CN216115451U - 一种轧钢成品余热发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轧钢成品余热发电装置，包括回收系统和发电系统；所述回收系统为多组，每组回收系统包括集热罩、热风收集支管、热风收集总管和引风机；所述集热罩为若干个，设置在冷床上方且沿冷床宽度方向布置，所述每个集热罩顶部连通至热风收集总管，所述热风收集总管设有引风机，引风机的出风口连接至工厂的其他用热单元；所述集热罩的内部沿罩体的形状盘旋设置有多圈换热盘管，所述发电系统包括冷端换热器、热端换热器和发电组件。本实用新型对高温轧钢成品所散发的热量进行了充分回收，并同时通过预热器和换热盘管副产热水、通过发电系统发电，同时为工厂提供了热风、热水、电三种资源，实现了对轧钢成品余热的充分利用，节省能源。

Description

一种轧钢成品余热发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种轧钢成品余热发电装置，属于轧钢技术领域。

背景技术

长条钢材，例如H型钢、角钢、带肋螺纹钢、圆钢等，大多是通过钢坯轧制而成。钢坯在轧制前要在加热炉中加热到1150℃～1250℃，保证钢坯在奥氏体区域轧制，A3点以上20℃～30℃；轧制完毕的钢材送入步进冷床进行降温。

步进冷床，通常包括进冷床加速辊道、出冷床加速辊道、静梁、动梁、基础座和传动电机。轧钢成品首先输送至进冷床加速辊道，然后被横向输送至静梁，动梁在传动电机的带动下做往复平移，将轧钢成品向出口侧逐步移送，在不断的移送过程中实现轧钢成品的冷却；冷却后的轧钢成品经出冷床加速辊道输出。通常，上冷床的轧钢成品温度为900℃左右，下冷床的轧钢成品温度小于80℃，也就是说，每件轧钢成品都需要在步进冷床上降温800℃左右，将会释放很大的热量。

目前，工厂普遍没有对轧钢成品释放的余热进行回收，而是任其自由散发而降温。这样，不仅大量热量白白浪费，而且热量散发至车间厂房内，使得车间温度较高，不利于工人长时间停留、也不利于设备的长时间运行，也会由于厂房温度较高而延长轧钢成品的冷却时间。

因此，如何解决现有问题、并对轧钢成品的余热进行回收，成为一个亟需解决的问题。

实用新型内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种轧钢成品余热发电装置，在回收轧钢成品余热的同时，副产热水和电能。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种轧钢成品余热发电装置，包括回收系统和发电系统；所述回收系统为沿冷床长度方向均匀布置的多组，每组回收系统包括集热罩、热风收集支管、热风收集总管和引风机；所述集热罩为若干个，均设置在冷床上方且沿冷床宽度方向布置，所述每个集热罩顶部通过一根热风收集支管连通至热风收集总管，所述热风收集总管上设置有引风机，引风机的出风口连接至工厂的其他用热单元；

所述集热罩的内部沿罩体的形状盘旋设置有多圈换热盘管，所述换热盘管的入口端设置在集热罩的顶部、换热盘管的出口端设置在集热罩的底部，所述换热盘管的出口端通过管道连通至其他用水单元；所述位于引风机前端的热风收集总管上还设置有预热器，所述预热器的管程入口连接冷水管、预热器的管程出口通过管道连接至换热盘管的入口端；

所述发电系统，包括冷端换热器、热端换热器和发电组件；所述冷端换热器和热端换热器相对布置，发电组件设置于冷端换热器和热端换热器之间；所述冷端换热器的入口端连接冷水管，冷端换热器的出口端连接预热器的管程入口；所述热端换热器的入口端连接换热盘管的出口端，热端换热器的出口端连接工厂的其他用水单元。

本实用新型的进一步改进在于：所述集热罩顶部设置有测温探头，所述每个热风收集支管上设置一风量调节阀，所述测温探头和风量调节阀均与PLC控制器控制连接。

本实用新型的进一步改进在于：位于预热器和引风机之间的所述热风收集总管上还设置有除尘器。

本实用新型的进一步改进在于：沿进冷床加速辊道到出冷床加速辊道的方向，所述集热罩的布置密度逐渐降低。

本实用新型的进一步改进在于：所述回收系统还包括用于固定热风收集总管的支撑组件。

本实用新型的进一步改进在于：所述发电组件包括并排设置的若干个N型半导体发电芯片和P型半导体发电芯片，N型半导体发电芯片和P型半导体发电芯片交替布置；所述相邻的N型半导体发电芯片和P型半导体发电芯片通过导电片实现首尾相连。

本实用新型的进一步改进在于：所述冷端换热器的换热侧与发电组件之间设置有冷端绝缘传热层，所述热端换热器的换热侧与发电组件之间设置有热端绝缘传热层。

本实用新型的进一步改进在于：所述冷端换热器和热端换热器均为横截面矩形的腔体，所述冷端换热器和热端换热器的换热侧均设置有多排导热翅片。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：

本实用新型提供了一种轧钢成品余热发电装置，对高温轧钢成品所散发的热量进行了充分回收，并同时通过预热器和换热盘管副产热水、通过发电系统发电，同时为工厂提供了热风、热水、电三种资源，实现了对轧钢成品余热的充分利用，节省能源。由于轧钢的热量被抽走回收，冷床车间厂房内的温度大大降低，显著改善了工人的工作环境和设备设施的运行环境。

在本实用新型中，冷水先经过预热器、再由集热罩顶部进入换热盘管，旋转流动后由集热罩底部的出口排出；在此换热过程中，冷水所接触的热风温度是逐渐升高的，故冷水能够充分接受换热、水温逐渐升高，所输出的热水能够达到较高温度，同时能够避免管内水局部过热而出现气化，安全性高。

本实用新型中，集热罩的布置是依照热风的温度而设置的，热风温度较高、集热罩布置较密集，随着热风温度的降低，集热罩的布置密度逐渐降低；同时，本实用新型还设置了测温探头和风量调节阀，在PLC控制系统的控制下，根据热风的温度来实时调节风量调节阀的开度。通过上述设至，确保了回收热风、以及副产热水能以较为稳定的温度向外输出。

由于冷水得以充分吸收热风热量，故换热后得到的热水温度较高；冷热水之间的较大温差可以满足温差发电的要求。本实用新型采用发电系统实现温差发电，最大限度提高了能源利用率。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为本实用新型工作原理示意图；

图4为发电系统的结构示意图；

图5为冷端绝缘传热层/热端绝缘传热层的横向剖视示意图；

图中，1-集热罩，2-热风收集支管，3-热风收集总管，4-引风机，5-换热盘管，6-预热器，7-除尘器，8-水泵，9-支撑立柱，10-支撑横梁，11-管箍，12-进冷床加速辊道，13-出冷床加速辊道，14-静梁，15-动梁，16-基础座，17-传动电机，18-地坑，19-盖板，20-H型钢，21-冷水管，22-风量调节阀，23-冷端换热器，24-热端换热器，25-N型半导体发电芯片，26-P型半导体发电芯片，27-导电片，28-冷端绝缘传热层，29-热端绝缘传热层，30-导热翅片，31-DC/DC转换器。

具体实施方式

下面通过参考附图来详细说明本实用新型。

一种轧钢成品余热发电装置，如图1~图5所示，包括回收系统和发电系统。

所述回收系统为多组，分别沿冷床的长度方向均匀布置。所述回收系统具体包括集热罩1、热风收集支管2、热风收集总管3和引风机4。所述集热罩1为若干个，均设置在冷床上方、且沿冷床宽度方向布置，所述每个集热罩1顶部通过一根热风收集支管2连通至热风收集总管3，所述热风收集总管3上设置有引风机4，引风机4的出风口连接至工厂的其他用热单元。轧钢成品的热量散发至周围空气中，在引风机4的吸引作用下，热风经集热罩1进入热风收集总管3，送入其他用热单元进行使用，例如，将热风送入原料车间用于烘干潮湿的铁前原料煤粉、或者将热风送入加热炉做助燃空气、或者将热风送去预热单元做预热气、或者冬天将热风输送至轧钢水泵8房等需要采暖的区域做采暖用气，等等。

由于轧钢成品的温度在冷床上是逐渐变冷的，因此，所述集热罩1的布置范围，设置在进冷床加速辊道12一侧、以及距进冷床加速辊道1212m以内的范围内，在该范围内，轧钢的温度较高、热风量大。

出于更好地吸收热风的考虑，沿进冷床加速辊道12到出冷床加速辊道13的方向，所述集热罩1的布置密度逐渐降低，即在热风温度高、热风量大的轧钢进口端多设置集热罩1，在热风温度低、热风量小的部分设置较少的集热罩1。

所述集热罩1为由下至上逐渐收缩的锥形，以便于热风的收集。

所述每个集热罩1的顶部均设置一测温探头，所述每个热风收集支管2上均设置一风量调节阀22，所述测温探头和风量调节阀22均与PLC控制系统控制连接，且所述每套测温探头和风量调节阀22均为独立控制。所述测温探头实时监测集热罩1收集的热风温度，并将其自动传输至PLC控制系统，PLC控制系统根据热风温度，发出指令调节风量调节阀22的开度，当热风温度高时，增大风量调节阀22的开度、增加热风吸收量；当热风温度低时，减小风量调节阀22的开度、减少热风吸收量，以保持进入热风收集总管3的热风温度的稳定；当热风温度低于一定程度、或者冷床上没有轧钢成品时，该风量调节阀22完全关闭。

为了充分地利用轧钢成品的余热，本实用新型中还设置有换热盘管5和预热器6，通过换热副产热水。

具体来说，所述换热盘管5设置在集热罩1的内部，沿罩体的形状，由上至下盘旋布置，所述换热盘管5顶部的入口端、换热盘管5底部的出口端均贯穿罩体壁后连接管道。所述换热盘管5的管体与集热罩1的罩体内壁之间有一定间隙，一般不小于5cm，以便热风能环绕管体流动，充分接触换热。

所述集热罩1的内部设置有一个或两个探出的管卡，对换热盘管5的中部进行加固。

所述预热器6设置在引风机4前端的热风收集总管3上，热风经热风收集总管3进入预热器6的壳程、预热器6的壳程出口连接引风机4；所述预热器6的管程入口连接冷水管21，预热器6的管程出口通过管道连接换热盘管5的入口端。在冷水管21上设置有水泵8。

在水泵8的驱动下，来自冷水管21的冷水首先进入预热器6，与热风收集总管3中的热风相接触，进行间壁换热；预热后的水接着进入换热盘管5的顶部入口，随换热盘管5在集热罩1内盘旋流动，逐渐与温度更高的热风充分接触，水温逐渐升高，再通过管道送入其他用水单元。

所述预热器6为列管换热器或盘管换热器，换热效率高，使用和维修都比较方便。

所述回收系统还包括用于固定热风收集总管3的支撑组件。所述支撑组件包括支撑立柱9和支撑横梁10。所述支撑立柱9的底部通过预埋在地下的螺栓进行固定，稳固性高；在支撑立柱9的顶部横向伸出一支撑横梁10，支撑横梁10与支撑立柱9固定连接。所述热风收集总管3通过管箍11固定在支撑横梁10上，热风收集总管3下方分支设置若干热风收集支管2。

所述支撑立柱9和支撑横梁10由Q355材质的H型钢焊接而成，强度高、不易变形。所述集热罩1、热风收集支管2、热风收集总管3采用1.2mm厚的镀锌板制作，自重较轻，减少支撑横梁10的载荷。

位于预热器6和引风机4之间的所述热风收集总管3上还设置有除尘器7，所述除尘器7可选用常见的布袋除尘器7或板框除尘器7。

优选的，所述引风机4设置于地坑18内，与引风机4出口相连接的热风输出管道也埋设于地下，既不占用地上空间，又能提高保温效果。

所述地坑18顶部设置有可开合的盖板19，以便对引风机4进行维护和检修。

所述发电系统，包括冷端换热器23、热端换热器24和发电组件。所述冷端换热器23和热端换热器24相对布置，发电组件设置于冷端换热器23和热端换热器24之间。

所述冷端换热器23的入口端连接冷水管21，冷端换热器23的出口端连接预热器6的管程入口；所述热端换热器24的入口端连接换热盘管5的出口端，热端换热器24的出口端连接工厂的其他用水单元。来自冷水管21的冷水先进入冷端换热器23、再依次进入预热器6和换热盘管5进行换热升温，换热后的热水进入热端换热器24，排出后再送入工厂的其他用水单元。

如图4所示，所述发电组件，包括并排设置的若干个N型半导体发电芯片和P型半导体发电芯片，N型半导体发电芯片和P型半导体发电芯片交替布置。每一个所述N型半导体发电芯片的顶部与位于其前端的P型半导体发电芯片的顶部、所述N型半导体发电芯片的底部与位于其后端的P型半导体发电芯片的底部之间连接导电片27，使相邻的N型半导体发电芯片和P型半导体发电芯片通过导电片27首尾相连。

所述N型半导体发电芯片和P型半导体发电芯片优选为Bi-Te半导体发热芯片。

所述冷端换热器23的换热侧与发电组件之间设置有冷端绝缘传热层28，所述热端换热器24的换热侧与发电组件之间设置有热端绝缘传热层29，来自冷端换热器23的冷量、来自热端换热器24的热量分别传导至N型半导体发电芯片和P型半导体发电芯片的两端，形成温差。由于热激发作用，N型半导体发电芯片热端的电子浓度高于冷端，P型半导体发电芯片热端的空穴浓度高于冷端，在浓度梯度的驱动下，电子和空穴向冷端扩散，从而形成电动势。发电组件输出的电压，经DC/DC转换器后，输送至用电单元或蓄电单元。

所述冷端绝缘传热层28、热端绝缘传热层29为导热硅脂或绝缘传热薄膜。

所述冷端换热器23和热端换热器24均为横截面矩形的腔体，其剖面图如图5所示，为了增强冷端换热器23和热端换热器24的热量传导效果，所述冷端换热器23和热端换热器24的换热侧均设置有多排导热翅片30，导热翅片30沿换热器的长度方向设置；流经换热器的水热量经由导热翅片30充分传递至冷端绝缘传热层28/热端绝缘传热层29。

本实用新型的工作过程为：

在引风机的驱动下，轧钢成品带来的热风被集热罩抽出，流动过程中与集热罩内部盘绕的换热盘管相接触、进行一级换热，然后进入预热器，作为热介质与冷水进行二级换热，再经除尘器除尘净化后，送入工厂其他用热单元使用。

在水泵的驱动下，冷水首先流经冷端换热器，再进入预热器进行预热，然后经管道分别流入若干换热盘管中，充分吸收热风的温度后升温，得到温度较高的热水，热水汇集后、流经热端换热器，最后送入工厂其他用水单元使用。

冷水的温度经冷端换热器的换热侧、冷端绝缘传热层传递至靠近冷端的导电片；热水的温度经热端换热器的换热侧、热端绝缘传热层传递至靠近热端的导电片，从而在N型半导体发电芯片和P型半导体发电芯片的两端形成温差、产生电流，电流经DC/DC转换器转换后稳定输出，输出至用电单元或输出至蓄电单元。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种轧钢成品余热发电装置，其特征在于：包括回收系统和发电系统；所述回收系统为沿冷床长度方向均匀布置的多组，每组回收系统包括集热罩(1)、热风收集支管(2)、热风收集总管(3)和引风机(4)；所述集热罩(1)为若干个，均设置在冷床上方且沿冷床宽度方向布置，所述每个集热罩(1)顶部通过一根热风收集支管(2)连通至热风收集总管(3)，所述热风收集总管(3)上设置有引风机(4)，引风机(4)的出风口连接至工厂的其他用热单元；

所述集热罩(1)的内部沿罩体的形状盘旋设置有多圈换热盘管(5)，所述换热盘管(5)的入口端设置在集热罩(1)的顶部、换热盘管(5)的出口端设置在集热罩(1)的底部，所述换热盘管(5)的出口端通过管道连通至其他用水单元；所述位于引风机(4)前端的热风收集总管(3)上还设置有预热器(6)，所述预热器(6)的管程入口与冷水管(21)相连通、预热器(6)的管程出口通过管道连接至换热盘管(5)的入口端；

所述发电系统，包括冷端换热器(23)、热端换热器(24)和发电组件；所述冷端换热器(23)和热端换热器(24)相对布置，发电组件设置于冷端换热器(23)和热端换热器(24)之间；所述冷端换热器(23)的入口端连接冷水管(21)，冷端换热器(23)的出口端连接预热器(6)的管程入口；所述热端换热器(24)的入口端连接换热盘管(5)的出口端，热端换热器(24)的出口端连接工厂的其他用水单元。

2.根据权利要求1所述的一种轧钢成品余热发电装置，其特征在于：所述集热罩(1)顶部设置有测温探头，所述每个热风收集支管(2)上设置一风量调节阀(22)，所述测温探头和风量调节阀(22)均与PLC控制器控制连接。

3.根据权利要求1所述的一种轧钢成品余热发电装置，其特征在于：位于预热器(6)和引风机(4)之间的所述热风收集总管(3)上还设置有除尘器(7)。

4.根据权利要求1所述的一种轧钢成品余热发电装置，其特征在于：沿进冷床加速辊道(12)到出冷床加速辊道(13)的方向，所述集热罩(1)的布置密度逐渐降低。

5.根据权利要求1所述的一种轧钢成品余热发电装置，其特征在于：所述回收系统还包括用于固定热风收集总管(3)的支撑组件。

6.根据权利要求1所述的一种轧钢成品余热发电装置，其特征在于：所述发电组件包括并排设置的若干个N型半导体发电芯片(25)和P型半导体发电芯片(26)，N型半导体发电芯片(25)和P型半导体发电芯片(26)交替布置；所述相邻的N型半导体发电芯片(25)和P型半导体发电芯片(26)通过导电片(27)实现首尾相连。

7.根据权利要求1所述的一种轧钢成品余热发电装置，其特征在于：所述冷端换热器(23)的换热侧与发电组件之间设置有冷端绝缘传热层(28)，所述热端换热器(24)的换热侧与发电组件之间设置有热端绝缘传热层(29)。

8.根据权利要求1所述的一种轧钢成品余热发电装置，其特征在于：所述冷端换热器(23)和热端换热器(24)均为横截面矩形的腔体，所述冷端换热器(23)和热端换热器(24)的换热侧均设置有多排导热翅片(30)。

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