專利名稱：礦熱爐余熱回收發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是涉及礦石冶煉的電熱爐方面的，尤其是根據(jù)由非金屬絕熱材料的爐襯及立式柱形金屬外殼組成的爐體、插入爐體內(nèi)的加熱圓棒狀石墨電極、金屬筒罩形對流式熱回收器、無觸點(diǎn)及無級調(diào)節(jié)電壓的雙電源互補(bǔ)償電力變壓器、熱補(bǔ)償鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)、金屬管道、循環(huán)單元、構(gòu)成的礦熱爐余熱回收發(fā)電裝置。
目前工業(yè)上公知的冶煉電石、硅鐵等材料的礦熱爐(又稱電熱爐)，主要技術(shù)特征是內(nèi)層由非金屬絕熱材料做內(nèi)衫—爐內(nèi)衫，外層用金屬板彎曲焊接成型的立式筒形爐殼(體)、柱體狀石墨電極、帶有多個(gè)抽頭的電力變壓器、水冷式煙罩、水泵、冷卻塔構(gòu)成的礦熱爐。其目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的將礦石及其它輔助配料加入立時(shí)爐殼內(nèi)，三根石墨電極被埋入到爐料中，三根石墨電極通過電氣開關(guān)柜與電力變壓器的二次側(cè)相連。當(dāng)給石墨電極通電后，埋在爐料中的石墨電極的最下端形成高溫電弧，在高溫電弧的作用下不斷給礦料加溫，使?fàn)t內(nèi)下部的爐料熔化、產(chǎn)品析出，該融化區(qū)又稱熔融區(qū)，其溫度約為1450℃；在爐內(nèi)的中間段為化學(xué)反應(yīng)區(qū)，溫度約為800℃-900℃；爐內(nèi)的上部為預(yù)熱段，其溫度約為700℃；爐內(nèi)上部的爐料表面溫度約為550℃-600℃。為了使周圍工作環(huán)境溫度降低，煙氣粉塵能夠集中排放，在立式柱形爐體上方安裝一帶有排放孔的水冷金屬煙罩，在煙罩上方有一煙筒將煙氣粉塵排出。不斷在水冷煙罩內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的水，將大量的熱量經(jīng)循環(huán)水泵加壓送到冷卻水塔向大氣中排放掉。所存的問題是高能耗、低效率。以15MVA礦熱爐為例，通過水冷煙罩、煙筒排放的熱量損失相當(dāng)于礦熱爐電力輸入容量的三分之一左右，即55MVA。
本實(shí)用新型的所提供的礦熱爐余熱回收發(fā)電裝置，它能夠通過金屬筒罩形對流式熱回收器(以下簡稱熱回收器)將爐內(nèi)釋放的熱量以最大限度地回收，使熱回收器內(nèi)的水不斷地被加熱，加熱后的水經(jīng)循環(huán)水泵送到熱補(bǔ)償鍋爐，再經(jīng)熱補(bǔ)償鍋爐補(bǔ)償成合適的飽和蒸汽，被熱補(bǔ)償后的蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，再把發(fā)出的電通過雙電源互補(bǔ)償電力變壓器反饋給礦熱爐，降低礦熱爐對工業(yè)電網(wǎng)電力的消耗一節(jié)能，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。
為了解決上述任務(wù)，本實(shí)用新型所采用的方案是原來立式筒形爐殼(體)、柱體狀石墨電極保留不變，去掉冷卻塔。將原礦熱爐的水冷煙罩被熱回收器取代。原常規(guī)的電力變壓器被雙電源互補(bǔ)償電力變壓器(以下簡稱雙電源變壓器)取代，新增添的熱補(bǔ)償鍋爐及汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的由工業(yè)電網(wǎng)提供的三相電輸入雙電源變壓器，該變壓器的二次側(cè)通過低壓開關(guān)柜將電能輸出到現(xiàn)有立式筒形礦熱爐中的三根石墨電極上，在爐內(nèi)所有加熱、化學(xué)反應(yīng)、金屬融化析出的過程與現(xiàn)有的礦熱爐相同。所不同之處是從爐料表面放出的熱量，原來用水冷式煙罩、水泵、冷卻塔將熱量排放到大氣中，現(xiàn)由帶有氣體排放口的熱回收器將爐口罩蓋住，由循環(huán)補(bǔ)水單元給熱回收器提供循環(huán)水，在熱回收器內(nèi)的水被最大限度地加熱。為使溫度波動(dòng)性最小，再把熱回收器加熱后的水送到熱補(bǔ)償鍋爐，被熱補(bǔ)償后的飽和水蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，由汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電送到雙電源變壓器，回饋到礦熱爐再利用，或輸送到其它應(yīng)用場合。
上述的熱回收器，它是兩大部分組成熱回收器筒墻(簡稱為墻)、熱回收器頂蓋(簡稱為蓋)。熱回收器墻的內(nèi)側(cè)由六組夾角60°的壁掛式瓦形金屬聯(lián)箱組合成的圓筒，在每一個(gè)金屬聯(lián)箱的熱接受面上交錯(cuò)焊接增大熱接收面積的“凸、凹”形金屬管，水流從瓦形金屬聯(lián)箱中流進(jìn)這些金屬管時(shí)，被加熱后流出；熱回收器的環(huán)形蓋由六組夾角60°扇環(huán)形金屬聯(lián)箱組合成，而每組扇環(huán)形金屬聯(lián)箱又由多個(gè)環(huán)帶形金屬聯(lián)箱組成，在每個(gè)環(huán)帶形金屬聯(lián)箱的內(nèi)熱接收面上，交叉焊接多個(gè)增大熱接收面積的“U”形金屬管，并和環(huán)帶形金屬聯(lián)箱保持跨接連通。以便水流可吸收更多的熱量。
上述的雙電源變壓器，它是在目前供電網(wǎng)中使用的三相變壓器的基礎(chǔ)上，在三相輸入側(cè)又新增了一套三相輸入繞組，使工業(yè)電網(wǎng)供電輸入端和余熱發(fā)電供電輸入端共用一個(gè)變壓器鐵芯的雙電源變壓器。新增加的三相電源輸入繞組和汽輪發(fā)電機(jī)組的對應(yīng)輸出端相連。在三相繞組的進(jìn)線端串聯(lián)一個(gè)直流電流控制的三相交流電抗器，共兩個(gè)直流電流控制三相交流電抗器(以下稱直流控制電抗器)，直流控制電抗器有三個(gè)交流繞組、三個(gè)直流繞組彼此獨(dú)立組成。在可控的直流電源的控制下，通過改變直流控制電抗器鐵芯的磁飽和程度、電抗器交流繞組的電壓降、雙電源變壓器的鐵芯、繞組間電磁感應(yīng)互補(bǔ)、供電自動(dòng)互補(bǔ)；在三相輸出端可得到穩(wěn)定的、無觸點(diǎn)連接、無級可調(diào)的工作電壓輸出。而可變的直流電源輸出電壓、電流大小，又是根據(jù)雙電源變壓器的輸入電壓、輸出電壓高低，在智能控制器的控制下調(diào)節(jié)的。這樣一方面從礦熱爐用電來看，相當(dāng)于余熱回收發(fā)電的電能通過雙電源變壓器反饋給礦熱爐；另一方面從工業(yè)供電網(wǎng)來看，相當(dāng)于余熱回收發(fā)電的電能通過雙電源變壓器的鐵芯與電磁繞組間的電磁作用反饋到電網(wǎng)去。
當(dāng)然，通過熱回收器回收的熱量也可用于供暖、制冷；蒸氣輪發(fā)電機(jī)組發(fā)的電也可以用于其它場合。
上述的礦熱爐余熱回收發(fā)電裝置，它能夠?qū)⒃瓉矸懦龅酱髿庵械臒崃哭D(zhuǎn)變成電能，在直流控制交流電抗器的控制下，雙電源變壓器把余熱回收發(fā)的電回饋到礦熱爐中，可使輸入側(cè)、輸出側(cè)，實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)、無級連續(xù)調(diào)節(jié)電壓。減少工業(yè)電網(wǎng)對礦熱爐的供電量一節(jié)能，提高生產(chǎn)的可靠、安全性。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
附

圖1礦熱爐余熱回收發(fā)電方框原理圖。
附圖2熱回收器頂蓋最小單元立體結(jié)構(gòu)原理圖。
附圖3熱回收器頂蓋最小單元熱回收器組配俯視圖。
附圖4熱回收器墻壁掛式最小單元位置圖。
附圖5熱回收器墻壁掛式最小單元熱回收器原理圖。
附圖6單相雙電源變壓器原理圖。
附圖1中，工業(yè)電網(wǎng)提供的三相交流電從輸入端子(1)經(jīng)過直流控制電抗器(4)輸入給雙電源變壓器(5)，經(jīng)雙電源變壓器(5)的轉(zhuǎn)換后送給現(xiàn)有三根石墨電極的礦熱爐(7)，讓礦料在礦熱爐中加熱，化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)品。礦熱爐(7)放出的熱量由熱回收器(12)回收。從外部供水和汽輪機(jī)回饋冷凝水經(jīng)補(bǔ)水循環(huán)單元(13)送來的水，在熱回收器(12)中不斷地被加熱，被加熱后的水再送給熱補(bǔ)償鍋爐(11)，被熱補(bǔ)償鍋爐(11)熱補(bǔ)償后的飽和高溫高壓水蒸汽送入汽輪發(fā)電機(jī)組(10)發(fā)電。汽輪發(fā)電機(jī)組(10)發(fā)出的三相電由輸入端(8)經(jīng)直流控制電抗器(9)送給雙電源三相變壓器(5)。雙電源三相變壓器(5)輸出的電壓監(jiān)測點(diǎn)(6)、工業(yè)電網(wǎng)輸入給雙電源三相變壓器(5)的電壓、汽輪發(fā)電機(jī)組(10)輸出電壓信息分別送給驅(qū)動(dòng)檢測電路(3)，由驅(qū)動(dòng)檢測電路(3)將信息傳輸給智能控制(2)，根據(jù)要求智能控制器(2)作出相應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)信號給驅(qū)動(dòng)檢測電路(3)、電抗器(4)、(9)，調(diào)節(jié)工業(yè)電網(wǎng)、汽輪發(fā)電機(jī)組(10)輸入給雙電源變壓器(5)電壓的高低。達(dá)到減小電網(wǎng)供電量的目的。
附圖(2)中，由金屬板(14)、(17)、(20)、(22)、(24)構(gòu)成環(huán)帶狀槽形聯(lián)箱。中間用金屬板(17)焊接，將其分成兩個(gè)獨(dú)立部分。在這個(gè)聯(lián)箱的底部的金屬板(24)上，用很多相同的金屬“U”形管(23)、(25)跨接于環(huán)帶狀槽形聯(lián)箱的兩個(gè)部分，使“U”形管(23)、(25)等兩個(gè)端口分別與金屬聯(lián)箱兩個(gè)部分相通。當(dāng)水從進(jìn)水口(18)及“U”形管(23)、(25)的一端進(jìn)入后，在管內(nèi)被加熱，經(jīng)“U”形管(23)、(25)的另一端及出水口(19)排出。類似于(23)、(25)很多的“U”形管排列方式是交叉進(jìn)行的。以下用附圖(2)的俯視圖3進(jìn)一步說明。
附圖(3)中，其中一根有兩個(gè)端口(26)、(27)的“U”形管，它和另外相鄰的有兩個(gè)端口的(28)、(29)的“U”形管為交叉排列，其余類推。帶有“U”形管環(huán)帶狀的熱回收最小單元(30)、(31)分別是由不同半徑，而夾角為60°的環(huán)帶狀“熱回收器最小單元構(gòu)成一組完整扇形熱回收器。再將這樣六個(gè)完全相同的扇形熱回收器組合成圓形熱回收蓋。每一最小單元類似與進(jìn)水口(18)和出水口(19)可分別和進(jìn)水、出水金屬總管相連。
附圖4中，圓筒狀的金屬外殼(32)與圓筒狀非金屬耐熱內(nèi)衫(35)之間的絕熱填充材料(32)構(gòu)成的爐墻，在其內(nèi)表面上固定了六個(gè)尺寸大小、夾角為60°相同墻壁掛式最小單元的熱回收器(34)。
附圖5，附圖4中所述的墻壁掛式最小單元的熱回收器(34)是由多個(gè)類似的“凸”形金屬吸熱管(36)、(37)、(38)、(40)、(41)、(42)均勻地排布焊接在瓦形金屬連接箱(39)的內(nèi)表面上，并且和金屬連接箱(39)內(nèi)腔連通。金屬聯(lián)接器(39)內(nèi)腔被金屬板(44)隔開，使進(jìn)出水口(45)流進(jìn)的水經(jīng)“凸”形金屬吸熱管(36)、(37)、(38)、(40)、(41)、(42)吸熱后，從出水口(43)排出。
附圖6，由工業(yè)電網(wǎng)提供的電源(46)一端直接和變壓器(5)的初級繞組(48)的一端相連，另一端經(jīng)直流控制單相交流電抗(4)的交流線圈(53)相連。在二次側(cè)的感應(yīng)繞組(49)中的感應(yīng)電流、電壓輸送到裝配了石墨電極的單相礦熱爐(52)中。余熱回收汽輪發(fā)電機(jī)組(60)的一個(gè)輸出端直接和雙電源變壓器(5)的初級繞組(50)相連，另一端通過直流控制單相交流電抗器(9)的交流線圈(59)與初級繞組(50)相連。直流控制的交流電抗器(4)、(9)的直流線圈(54)、(58)分別受直流電源(55)、(57)的控制，當(dāng)在直流線圈(54)、(58)中的電流強(qiáng)度的大小變化時(shí)，使交流電抗器(4)、(9)的鐵芯中磁飽和強(qiáng)度變化，近而改變交流繞組(53)、(59)、(48)、(49)、(50)的電壓。檢測電路(47)、(51)、(56)將各回路中的電壓高、低的信息傳送給控制單元電路(3)，經(jīng)智能控制(2)的計(jì)算、決策后，分別輸出給直流控制單元電路(55)、(57)，從而調(diào)節(jié)雙電源變壓器的輸入、輸出電量多少，達(dá)到余熱回收節(jié)能的目的。三相交流電壓、電流調(diào)節(jié)與此類同。
權(quán)利要求
1.礦熱爐余熱發(fā)電裝置，由智能控制電路單元(2)及檢測、驅(qū)動(dòng)輸出電路(3)驅(qū)動(dòng)下的直流控制三相交流電抗器(4)、(9)、雙電源變壓器(5)、筒罩形對流式熱回收器(12)、已有的礦熱爐(7)、熱補(bǔ)償鍋爐(11)、蒸汽輪發(fā)電機(jī)組(10)、循環(huán)補(bǔ)水單元(13)構(gòu)成的礦熱爐余熱發(fā)電裝置。其特征在于由智能控制電路單元(2)及檢測、驅(qū)動(dòng)電路(3)對直流控制三相交流電抗器(4)、(9)控制，再對雙電源三相補(bǔ)償變壓器(5)控制；筒罩形對流式熱回收器(12)罩蓋住礦熱爐口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦熱爐余熱發(fā)電裝置，其特征是很多交錯(cuò)排列類似于“U”形金屬管(23)、(25)和金屬板(14)、(20)、(21)、(22)、(24)焊接的金屬聯(lián)箱構(gòu)成的多個(gè)最小環(huán)帶形余熱回收單元(30)、(31)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦熱爐余熱發(fā)電裝置，其特征是由交流線圈(53)、(59)分別和直流線圈(54)、(58)對應(yīng)構(gòu)成的直流控制三相交流電抗器(4)、(9)；交流線圈(53)、(59)被串聯(lián)在交流輸入回路中，直流線圈(54)、(58)串聯(lián)在直流電源回路中。
全文摘要
本發(fā)明公開了礦熱爐余熱發(fā)電裝置，工業(yè)供電經(jīng)輸入端子(1)、直流控制電抗器(4)送給雙電源變壓器(5)，轉(zhuǎn)換后送給礦熱爐(7)，將冶煉過程釋放的余熱用熱回收器(12)回收。外部供水和汽輪機(jī)的冷凝水經(jīng)循環(huán)補(bǔ)水單元(13)送給熱回收器(12)加熱、熱補(bǔ)償鍋爐(11)補(bǔ)償成飽和水蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組(10)發(fā)電。再由輸入端(8)經(jīng)直流控制電抗器(9)回饋給雙電源變壓器(5)。輸出電壓監(jiān)測點(diǎn)(6)、雙電源輸入電壓的信息分別送給驅(qū)動(dòng)檢測電路(3)、智控單元電路(2)運(yùn)算后，驅(qū)動(dòng)直流控制電抗器(4)、(9)，調(diào)節(jié)輸入輸出電壓。達(dá)到減小用電量的目的。
文檔編號F27D17/00GK1779402SQ20041008022
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月20日
發(fā)明者潘佩昌 申請人:潘佩昌