本發(fā)明涉及余熱余能回收利用領(lǐng)域，特別涉及一種具有垂直低阻力熱管的加熱爐余熱發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鋼鐵企業(yè)軋鋼加熱爐作為能耗大戶直接影響著企業(yè)的生產(chǎn)成本。一般加熱爐作為一種加熱設(shè)備的熱效率普遍在30％左右，能耗高、能源利用水平低，造成了大量的能源浪費(fèi)。因此，回收加熱爐余熱既有很好的經(jīng)濟(jì)效益又有一定的環(huán)境效益。

目前，鋼鐵企業(yè)多采用汽化冷卻步進(jìn)梁式加熱爐，一般燃料為混合煤氣，排煙方式為自然排煙，排煙溫度一般在900攝氏度左右。而現(xiàn)有技術(shù)中的余熱回收效率一般較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有垂直低阻力熱管的加熱爐余熱發(fā)電系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種具有垂直低阻力熱管的加熱爐余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括加熱爐、余熱回收器、過熱器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、凝汽器和在加熱爐尾部沿著煙氣流向布置多個第一熱管，第一熱管的蒸發(fā)端與加熱爐煙道相連通，第一熱管的冷凝端連接至余熱回收器中，余熱回收器內(nèi)設(shè)置有工質(zhì)，余熱回收器設(shè)置有工質(zhì)入口流道和工質(zhì)出口流道，工質(zhì)出口流道連接至過熱器的入口，過熱器的出口接至汽輪機(jī)，汽輪機(jī)的輸出軸與發(fā)電機(jī)相連，汽輪機(jī)內(nèi)設(shè)有工質(zhì)通道，汽輪機(jī)的工質(zhì)通道出口與凝汽器入口相連，凝汽器的出口管道上設(shè)有泵，泵連通至余熱回收器的工質(zhì)入口流道；

第一熱管的蒸發(fā)端和冷凝端的外表面均配置高密度多層多列的線狀折彎換熱件，線狀折彎換熱件由一根金屬絲經(jīng)過四次折彎形成第一折彎部、第二折彎部、第三折彎部、第四折彎部和第五折彎部，線狀折彎換熱件通過第一折彎部和第五折彎部與第一熱管的外表面焊接；

凝汽器包括第二熱管、汽輪機(jī)乏汽腔和冷卻水腔，汽輪機(jī)乏汽腔和冷卻水腔通過密封隔板分離，第二熱管的蒸發(fā)端位于汽輪機(jī)乏汽腔內(nèi)，第二熱管的冷凝端位于冷卻水腔內(nèi)。

其有益效果是，加熱爐排出高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔饨?jīng)過第一熱管的蒸發(fā)端，第一熱管的蒸發(fā)端經(jīng)過高溫?zé)煔獾募訜岷髥?，第一熱管進(jìn)入工作狀態(tài)，開始向冷凝端傳熱，第一熱管的冷凝端浸沒在余熱回收器內(nèi)部的工質(zhì)中，第一熱管的冷凝端向工質(zhì)提供熱量，加熱后的工質(zhì)被輸送到過熱器，由于工質(zhì)的沸點(diǎn)低、經(jīng)過過熱器加熱后發(fā)生相變，由高溫液態(tài)變成高溫高壓氣態(tài)，以此推動汽輪機(jī)工作，汽輪機(jī)的輸出軸與發(fā)電機(jī)相連，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)做功推動汽輪機(jī)工作后，氣態(tài)工質(zhì)的溫度和壓強(qiáng)都會降低，但仍具有較高的溫度，變成了高溫低壓氣態(tài)工質(zhì)，為了使汽輪機(jī)兩端獲得高壓強(qiáng)差，汽輪機(jī)的工質(zhì)通道出口與凝汽器入口相連，通過凝汽器內(nèi)部真空的強(qiáng)勁吸力可以使得蒸汽以最高速度沖刷汽輪機(jī)的葉片，達(dá)到蒸汽焓降最大化，如此可以大大增加汽輪機(jī)的效率，從而提高發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，凝汽器的出口管道上設(shè)有泵，泵連通至余熱回收器的工質(zhì)入口流道，通過泵輸送液態(tài)工質(zhì)至余熱回收器，使得工質(zhì)得到循環(huán)使用，使得整個系統(tǒng)能夠不斷循環(huán)使用；考慮到加熱爐排出的高溫?zé)煔夂偷谝粺峁軆?nèi)的工作介質(zhì)對管壁換熱系數(shù)不一樣，第一熱管內(nèi)的工作介質(zhì)的換熱系數(shù)一般都很高，而第一熱管蒸發(fā)端外側(cè)流動的煙氣，其換熱系數(shù)一般較低，兩者相差幾十倍甚至上百倍，這樣煙氣側(cè)換熱系數(shù)低，換熱能力低，限制了傳熱量的提高，本發(fā)明中，第一熱管的外表面設(shè)置高密度的線狀折彎換熱件，線狀折彎換熱件制作簡單，線狀折彎換熱件通過第一折彎部和第五折彎部與第一熱管焊接，使得在線狀折彎換熱件與第一熱管之間的連接更加穩(wěn)固，線狀折彎換熱件不易從第一熱管上松脫，高密度的線狀折彎換熱件使得第一熱管的實(shí)際傳熱面積將大大提高，解決了煙氣側(cè)換熱“瓶頸”，第一熱管的傳熱效果將大大增加，能夠大大提高第一熱管的傳熱量，進(jìn)一步提高本發(fā)明的余熱利用效率，節(jié)約能源，綠色環(huán)保；過熱器出來的高溫蒸汽在推動汽輪機(jī)做功的過程中，會損失掉一部分能量，但是汽輪機(jī)僅僅利用了高溫高壓蒸汽中的一小部分，進(jìn)入凝汽器的乏汽仍然包含了大量熱能，利用好乏汽所內(nèi)含的能量能更好的節(jié)約能源，使得能源得到充分的利用，在本發(fā)明中，凝汽器采用熱管式凝汽器，熱管具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)，為近超導(dǎo)熱體，將大大提高乏汽熱能的利用率，在本發(fā)明中，第二熱管的蒸發(fā)端位于汽輪機(jī)乏汽腔內(nèi)，汽輪機(jī)乏汽進(jìn)入汽輪機(jī)乏汽腔對第二熱管的蒸發(fā)端加熱，乏汽經(jīng)過凝汽器后變成液態(tài)工質(zhì)，由泵輸送至余熱回收器中循環(huán)使用，而第二熱管的蒸發(fā)端經(jīng)過乏汽的加熱后啟動，第二熱管進(jìn)入工作狀態(tài)，開始向冷凝端傳熱，第二熱管的冷凝端浸沒在冷卻水腔內(nèi)的冷卻水中，第二熱管的冷凝端向冷卻水提供熱量，被加熱后的冷卻水根據(jù)實(shí)際需要流向預(yù)定的位置，如此，進(jìn)一步提高了整個系統(tǒng)的余熱利用率。

在一些實(shí)施方式中，第一折彎部和第五折彎部沿著第一熱管縱向焊接，每層線狀折彎換熱件的第三折彎部上焊有不銹鋼圈，不銹鋼圈將同一層的線狀折彎換熱件抱箍住。

其有益效果是，每層線狀折彎換熱件的第三折彎部上焊有不銹鋼圈，不銹鋼圈將同一層的線狀折彎換熱件抱箍住，每層不銹鋼圈再一次增加了每層的傳熱面積，換熱效果進(jìn)一步增強(qiáng)，換熱效率更高，換熱更理想，同時不銹鋼圈還對同一層的線狀折彎換熱件起到一個穩(wěn)固連接的作用。

在一些實(shí)施方式中，第二熱管的蒸發(fā)端和冷凝端的外表面均配置高密度多層多列的線狀折彎換熱件，線狀折彎換熱件由一根金屬絲經(jīng)過四次折彎形成第一折彎部、第二折彎部、第三折彎部、第四折彎部和第五折彎部，線狀折彎換熱件通過第一折彎部和第五折彎部與第二熱管的外表面焊接。

其有益效果是，高密度的線狀折彎換熱件使得第二熱管的實(shí)際傳熱面積將大大提高，第二熱管的傳熱效果將大大增加，能夠大大提高第二熱管的傳熱量，進(jìn)一步提高本發(fā)明的余熱利用效率。

在一些實(shí)施方式中，第二熱管具體為鉀-不銹鋼熱管，其內(nèi)部的工作介質(zhì)為液態(tài)鉀。

其有益效果是，從汽輪機(jī)出來的乏汽溫度相對從過熱器出來的高溫蒸汽的溫度較低，鉀-不銹鋼熱管具有很高的換熱率，能夠滿足凝汽器環(huán)境的使用要求。

在一些實(shí)施方式中，余熱回收器內(nèi)的工質(zhì)具體為有機(jī)非共沸混合工質(zhì)。

其有益效果是，有機(jī)非共沸混合工質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熱物性優(yōu)良，可以減少傳熱不可逆損失，提高系統(tǒng)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式的具有垂直低阻力熱管的加熱爐余熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中所示的第一熱管表面示意圖；

圖3為圖1中所示的第二熱管表面示意圖；

圖4為線狀折彎換熱件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1～圖4示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的具有垂直低阻力熱管的加熱爐余熱發(fā)電系統(tǒng)。如圖所示，具有垂直低阻力熱管的加熱爐余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括加熱爐1、余熱回收器2、過熱器5、汽輪機(jī)6、發(fā)電機(jī)7、凝汽器8和在加熱爐1尾部沿著煙氣流向布置多個第一熱管3，第一熱管3的蒸發(fā)端與加熱爐1煙道相連通，第一熱管3的冷凝端連接至余熱回收器2中，余熱回收器2內(nèi)設(shè)置有工質(zhì)，余熱回收器2設(shè)置有工質(zhì)入口流道201和工質(zhì)出口流道202，工質(zhì)出口流道202連接至過熱器5的入口，過熱器5的出口接至汽輪機(jī)6，汽輪機(jī)6的輸出軸與發(fā)電機(jī)7相連，汽輪機(jī)6內(nèi)設(shè)有工質(zhì)通道，汽輪機(jī)6的工質(zhì)通道出口與凝汽器8入口相連，凝汽器8的出口管道上設(shè)有泵9，泵9連通至余熱回收器2的工質(zhì)入口流道201；

第一熱管3的蒸發(fā)端和冷凝端的外表面均配置高密度多層多列的線狀折彎換熱件4，線狀折彎換熱件4由一根金屬絲經(jīng)過四次折彎形成第一折彎部401、第二折彎部402、第三折彎部403、第四折彎部404和第五折彎部405，線狀折彎換熱件4通過第一折彎部401和第五折彎部405與第一熱管3的外表面焊接；

凝汽器8包括第二熱管801、汽輪機(jī)乏汽腔802和冷卻水腔803，汽輪機(jī)乏汽腔802和冷卻水腔803通過密封隔板804分離，第二熱管801的蒸發(fā)端位于汽輪機(jī)乏汽腔802內(nèi)，第二熱管801的冷凝端位于冷卻水腔803內(nèi)。

其有益效果是，加熱爐1排出高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔饨?jīng)過第一熱管3的蒸發(fā)端，第一熱管3的蒸發(fā)端經(jīng)過高溫?zé)煔獾募訜岷髥?，第一熱?進(jìn)入工作狀態(tài)，開始向冷凝端傳熱，第一熱管3的冷凝端浸沒在余熱回收器2內(nèi)部的工質(zhì)中，第一熱管3的冷凝端向工質(zhì)提供熱量，加熱后的工質(zhì)被輸送到過熱器5，由于工質(zhì)的沸點(diǎn)低、經(jīng)過過熱器5加熱后發(fā)生相變，由高溫液態(tài)變成高溫高壓氣態(tài)，以此推動汽輪機(jī)6工作，汽輪機(jī)6的輸出軸與發(fā)電機(jī)7相連，從而帶動發(fā)電機(jī)7發(fā)電，高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)做功推動汽輪機(jī)6工作后，氣態(tài)工質(zhì)的溫度和壓強(qiáng)都會降低，但仍具有較高的溫度，變成了高溫低壓氣態(tài)工質(zhì)，為了使汽輪機(jī)6兩端獲得高壓強(qiáng)差，汽輪機(jī)6的工質(zhì)通道出口與凝汽器8入口相連，通過凝汽器8內(nèi)部真空的強(qiáng)勁吸力可以使得蒸汽以最高速度沖刷汽輪機(jī)6的葉片，達(dá)到蒸汽焓降最大化，如此可以大大增加汽輪機(jī)6的效率，從而提高發(fā)電機(jī)7的發(fā)電量，凝汽器8的出口管道上設(shè)有泵9，泵9連通至余熱回收器2的工質(zhì)入口流道201，通過泵9輸送液態(tài)工質(zhì)至余熱回收器2，使得工質(zhì)得到循環(huán)使用，使得整個系統(tǒng)能夠不斷循環(huán)使用；考慮到加熱爐1排出的高溫?zé)煔夂偷谝粺峁?內(nèi)的工作介質(zhì)對管壁換熱系數(shù)不一樣，第一熱管3內(nèi)的工作介質(zhì)的換熱系數(shù)一般都很高，而第一熱管3蒸發(fā)端外側(cè)流動的煙氣，其換熱系數(shù)一般較低，兩者相差幾十倍甚至上百倍，這樣煙氣側(cè)換熱系數(shù)低，換熱能力低，限制了傳熱量的提高，本發(fā)明中，第一熱管3的外表面設(shè)置高密度的線狀折彎換熱件4，線狀折彎換熱件4制作簡單，線狀折彎換熱件4通過第一折彎部401和第五折彎部405與第一熱管3焊接，使得在線狀折彎換熱件4與第一熱管3之間的連接更加穩(wěn)固，線狀折彎換熱件4不易從第一熱管3上松脫，高密度的線狀折彎換熱件4使得第一熱管3的實(shí)際傳熱面積將大大提高，解決了煙氣側(cè)換熱“瓶頸”，第一熱管3的傳熱效果將大大增加，能夠大大提高第一熱管3的傳熱量，進(jìn)一步提高本發(fā)明的余熱利用效率，節(jié)約能源，綠色環(huán)保；另外，過熱器5出來的高溫蒸汽在推動汽輪機(jī)6做功的過程中，會損失掉一部分能量，但是汽輪機(jī)6僅僅利用了高溫高壓蒸汽中的一小部分，進(jìn)入凝汽器8的乏汽仍然包含了大量熱能，利用好乏汽所內(nèi)含的能量能更好的節(jié)約能源，使得能源得到充分的利用，在本發(fā)明中，凝汽器8采用熱管式凝汽器，熱管具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)，為近超導(dǎo)熱體，將大大提高乏汽熱能的利用率，在本發(fā)明中，第二熱管801的蒸發(fā)端位于汽輪機(jī)乏汽腔802內(nèi)，汽輪機(jī)乏汽進(jìn)入汽輪機(jī)乏汽腔802對第二熱管801的蒸發(fā)端加熱，乏汽經(jīng)過凝汽器8后變成液態(tài)工質(zhì)，由泵9輸送至余熱回收器2中循環(huán)使用，而第二熱管801的蒸發(fā)端經(jīng)過乏汽的加熱后啟動，第二熱管801進(jìn)入工作狀態(tài)，開始向冷凝端傳熱，第二熱管801的冷凝端浸沒在冷卻水腔803內(nèi)的冷卻水中，第二熱管801的冷凝端向冷卻水提供熱量，被加熱后的冷卻水根據(jù)實(shí)際需要流向預(yù)定的位置，如此，進(jìn)一步提高了整個系統(tǒng)的余熱利用率。

優(yōu)選地，第一折彎部401和第五折彎部405沿著第一熱管3縱向焊接，每層線狀折彎換熱件4的第三折彎部403上焊有不銹鋼圈406，不銹鋼圈406將同一層的線狀折彎換熱件4抱箍住。

其有益效果是，每層線狀折彎換熱件4的第三折彎部403上焊有不銹鋼圈406，不銹鋼圈406將同一層的線狀折彎換熱件4抱箍住，每層不銹鋼圈406再一次增加了每層的傳熱面積，換熱效果進(jìn)一步增強(qiáng)，換熱效率更高，換熱更理想，同時不銹鋼圈406還對同一層的線狀折彎換熱件4起到一個穩(wěn)固連接的作用。

優(yōu)選地，第二熱管801的蒸發(fā)端和冷凝端的外表面均配置高密度多層多列的線狀折彎換熱件4，線狀折彎換熱件4由一根金屬絲經(jīng)過四次折彎形成第一折彎部401、第二折彎部402、第三折彎部403、第四折彎部404和第五折彎部405，線狀折彎換熱件4通過第一折彎部401和第五折彎部405與第二熱管803的外表面焊接。

其有益效果是，高密度的線狀折彎換熱件4使得第二熱管801的實(shí)際傳熱面積將大大提高，第二熱管801的傳熱效果將大大增加，能夠大大提高第二熱管801的傳熱量，進(jìn)一步提高本發(fā)明的余熱利用效率。

優(yōu)選地，第一熱管3具體為鋰-鎢熱管，其內(nèi)部的工作介質(zhì)為液態(tài)鋰。

其有益效果是，鋰-鎢熱管為高溫?zé)峁?，非常適合本發(fā)明的使用環(huán)境，尤其是鋰具有很高的軸向傳熱密度，能進(jìn)一步提高本發(fā)明的余熱利用效率。

優(yōu)選地，第二熱管801具體為鉀-不銹鋼熱管，其內(nèi)部的工作介質(zhì)為液態(tài)鉀。

其有益效果是，從汽輪機(jī)6出來的乏汽溫度相對從過熱器出來的高溫蒸汽的溫度較低，鉀-不銹鋼熱管具有很高的換熱率，能夠滿足凝汽器8環(huán)境的使用要求。

優(yōu)選地，余熱回收器2內(nèi)的工質(zhì)具體為有機(jī)非共沸混合工質(zhì)。

其有益效果是，有機(jī)非共沸混合工質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熱物性優(yōu)良，可以減少傳熱不可逆損失，提高系統(tǒng)效率。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。