废水余热发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发电技术，特别是涉及废水余热发电装置。
【背景技术】
[0002]我国工业生产，每年都产生和排放大量70?900C的中高温废水，尤其钢铁和化工企业，在高炉淬渣、高炉煤气洗涤工艺中，每个高炉的废热水排放量大约在2000吨/小时左右。
[0003]我国钢铁生产的大国，钢铁的年产量占世界总产量的40%。无论是炼钢还是炼铁，都要产生大量的炉渣。钢铁冶金炉内，产生1400?1500°C的高温炉渣，经渣口流出后，再经渣沟进入冲渣流槽时，以一定的水量、水压及流槽坡度，使水与熔渣流成一定的交角，熔渣受冷水冲击，炸裂成一定粒度的合格的水渣。
[0004]渣水分离后，炉渣用作建筑材料；与高温炉渣进行热交换的冲渣水，进入冲渣水池。冲渣水池通常占地几千平方米，冲渣水池上方热汽腾空，冲渣水温度常年保持在60?80°C，是一个巨大的潜在的热能能源。
[0005]钢厂高炉每冶炼I吨生铁，炉渣损失掉的热量在0.81GJ?0.87GJ，占总热量收入的6.61 %?7.5 %，折标煤为27.77kg?29.78kg充分燃烧放出的热量，以渣比0.44计算，每吨渣损失的热量约为63.9kg标煤完全燃烧放出的热量。
[0006]某厂高炉炉渣处理上目前用风水淬渣工艺，风取自于动力厂供高炉的冷风，水来自于专门的水栗抽取的工业中水。渣沟沟头处水压都在0.22MPa左右，水量约为相应出渣量的8倍。风水淬渣时，风水混合物的动能将高炉熔渣(约1450?1500°C )打散，打散后的高炉熔渣与水充分混合，渣水进行热量交换，渣温降至约65?90°C，水温升高至同等温度。
[0007]粗略估算，目前每淬I吨高炉熔渣约需8吨水，冲渣水再次回到中水池只剩7.15吨左右，也就是说每淬I吨高炉熔渣损失掉0.85吨中水，其中变成蒸汽的为0.65吨左右，被水渣吸附的为0.2吨左右，即高炉每生产It生铁，大约需要消耗冲渣中水0.36t。这样即浪费了水资源，又损失掉了宝贵的冲渣水余热。
[0008]某厂三座2500m3高炉和I座1260m3高炉年产生铁约750万吨，同时产生330万吨高炉渣，每年高炉渣损失的热量约相当于21万吨标煤完全燃烧放出的热量。
[0009]冲渣水余热回收用于供暖或加热软水水源，据相关资料介绍可回收高炉渣总热量的10%，回收时间为每年11月份至次年3月份，即回收时间约为150天。
[0010]利用冲渣水余热，余热回收主要用于冬季供暖，在夏天余热回收没有用处，全部余热回收只能停掉。
[0011]高炉渣冲渣水热量用于发电是一个最佳方案，一年四季都可以充分利用高炉渣热量，但至今国内外还没有成功的先例。
[0012]在1980年，S卩35年前，由北京市政府主持，中科院、哈工大、广州能源所和北京锅炉厂组成“首钢渣池余热发电课题组”，曾进行高炉渣冲渣水热量用于发电的科研活动和详细方案设计，但无果而终。【实用新型内容】
[0013]为了利用高炉渣热量进行发电，同时考虑其它工业废水利用问题，本实用新型给出一种废水余热发电装置。
[0014]废水余热发电方法的具体步骤是:
[0015](I)利用一种加热方法，将环境空气加热成热空气；
[0016](2)热空气从烟囱状的热风塔底部进入热风塔，由于热风塔内的热空气比热风塔外的环境大气密度小，产生向上的压力差推动热风塔内的热空气上升，形成向上流动的的热气流；
[0017](3)热气流流经热风塔内的空气涡轮机时，推动空气涡轮机旋转；
[0018](4)空气涡轮机通过机械传动机构，带动热风塔外的发电机发电；
[0019](5)发电机发出电流，通过发电控制柜，向外对用户供给电力。
[0020]所说的一种加热方法是利用热废水将环境空气加热成热空气，具体过程是:利用水栗从废水池中抽取热废水，热废水进入废水一空气换热器，环境空气被废水加热，成为热空气。
[0021]—种废水余热发电装置，它的结构包括:热风塔、空气涡轮机、机电转换机构和发电控制柜，它的结构还包括:废水池、水栗和废水一空气换热器;水栗的一端与废水池连接，水栗的另一端与废水一空气换热器连接，热风塔、机电转换机构和发电控制柜由左至右依次连接，空气涡轮机安装在热风塔内。
[0022]所述废水一空气换热器，它是喷淋式接触换热器，外形为卧式的长方形的箱体，它的结构包括:废水进口、空气进口、淋水室、废水室、箱体、淋水板、热空气出口、废水出口和底座；底座支撑安装在箱体上，淋水板水平安装在箱体内，将箱体内分隔成淋水室和废水室，废水室的腔体小于淋水室的腔体，废水室的一侧开设有废水进口，淋水室的一侧开设有空气进口，淋水室的另一侧开设有热空气出口，淋水室的下端开设有废水出口。
[0023]所述热风塔的结构包括:筒体、外壁、真空空间、内壁、真空口、风道、基座、真空表和地下风道;热风塔为直立的圆形筒体，圆形筒体内径大于10米;热空气在筒体内从下向上流动，筒体流动截面为圆形等截面，筒体的筒壁由金属碳钢制成，热风塔由外壁、真空空间和内壁三层组成；内壁的厚度小于外壁的厚度，外壁与内壁之间是真空空间，在筒体的外壁上有一个真空口，真空口外接一个真空栗，将真空空间中的空气抽出，真空表用于监测真空空间的漏气程度;筒体内是风道，筒体底部坐落在基座上，基座用厚钢板制作，中间有一个圆孔，圆孔的孔径小于筒体的内径，基座固定在水泥基础中，基座以下连接地下风道。
[0024]所述空气涡轮机，它由轮毂、销孔和涡轮叶片组成;在轮毂上有一个销孔，利用销钉，通过销孔，将轮毂固定于涡轮轴上，在轮毂的圆周，均匀对称布置4个涡轮叶片，涡轮叶片为扭曲的翼型直叶片，涡轮叶片包括;蒙皮、主梁和填充材料，轮毂用碳钢制作，涡轮叶片的蒙皮用玻纤复合材料制作，主梁用轻金属合金制作，蒙皮内部空间的填充材料为聚氯乙烯泡沫。
[0025]所述机电转换机构，它的结构包括:设置在热风塔内风道中的换向器、传动轴、托架、设在热风塔外连接传动轴末端的齿轮增速器和交流发电机;热风塔内风道中的换向器，它由向上伸出的输入轴、齿轮箱和水平伸出的输出轴组成，向上伸出的输入轴的轴头，向上插入并固定于空气涡轮机的轮毂的轴孔内，齿轮箱内部是一对锥齿轮，它完成从垂直输入到水平输出的能量传递的方向转换，托架的两端固定在热风塔的内壁上，换向器固定在托架的中部上表面，从热风塔内到热风塔外水平伸出的输出轴与增速机连接，增速机输出端连接发电机，发电机是交流发电机。
[0026]所述输电控制柜，它的结构包括:整流器、控制器、蓄电池、逆变器和输出线路;交流发电机产生的交流电进入输电控制柜的整流器，由交流电变为直流电；整流器输出直流电进入控制器，控制器要选择如下决定之一:直流电全部送往逆变器，或直流电部分送往逆变器，部分对蓄电池充电，或蓄电池对逆变器供电，或直流电对蓄电池充电；送往逆变器的电流，通过输出线路，向用户输出交流电。
【附图说明】
[0027]图1是本实用新型废水余热发电方法说明图。
[0028]图2是本实用新型废水余热发电装置实施例的总体图。
[0029]图3是本实用新型废水余热发电装置实施例的废水一空气换热器结构图。
[0030]图4是本实用新型废水余热发电装置实施例的热风塔结构图。
[0031]图5是本实用新型废水余热发电装置实施例的空气涡轮机结构图。
[0032]图6是本实用新型废水余热发电装置实施例的热风塔机电结构图。
[0033]图7是本实用新型废水余热发电装置实施例的输电控制柜原理图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细描述。
[0035]图1给出了本实用新型废水余热发电方法说明图。
[0036]热风塔发电方法的具体步骤是:
[0037]I，利用水栗20从废水池10中抽取废水；
[0038]2，水栗通过管路，将废水送到废水一空气换热器30。在换热器中，空气被废水加热，成为热空气；
[0039]3，热空气从底部进入热风塔40，由于热风塔内的热空气比热风塔外的大气密度小，产生的压力差推动热风塔内的热空气上升，形成向上的热气流；
[0040]4，热气流流经热风塔内的空气涡轮机50时，推动空气涡轮机50旋转做功；
[0041]5，空气涡轮机50通过机电转换机构60，带动热风塔外的发电机发电；
[0042 ] 6，发电机发出电流，通过发电控制柜70，向外对用户供电力。
[0043]图2给出了本实用新型废水余热发电装置实施例的总体图。
[0044]本实用新型废水余热发电装置实施例的总体包括:废水池10、水栗20、废水一空气换热器30、热风塔40、空气涡轮机50、机电转换机构60、发电控制柜70。
[0045]废水池10是在工业生产排放的中高温废水的存放用水池。比如在钢铁和化工企业，在高炉淬渣、高炉煤气洗涤工艺中，每个高炉每小时排放废热水2000吨左右，需要专用的废水池10存放废水。
[0046]水栗20是一个离心污水栗，它从废水池中吸取中高温废水，通过管路将中高温废水送往废水一空气换热器30。
[0047]废水一空气换热器30是喷淋式接触换热器，在其中，废水与从环境流入的空气进行接触换热，废水降温，空气升温。然后，热空气离开换热器进入热风塔40。
[0048]热风塔40是一个高大的热空气烟囱，利用塔内的热空气与塔外的环境空气的密度不同，产生的压力差，塔内热空气上升，形成垂直向上的热气流。
[0049]塔内热气流流经空气涡轮机50时，热气流的流动能量，转化成空气涡轮机5O的旋转能量。
[0050]空气涡轮机50的旋转能量通过机电转换机构60的传动装置和发电机，转变成电力。
[0051 ]发电机输出的电力，通过发电控制柜70，转变成持续和稳定的三相电力输出，向用户供电。
[0052]图3给出了本实用新型废水余热发电装置实施例的废水一空气换热器结构图。
[0053]废水一空气换热器30是喷淋式接触换热器，在其中，废水与从环境流入的空气进行接触换热，废水降温，空气升温。然后，热空气离开换热器进入热风塔。
[0054]废水一空气换热器30是一个卧式的长方形的箱型换热器。它的结构包括:废水进口 31、空气进口 32、淋水室33、废水室34、箱体35、淋水板36、热空气出口 37、废水出口 38、底座39。
[0055]来自废水池的中高温废水，从箱体35—端上部的废水进口31进入换热器上部的的废水室34。环境空气从箱体35—端的宽大的空气进口 32水平的流入淋水室33。淋水室33位于箱体35中的水平的淋水板36以下，占据箱体的绝大部分空间。废水室34位于箱体35中的水平的淋水板36以上，占据箱体的一小部分空间。进入换热器的空气被废水加热后形成热空气，热空气从箱体另一端的宽大的热空气出口 37水平的流出。
[0056]进入换热器的中高温废水放热降温后，变成低温的废水，低温废水从箱体底部的废水出口 38流出。整个换热器由底座39支撑。
[0057]本实用新型废水余热发电装置实施例的废水一空气换热器有以下几个特点:
[0058]1，废水一空气换热器的箱体的高度较低，其目的是中高温废水在进入换热器时，不要求吸取中高温废水的水栗有太大的扬程，从而可以节省水栗耗功。箱体高度通常不高于3米。
[0059]2，在换热器内，中高温废水从水平的淋水板36上的众多淋水孔向下滴落，形成垂直降落的热雨，而空气水平的扫过竖直的热的淋水，并从淋水中获取热量。这种换热方式与通常的气水对流换热的喷淋洗涤塔相比，淋水对空气的阻力较小，对后续的热空气在热风塔内上升力的影响较小。
[0060]3，箱体35中的水平的淋水板36上的淋水孔分布稀疏，其目的是使下泄的淋水条稀疏，从而不会对水平流过的空气形成太大的阻力。淋水孔直径为6?8毫米，淋水孔间距离不少于2厘米。
[0061 ]图4给出了本实用新型废水余热发电装置实施例的热风塔结构图。
[0062]热风塔的外形看上去就是一个高大的外径不变的烟囱。它的结构包括:筒体41、夕卜壁42、真空空间43、内壁44、真空口46、风道45、基座48、真空表、地下风道49。
[0063]热风塔的竖立的圆形的筒体41粗大，内径可达10米以上。热空气在筒体内从下向上流动，筒体流动截面通常为圆形等截面。
[0064]筒体的筒壁由金属制成，通常是碳钢，它由外壁42、真空空间43和内壁44等三层组成。外壁42较厚，承担了筒体的主要强度要求。内壁44较薄，它与外壁42之间是真空空间43。在筒体外壁42上有一个真空口 46，通过真空口 46，连接一个真空栗，将真空空间43中的空气抽出，杜绝内外壁之间的对流换热，可保证热风塔的壁面有较好的绝热效果。真空表用于监测真空空间43的漏气程度。
[0065]筒体41内是风道45。筒体底部坐落在基座48上，基座48用厚钢板制作，中间有一个圆孔，它的孔径比筒体内径稍小，热空气就是先通过地下风道49，再通过基座的的内孔，再进入热风塔的筒体内的风道45的。筒体底部焊接在基座48上，筒体的一部分和基座固定在水泥基础中。
[0066]基座48以下连接地下风道49，地下风道49呈U形结构，它的另一端进气口，开口在地面上。热空气就是通过进气口，进入地下风道49，再进入热风塔的筒体41内的风道45向上流动，最后通过热风塔顶端的出口排到大气。
[0067]热风塔内的热空气向上流动的动力，是因为热空气的密度较小，它与热风塔外的温度较低的密度较大的空气形成压力差，这个压力差推动热风塔内空气向上流动。
[0068]图5给出了本实用新型废水余热发电装置实施例的空气涡轮机结构图。
[0069]本实用新型废水余热发电装置实施例的空气涡轮机，它由轮毂51、销孔52、涡轮叶片53组成。
[0070]在轮毂51上有一个销孔52，通过销钉，将轮毂51固定于涡轮轴上。
[0071]在轮毂51的圆周，均匀对称布置4个涡轮叶片53，涡轮叶片53为扭曲的翼型直叶片。
[0072]轮毂51用碳钢制作。涡轮叶片53的蒙皮54用玻纤复合材料制作，它表面光滑，有较好的气动外形。主梁55用轻金属合金制作，比如铝镁合金，强度与刚度大，抗弯，抗扭，抗剪。蒙皮53内部空间的填充材料56为聚氯乙烯泡沫，它具有较好的静力和动力特性。蒙皮与内部之间用环氧胶粘剂粘接，它具有粘接强度高，硬度高的优点。
[0073]首先设定叶尖速比，根据实测的风速和叶尖速比，计算叶尖速度;根据叶尖速度和热风塔内圆周长，计算叶片角速度;根据叶片角速度，计算叶片从叶根到叶尖各点的圆周速度;根据叶片各点的圆周速度和风速，计算叶片各点的风的相对速度;根据相对风速，结合选定的攻角，可以确定叶片各点的按装角，也就是可以确定叶片从根部到叶尖全长的扭曲形状。
[0074]图6给出了本实用新型废水余热发电装置实施例的热风塔机电结构图。
[0075]本实用新型废水余热发电装置实施例的热风塔机电结构60包括:设置在热风塔内风道45中的换向器61、传动轴63、托架62、设在热风塔外连接传动轴末端的齿轮增速器64、交流发电机65。
[0076]热风塔内风道45中的换向器61，它由向上伸出的输入轴、齿轮箱和水平伸出的输出轴组成。向上伸出的输入轴的轴头，向上插入空气涡轮机的轮毂的轴孔内。齿轮箱内部是一对锥齿轮，它完成从垂直输入到水平输出的能量传递的方向转换。托架62的两端固定在热风塔的内壁上，换向器61固定在托架62的中部上表面。水平从热风塔内到热风塔外伸出的输出轴63的输出端与增速机64连接，它将空气蜗轮的低转速提高到发电机65的输入轴的高转速。发电机65是交流发电机，它可以是同步发电机，或异步发电机。
[0077]图7给出了本实用新型废水余热发电装置实施例的输电控制柜原理图。
[0078]本实用新型废水余热发电装置实施例的输电控制柜70的组成包括:整流器71、控制器72、蓄电池73、逆变器74、输出线路75。
[0079]本实用新型废水余热发电装置实施例的输电控制柜70的工作原理如下:
[0080]I，交流发电机65产生的交流电进入输电控制柜70的整流器71，由交流电变为直流电；
[0081]2，整流器71输出直流电进入控制器72，控制器72要进行如下选择，然后做出决定:
[0082](I)直流电全部送往逆变器74;
[0083](2)直流电部分送往逆变器74，部分对蓄电池73充电；
[0084](3)蓄电池73对逆变器供电；
[0085](4)直流电对蓄电池73充电。
[0086]3，逆变器74通过输出线路75向用户输出交流电。
【主权项】
1.一种废水余热发电装置，它的结构包括:热风塔(40)、空气涡轮机(50)、机电转换机构(60)和发电控制柜(70)，其特征在于:它的结构还包括:废水池(10)、水栗(20)和废水一空气换热器(30);水栗(20)的一端与废水池(10)连接，水栗(20)的另一端与废水一空气换热器(30)连接，热风塔(40)、机电转换机构(60)和发电控制柜(70)由左至右依次连接，空气涡轮机(50)安装在热风塔(40)内。2.按照权利要求1所述的废水余热发电装置，其特征在于:所述废水一空气换热器(30)，它是喷淋式接触换热器，外形为卧式的长方形的箱体，它的结构包括:废水进口(31)、空气进口(32)、淋水室(33)、废水室(34)、箱体(35)、淋水板(36)、热空气出口(37)、废水出口(38)和底座(39); 底座(39)支撑安装在箱体(35)上，淋水板(36)水平安装在箱体(35)内，将箱体(35)内分隔成淋水室(33)和废水室(34)，废水室(34)的腔体小于淋水室(33)的腔体，废水室(34)的一侧开设有废水进口(31)，淋水室(33)的一侧开设有空气进口(32)，淋水室(33)的另一侧开设有热空气出口(37)，淋水室(33)的下端开设有废水出口(38)。3.按照权利要求1所述的废水余热发电装置，其特征在于:所述热风塔(40)的结构包括:筒体(41)、外壁(42)、真空空间(43)、内壁(44)、真空口(46)、风道(45)、基座(48)、真空表和地下风道(49); 热风塔(40)为直立的圆形筒体(41)，圆形筒体(41)内径大于10米;热空气在筒体(41)内从下向上流动，筒体(41)流动截面为圆形等截面，筒体(41)的筒壁由金属碳钢制成，热风塔(40)由外壁(42)、真空空间(43)和内壁(44)三层组成；内壁(44)的厚度小于外壁(42)的厚度，外壁(42)与内壁(44)之间是真空空间(43)，在筒体(41)的外壁(42)上有一个真空口(46)，真空口(46)外接一个真空栗，将真空空间(43)中的空气抽出，真空表用于监测真空空间的漏气程度;筒体(41)内是风道(45)，筒体(41)底部坐落在基座(48)上，基座(48)用厚钢板制作，中间有一个圆孔，圆孔的孔径小于筒体(41)的内径，基座(48)固定在水泥基础中，基座(48)以下连接地下风道(45)。4.按照权利要求1所述的废水余热发电装置，其特征在于:所述空气涡轮机(50)，它由轮毂(51)、销孔(52)和涡轮叶片(53)组成； 在轮毂(51)上有一个销孔(52)，利用销钉，通过销孔(52)，将轮毂(51)固定于涡轮轴上，在轮毂(51)的圆周，均匀对称布置4个涡轮叶片(53)，涡轮叶片(53)为扭曲的翼型直叶片，涡轮叶片(53)包括;蒙皮、主梁和填充材料，轮毂(51)用碳钢制作，涡轮叶片(53)的蒙皮用玻纤复合材料制作，主梁用轻金属合金制作，蒙皮内部空间的填充材料为聚氯乙烯泡沫。5.按照权利要求1所述的废水余热发电装置，其特征在于:所述机电转换机构(60)，它的结构包括:设置在热风塔(40)内风道中的换向器(61)、传动轴(63)、托架(62)、设在热风塔(40)外连接传动轴(63)末端的齿轮增速器(64)和交流发电机(65); 热风塔(40)内风道中的换向器(61 )，它由向上伸出的输入轴、齿轮箱和水平伸出的输出轴组成，向上伸出的输入轴的轴头，向上插入并固定于空气涡轮机(50)的轮毂(51)的轴孔内，齿轮箱内部是一对锥齿轮，它完成从垂直输入到水平输出的能量传递的方向转换，托架(62)的两端固定在热风塔(40)的内壁上，换向器(61)固定在托架(62)的中部上表面，从热风塔(40)内到热风塔(40)外水平伸出的输出轴与增速机连接，增速机输出端连接发电机，发电机是交流发电机(65)。6.按照权利要求1所述的废水余热发电装置，其特征在于:所述输电控制柜，它的结构包括:整流器(71)、控制器(72)、蓄电池(73)、逆变器(74)和输出线路(75);交流发电机(65)产生的交流电进入输电控制柜的整流器(71 )，由交流电变为直流电；整流器(71)输出直流电进入控制器(72)，控制器(72)要选择如下决定之一:直流电全部送往逆变器(74)，或直流电部分送往逆变器(74)，部分对蓄电池(73)充电，或蓄电池(73)对逆变器(74)供电，或直流电对蓄电池(73)充电;送往逆变器(74)的电流，通过输出线路(75)，向用户输出交流电。
【专利摘要】本实用型新给出一种废水余热发电装置，它的结构包括：热风塔、空气涡轮机、机电转换机构、发电控制柜，其特征在于：它的结构还包括：废水池、水泵、废水?空气换热器；水泵从废水池中吸取中高温废水，通过管路将中高温废水送往废水?空气换热器，在废水?空气换热器中，废热水与从环境流入的空气进行换热，然后，热空气离开换热器进入热风塔，塔内热空气上升，推动空气涡轮机，带动传动装置和发电机，向用户供电。
【IPC分类】F03D9/37, F28C1/00, F03D9/25
【公开号】CN205387990
【申请号】CN201521018535
【发明人】李金峰, 李伟, 佟博儒, 尚德敏
【申请人】哈尔滨工大金涛科技股份有限公司
【公开日】2016年7月20日
【申请日】2015年12月5日