专利名称：矿热炉余热回收发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及矿石冶炼的电热炉方面的，尤其是根据由非金属绝热材料的炉衬及立式柱形金属外壳组成的炉体、插入炉体内的加热圆棒状石墨电极、金属筒罩形对流式热回收器、无触点及无级调节电压的双电源互补偿电力变压器、热补偿锅炉、汽轮发电机、金属管道、循环单元、构成的矿热炉余热回收发电装置。
目前工业上公知的冶炼电石、硅铁等材料的矿热炉(又称电热炉)，主要技术特征是内层由非金属绝热材料做内衫—炉内衫，外层用金属板弯曲焊接成型的立式筒形炉壳(体)、柱体状石墨电极、带有多个抽头的电力变压器、水冷式烟罩、水泵、冷却塔构成的矿热炉。其目的是这样来实现的将矿石及其它辅助配料加入立时炉壳内，三根石墨电极被埋入到炉料中，三根石墨电极通过电气开关柜与电力变压器的二次侧相连。当给石墨电极通电后，埋在炉料中的石墨电极的最下端形成高温电弧，在高温电弧的作用下不断给矿料加温，使炉内下部的炉料熔化、产品析出，该融化区又称熔融区，其温度约为1450℃；在炉内的中间段为化学反应区，温度约为800℃-900℃；炉内的上部为预热段，其温度约为700℃；炉内上部的炉料表面温度约为550℃-600℃。为了使周围工作环境温度降低，烟气粉尘能够集中排放，在立式柱形炉体上方安装一带有排放孔的水冷金属烟罩，在烟罩上方有一烟筒将烟气粉尘排出。不断在水冷烟罩内循环流动的水，将大量的热量经循环水泵加压送到冷却水塔向大气中排放掉。所存的问题是高能耗、低效率。以15MVA矿热炉为例，通过水冷烟罩、烟筒排放的热量损失相当于矿热炉电力输入容量的三分之一左右，即55MVA。
本实用新型的所提供的矿热炉余热回收发电装置，它能够通过金属筒罩形对流式热回收器(以下简称热回收器)将炉内释放的热量以最大限度地回收，使热回收器内的水不断地被加热，加热后的水经循环水泵送到热补偿锅炉，再经热补偿锅炉补偿成合适的饱和蒸汽，被热补偿后的蒸汽推动汽轮发电机发电，再把发出的电通过双电源互补偿电力变压器反馈给矿热炉，降低矿热炉对工业电网电力的消耗一节能，提高产品的经济效益。
为了解决上述任务，本实用新型所采用的方案是原来立式筒形炉壳(体)、柱体状石墨电极保留不变，去掉冷却塔。将原矿热炉的水冷烟罩被热回收器取代。原常规的电力变压器被双电源互补偿电力变压器(以下简称双电源变压器)取代，新增添的热补偿锅炉及汽轮发电机组发电。目的是这样来实现的由工业电网提供的三相电输入双电源变压器，该变压器的二次侧通过低压开关柜将电能输出到现有立式筒形矿热炉中的三根石墨电极上，在炉内所有加热、化学反应、金属融化析出的过程与现有的矿热炉相同。所不同之处是从炉料表面放出的热量，原来用水冷式烟罩、水泵、冷却塔将热量排放到大气中，现由带有气体排放口的热回收器将炉口罩盖住，由循环补水单元给热回收器提供循环水，在热回收器内的水被最大限度地加热。为使温度波动性最小，再把热回收器加热后的水送到热补偿锅炉，被热补偿后的饱和水蒸汽推动汽轮发电机组发电，由汽轮发电机组发出的电送到双电源变压器，回馈到矿热炉再利用，或输送到其它应用场合。
上述的热回收器，它是两大部分组成热回收器筒墙(简称为墙)、热回收器顶盖(简称为盖)。热回收器墙的内侧由六组夹角60°的壁挂式瓦形金属联箱组合成的圆筒，在每一个金属联箱的热接受面上交错焊接增大热接收面积的“凸、凹”形金属管，水流从瓦形金属联箱中流进这些金属管时，被加热后流出；热回收器的环形盖由六组夹角60°扇环形金属联箱组合成，而每组扇环形金属联箱又由多个环带形金属联箱组成，在每个环带形金属联箱的内热接收面上，交叉焊接多个增大热接收面积的“U”形金属管，并和环带形金属联箱保持跨接连通。以便水流可吸收更多的热量。
上述的双电源变压器，它是在目前供电网中使用的三相变压器的基础上，在三相输入侧又新增了一套三相输入绕组，使工业电网供电输入端和余热发电供电输入端共用一个变压器铁芯的双电源变压器。新增加的三相电源输入绕组和汽轮发电机组的对应输出端相连。在三相绕组的进线端串联一个直流电流控制的三相交流电抗器，共两个直流电流控制三相交流电抗器(以下称直流控制电抗器)，直流控制电抗器有三个交流绕组、三个直流绕组彼此独立组成。在可控的直流电源的控制下，通过改变直流控制电抗器铁芯的磁饱和程度、电抗器交流绕组的电压降、双电源变压器的铁芯、绕组间电磁感应互补、供电自动互补；在三相输出端可得到稳定的、无触点连接、无级可调的工作电压输出。而可变的直流电源输出电压、电流大小，又是根据双电源变压器的输入电压、输出电压高低，在智能控制器的控制下调节的。这样一方面从矿热炉用电来看，相当于余热回收发电的电能通过双电源变压器反馈给矿热炉；另一方面从工业供电网来看，相当于余热回收发电的电能通过双电源变压器的铁芯与电磁绕组间的电磁作用反馈到电网去。
当然，通过热回收器回收的热量也可用于供暖、制冷；蒸气轮发电机组发的电也可以用于其它场合。
上述的矿热炉余热回收发电装置，它能够将原来放出到大气中的热量转变成电能，在直流控制交流电抗器的控制下，双电源变压器把余热回收发的电回馈到矿热炉中，可使输入侧、输出侧，实现无触点、无级连续调节电压。减少工业电网对矿热炉的供电量一节能，提高生产的可靠、安全性。
下面结合附图和实施例作进一步说明。
附
图1矿热炉余热回收发电方框原理图。
附图2热回收器顶盖最小单元立体结构原理图。
附图3热回收器顶盖最小单元热回收器组配俯视图。
附图4热回收器墙壁挂式最小单元位置图。
附图5热回收器墙壁挂式最小单元热回收器原理图。
附图6单相双电源变压器原理图。
附图1中，工业电网提供的三相交流电从输入端子(1)经过直流控制电抗器(4)输入给双电源变压器(5)，经双电源变压器(5)的转换后送给现有三根石墨电极的矿热炉(7)，让矿料在矿热炉中加热，化学反应生成产品。矿热炉(7)放出的热量由热回收器(12)回收。从外部供水和汽轮机回馈冷凝水经补水循环单元(13)送来的水，在热回收器(12)中不断地被加热，被加热后的水再送给热补偿锅炉(11)，被热补偿锅炉(11)热补偿后的饱和高温高压水蒸汽送入汽轮发电机组(10)发电。汽轮发电机组(10)发出的三相电由输入端(8)经直流控制电抗器(9)送给双电源三相变压器(5)。双电源三相变压器(5)输出的电压监测点(6)、工业电网输入给双电源三相变压器(5)的电压、汽轮发电机组(10)输出电压信息分别送给驱动检测电路(3)，由驱动检测电路(3)将信息传输给智能控制(2)，根据要求智能控制器(2)作出相应的输出驱动信号给驱动检测电路(3)、电抗器(4)、(9)，调节工业电网、汽轮发电机组(10)输入给双电源变压器(5)电压的高低。达到减小电网供电量的目的。
附图(2)中，由金属板(14)、(17)、(20)、(22)、(24)构成环带状槽形联箱。中间用金属板(17)焊接，将其分成两个独立部分。在这个联箱的底部的金属板(24)上，用很多相同的金属“U”形管(23)、(25)跨接于环带状槽形联箱的两个部分，使“U”形管(23)、(25)等两个端口分别与金属联箱两个部分相通。当水从进水口(18)及“U”形管(23)、(25)的一端进入后，在管内被加热，经“U”形管(23)、(25)的另一端及出水口(19)排出。类似于(23)、(25)很多的“U”形管排列方式是交叉进行的。以下用附图(2)的俯视图3进一步说明。
附图(3)中，其中一根有两个端口(26)、(27)的“U”形管，它和另外相邻的有两个端口的(28)、(29)的“U”形管为交叉排列，其余类推。带有“U”形管环带状的热回收最小单元(30)、(31)分别是由不同半径，而夹角为60°的环带状“热回收器最小单元构成一组完整扇形热回收器。再将这样六个完全相同的扇形热回收器组合成圆形热回收盖。每一最小单元类似与进水口(18)和出水口(19)可分别和进水、出水金属总管相连。
附图4中，圆筒状的金属外壳(32)与圆筒状非金属耐热内衫(35)之间的绝热填充材料(32)构成的炉墙，在其内表面上固定了六个尺寸大小、夹角为60°相同墙壁挂式最小单元的热回收器(34)。
附图5，附图4中所述的墙壁挂式最小单元的热回收器(34)是由多个类似的“凸”形金属吸热管(36)、(37)、(38)、(40)、(41)、(42)均匀地排布焊接在瓦形金属连接箱(39)的内表面上，并且和金属连接箱(39)内腔连通。金属联接器(39)内腔被金属板(44)隔开，使进出水口(45)流进的水经“凸”形金属吸热管(36)、(37)、(38)、(40)、(41)、(42)吸热后，从出水口(43)排出。
附图6，由工业电网提供的电源(46)一端直接和变压器(5)的初级绕组(48)的一端相连，另一端经直流控制单相交流电抗(4)的交流线圈(53)相连。在二次侧的感应绕组(49)中的感应电流、电压输送到装配了石墨电极的单相矿热炉(52)中。余热回收汽轮发电机组(60)的一个输出端直接和双电源变压器(5)的初级绕组(50)相连，另一端通过直流控制单相交流电抗器(9)的交流线圈(59)与初级绕组(50)相连。直流控制的交流电抗器(4)、(9)的直流线圈(54)、(58)分别受直流电源(55)、(57)的控制，当在直流线圈(54)、(58)中的电流强度的大小变化时，使交流电抗器(4)、(9)的铁芯中磁饱和强度变化，近而改变交流绕组(53)、(59)、(48)、(49)、(50)的电压。检测电路(47)、(51)、(56)将各回路中的电压高、低的信息传送给控制单元电路(3)，经智能控制(2)的计算、决策后，分别输出给直流控制单元电路(55)、(57)，从而调节双电源变压器的输入、输出电量多少，达到余热回收节能的目的。三相交流电压、电流调节与此类同。
权利要求
1.矿热炉余热发电装置，由智能控制电路单元(2)及检测、驱动输出电路(3)驱动下的直流控制三相交流电抗器(4)、(9)、双电源变压器(5)、筒罩形对流式热回收器(12)、已有的矿热炉(7)、热补偿锅炉(11)、蒸汽轮发电机组(10)、循环补水单元(13)构成的矿热炉余热发电装置。其特征在于由智能控制电路单元(2)及检测、驱动电路(3)对直流控制三相交流电抗器(4)、(9)控制，再对双电源三相补偿变压器(5)控制；筒罩形对流式热回收器(12)罩盖住矿热炉口。
2.根据权利要求1所述的矿热炉余热发电装置，其特征是很多交错排列类似于“U”形金属管(23)、(25)和金属板(14)、(20)、(21)、(22)、(24)焊接的金属联箱构成的多个最小环带形余热回收单元(30)、(31)。
3.根据权利要求1所述的矿热炉余热发电装置，其特征是由交流线圈(53)、(59)分别和直流线圈(54)、(58)对应构成的直流控制三相交流电抗器(4)、(9)；交流线圈(53)、(59)被串联在交流输入回路中，直流线圈(54)、(58)串联在直流电源回路中。
全文摘要
本发明公开了矿热炉余热发电装置，工业供电经输入端子(1)、直流控制电抗器(4)送给双电源变压器(5)，转换后送给矿热炉(7)，将冶炼过程释放的余热用热回收器(12)回收。外部供水和汽轮机的冷凝水经循环补水单元(13)送给热回收器(12)加热、热补偿锅炉(11)补偿成饱和水蒸汽，推动汽轮发电机组(10)发电。再由输入端(8)经直流控制电抗器(9)回馈给双电源变压器(5)。输出电压监测点(6)、双电源输入电压的信息分别送给驱动检测电路(3)、智控单元电路(2)运算后，驱动直流控制电抗器(4)、(9)，调节输入输出电压。达到减小用电量的目的。
文档编号F27D17/00GK1779402SQ20041008022
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月20日 优先权日2004年11月20日
发明者潘佩昌 申请人:潘佩昌