还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统的制作方法

本实用新型属于余热发电技术领域，具体涉及一种还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统。

背景技术：

我国是世界上TiO₂储量最为丰富的国家之一，但绝大部分TiO₂以钛铁矿形式存在。还原钛铁矿的回转窑生产工艺具有产量高、环境污染小和产品质量稳定等特点，因此这种生产工艺获得了越来越多的应用和推广。

目前，从回转窑排出的还原钛铁矿颗粒温度高，大量余热一直无法有效利用，造成巨大的能量浪费。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统，包括固体换热器(6)、蒸发器(7)、透平发电机组和冷却塔(15)；其中，所述透平发电机组包括透平(10)和发电机(11)；

所述固体换热器(6)的高温固体进料口通过第1阀门(3)与回转窑(2)的窑头罩(1)的高温固体排料口连接；所述固体换热器(6)的低温固体排料口通过排料管与成品库(20)连接；所述固体换热器(6)具有低温热水进口和高温热水出口，所述固体换热器(6)的高温热水出口与所述蒸发器(7)的进水口连接；所述蒸发器(7)的高温排水口与供热用户(8)的供热管道一端连接，所述供热用户(8)的供热管道的另一端经加压泵(9)后，连接到所述固体换热器(6)的低温热水进口；由此形成循环回路；

所述蒸发器(7)的过热蒸汽出口通过管道连接到透平(10)做功，并带动发电机(11)向外输出电能；所述透平(10)的尾部乏汽通过凝汽器(12)冷凝成液态，并通过工质泵(13)连接到所述蒸发器(7)的有机工质进口；由此形成循环回路；

所述冷却塔(15)的循环水排水口通过循环水泵(14)连接到所述凝汽器(12)的循环水进口；所述凝汽器(12)的循环水出口与所述冷却塔(15)的循环水进口连接；由此形成循环回路。

优选的，回转窑(2)的窑头罩(1)的高温固体排料口还通过第2阀门(4)与冷却机(5)的进口连接；所述冷却机(5)的出口与所述成品库(20)连接。

优选的，所述回转窑(2)窑尾的烟气出口还依次通过空冷器(16)、袋式除尘器(17)和引风机(18)后，与烟囱(19)的烟气进口连接。

优选的，所述固体换热器(6)呈立式布置，所述固体换热器(6)的进口设有塔形布料器，内部装有料位监测装置，所述固体换热器(6)的出口设计多个接管；所述固体换热器(6)的受热面采用多通道膜式壁结构。

本实用新型提供的还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统具有以下优点：

还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统既能最大限度地回收还原钛铁矿颗粒的高温显热转化为电能，又可向热用户供暖，还能直接替代还原钛铁矿生产工艺中原有的冷却机以降低生产能耗，对企业降低能耗、提高经济效益具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本实用新型提供的还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统的结构示意图；

图2为本实用新型提供的固体换热器的结构示意图；

其中：1.窑头罩，2.回转窑，3.第1阀门，4.第2阀门，5.冷却机，6.固体换热器，7.蒸发器，8.供热用户，9.加压泵，10.透平，11.发电机，12.凝汽器，13.工质泵，14.循环水泵，15.冷却塔，16.空冷器，17.袋式除尘器，18.引风机，19.烟囱；20.成品库；

图2为本实用新型提供的固体换热器的结构示意图；

21.钛铁矿颗粒进口；22.塔形布料器；23.进口给水管道；24.出口回水管道；25.钛铁矿颗粒输送装置。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统，可充分回收还原钛铁矿颗粒的余热，对企业降低能耗、提高经济效益具有十分重要的意义。

具体的，还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统既能最大限度地回收还原钛铁矿颗粒的高温显热转化为电能，又可向热用户供暖，还能直接替代还原钛铁矿生产工艺中原有的冷却机以降低生产能耗，并且不影响原生产工艺的连续稳定运行。属于余热发电技术领域。

参考图1，还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统包括固体换热器6、蒸发器7、透平发电机组和冷却塔15；其中，透平发电机组包括透平10和发电机11；

固体换热器6的高温固体进料口通过第1阀门3与回转窑2的窑头罩1的高温固体排料口连接；固体换热器6的低温固体排料口通过排料管与成品库20连接；固体换热器6具有低温热水进口和高温热水出口，固体换热器6的高温热水出口与蒸发器7的进水口连接；蒸发器7的高温排水口与供热用户8的供热管道一端连接，供热用户8的供热管道的另一端经加压泵9后，连接到固体换热器6的低温热水进口；由此形成循环回路；其中，固体换热器6呈立式布置，固体换热器6的进口设有塔形布料器，可以保证还原钛铁矿颗粒沿圆周方向均匀分布各个受热面；内部装有料位监测装置，固体换热器6的出口设计多个接管，接管仰角大于45°，保证了下料均匀性，解决了固体换热器内部颗粒抽芯问题，提高了设备使用效率和寿命。固体换热器6的受热面采用多通道膜式壁结构，膜式壁外壁间距不小于100mm；各个膜式壁竖直布置。

蒸发器7的过热蒸汽出口通过管道连接到透平10做功，并带动发电机11向外输出电能；透平10的尾部乏汽通过凝汽器12冷凝成液态，并通过工质泵13连接到蒸发器7的有机工质进口；由此形成循环回路；

冷却塔15的循环水排水口通过循环水泵14连接到凝汽器12的循环水进口；凝汽器12的循环水出口与冷却塔15的循环水进口连接；由此形成循环回路。

此外，回转窑2的窑头罩1的高温固体排料口还通过第2阀门4与冷却机5的进口连接；冷却机5的出口与成品库20连接。设置此旁路的目的为：当热电联供系统的设备发生故障时，整个系统可从还原钛铁矿生产工艺中退出，回转窑排出的还原钛铁矿颗粒直接通过冷却机5后排入成品库20。

回转窑2窑尾的烟气出口还依次通过空冷器16、袋式除尘器17和引风机18后，与烟囱19的烟气进口连接，通过对回转窑排出的烟气进行净化，再排入大气中，防止对环境造成污染。

本实用新型还提供一种基于还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统的方法，包括以下步骤：

从回转窑2排出的高温还原钛铁矿颗粒进入到固体换热器6的内部，与流入到固体换热器6的低温热水进行热交换，高温还原钛铁矿颗粒通过固体换热器6换热后温度降至150℃以下，降温后的还原钛铁矿颗粒进入成品库20中储存；低温热水通过固体换热器6换热后吸收热量从而温度升高，得到高温热水；然后，高温热水流经蒸发器7，将热量传给有机工质后，高温热水流入供热用户8的供热管道，用于向用户供暖；供暖后的热水经加压泵9后，流到固体换热器6的低温热水进口，由此形成循环回路；其中，可采用R245fa作为有机工质。

而有机工质在工质泵13的驱动下进入蒸发器7内吸收热量，产生的过热蒸汽通过管道进入透平10做功，并带动发电机11向外输出电能；透平10尾部乏汽通过凝汽器12冷凝成液态，并再次通过工质泵13进入蒸发器7，由此形成一个闭式回路；

另外，冷却塔15排出的循环水在循环水泵14的驱动下进入凝汽器12吸收热量，吸收热量后的循环水又返回冷却塔15放出热量，并开始新一轮循环。

本实用新型提供的还原钛铁矿颗粒热电耦合联供系统以及方法具有以下优点：

(1)固体换热器的受热面采用多通道膜式壁结构，形成物料通道。一方面，还原钛铁矿颗粒沿重力方向均匀通过各个受热面，不易堵塞，不仅换热速率可控，而且大大增加了有效换热面积；另一方面，由于固体换热器采用了多通道受热面结构，可适应钛铁矿还原过程波动而引起的颗粒温度和流量变化，保证固体换热器出口参数的稳定，提高了热电耦合联供系统的安全稳定性。

(2)固体换热器嵌入到还原钛铁矿生产系统，直接替代原生产工艺中的冷却机，使固体换热器与还原钛铁矿生产系统融为一体，实现还原钛铁矿颗粒温度降至150℃以下。在热电联供系统的设备发生故障时，整个系统可从还原钛铁矿生产工艺中退出，从而保证不干扰原生产工艺的稳定运行。

(3)通过对还原钛铁矿生产工艺全流程研究，开发了适用于变工况下热电耦合联供的高可靠性DCS控制系统，实现了还原钛铁矿生产工艺和热电耦合联供系统的协同集成和优化，提高了整个系统相对运转率和可靠性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。