气温度高于80°C时，循 环加热泵才能运转。综上所述循环加热泵的运行条件为：1、迎风口温度传感器检测到烟气 温度高于80°C。2、储水箱内液位正常，液位在低液位以上。3、储水箱内热水温度在80°C以 下。热水供应泵，负责将加热完毕的热水供应至用户点，当用户点需要热水时，此泵自动开 启，将热水供至用户点水箱，当用户点水箱高液位信号到来时，此泵停止工作。此泵的运转 的条件为：1、用户点低液位信号来到。2、热水箱内液位正常，液位在低液位以上。此泵的停 止条件为：1、用户点水箱高液位来到。2、热水箱低液位来到。供水泵为给全厂轧机、平整机 及需要用到热水冲洗的地方用。用来冲洗机架、地面等上面的油污，此泵为手动控制，根据 需要启、停。热水箱上设有自动补水阀，当热水箱上液位计检测到低液位时，补水阀门自动 打开，将水补至高液位后自动关闭。为防止热水箱补水阀门失灵，热水箱的上方设有溢流水 管，可以将多余的水排走，不会损坏热水箱。此套热水系统就可以替代工厂内需要用到蒸汽 加热的用户点。此套系统的缺点是只能供应给用户点供应固定温度的热水，而用户点的热 水温度是需要始终恒定的，随着时间的推移或用户点介质的消耗，如不进行及时的热量补 充，用户点温度是会下降的。所以为解决此问题，就要用到余热回收系统中的另一套系统， 热烟气和导热油交换系统。
[0035] 2)热烟气-导热油交换装置原理同热水交换系统区别不是很大，首先同样有一个 储油箱，用来盛放导热油，只是导热油为循环利用，无需补液管之类的。有第二循环加热泵、 供油泵均为两台螺杆泵，第二循环加热泵负责循环，将导热油通过交换器循环加热，泵启、 停条件和上一个系统一样。供油泵负责将加热好的导热油供至用户点，通过用户点的换热 器将热量用于维持用户点水温，冷却后的导热油再回到导热油箱，如此住复，就可以替代掉 用于维持用户点液体温度的蒸汽。以上所有系统的管道、箱体全部进行保温处理，以防止热 量的散失。
[0036] 此套余热回收系统主要是将虽有利用价值但烟气温度不恒定，温差巨大的废气余 热回收利用，产生热介质供给有需要用到热介质的用户点，从而达到节约、替代蒸汽的目 的，在实际使用过程中效果十分明显。
[0037] 实施例2以我公司为例作具体说明：
[0038] 废气余热温度：100°C -200°C之间，取110°C作为设计依据，废气经过热交换系统 后温度降低至30°C (此温度按夏天最高温度计算）。因为有两根废气管道，为充分利用其 热量，特设计两种介质，一种是水，一种是导热油。水温在未交换之前设为2°C (考虑冬天 的情况），交换之后达到80°C。废气风机的额定风量为40000M3/h，实际在使用过程中，风机 前方阀门开口度固定在50%左右，压力为6001200Pa。热交换器中水的水量为：12. 5M3/ h。安装换热器现场需要两只换热器平行放置，对高度与宽度方向都有要求，量出现场所能 供的宽度最大为1.1m，高度为3m，长度方向则没有太多要求。根据以上这些要求计算所需 的换热面积大小。首先考虑两侧的换热系数如果相差很大，管内走水，管外流烟气，烟气侧 应采用翅片，根据翅片厂家提供的型号标准选择翅片，因燃烧的是天然气，翅片上积灰情况 属于无积灰或积灰轻微的场合，翅片节距选择4-6mm,此处选择5mm,考虑制造成本，无腐蚀 且烟气对翅片摩擦损失小，选择翅片的厚度为〇.2mm，铝材质。同时考虑翅片效率，翅片高 度越高效率反而会下降，按一般常规选择翅片高度为15mm。按标准选择翅片管的型号为 ： CPG ( 025 X2/55/5/l-AL)，Pt = 57mm。
[0039] -、查取在平均温度下的流体物性：平均温度=(30+110)/2 = 70°C，在此温度下 空气的物性值为：
[0040] 密度：P = 1. 06kg/m3 运动粘度 μ = 20. 1 X l(T6kg/ (m. s)
[0041] 导热系数：λ = 〇· 〇29W(m. °C )普朗特数：Pr = 0· 696
[0042] 二、计算流速：
[0043] 根据现场安装尺寸的要求，取翅片换热器迎风面积为宽 度：1.05M(横向），高度2.6米。则迎风面上的空气质量流速：G f = 40000XL 06X0.5/360(V(1.05X2.06) = 2.72kg/m2s。最窄截面积 / 迎风面积， 所谓最窄截面是指相邻两翅片管之间夹缝中的截面
【权利要求】
1. 全氢罩式炉余热回收系统，其特征在于：包括水-热烟气交换装置和热烟气-导热 油交换装置，所述的水-热烟气交换装置和所述的热烟气-导热油交换装置分别安装在工 厂的废气排放管上，所述的水-热烟气交换装置包括用于储存热水的储水箱、第一热交换 器、第一循环加热泵、热水供应泵、供水泵，所述的储水箱上端连有配置气动截止阀的补水 管；所述的循环加热泵、热水供应泵、供水泵进水口分别与所述的储水箱管道连接，所述的 第一循环加热泵的出水口与所述的第一热交换器的入水口管道连接，所述的第一热交换器 的出水口通入所述的储水箱内；所述的热水供应泵的出水口与用户用水管连通；所述的供 水泵的出水口通过管道引致需要用到热水冲洗处； 所述的热烟气-导热油交换装置包括用于储存导热油的储油箱、第二热交换器、第二 循环加热泵、供油泵，所述的第二循环加热泵、所述的供油泵的进口分别与所述的储油箱管 道连接，所述的第二循环加热泵的出口与所述的第二热交换器的进口连通，所述的供油泵 的出口通过管道引致需加热的用户点处，并且最终引回储油箱内；所述的第二热交换器的 出口与所述的储油箱连通。
2. 如权利要求1所述的全氢罩式炉余热回收系统，其特征在于：所述的第一热交换器 与废气排放管连接处的进出风口、所述的第二热交换器与废气排放管连接处的进出风口、 与所述的第一热交换器或者第二热交换器进出风口之间的废弃排放管内部均配有手动控 制阀门，并且第一热交换器与第二热交换器进风口的迎风面处均配有温度传感器；所述的 第一热交换器的进出水口分别与储水箱的进出水口连通、所述的第二热交换器的进出油口 分别与所述的储油箱的进出油口连通。
3. 如权利要求1所述的全氢罩式炉余热回收系统，其特征在于：所述的储水箱的侧壁 配有用于测定水位的第一液位计、第二液位计，其中第一液位计用于测定储水箱内的最高 水位、所述的第二液位计用于测定储水箱内的最低水位；所述的储水箱上端设有溢流管，并 且所述的溢流管的高度与第一液位计的测定的最高水位一致。
4. 如权利要求3所述的全氢罩式炉余热回收系统，其特征在于：所述的储油箱顶部设 有与储油箱内腔连通的呼吸器，所述的储油箱侧壁设有用于测定油液位置的第三液位计。
5. 如权利要求2所述的全氢罩式炉余热回收系统，其特征在于：所述的第一热交换器 和所述的第二热交换器均为三级热交换器，并且所述的第一热交换器与所述的第二热交换 器平行放置。
6. 如权利要求5所述的全氢罩式炉余热回收系统，其特征在于：所述的第一热交换器 与所述的第二热交换器的烟气侧应采用翅片结构，其中，所述的第一热交换器与所述的第 二热交换器管内走水或导热油，管外流烟气。
7. 如权利要求6所述的全氢罩式炉余热回收系统，其特征在于：相邻翅片节距选择 4-6mm，翅片的厚度为0. 2m的错材质翅片。
8. 如权利要求1所述的全氢罩式炉余热回收系统，其特征在于：所述的第二循环加热 泵、供油泵均为螺杆泵。
9. 如权利要求1所述的全氢罩式炉余热回收系统，其特征在于：所述的循环加热泵、 热水供应泵、供水泵分别通过软连接件与所述的储水箱连接，所述的第二循环加热泵、供油 泵分别软连接件与储油箱连接，并且所述的循环加热泵、热水供应泵、供水泵与所述的储水 箱、所述的第二循环加热泵、供油泵与所述的储油箱之间均配有手动截止阀。
【文档编号】F27D17/00GK204063995SQ201420450488
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】王华勇, 孙广辉, 陈新桥, 赵占伟, 阮加才 申请人:浙江龙盛薄板有限公司