应用于钢铁生产系统的换热系统以及余热供热系统的制作方法

1.本实用新型涉及供热工程技术领域，特别涉及一种应用于钢铁生产系统的换热系统以及余热供热系统。


背景技术：

2.在钢铁生产过程中，需要消耗大量的化石能源。化石能源燃烧过程中会产生大量热量和二氧化碳，使得钢铁生产过程中会产生大量含有余热的废气及工艺水。这些废气及工艺水中的余热的品质较低，无法再次用于钢铁厂内部生产过程。如将这些含有余热的废气及工艺水直接排放，不仅会对环境造成了热污染，也使得这部分余热能源被浪费。
3.而钢铁厂产生的含有余热的废气或工艺水的温度区间与城镇供暖水的温度区间较为匹配，为了避免能源浪费，增加钢铁厂余热的利用率，需要研发一种能够收集钢铁厂余热以用于城镇供暖的系统。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例所要解决的技术问题是提供了一种应用于钢铁生产系统的换热系统以及余热供热系统，通过所述换热系统能够将所述钢铁生产系统产生的余热置换到一次网管路中用于供热，其降低了供暖过程中的能源消耗，使得钢铁生产过程中产生的余热得到再利用，起到了节能减排的作用。
5.本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现，本实用新型提供了一种应用于钢铁生产系统的换热系统，所述钢铁生产系统包括：具有水冷壁的高炉、具有烟气出口的炉窑、具有乏汽出口的工业汽轮机、高炉冲渣水池以及循环冷却水水池，所述换热系统包括：通过一次网管路依次连通的：第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第五换热器以及加热装置；
6.所述第一换热器用于置换出所述水冷壁的热量，所述第二换热器用于置换出所述烟气出口中的烟气热量，所述第三换热器用于置换出所述乏汽出口中的乏汽热量，所述第四换热器用于置换出所述高炉冲渣水池中的冲渣水热量，所述第五换热器用于置换出所述循环冷却水水池中的冷却水热量。
7.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述一次网管路上设有检修过流机构，所述检修过流机构包括与所述第一换热器并联设置的第一检修机构、与所述第二换热器并联设置的第二检修机构、与所述第三换热器并联设置的第三检修机构、与所述第四换热器并联设置的第四检修机构、与所述第五换热器并联设置的第五检修机构以及与所述加热装置并联设置的第六检修机构。
8.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述一次网管路的进口设有第一控制阀，所述一次网管路的出口设有第二控制阀。
9.本实用新型还提供了一种余热供热系统，所述余热供热系统包括所述钢铁生产系统以及前述的应用于钢铁生产系统的换热系统。
10.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述余热供热系统设有所述检修过流机构，所述第一检修机构包括设置在所述第一换热器的冷侧进口上的第一进水阀、设置在所述第一换热器的冷侧出口上的第一出水阀以及与所述第一换热器并联设置的第一过流管路，所述第一过流管路上设有第一过流阀；
11.所述第二检修机构包括设置在所述第二换热器的冷侧进口上的第二进水阀、设置在所述第二换热器的冷侧出口上的第二出水阀以及与所述第二换热器并联设置的第二过流管路，所述第二过流管路上设有第二过流阀；
12.所述第三检修机构包括设置在所述第三换热器的冷侧进口上的第三进水阀、设置在所述第三换热器的冷侧出口上的第三出水阀以及与所述第三换热器并联设置的第三过流管路，所述第三过流管路上设有第三过流阀；
13.所述第四检修机构包括设置在所述第四换热器的冷侧进口上的第四进水阀、设置在所述第四换热器的冷侧出口上的第四出水阀以及与所述第四换热器并联设置的第四过流管路，所述第四过流管路上设有第四过流阀；
14.所述第五检修机构包括设置在所述第五换热器的冷侧进口上的第五进水阀、设置在所述第五换热器的冷侧出口上的第五出水阀以及与所述第五换热器并联设置的第五过流管路，所述第五过流管路上设有第五过流阀；
15.所述第六检修机构包括设置在所述加热装置的冷侧进口上的第六进水阀、设置在所述加热装置的冷侧出口上的第六出水阀以及与所述加热装置并联设置的第六过流管路，所述第六过流管路上设有第六过流阀。
16.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一换热器为板式换热器，所述板式换热器上设有第一冷侧进口和第一冷侧出口以及第一热侧进口和第一热侧出口，所述第一冷侧进口和所述第一冷侧出口分别与所述一次网管路相接，所述第一热侧进口与所述水冷壁的热侧出口相接，所述第一热侧出口与所述水冷壁的冷侧进口相接。
17.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第二换热器为气水换热器，所述气水换热器上设有第二冷侧进口和第二冷侧出口以及第二热侧进口和第二热侧出口，所述第二冷侧进口和所述第二冷侧出口分别与所述一次网管路相接，所述第二热侧进口与所述烟气出口相接，所述第二热侧出口用于与大气相连通。
18.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第三换热器为凝汽器，所述凝汽器上设有第三冷侧出口和第三冷侧进口以及第三热侧进口和第三热侧出口，所述第三冷侧进口和所述第三冷侧出口分别与所述一次网管路相接，所述第三热侧进口与所述乏汽出口相接，所述第三热侧出口用于排放凝结水。
19.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第四换热器为渣水取热器，所述渣水取热器设有第四冷侧进口和第四冷侧出口以及第四热侧进口和第四热侧出口，所述第四冷侧进口和所述第四冷侧出口分别与所述一次网管路相接，所述第四热侧进口通过第一输送管路与所述高炉冲渣水池相接，所述第四热侧出口通过第一回水管路与所述高炉冲渣水池相接。
20.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第五换热器为吸收式热泵，所述吸收式热泵设有第五冷侧进口和第五冷侧出口以及第五热侧进口和第五热侧出口，所述第五冷侧进口和所述第五冷侧出口分别与所述一次网管路相接，所述第五热侧进口通过第二输送管
路与所述循环冷却水水池相接，所述第五热侧出口通过第二回水管路与所述循环冷却水水池相接。
21.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述吸收式热泵采用热源驱动，所述吸收式热泵上还设有热源进口和热源出口，所述热源为蒸汽，所述热源进口用于连接第一蒸汽管路，所述热源出口用于连接第一排放管路。
22.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述加热装置为尖峰加热器，所述尖峰加热器上设有第六冷侧进口和第六冷侧出口以及第六热侧进口和第六热侧出口，所述第六冷侧进口和所述第六冷侧出口分别与所述一次网管路相接，所述第六热侧进口用于连接第二蒸汽管道，所述第六热侧出口用于连接第二排放管路。
23.本实用新型的技术方案具有以下显著有益效果：
24.本实用新型所述应用于钢铁生产系统的换热系统，其通过换热装置能够将钢铁生产系统的各工序产生的余热置换到一次网管路中，使得一次网管路中的供暖水逐渐升温，最后通过所述加热装置对一次网管路中的供暖水进行加热以实现温度补偿的作用，使得一次网管路中的供暖水能够达到预设温度，以起到更好地供暖效果。本技术所述的应用于钢铁生产系统的换热系统通过在一次网管路上依次设置多个换热装置，进而对钢铁生产系统中各装置产生的余热进行梯级回收，使得余热的利用率得到大大提高。
25.本实用新型的余热供热系统通过在钢铁生产系统上运用前述的换热系统，能够充分回收钢铁生产过程中的余热以加热一次网管路中的供暖水，减少了化石能源的消耗，起到了节能减排的作用。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。
28.图1为余热供热系统的安装结构示意图。
29.以上附图的附图标记：
30.1、高炉；11、水冷壁；
31.2、炉窑；21、烟气出口；
32.3、工业汽轮机；31、乏汽出口；
33.4、高炉冲渣水池；41、第一输送管路；42、第一回水管路；
34.5、循环冷却水水池；51、第二输送管路；52、第二回水管路；
35.6、一次网管路；61、第一换热器；62、第二换热器；63、第三换热器；633、第三热侧出口；64、第四换热器；65、第五换热器；651、第一蒸汽管路；652、第一排放管路；66、加热装置；661、第二蒸汽管道；662、第二排放管路；67、第一控制阀；68、第二控制阀；
36.7、检修过流机构；
37.71、第一检修机构；711、第一进水阀；712、第一出水阀；713、第一过流管路；714、第一过流阀；
38.72、第二检修机构；721、第二进水阀；722、第二出水阀；723、第二过流管路；724、第二过流阀；
39.73、第三检修机构；731、第三进水阀；732、第三出水阀；733、第三过流管路；734、第三过流阀；
40.74、第四检修机构；741、第四进水阀；742、第四出水阀；743、第四过流管路；744、第四过流阀；
41.75、第五检修机构；751、第五进水阀；752、第五出水阀；753、第五过流管路；754、第五过流阀；
42.76、第六检修机构；761、第六进水阀；762、第六出水阀；763、第六过流管路；764、第六过流阀。
具体实施方式
43.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.在钢铁生产过程中，需要消耗大量的化石能源。化石能源燃烧过程中会产生大量热量和二氧化碳，使得钢铁生产过程中会产生大量含有余热的废气及工艺水。这些废气及工艺水中的余热的品质较低，无法再次用于钢铁厂内部生产过程。如将这些含有余热的废气及工艺水直接排放，不仅会对环境造成了热污染，也使得这部分余热能源被浪费。本技术主要通过应用于钢铁生产系统的换热系统去解决余热的回收再利用问题。
45.请结合参阅图1，本实用新型提供了一种应用于钢铁生产系统的换热系统，所述钢铁生产系统包括：具有水冷壁11的高炉1、具有烟气出口21的炉窑2、具有乏汽出口31的工业汽轮机3、高炉冲渣水池4以及循环冷却水水池5，所述换热系统包括：通过一次网管路6依次连通的：第一换热器61、第二换热器62、第三换热器63、第四换热器64、第五换热器65以及加热装置66；所述第一换热器61用于置换出所述水冷壁11的热量，所述第二换热器62用于置换出所述烟气出口21中的烟气热量，所述第三换热器63用于置换出所述乏汽出口31中的乏汽热量，所述第四换热器64用于置换出所述高炉冲渣水池4中的冲渣水热量，所述第五换热器65用于置换出所述循环冷却水水池5中的冷却水热量。
46.整体上，本技术所述换热系统使用时，在一次网管路6上依次设置多个换热装置和加热装置66，通过换热装置将余热置换到一次网管路6中，进而实现对钢铁生产系统中各装置产生的余热进行梯级回收的过程，使得一次网管路6中的供暖水逐渐升温，最后通过所述加热装置66对一次网管路6中的供暖水进行加热以实现温度补偿的作用，使得一次网管路6中的供暖水能够达到预设温度，以起到更好地供暖效果。其中，在钢铁生产系统实际使用过程中，水冷壁11、烟气出口21、乏汽出口31、高炉冲渣水池4以及循环冷却水水池5之间会大致形成一种由低温到高温的温度梯度，可将换热装置按照钢铁生产系统中的各装置的余热
能级排列设置，本技术中的换热系统通过利用这种温度梯度能够逐渐升温。具体的，供暖水使用后在一次网管路6中形成低温回水，低温回水沿一次网管路6的进口进入，低温回水的温度大约为30℃左右。低温回水流经换热系统中的各换热装置后被逐渐加热到约90℃，最后经过加热装置66被加热至约120℃后沿一次网管路6的出口输送出用于城镇供暖。
47.具体的，请结合参阅图1，该应用于钢铁生产系统的换热系统可以包括：一次网管路6；第一换热器61；第二换热器62；第三换热器63；第四换热器64；第五换热器65；加热装置66。
48.在本实施例中，所述一次网管路6上设有检修过流机构7，所述检修过流机构7包括与所述第一换热器61并联设置的第一检修机构71、与所述第二换热器62并联设置的第二检修机构72、与所述第三换热器63并联设置的第三检修机构73、与所述第四换热器64并联设置的第四检修机构74、与所述第五换热器65并联设置的第五检修机构75以及与所述加热装置66并联设置的第六检修机构76。
49.具体的，所述检修过流机构7可以采用检修管路与阀门的组合，可将检修管路与对应的换热装置和加热装置66采用并联设置，从而使得，当钢铁生产系统中的各装置进行检修或故障时，或当换热装置和加热装置66故障或进行检修时，通过利用检修管路与阀门的配合能够使一次网管路6中的供暖水绕过检修或故障的装置，进而不对一次网管路6的采暖过程造成影响。当供暖水绕过一个或多个装置后，依然可通过加热装置66的温度补充作用使得供暖水达到预设温度，能够为城镇稳定地提供供暖水。
50.为了控制所述一次网管路6中的流量，在本实施例中，所述一次网管路6的进口设有第一控制阀67，所述一次网管路6的出口设有第二控制阀68。通过利用第一控制阀67和第二控制阀68能够自由调节一次网管路6中的水流量。
51.本实用新型应用于钢铁生产系统的换热系统使用时，通过换热装置能够将钢铁生产系统的各工序产生的余热置换到一次网管路6中，使得一次网管路6中的供暖水逐渐升温，最后通过所述加热装置66对一次网管路6中的供暖水进行加热以实现温度补偿的作用，使供暖水的温度能够满足城镇供暖的需要。
52.本实用新型应用于钢铁生产系统的换热系统的有益效果：所述的应用于钢铁生产系统的换热系统通过在一次网管路6上依次设置多个换热装置，换热装置可按照钢铁生产系统中的各装置的余热能级排列设置，进而对钢铁生产系统中各装置产生的余热进行梯级回收，使得余热的利用率得到大大提高。
53.一种余热供热系统，请结合参阅图1，所述余热供热系统可以包括所述钢铁生产系统以及前述实施例中的应用于钢铁生产系统的换热系统。
54.在本实施例中，所述余热供热系统设有所述检修过流机构7，所述第一检修机构71包括设置在所述第一换热器61的冷侧进口上的第一进水阀711、设置在所述第一换热器61的冷侧出口上的第一出水阀712以及与所述第一换热器61并联设置的第一过流管路713，所述第一过流管路713上设有第一过流阀714。
55.所述第二检修机构72包括设置在所述第二换热器62的冷侧进口上的第二进水阀721、设置在所述第二换热器62的冷侧出口上的第二出水阀722以及与所述第二换热器62并联设置的第二过流管路723，所述第二过流管路723上设有第二过流阀724。
56.所述第三检修机构73包括设置在所述第三换热器63的冷侧进口上的第三进水阀
731、设置在所述第三换热器63的冷侧出口上的第三出水阀732以及与所述第三换热器63并联设置的第三过流管路733，所述第三过流管路733上设有第三过流阀734。
57.所述第四检修机构74包括设置在所述第四换热器64的冷侧进口上的第四进水阀741、设置在所述第四换热器64的冷侧出口上的第四出水阀742以及与所述第四换热器64并联设置的第四过流管路743，所述第四过流管路743上设有第四过流阀744。
58.所述第五检修机构75包括设置在所述第五换热器65的冷侧进口上的第五进水阀751、设置在所述第五换热器65的冷侧出口上的第五出水阀752以及与所述第五换热器65并联设置的第五过流管路753，所述第五过流管路753上设有第五过流阀754。
59.所述第六检修机构76包括设置在所述加热装置66的冷侧进口上的第六进水阀761、设置在所述加热装置66的冷侧出口上的第六出水阀762以及与所述加热装置并联设置的第六过流管路763，所述第六过流管路763上设有第六过流阀764。
60.通过关闭进水阀和出水阀，并打开过流阀，使得一次网管路6中的供暖水能够绕过故障的或检修中的装置，不会对一次网管路6的正常运转造成影响，使供暖系统能够稳定运转用以为城镇供应供暖水。
61.在本实施例中，所述第一换热器61为板式换热器，所述板式换热器上设有第一冷侧进口和第一冷侧出口以及第一热侧进口和第一热侧出口，所述第一冷侧进口和所述第一冷侧出口分别与所述一次网管路6相接，所述第一热侧进口与所述水冷壁11的热侧出口相接，所述第一热侧出口与所述水冷壁11的冷侧进口相接。其中，水冷壁11是设置在高炉1上的软水密闭循环冷却系统。通过板式换热器能够将高炉1上的水冷壁11中的热量置换到供暖水中，使30℃左右的回流的供暖水被加热到35℃左右，形成一次升温。当然，在实际使用过程中所述供暖水还可以为其他温度，这里以30℃的供暖水被加热到35℃为例，其他温度不做限制。
62.在本实施例中，所述第二换热器62为气水换热器，所述气水换热器上设有第二冷侧进口和第二冷侧出口以及第二热侧进口和第二热侧出口，所述第二冷侧进口和所述第二冷侧出口分别与所述一次网管路6相接，所述第二热侧进口与所述烟气出口21相接，所述第二热侧出口用于与大气相连通。通过气水换热器能够将炉窑2上的烟气出口21中的烟气热量置换到供暖水中，使35℃左右的供暖水被加热至45℃左右，形成二次升温。当然，在实际使用过程中所述供暖水还可以为其他温度，这里以35℃的供暖水被加热到45℃为例，其他温度不做限制。
63.在本实施例中，所述第三换热器63为凝汽器，所述凝汽器上设有第三冷侧出口和第三冷侧进口以及第三热侧进口和第三热侧出口633，所述第三冷侧进口和所述第三冷侧出口分别与所述一次网管路6相接，所述第三热侧进口与所述乏汽出口31相接，所述第三热侧出口633用于排放凝结水。通过凝汽器能够将工业汽轮机3上的乏汽出口31中的乏汽中的热量置换到供暖水中，使45℃左右的供暖水被加热到50℃左右，形成三次升温。当然，在实际使用过程中所述供暖水还可以为其他温度，这里以45℃的供暖水被加热到50℃为例，其他温度不做限制。
64.在本实施例中，所述第四换热器64为渣水取热器，所述渣水取热器设有第四冷侧进口和第四冷侧出口以及第四热侧进口和第四热侧出口，所述第四冷侧进口和所述第四冷侧出口分别与所述一次网管路6相接，所述第四热侧进口通过第一输送管路41与所述高炉
冲渣水池4相接，所述第四热侧出口通过第一回水管路42与所述高炉冲渣水池4相接用于回水。通过渣水取热器能够将高炉冲渣水池4中的冲渣水热量置换到供暖水中，使50℃左右的供暖水被加热到60℃左右，形成四次升温。当然，在实际使用过程中所述供暖水还可以为其他温度，这里以50℃的供暖水被加热到60℃为例，其他温度不做限制。
65.在本实施例中，所述第五换热器65为吸收式热泵，所述吸收式热泵设有第五冷侧进口和第五冷侧出口以及第五热侧进口和第五热侧出口，所述第五冷侧进口和所述第五冷侧出口分别与所述一次网管路6相接，所述第五热侧进口通过第二输送管路51与所述循环冷却水水池5相接，所述第五热侧出口通过第二回水管路52与所述循环冷却水水池5相接用于回水。
66.具体的，所述吸收式热泵采用热源驱动，所述吸收式热泵上还设有热源进口和热源出口，所述热源为蒸汽，所述热源进口用于连接第一蒸汽管路651，所述热源出口用于连接第一排放管路652。其中，所述吸收式热泵能够利用蒸汽作为驱动热源，用以将热量从低温热源向高温热源泵送，从而提高了热能的利用效率。通过吸收式热泵能够将循环冷却水水池5中的冷却水热量置换到供暖水中，使60℃左右的供暖水被加热到90℃，形成五次升温。其中，所述吸收式热泵也可采用其他类型的热源，这里以蒸汽为例，其他热源不做限制。当然，在实际使用过程中所述供暖水还可以为其他温度，这里以60℃的供暖水被加热到90℃为例，其他温度不做限制。
67.在本实施例中，所述加热装置66为尖峰加热器，所述尖峰加热器上设有第六冷侧进口和第六冷侧出口以及第六热侧进口和第六热侧出口，所述第六冷侧进口和所述第六冷侧出口分别与所述一次网管路6相接，所述第六热侧进口用于连接第二蒸汽管道661，所述第六热侧出口用于连接第二排放管路662。其中，尖峰加热器是一种汽水换热设备，能够利用高温蒸汽的热量加热供热水。通过尖峰加热器能够对供暖水进行温度补偿，将90℃左右的供暖水加热到预设温度，以满足城镇供暖的需要。在本实施例中，预设温度设置为120℃左右，使用人员也可以根据需求将预设温度调整为其他数值，这里不做限制。当然，在实际使用过程中所述供暖水还可以为其他温度，这里以90℃的供暖水被加热到120℃为例，其他温度不做限制。
68.本实用新型的余热供热系统通过在钢铁生产系统上运用前述的换热系统，能够充分回收钢铁生产过程中的余热以加热一次网管路6中的供暖水，减少了化石能源的消耗，起到了节能减排的作用。
69.披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由
…
构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
70.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与
其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。