高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置專利背景

隨著能源短缺越來越嚴重，二次能源的利用越來越重要，鋼鐵廠的高爐沖渣水余熱回收越來越廣泛，但是沖渣水中還有大量的渣滓，用于換熱的換熱器長時間工作后會結垢堵塞，目前的清洗方法及裝置大多需要對換熱器進行停機操作，嚴重影響換熱器的工作效率 。

高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置專利目的

《高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置》旨在提供一種高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置，以達到換熱器邊工作邊清洗、不影響換熱器工作效率的目的 。

高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置技術方案

為達到上述目的，《高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置》主要是通過下述技術方案來實現(xiàn)。

高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置，由儲球罐、膠球泵及配套的管道、閥門組成。儲球罐中有一塊擋板，該擋板通過擋板手柄進行控制，用于控制小球的收發(fā)；換熱器的沖渣水入水管通過分支管道連接發(fā)球閥門，發(fā)球閥門另一端依次連接膠球泵和儲球罐，儲球罐另一端的管道產生分支，分別連接正向收球閥門和反向收球閥門，正向收球閥門和反向收球閥門都通過分支管道連接換熱器的沖渣水出水管，沖渣水出水管中有一收球網，用于回收小球，該收球網通過收球網手柄控制正反向 。

《高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置》提供的高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置，針對沖渣水對換熱器的堵塞及停機清洗換熱器的問題，利用小球同沖渣水一起進入換熱器的換熱管，通過小球來回碰撞換熱管及沖渣水對換熱管的沖刷作用對換熱器進行在線清洗，解決了換熱器停機清洗的問題，提高了換熱器工作效率和沖渣水余熱回收效率，并且《高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置》的清洗裝置的收球網在收球網手柄的控制下能夠來回翻轉，通過小球與收球網的正反面來回碰撞，減少收球網的堵塞，增加了自清洗功能，增強了清洗裝置的使用壽命和工作效率 。

圖1為《高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置》正向收球工作的示意圖。

圖2為《高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置》反向收球工作的示意圖。

圖中所示：1、換熱器；2、沖渣水出水管；3、收球網；4、收球網手柄；51、正向收球閥門；52、反向收球閥門；6、儲球罐；7、小球；8、擋板手柄；9、擋板；10、膠球泵；11、發(fā)球閥門；12、沖渣水入水管 。

《高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置》涉及清洗裝置，尤其涉及高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置 。

1.高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置，由儲球罐、膠球泵及配套的管道、閥門組成，其特征在于：儲球罐中有一塊擋板，該擋板通過擋板手柄進行控制，用于控制小球的收發(fā)；換熱器的沖渣水入水管通過分支管道連接發(fā)球閥門，發(fā)球閥門另一端依次連接膠球泵和儲球罐，儲球罐另一端的管道產生分支，分別連接正向收球閥門和反向收球閥門，正向收球閥門和反向收球閥門都通過分支管道連接換熱器的沖渣水出水管，沖渣水出水管中有一收球網，用于回收小球，該收球網通過收球網手柄控制正反向，收球網在收球網手柄的控制下能夠來回正反向翻轉，利用小球同沖渣水一起進入換熱器的換熱管，通過小球來回碰撞換熱管及沖渣水對換熱管的沖刷作用對換熱器進行在線清洗，高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置的清洗過程：儲球罐中的擋板手柄進行旋轉，擋板由橫向轉為縱向，儲球罐中的小球流出，并通過管道進入膠球泵加壓，發(fā)球閥門打開，加壓后小球經過發(fā)球閥門和分支管道進入沖渣水入水管，隨著沖渣水進入換熱器的換熱管，小球在換熱器的換熱管中來回碰撞，換熱管再經過沖渣水的沖刷，附著在換熱管中的污垢被清洗干凈；清洗工作過后的小球跟隨換熱之后的沖渣水進入沖渣水出水管，當收球網手柄正向控制收球網時，正向收球閥門打開、反向收球閥門關閉，小球通過正向收球閥門和管道，回到儲球罐；當收球網手柄反向控制收球網時，反向收球閥門打開、正向收球閥門關閉，小球通過反向收球閥門和管道，回到儲球罐；儲球罐中的擋板手柄進行旋轉，擋板由縱向轉為橫向，小球留在儲球罐中 。

下面結合附圖和實施例對《高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置》進行詳細的描述。

如圖1所示，高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置，由儲球罐6、膠球泵10及配套的管道、閥門組成。儲球罐6中有一塊擋板9，該擋板9通過擋板手柄8進行控制，用于控制小球7的收發(fā)；換熱器的沖渣水入水管12通過分支管道連接發(fā)球閥門11，發(fā)球閥門11另一端依次連接膠球泵10和儲球罐6，儲球罐6另一端的管道產生分支，分別連接正向收球閥門51和反向收球閥門52，正向收球閥門51和反向收球閥門52都通過分支管道連接換熱器的沖渣水出水管2，沖渣水出水管2中有一收球網3，用于回收小球7，該收球網3通過收球網手柄4控制正反向。

高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置的清洗過程：儲球罐6中的擋板手柄8進行旋轉，擋板9由橫向轉為縱向，儲球罐6中的小球7流出，并通過管道進入膠球泵10加壓，發(fā)球閥門11打開，加壓后小球7經過發(fā)球閥門11和分支管道進入沖渣水入水管12，隨著沖渣水進入換熱器的換熱管，小球7在換熱器的換熱管中來回碰撞，換熱管再經過沖渣水的沖刷，附著在換熱管中的污垢被清洗干凈；清洗工作過后的小球7跟隨換熱之后的沖渣水進入沖渣水出水管2，如圖1所示，當收球網手柄4正向控制收球網3時，正向收球閥門51打開、反向收球閥門52關閉，小球7通過正向收球閥門51和管道，回到儲球罐6；如圖2所示，當收球網手柄4反向控制收球網3時，反向收球閥門52打開、正向收球閥門51關閉，小球7通過反向收球閥門52和管道，回到儲球罐6；儲球罐6中的擋板手柄8進行旋轉，擋板9由縱向轉為橫向，小球7留在儲球罐6中。

高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置在清洗過程中，收球網3在收球網手柄4的控制下來回翻轉，通過小球7與收球網3的正反面來回碰撞，減少收球網3的堵塞 。

2020年7月14日，《高爐沖渣水換熱器在線清洗裝置》獲得第二十一屆中國專利優(yōu)秀獎 。

高爐沖渣水作為一種低溫廢熱源，具有溫度穩(wěn)定、流量大的特點，如何讓沖渣水發(fā)揮余熱利用的效益，也逐漸成為一個研究課題。我國高爐爐渣處理工藝主要是水淬渣工藝方式。高爐內1400℃-1500℃的高溫爐渣，經渣口流出，在經渣溝進入沖渣流槽時，以一定的水量、水壓及流槽坡度，使水與熔渣流成一定的交角，沖擊淬化成合格的水渣。在煉鐵工序中，沖渣消耗的新水占新水總耗的50%以上。沖制1噸水渣大約消耗新水11.2噸，循環(huán)用水量約為10噸左右。按照我國鋼鐵生產產量5億噸，按350千克渣比計算，僅用于沖渣的新水消耗就超過1.5億噸，占鋼鐵工業(yè)新水消耗的4%。由沖渣水帶走的高爐渣的物理熱量占煉鐵能耗的8%左右，大約相當于21千克，標煤（按350千克/噸鐵計算）。循環(huán)水池的水溫范圍60-85℃，屬于工業(yè)低溫廢熱源，如果不加以利用，這部分能量就會被浪費。

對于高爐沖渣水的余熱利用，主要還是直接利用顯熱提供冬季采暖，這種利用方式技術簡單、改造成本很低，但存在一些問題：

（1）沖渣水水量大，蘊含的熱量很大，而一般廠區(qū)辦公樓的采暖負荷較小，不能夠將沖渣水的余熱能力完全發(fā)揮出來；

（2）采暖只適用于北方的城市冬季使用，夏季不需要，而南方城市一年四季都不需要采暖，因此這種方式存在局限性；

（3）沖渣水含有大量的雜質，進入管網后易造成堵塞，且供熱管網系統(tǒng)龐大，清洗難度很高。因此，研究高爐沖渣水余熱利用的新技術，最大程度是回收高爐沖渣水的余熱。

沖渣水成分復雜，諸多原因造就沖渣水換熱器在沖渣水余熱回收應用必須具備防堵塞，防腐蝕，低壓損和換熱系數高等特點。

高爐沖渣水排出時溫度大約85℃，將熱量傳遞給工質，溫度降到50℃左右，再送到高爐供沖渣之用，從而回收了一定量的余熱。工質在換熱器內吸收熱量后變成80℃的過熱蒸氣，然后進入氣輪機膨脹做功，帶動發(fā)電機轉動，對外輸出電能。做功后的工質變成低壓過熱蒸氣，低壓過熱蒸氣進入冷凝器放出熱量，變成低溫低壓的液體工質，然后由工質泵送到熱交換器中吸熱，再次變成過熱蒸氣去推動氣輪機做功。如此連續(xù)循環(huán)，將熱水中的熱量源源不斷的提取出來，生成高品位的電能。

目前常用在低溫發(fā)電系統(tǒng)中的工質有：低沸點有機物（如：氯乙烷、正戊烷、異戊烷等）、氟利昂工質（如：R134a、R123、R142b、R600等）。沖渣水利用雙工質發(fā)電的經濟性估算。以2000m3的高爐為例，各項基本參數均按常規(guī)考慮，采用雙工質發(fā)電技術將其沖渣水的余熱回收發(fā)電。采用雙循環(huán)工質進行發(fā)電，其發(fā)電效率在3%左右，且系統(tǒng)復雜，可以考慮采用溫差發(fā)電技術。目前最普通、最便宜的溫差發(fā)電模塊，其發(fā)電效率可達到4%左右，而且溫差發(fā)電模塊的發(fā)電效率隨著納米技術的應用以及使用溫度的提高存逐步增加。