一种高炉冲渣水发电设备的制作方法

本发明属于余热发电技术领域，具体涉及一种高炉冲渣水发电设备。

背景技术：

高炉冶炼能耗占整个钢铁生产能耗的59％左右，是钢铁厂第一耗能工序。高炉在冶炼过程中产生大量高温炉渣，高温炉渣经过水淬处理后是很好的水泥添加料，但在水淬处理过程中产生大量的高炉冲渣水，高炉冲渣水温度一般在75-95℃，且含有多种无机盐及水垢而难以利用，造成能源浪费。据统计每生产1t铁水就会产生约0.3-0.35t的高炉渣，每吨高炉渣含有约64kgce的热量，这些热量基本全部进入冲渣水。

我国高炉冲渣水余热利用技术还相对落后，在我国北方冬天将冲渣水用于建筑取暖，取得良好的经济效益，但在非取暖的季节以及南方的高炉冲渣水基本没有得到利用，不仅仅浪费了能源还造成了热污染。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种高炉冲渣水发电设备，解决高炉冲渣水余热浪费的问题。

本发明提供一种高炉冲渣水发电设备，该设备包括冲渣水循环系统、化学热泵循环系统和发电系统；

化学热泵循环系统，包括吸热反应器、蒸馏塔、冷凝分离器、增压机、放热反应器和再沸器；其中，吸热反应器、蒸馏塔和再沸器依次连接形成环路；蒸馏塔、冷凝分离器、增压机、放热反应器依次连接形成环路；

冲渣水循环系统，包括高炉、高温冲渣水池和低温冲渣水池，高炉、高温冲渣水池、吸热反应器和低温冲渣水池依次连接形成环路；

发电系统，用于将放热反应器中产生的热能转化为电能。

进一步地，高温冲渣水池、再沸器和低温冲渣水池依次连接形成环路。

进一步地，化学热泵循环系统还包括回热器，回热器设置在放热反应器的进出口。

进一步地，发电系统为有机朗肯循环发电系统或卡琳娜循环发电系统。

进一步地，发电系统包括蒸发器、膨胀机、发电机和冷凝器；放热反应器和蒸发器连接形成环路；蒸发器、膨胀机和冷凝器依次连接形成环路；发电机与膨胀机连接。

进一步地，发电系统的工质为r245fa。

进一步地，化学热泵循环系统循环工质为异丙醇-丙酮-氢气。

进一步地，冷凝分离器的温度范围为70-80℃，再沸器的温度范围为60-75℃。

进一步地，放热反应器的温度范围为160-200℃。

进一步地，放热反应器的温度为180℃。

本发明的有益效果是：本发明通过回收高温冲渣水中的余热，将其转化成高品位的电能，提高了高炉冲渣水的余热利用效率，减少能源浪费，并且通过化学热泵使发电效率大为提高。

进一步地，高温冲渣水池、再沸器和低温冲渣水池依次连接形成环路，通过控制经过再沸器的冲渣水的流量，来控制再沸器的温度，没有引入额外的热源，并且提高余热利用效率。

进一步地，化学热泵循环系统还包括回热器，回热器使得进出放热反应器的工质进行热交换，提高放热反应器的放热效率，以及帮助蒸馏塔完成工质分离。

附图说明

图1为本发明高炉冲渣水发电设备的示意图。

图中：1-高温冲渣水池，2-低温冲渣水池，3-吸热反应器，4-蒸馏塔，5-增压机，6-回热器，7-放热反应器，8-冷凝分离器，9-再沸器，10-工质循环泵，11-高温冲渣水水泵，12-低温冲渣水水泵，13-orc蒸发器，14-高温水循环泵，15-膨胀机，16-发电机，17-冷凝器，18-orc工质循环泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

本发明实施例的高炉冲渣水发电设备，如图1所示，包括三个首尾相接的循环系统：一是冲渣水循环系统，使高温炉渣中的热量进入冲渣水中；二是化学热泵循环系统，吸收高温冲渣水中的热量，实现低温热能回收以生产160℃-200℃的过热蒸汽；三是发电系统，以过热蒸汽进行发电；发电系统可以选用有机朗肯循环(organicrankinecycle，简称orc)或卡琳娜循环(kalinacycle，简称kc)。其具体实施过程为：

低温冲渣水经过高炉冲渣后，先进入高温冲渣水池1中，高温冲渣水温度一般在75-95℃；通过控制冲渣水的水量以及时间，可以使高温冲渣水的温度控制在80℃以上，甚至是9080℃以上。高温冲渣水泵11将高温冲渣水输送到化学热泵循环系统的吸热反应器3中，经过吸热反应器3的吸热，高温冲渣水将降温到55℃以下成为低温冲渣水，低温冲渣水返回低温冲渣水池2，通过低温冲渣水泵12再次用于高炉冲渣。

化学热泵循环系统，即图中虚线框部分，采用异丙醇-丙酮-氢气，在吸热反应器3中发生的化学反应为：

(ch3)2choh(l)→(ch3)2co(g)+h2(g)δh＝100.4kj/mol

反应生成的丙酮和氢气以及部分挥发的异丙醇一起进入蒸馏塔4。在蒸馏塔4底部有再沸器9，再沸器9的温度控制在60-75℃之间：该温度在丙酮沸点之上，使反应生成的丙酮和氢气为气态；同时该温度在异丙醇沸点之下，使挥发的异丙醇为液态。蒸馏塔4顶部有冷凝分离器8，其温度控制在70-80℃之间，使异丙醇冷凝成液态，保证丙酮为气态。蒸馏塔的作用是将丙酮和异丙醇分离，分离出的丙酮和氢气通过增压机5加压后，经过回热器6输送到放热反应器7，放热反应器7中的发生的化学反应为：

(ch3)2co(g)+h2(g)→(ch3)2choh(g)δh＝-55.0kj/mol

反应后的异丙醇气体通过回热器6冷却后进入蒸馏塔4中。因为放热反应器7的反应温度高，从放热反应器7回流的异丙醇为气体状态，回热器6的作用就是降低异丙醇的温度使之部分或者全部冷凝成液态。

从蒸馏塔4底部分离出的液态异丙醇通过工质循环泵10返回吸热反应器3。再沸器9的作用是保证进入工质循环泵10的工质不含有气体，起到气液分离器的作用。

为了避免引入额外的热源，高温冲渣水池、再沸器和低温冲渣水池依次连接形成环路，通过控制经过再沸器的冲渣水的流量，来控制再沸器的温度；冷凝器同理，只是冲渣水流向相反。

在放热反应器7中可生成160℃-200℃的高温水，优选180℃以上的高温水作为orc低温发电系统的热源，高温水通过高温循环水泵14输送到orc蒸发器13。本系统orc采用r245fa做工质，在蒸发器13中，液态r245fa变成气态r245fa，然后驱动膨胀机15带动发电机16，实现发电。出膨胀机15的气态r245fa在冷凝器17中冷凝成液态r245fa，由orc工质循环泵18送入orc蒸发器13，继续循环。

本发明的优点是：①回收高炉冲渣水的余热转化为高品位的电能；②通过化学热泵循环系统使发电效率大为提高。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种高炉冲渣水发电设备，其特征在于，该设备包括冲渣水循环系统、化学热泵循环系统和发电系统；

化学热泵循环系统，包括吸热反应器、蒸馏塔、冷凝分离器、增压机、放热反应器和再沸器；其中，吸热反应器、蒸馏塔和再沸器依次连接形成环路；蒸馏塔、冷凝分离器、增压机、放热反应器依次连接形成环路；

冲渣水循环系统，包括高炉、高温冲渣水池和低温冲渣水池，高炉、高温冲渣水池、吸热反应器和低温冲渣水池依次连接形成环路；

发电系统，用于将放热反应器中产生的热能转化为电能。

2.根据权利要求1所述的高炉冲渣水发电设备，其特征在于，高温冲渣水池、再沸器和低温冲渣水池依次连接形成环路。

3.根据权利要求1所述的高炉冲渣水发电设备，其特征在于，化学热泵循环系统还包括回热器，回热器设置在放热反应器的进出口。

4.根据权利要求1所述的高炉冲渣水发电设备，其特征在于，发电系统为有机朗肯循环发电系统或卡琳娜循环发电系统。

5.根据权利要求1所述的高炉冲渣水发电设备，其特征在于，发电系统包括蒸发器、膨胀机、发电机和冷凝器；放热反应器和蒸发器连接形成环路；蒸发器、膨胀机和冷凝器依次连接形成环路；发电机与膨胀机连接。

6.根据权利要求1、4或5所述的高炉冲渣水发电设备，其特征在于，发电系统的工质为r245fa。

7.根据权利要求1所述的高炉冲渣水发电设备，其特征在于，化学热泵循环系统循环工质为异丙醇-丙酮-氢气。

8.根据权利要求7所述的高炉冲渣水发电设备，其特征在于，冷凝分离器的温度范围为70-80℃，再沸器的温度范围为60-75℃。

9.根据权利要求7所述的高炉冲渣水发电设备，其特征在于，放热反应器的温度范围为160-200℃。

10.根据权利要求7或9所述的高炉冲渣水发电设备，其特征在于，放热反应器的温度为180℃。

技术总结
本发明公开了一种高炉冲渣水发电设备，该设备包括冲渣水循环系统、化学热泵循环系统和发电系统；化学热泵循环系统，包括吸热反应器、蒸馏塔、冷凝分离器、增压机、放热反应器和再沸器；其中，吸热反应器、蒸馏塔和再沸器依次连接形成环路；蒸馏塔、冷凝分离器、增压机、放热反应器依次连接形成环路；冲渣水循环系统，包括高炉、高温冲渣水池和低温冲渣水池，高炉、高温冲渣水池、吸热反应器和低温冲渣水池依次连接形成环路；发电系统，用于将放热反应器中产生的热能转化为电能。本发明通过回收高温冲渣水中的余热，将其转化成高品位的电能，提高了高炉冲渣水的余热利用效率，减少了能源浪费，并且通过化学热泵使发电效率大为提高。

技术研发人员：盖东兴;陈博;尹洋
受保护的技术使用者：武汉工程大学
技术研发日：2020.09.28
技术公布日：2020.12.08