[发明专利]基于超临界二氧化碳的加热炉节能系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种基于超临界二氧化碳的加热炉节能系统及运行方法。该系统中，压缩系统、透平系统和发电系统轴连接；压缩系统与热组件和加热炉水梁冷却管道组件串联；热组件包括并联的回热系统与换热系统，换热系统与加热炉尾部相连；加热炉水梁冷却管道组件出口与透平系统入口相连，透平系统出口与回热系统中的第二进口相连，回热系统中的第二出口与预冷系统相连，预冷系统与压缩机连接。本发明利用超临界二氧化碳可对加热炉水梁进行冷却，同时吸收加热炉尾部烟气余热进行加热，同时驱动透平做功进而带动发电机发电，克服了现有钢铁企业中加热炉工艺能源利用率较差，余热回收效率不高的问题。

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，特别是涉及一种基于超临界二氧化碳的加热炉节能系统及运行方法。

背景技术

能源是人类生存与经济发展的基础，世界能源需求随着经济发展持续增长。随着经济的高速发展，对能源的需求量逐年增长，余热热源普遍存在于如今工业领域当中。其中钢铁冶金企业作为能源消耗大户，其能源利用率较低，各个生产工序所释放的余热量巨大。能源利用率低导致钢铁企业会出现诸如环境污染等一系列次生问题。因此提高钢铁企业的能源利用效率是钢铁企业产业升级的重要手段之一，而提高钢铁企业各种工序的余热利用效率又是提高能源利用率的主要方式之一，其对钢铁企业节能减排、保护环境等方面均具有重大意义。

加热炉作为钢铁冶金工艺的主要工序和重要能耗环节，其生产过程有着大量的余热资源，一部分是加热炉水梁温度过高其本身需降至一定温度以保证其工作过程安全所释放出的热量，另一部分是加热炉烟气的余热所包含的热量。目前主流的余热回收方式是：加热炉水梁采用汽化冷却，通过往水梁中通入饱和水，使其受热蒸发产生蒸汽，从而给水梁降温；加热炉尾部烟气通过布置余热锅炉产生蒸汽进行蒸汽外送或蒸汽发电。然而由于水在加热过程中会产生相变的物性特征，部分能量会损失在克服水的汽化潜热这一过程中，导致能量回收率较低。并且采用汽化冷却的方式对水梁进行冷却时，部分水梁内工质处于汽水混合物状态，容易造成蒸汽在水梁、管道的某一部分集中，造成局部超温产生爆管，从而影响加热炉的正常运行。同时，以水为工质对加热炉水梁进行降温和对加热炉尾部烟气进行余热回收时，其附属设备较多，系统较为复杂。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于超临界二氧化碳的加热炉节能系统及运行方法，以克服现有钢铁企业中加热炉工艺能源利用率较差、余热回收效率不高的问题。本发明利用超临界二氧化碳超临界态容易获得、能量密度大、性质稳定、无毒无腐蚀性、系统简单结构紧凑等特点，采用超临界二氧化碳对加热炉水梁进行冷却同时吸收加热炉尾部烟气余热，同时基于布雷顿循环驱动透平做功，带动发电机发电。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，本发明提供的一种基于超临界二氧化碳的加热炉节能系统，包括：预冷系统、压缩系统、热组件、加热炉水梁冷却管道组件、透平系统和发电系统；其中，

所述压缩系统、透平系统和发电系统通过轴连接；

所述压缩系统通过管道与热组件和加热炉水梁冷却管道组件串联；其中，所述热组件包括通过管道并联的回热系统和换热系统，所述回热系统通过第一进出口与管道相连，所述换热系统与加热炉尾部相连以回收烟气余热进行换热；

所述加热炉水梁冷却管道组件出口与透平系统入口相连，所述透平系统出口与所述回热系统中的第二进口相连，所述回热系统中的第二出口与预冷系统相连，所述预冷系统与所述压缩机通过管道相连。

优选地，所述压缩系统、透平系统和发电系统同轴连接。

优选地，所述加热炉水梁冷却管道组件包括多组与加热炉水梁连接的冷却管道。

优选地，所述热组件为一组或串联而成的多组，每组中的回热系统包括一级或多级串联的回热器，每组中的换热系统包括一级或多级串联的换热器。