申请日2015.12.05
公开(公告)日2016.07.20
IPC分类号F03D9/25; F03D9/37; F28C1/00
摘要
本实用型新给出一种废水余热发电装置，它的结构包括：热风塔、空气涡轮机、机电转换机构、发电控制柜，其特征在于：它的结构还包括：废水池、水泵、废水?空气换热器;水泵从废水池中吸取中高温废水，通过管路将中高温废水送往废水?空气换热器，在废水?空气换热器中，废热水与从环境流入的空气进行换热，然后，热空气离开换热器进入热风塔，塔内热空气上升，推动空气涡轮机，带动传动装置和发电机，向用户供电。
摘要附图
权利要求书
1.一种废水余热发电装置，它的结构包括：热风塔(40)、空气涡轮机(50)、机电转换机构(60)和发电控制柜(70)，其特征在于：它的结构还包括：废水池(10)、水泵(20)和废水—空气换热器(30);水泵(20)的一端与废水池(10)连接，水泵(20)的另一端与废水—空气换热器(30)连接，热风塔(40)、机电转换机构(60)和发电控制柜(70)由左至右依次连接，空气涡轮机(50)安装在热风塔(40)内。
2.按照权利要求1所述的废水余热发电装置，其特征在于：所述废水—空气换热器(30)，它是喷淋式接触换热器，外形为卧式的长方形的箱体，它的结构包括：废水进口(31)、空气进口(32)、淋水室(33)、废水室(34)、箱体(35)、淋水板(36)、热空气出口(37)、废水出口(38)和底座(39);
底座(39)支撑安装在箱体(35)上，淋水板(36)水平安装在箱体(35)内，将箱体(35)内分隔成淋水室(33)和废水室(34)，废水室(34)的腔体小于淋水室(33)的腔体，废水室(34)的一侧开设有废水进口(31)，淋水室(33)的一侧开设有空气进口(32)，淋水室(33)的另一侧开设有热空气出口(37)，淋水室(33)的下端开设有废水出口(38)。
3.按照权利要求1所述的废水余热发电装置，其特征在于：所述热风塔(40)的结构包括：筒体(41)、外壁(42)、真空空间(43)、内壁(44)、真空口(46)、风道(45)、基座(48)、真空表和地下风道(49);
热风塔(40)为直立的圆形筒体(41)，圆形筒体(41)内径大于10米;热空气在筒体(41)内从下向上流动，筒体(41)流动截面为圆形等截面，筒体(41)的筒壁由金属碳钢制成，热风塔(40)由外壁(42)、真空空间(43)和内壁(44)三层组成;内壁(44)的厚度小于外壁(42)的厚度，外壁(42)与内壁(44)之间是真空空间(43)，在筒体(41)的外壁(42)上有一个真空口(46)，真空口(46)外接一个真空泵，将真空空间(43)中的空气抽出，真空表用于监测真空空间的漏气程度;筒体(41)内是风道(45)，筒体(41)底部坐落在基座(48)上，基座(48)用厚钢板制作，中间有一个圆孔，圆孔的孔径小于筒体(41)的内径，基座(48)固定在水泥基础中，基座(48)以下连接地下风道(45)。
4.按照权利要求1所述的废水余热发电装置，其特征在于：所述空气涡轮机(50)，它由轮毂(51)、销孔(52)和涡轮叶片(53)组成;
在轮毂(51)上有一个销孔(52)，利用销钉，通过销孔(52)，将轮毂(51)固定于涡轮轴上，在轮毂(51)的圆周，均匀对称布置4个涡轮叶片(53)，涡轮叶片(53)为扭曲的翼型直叶片，涡轮叶片(53)包括;蒙皮、主梁和填充材料，轮毂(51)用碳钢制作，涡轮叶片(53)的蒙皮用玻纤复合材料制作，主梁用轻金属合金制作，蒙皮内部空间的填充材料为聚氯乙烯泡沫。
5.按照权利要求1所述的废水余热发电装置，其特征在于：所述机电转换机构(60)，它的结构包括：设置在热风塔(40)内风道中的换向器(61)、传动轴(63)、托架(62)、设在热风塔(40)外连接传动轴(63)末端的齿轮增速器(64)和交流发电机(65);
热风塔(40)内风道中的换向器(61)，它由向上伸出的输入轴、齿轮箱和水平伸出的输出轴组成，向上伸出的输入轴的轴头，向上插入并固定于空气涡轮机(50)的轮毂(51)的轴孔内，齿轮箱内部是一对锥齿轮，它完成从垂直输入到水平输出的能量传递的方向转换，托架(62)的两端固定在热风塔(40)的内壁上，换向器(61)固定在托架(62)的中部上表面，从热风塔(40)内到热风塔(40)外水平伸出的输出轴与增速机连接，增速机输出端连接发电机，发电机是交流发电机(65)。
6.按照权利要求1所述的废水余热发电装置，其特征在于：所述输电控制柜，它的结构包括：整流器(71)、控制器(72)、蓄电池(73)、逆变器(74)和输出线路(75);交流发电机(65)产生的交流电进入输电控制柜的整流器(71)，由交流电变为直流电;整流器(71)输出直流电进入控制器(72)，控制器(72)要选择如下决定之一：直流电全部送往逆变器(74)，或直流电部分送往逆变器(74)，部分对蓄电池(73)充电，或蓄电池(73)对逆变器(74)供电，或直流电对蓄电池(73)充电;送往逆变器(74)的电流，通过输出线路(75)，向用户输出交流电。
说明书
废水余热发电装置
技术领域
本实用新型涉及发电技术，特别是涉及废水余热发电装置。
背景技术
我国工业生产，每年都产生和排放大量70～90℃的中高温废水，尤其钢铁和化工企业，在高炉淬渣、高炉煤气洗涤工艺中，每个高炉的废热水排放量大约在2000吨/小时左右。
我国钢铁生产的大国，钢铁的年产量占世界总产量的40%。无论是炼钢还是炼铁，都要产生大量的炉渣。钢铁冶金炉内，产生1400～1500℃的高温炉渣，经渣口流出后，再经渣沟进入冲渣流槽时，以一定的水量、水压及流槽坡度，使水与熔渣流成一定的交角，熔渣受冷水冲击，炸裂成一定粒度的合格的水渣。
渣水分离后，炉渣用作建筑材料;与高温炉渣进行热交换的冲渣水，进入冲渣水池。冲渣水池通常占地几千平方米，冲渣水池上方热汽腾空，冲渣水温度常年保持在60～80℃，是一个巨大的潜在的热能能源。
钢厂高炉每冶炼1吨生铁，炉渣损失掉的热量在0.81GJ～0.87GJ，占总热量收入的6.61%～7.5%，折标煤为27.77kg～29.78kg充分燃烧放出的热量，以渣比0.44计算，每吨渣损失的热量约为63.9kg标煤完全燃烧放出的热量。
某厂高炉炉渣处理上目前用风水淬渣工艺，风取自于动力厂供高炉的冷风，水来自于专门的水泵抽取的工业中水。渣沟沟头处水压都在0.22MPa左右，水量约为相应出渣量的8倍。风水淬渣时，风水混合物的动能将高炉熔渣(约1450～1500℃)打散，打散后的高炉熔渣与水充分混合，渣水进行热量交换，渣温降至约65～90℃，水温升高至同等温度。
粗略估算，目前每淬1吨高炉熔渣约需8吨水，冲渣水再次回到中水池只剩7.15吨左右，也就是说每淬1吨高炉熔渣损失掉0.85吨中水，其中变成蒸汽的为0.65吨左右，被水渣吸附的为0.2吨左右，即高炉每生产1t生铁，大约需要消耗冲渣中水0.36t。这样即浪费了水资源，又损失掉了宝贵的冲渣水余热。
某厂三座2500m3高炉和1座1260m3高炉年产生铁约750万吨，同时产生330万吨高炉渣，每年高炉渣损失的热量约相当于21万吨标煤完全燃烧放出的热量。
冲渣水余热回收用于供暖或加热软水水源，据相关资料介绍可回收高炉渣总热量的10%，回收时间为每年11月份至次年3月份，即回收时间约为150天。
利用冲渣水余热，余热回收主要用于冬季供暖，在夏天余热回收没有用处，全部余热回收只能停掉。
高炉渣冲渣水热量用于发电是一个最佳方案，一年四季都可以充分利用高炉渣热量，但至今国内外还没有成功的先例。
在1980年，即35年前，由北京市政府主持，中科院、哈工大、广州能源所和北京锅炉厂组成“首钢渣池余热发电课题组”，曾进行高炉渣冲渣水热量用于发电的科研活动和详细方案设计，但无果而终。
实用新型内容
为了利用高炉渣热量进行发电，同时考虑其它工业废水利用问题，本实用新型给出一种废水余热发电装置。
废水余热发电方法的具体步骤是：
(1)利用一种加热方法，将环境空气加热成热空气;
(2)热空气从烟囱状的热风塔底部进入热风塔，由于热风塔内的热空气比热风塔外的环境大气密度小，产生向上的压力差推动热风塔内的热空气上升，形成向上流动的的热气流;
(3)热气流流经热风塔内的空气涡轮机时，推动空气涡轮机旋转;
(4)空气涡轮机通过机械传动机构，带动热风塔外的发电机发电;
(5)发电机发出电流，通过发电控制柜，向外对用户供给电力。
所说的一种加热方法是利用热废水将环境空气加热成热空气，具体过程是：利用水泵从废水池中抽取热废水，热废水进入废水—空气换热器，环境空气被废水加热，成为热空气。
一种废水余热发电装置，它的结构包括：热风塔、空气涡轮机、机电转换机构和发电控制柜，它的结构还包括：废水池、水泵和废水—空气换热器;水泵的一端与废水池连接，水泵的另一端与废水—空气换热器连接，热风塔、机电转换机构和发电控制柜由左至右依次连接，空气涡轮机安装在热风塔内。
所述废水—空气换热器，它是喷淋式接触换热器，外形为卧式的长方形的箱体，它的结构包括：废水进口、空气进口、淋水室、废水室、箱体、淋水板、热空气出口、废水出口和底座;底座支撑安装在箱体上，淋水板水平安装在箱体内，将箱体内分隔成淋水室和废水室，废水室的腔体小于淋水室的腔体，废水室的一侧开设有废水进口，淋水室的一侧开设有空气进口，淋水室的另一侧开设有热空气出口，淋水室的下端开设有废水出口。
所述热风塔的结构包括：筒体、外壁、真空空间、内壁、真空口、风道、基座、真空表和地下风道;热风塔为直立的圆形筒体，圆形筒体内径大于10米;热空气在筒体内从下向上流动，筒体流动截面为圆形等截面，筒体的筒壁由金属碳钢制成，热风塔由外壁、真空空间和内壁三层组成;内壁的厚度小于外壁的厚度，外壁与内壁之间是真空空间，在筒体的外壁上有一个真空口，真空口外接一个真空泵，将真空空间中的空气抽出，真空表用于监测真空空间的漏气程度;筒体内是风道，筒体底部坐落在基座上，基座用厚钢板制作，中间有一个圆孔，圆孔的孔径小于筒体的内径，基座固定在水泥基础中，基座以下连接地下风道。
所述空气涡轮机，它由轮毂、销孔和涡轮叶片组成;在轮毂上有一个销孔，利用销钉，通过销孔，将轮毂固定于涡轮轴上，在轮毂的圆周，均匀对称布置4个涡轮叶片，涡轮叶片为扭曲的翼型直叶片，涡轮叶片包括;蒙皮、主梁和填充材料，轮毂用碳钢制作，涡轮叶片的蒙皮用玻纤复合材料制作，主梁用轻金属合金制作，蒙皮内部空间的填充材料为聚氯乙烯泡沫。
所述机电转换机构，它的结构包括：设置在热风塔内风道中的换向器、传动轴、托架、设在热风塔外连接传动轴末端的齿轮增速器和交流发电机;热风塔内风道中的换向器，它由向上伸出的输入轴、齿轮箱和水平伸出的输出轴组成，向上伸出的输入轴的轴头，向上插入并固定于空气涡轮机的轮毂的轴孔内，齿轮箱内部是一对锥齿轮，它完成从垂直输入到水平输出的能量传递的方向转换，托架的两端固定在热风塔的内壁上，换向器固定在托架的中部上表面，从热风塔内到热风塔外水平伸出的输出轴与增速机连接，增速机输出端连接发电机，发电机是交流发电机。
所述输电控制柜，它的结构包括：整流器、控制器、蓄电池、逆变器和输出线路;交流发电机产生的交流电进入输电控制柜的整流器，由交流电变为直流电;整流器输出直流电进入控制器，控制器要选择如下决定之一：直流电全部送往逆变器，或直流电部分送往逆变器，部分对蓄电池充电，或蓄电池对逆变器供电，或直流电对蓄电池充电;送往逆变器的电流，通过输出线路，向用户输出交流电。
