本实用新型涉及循环冷却技术领域，具体地说，涉及一种基于余热回收的煅烧炉循环冷却系统。
背景技术：
炭素材料是电解铝生产工艺的主要原料之一，炭素材料制品的生产是制约铝工业发展的关键环节。我国铝工业近几年来发展进入快速通道，铝用炭素随之发展，炭素材料制品产能已从几年前的百万吨级增加到现在的千万吨级，而且还在以一定增速发展。
煅烧炉是炭素生产工艺中的主要设备之一，能够锻烧不同挥发份含量的石油焦,具有锻烧料质量稳定、炭质烧损率低、锻后焦的堆积密度高、操作简单、维护工作量小、连续生产周期长等优点，因此广泛应用于炭素厂中。
在采用煅烧炉对原料进行煅烧时，石油焦挥发分燃烧产生的热量除可供锻烧石油焦所需之外，还有大量的富余热量随烟气排出，烟气温度甚至高达900℃。根据热平衡计算，原料锻烧吸热只占煅烧炉热支出的33.5％，而被煅烧烟气所带走的热量占整个煅烧炉热支出的47.9％。然而，由于煅烧炉烟气有个明显特征，即烟气温度高，但是烟气量小，这就导致炭素厂对于煅烧炉高温烟气的余热回收不太积极，甚至有许多炭素厂采用鼓风冷却的方式，即通过大功率鼓风机将低温空气混入高温烟气，进行强制降温然后排入大气，造成宝贵的烟气余热资源白白浪费，而且大功率鼓风机的新增耗电量也带来了炭素生产成本的提升。
此外，煅烧炉在出料端设置有冷却水套，用于对高温煅后焦(可达1000℃以上)进行冷却，冷却水套内的冷却水与煅烧炉的煅后焦间接换热，吸热后的冷却水送至冷却塔散热，然后重新返回水套，作为冷却水套进水，如此循环。水套的冷却水出水蕴含有大量的热量，数量非常可观，但是其最大的劣势在于温度过低，只有50℃左右，属于低温余热，品位极低，所以其利用非常困难，炭素厂一般不会考虑对该部分热源进行回收利用。
可见，如果能构建一套煅烧炉余热利用系统，能够对炭素厂的煅烧炉烟气、水套冷却水等余热资源进行综合回收利用，将高温、小流量的烟气余热和低温、大流量的水套冷却水余热进行高效回收，必然能产生非常可观的经济收益。
技术实现要素：
本实用新型的基于余热回收的煅烧炉循环冷却系统及方法，在余热回收的同时考虑到煅烧炉循环冷却，即：余热回收不能影响工艺的正常生产，不会因为余热回收导致整套系统的生产运行受阻。
一种基于余热回收的煅烧炉循环冷却系统，包括：煅烧炉、余热锅炉、余热锅炉蒸汽母管、余热锅炉给水母管、煅烧炉水套、水套进水母管、水套出水母管，汽轮机和凝汽器，各煅烧炉的烟气出口与一个或多个余热锅炉的烟气进口连通，各余热锅炉的蒸汽出口均与所述余热锅炉蒸汽母管连通，所述余热锅炉蒸汽母管与所述汽轮机的蒸汽进口连通，所述余热锅炉蒸汽母管中的蒸汽驱动所述汽轮机旋转做功；所述汽轮机的排汽口与所述凝汽器的进汽口连通，所述凝汽器的凝结水出口与所述余热锅炉给水母管连通，所述余热锅炉给水母管与各余热锅炉的给水进口连通，分别为各余热锅炉提供给水，其中，所述煅烧炉水套位于每个煅烧炉的出料端，热网回水管道与所述水套进水母管通过第二连通管连通，所述水套进水母管与各台煅烧炉水套的冷却水进口连通，各台煅烧炉水套的冷却水出口与所述水套出水母管连通，所述水套出水母管通过第五连通管与所述凝汽器的冷却水进口连通，所述凝汽器的冷却水出口通过第一连通管与热网供水管道连通。
优选地，还具有冷却塔，在冷却塔的集水池的出水管道上设置有循环水泵，并且，冷却塔的集水池的出水管道通过第六连通管与凝汽器的冷却水进口管道连通，所述凝汽器的冷却水出口通过第三连通管与所述冷却塔的进水口连通，冷却塔的集水池的出水管道还通过第七连通管与水套进水母管连通，所述煅水套出水母管通过第四连通管与所述冷却塔的进水口连通。
优选地，在第一至第七连通管上设置有控制管路通断的切换阀，其中，在采暖季，打开第一连通管、第二连通管和第五连通管上的切换阀，关闭第三连通管、第四连通管、第六连通管、第七连通管上的切换阀，从而形成煅烧炉水套和凝汽器的串联循环冷却回路；在非采暖季，关闭第一连通管、第二连通管和第五连通管上的切换阀，打开第三连通管、第四连通管、第六连通管、第七连通管上的切换阀，开启循环水泵，从而形成非采暖季煅烧炉水套和凝汽器的并联组合循环冷却回路。
优选地，所述循环冷却系统还包括凝结水泵和除氧给水系统，所述凝汽器的凝结水出口与凝结水泵、除氧给水系统、余热锅炉给水母管沿凝结水流向顺次连通，所述凝汽器出口的凝结水经过所述凝结水泵加压后进入除氧给水系统进行处理，然后送至所述余热锅炉给水母管。
优选地，所述汽轮机还设置有抽汽口，所述抽汽口与除氧给水系统的加热蒸汽进口连通，为所述除氧给水系统提供加热汽源。
优选地，煅烧炉烟气在余热锅炉中放热降温后的排放温度控制在150～200℃。
优选地，采暖季时，凝汽器的进口冷却水温度控制在45～50℃，煅烧炉水套的进口冷却水温度控制在55～60℃，煅烧炉水套的出口冷却水温度控制在65～70℃。
优选地，余热锅炉的给水水质采用除盐水。
优选地，采暖季时，煅烧炉水套和凝汽器的冷却水水质采用软化水；
非采暖季时，煅烧炉水套和凝汽器的冷却水水质采用普通工业水。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本实用新型的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本实用新型实施例的基于余热回收的煅烧炉循环冷却系统的工艺流程图；
其中，煅烧炉1.1、煅烧炉1.2、煅烧炉水套2.1、煅烧炉水套2.2、余热锅炉3.1、余热锅炉3.2、汽轮机4、凝汽器5、凝结水泵6、除氧给水系统7、冷却塔8、循环水泵9、余热锅炉给水母管100、余热锅炉蒸汽母管200、水套进水母管300、水套出水母管400、第一连通管10、第二连通管20、第三连通管30、第四连通管40、第五连通管50、第六连通管60、第七连通管70。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本实用新型所述的基于余热回收的煅烧炉循环冷却系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
煅烧炉循环冷却系统包括一个或多个煅烧炉，以及一个或多个余热锅炉，用于回收煅烧炉的高温烟气中的余热。在每个煅烧炉的出料端设置有冷却水套，用于对高温煅后焦进行冷却。余热锅炉产生的蒸汽驱动汽轮机做功，而经过汽轮机的蒸汽又进入凝汽器冷凝为水，作为余热锅炉的给水。
下面结合图1来详细说明该系统的构成。如图1所示，煅烧炉循环冷却系统包括煅烧炉1.1、煅烧炉1.2，对应每个煅烧炉都设置有余热锅炉、煅烧炉水套，即煅烧炉1.1设置有余热锅炉3.1，煅烧炉水套2.1，煅烧炉1.2设置有余热锅炉3.2，煅烧炉水套2.2。
煅烧炉1.1、煅烧炉1.2的烟气出口分别与对应的余热锅炉3.1、余热锅炉3.2的烟气进口连通，余热锅炉3.1、余热锅炉3.2的蒸汽出口均与所述余热锅炉蒸汽母管200连通，所述余热锅炉蒸汽母管200与汽轮机4的蒸汽进口连通，余热锅炉蒸汽母管200中的蒸汽驱动汽轮机4旋转做功。而汽轮机4的排汽口与凝汽器5的进汽口连通，凝汽器5的凝结水出口与余热锅炉给水母管100连通，余热锅炉给水母管100分支出多个管路分别与余热锅炉3.1和余热锅炉3.2的给水进口连通，分别为各余热锅炉提供给水。
本实用新型中，对煅烧炉水套和凝汽器的余热进行回收，用于给外部热网供热，具体地说，热网回水管道通过第二连通管20与所述水套进水母管300连通，所述水套进水母管300与煅烧炉水套2.1和煅烧炉水套2.2的冷却水进口连通，各台煅烧炉水套的冷却水出口与所述水套出水母管400连通，所述水套出水母管400通过第五连通管50与所述凝汽器5的冷却水进口连通，所述凝汽器5的冷却水出口通过第一连通管10与热网供水管道连通。
图1中是以两个煅烧炉为例进行说明，实际上煅烧炉的数量可以是一个，也可以是两个以上，并且，余热锅炉的数量也可以是一个或多个，余热锅炉的数量可以不和煅烧炉的数量对应，每个煅烧炉的烟气出口可以和任意一个或多个余热锅炉连通，所有余热锅炉的蒸汽出口均与汽轮机连通。
本实施例的煅烧炉循环冷却系统在对煅烧炉余热进行回收的同时还保证了煅烧炉高温烟气、汽轮机凝汽器、煅烧炉水套的冷却，首先采用余热锅炉对烟气余热进行回收，转化为蒸汽资源，同时考虑到炭素厂一般均配置多台煅烧炉且单台煅烧炉烟气量和对应产汽量较小的特点，将余热锅炉汽水系统设计为母管制，蒸汽汇集后通过汽轮机进行集中利用，然后对汽轮机凝汽器循环水余热和煅烧炉水套余热进行集成回收，将外部热网的回水通过母管分配给各煅烧炉水套，用于煅烧炉水套的冷却，各水套出口冷却水通过母管汇集后用于凝汽器的冷却，凝汽器出口冷却水向外部热网供应热水，在实现对凝汽器排汽余热和煅烧炉水套余热高效回收利用的同时完成了对煅烧炉水套和凝汽器的冷却。
在一个可选实施例中，还具有冷却塔8，在冷却塔8的底部具有集水池，集水池的出水管道上设置有循环水泵9，并且，所述冷却塔8的集水池的出水管道通过第六连通管60与凝汽器5的冷却水进口管道连通，所述凝汽器5的冷却水出口通过第三连通管30与所述冷却塔的进水口连通。所述冷却塔8的集水池的出水管道通过第七连通管70与水套进水母管300连通，所述水套出水母管400通过第四连通管40与所述冷却塔8的进水口连通。
在一个可选实施例中，在第一至第七连通管上设置有控制管路通断的切换阀。
在一个可选实施例中，在采暖季，打开第一连通管、第二连通管和第五连通管上的切换阀，关闭第四连通管、第三连通管、第六连通管和第七连通管上的切换阀，则外部热网的回水作为煅烧炉水套的冷却水源，先进入水套进水母管，然后分为多个支路分别进入各台煅烧炉水套的冷却水进口，对各煅烧炉水套进行冷却；在煅烧炉水套中经过一次换热后的冷却水进入水套出水母管，然后进入凝汽器的冷却水进口，对凝汽器进行冷却；在凝汽器中经过二次换热后的冷却水向外部热网供应热水，热水在外部热网经过换热降温变成热网回水后又回到水套进水母管，从而实现煅烧炉水套和凝汽器的串联循环冷却。
在非采暖季，关闭第一连通管、第二连通管和第五连通管上的切换阀，打开第四连通管、第三连通管、第六连通管和第七连通管上的切换阀，开启循环水泵9，则冷却塔8的集水池的冷却水通过循环水泵9加压后分为两路，一路冷却水通过第六连通管60与凝汽器的冷却水进口连通，对凝汽器进行冷却，凝汽器的出口冷却水通过第三连通管30再回到冷却塔8；另一路冷却水经第七连通管70进入水套进水母管300，然后分为多个支路分别进入各台煅烧炉水套的冷却水进口，对煅烧炉水套进行冷却。各台煅烧炉水套的出口冷却水汇集进入水套出水母管400，然后经第四连通管40再回到冷却塔8，从而实现煅烧炉水套和凝汽器5的并联循环冷却。
在一个可选实施例中，所述系统还包括凝结水泵6和除氧给水系统7，所述凝汽器5的凝结水出口与凝结水泵6、除氧给水系统7、余热锅炉给水母管100沿凝结水流向顺次连通，所述凝汽器5的出口凝结水经过所述凝结水泵6加压后进入除氧给水系统7进行处理，然后送至所述余热锅炉给水母管100。
在一个可选实施例中，所述汽轮机4设置有抽汽口(未示出)，所述抽汽口与所述除氧给水系统7的加热蒸汽进口连通，为所述除氧给水系统提供加热汽源。
在一个可选实施例中，煅烧炉排出的烟气在余热锅炉中放热降温后的排放温度控制在150～200℃，余热锅炉将煅烧炉排出的烟气冷却至150～200℃，以满足下游除尘和烟气脱硫对烟气的温度要求。
在一个可选实施例中，采暖季时，凝汽器的进口冷却水温度控制在45～50℃，煅烧炉水套的进口冷却水温度控制在55～60℃，煅烧炉水套的出口冷却水温度控制在65～70℃。
在一个可选实施例中，余热锅炉的给水水质采用除盐水。
采用以上所述的煅烧炉循环冷却系统进行余热回收的方法是，利用一个或多个煅烧炉，以及一个或多个余热锅炉，各煅烧炉排出的烟气进入任意一个或多个余热锅炉换热，各余热锅炉产生的蒸汽共同驱动汽轮机旋转做功。蒸汽驱动汽轮机做功后进入凝汽器冷凝，凝汽器的凝结水作为给水进入各余热锅炉。
以上仅是对煅烧炉的烟气余热利用进行了说明。在每个煅烧炉的出料端还设置有对高温煅后焦进行冷却煅烧炉水套，并且，凝汽器的冷却水经过换热后也会产生余热，该系统还充分利用了煅烧炉水套和凝汽器的余热，前面已经描述了煅烧炉水套、凝汽器、余热锅炉、冷却塔、热网的连接关系，在此不再重复叙述，下面详细说明煅烧炉水套和凝汽器的余热利用的方法。
在采暖季，利用外部热网的回水作为煅烧炉水套的冷却水源，先进入水套进水母管，然后分为多个支路分别进入各台煅烧炉水套的冷却水进口，对各煅烧炉水套进行冷却；在煅烧炉水套中经过一次换热后的冷却水进入水套出水母管，然后进入凝汽器的冷却水进口，对凝汽器进行冷却；在凝汽器中经过二次换热后的冷却水向外部热网供应热水，冷却水在外部热网经过换热降温变成热网回水后又回到水套进水母管，从而实现煅烧炉水套和凝汽器的串联循环冷却。
在非采暖季，冷却塔8的集水池的冷却水分为两路，一路冷却水进入凝汽器，对凝汽器进行冷却，凝汽器的出口冷却水再回到冷却塔8；另一路冷却水进入水套进水母管300，然后分为多个支路分别进入各台煅烧炉水套的冷却水进口，对煅烧炉水套进行冷却。各台煅烧炉水套的出口冷却水汇集进入水套出水母管400，然后再回到冷却塔8，从而实现凝汽器5和煅烧炉水套的并联循环冷却。
需要说明的是，虽然以上的煅烧炉循环冷却系统是以罐式煅烧炉为例，但该煅烧炉循环冷却系统及方法却不限于罐式煅烧炉。
本实用新型的基于余热回收的煅烧炉循环冷却系统及方法具有以下有益效果：
1)在对煅烧炉余热进行回收的同时还保证了煅烧炉高温烟气、汽轮机凝汽器、煅烧炉水套的冷却，首先采用余热锅炉对烟气余热进行回收，转化为蒸汽资源，同时考虑到炭素厂一般均配置多台煅烧炉且单台煅烧炉烟气量和对应产汽量较小的特点，将余热锅炉汽水系统设计为母管制，蒸汽汇集后通过汽轮机进行集中利用，余热锅炉将煅烧炉烟气冷却至150～200℃，以满足下游除尘和烟气脱硫对烟气的温度要求；然后对汽轮机凝汽器循环水余热和煅烧炉水套余热进行集成回收，将外部热网的回水通过母管分配给各煅烧炉水套，用于煅烧炉水套的冷却，各水套出口冷却水通过母管汇集后用于凝汽器的冷却，凝汽器出口冷却水向外部热网供应热水，在实现对凝汽器排汽余热和煅烧炉水套余热高效回收利用的同时完成了对煅烧炉水套和凝汽器的冷却过程。
2)本专利对煅烧炉水套和凝汽器的冷却系统采用了优化设计，在采暖季，煅烧炉水套的冷却水与汽轮机凝汽器的冷却水换热系统采用串联方式，冷却水先进入煅烧炉水套冷却系统进行一次换热，然后进入凝汽器进行二次换热，这是充分考虑两个换热系统热源特征后的优化设计，与并联连接方式相比，系统所需的冷却水总量大幅减小；而与先进入凝汽器冷却系统再进入水套冷却系统的串联方式相比，可以明显改善水套的冷却效果，优先保证上游煅烧主工艺的安全生产，使水套运行工况更加接近设计工况，保证煅烧炉自身工艺技术达标；在非采暖季，煅烧炉水套的冷却水与汽轮机凝汽器的冷却水换热系统采用共用冷却塔的形式，这与常规分别设置冷却塔的模式相比，工程造价和占地大为缩减，此外，在系统设计方面，本专利将煅烧炉水套和汽轮机凝汽器设计成并联冷却方式，冷却塔来的冷却水分为两路分别进入煅烧炉水套和凝汽器进行冷却，经过换热升温后一同返回冷却塔，这种方式可保证煅烧炉水套和凝汽器均在接近设计工况下运行，确保煅烧炉的稳定生产和凝汽器的可靠真空。
3)水质方面，本专利将煅烧炉高温烟气的冷却介质(余热锅炉给水)水质设计为除盐水，这样可以避免余热锅炉受热面以及汽轮机叶片的结垢和积盐问题，以保护其安全运行；将采暖期的煅烧炉水套和凝汽器冷却水水质设计为软化水，这样可以避免煅烧炉水套和凝汽器由于冷却水温高于设计值带来的换热管结垢问题，保护煅烧炉水套和凝汽器的安全运行；而在非采暖期，由于通过冷却塔并联运行，煅烧炉水套和凝汽器均通过冷却塔来的低温冷却水冷却，可避免结垢问题，所以将循环冷却水水质设计为普通工业水，这样由于循环冷却过程汽水损失造成的相应补水也可以采用普通工业水，且因为总的水量非常大，导致补水量也较大，采用普通工业水与软化水相比可大大节约成本。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。