一种碳管炉冷却及余热收集利用系统

技术领域

本发明涉及余热收集利用技术领域，具体涉及一种碳管炉冷却及余热收集利用系统。

背景技术

碳管炉是一种用来生产碳化钨的碳化设备，通常情况下在2000℃以上的高温下连续24小时不间断运行。现有的碳管炉设置有一套水冷冷却系统对出料管道和炉体先后进行冷却，即水冷冷却系统的冷却水先用来冷却出料管道，然后再用来冷却炉体，使出料温度达到或接近环境温度的同时降低炉体温度。一方面由于出料管道外套设的出料水套较短，对物料的冷却不够充分，另一方面由于炉体上的铜套(电极)、端盖水套等采用循环冷却水低进高出带走热量的方式，经测量进出水温差最高达15℃以上，最高出水水温超过55℃，每台设备每天都会产生大量的余热，但是由于出水水温达不到余热收集利用的标准，这些热量最终会被散热风机散掉，因此这种传统的冷却方式将出料管道和炉体这两部分的冷却串联到一起，在前端浪费了大量的低品质余热(50℃以下)，在后端对物料的冷却又不够充分，因此如何在保证物料足够冷却的前提下有效收集碳管炉的余热并加以利用成为行业难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种能够满足物料冷却需求并对碳管炉的余热进行收集利用的碳管炉冷却及余热收集利用系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种碳管炉冷却及余热收集利用系统，用于碳管炉的炉管和炉体的冷却及余热收集利用，包括用于冷却碳管炉炉管内物料的主循环水系统和用于冷却碳管炉炉体并回收余热的辅助循环水系统，所述主循环水系统和所述辅助循环水系统独立运行，所述辅助循环水系统还包括蓄热利用的余热收集系统。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述主循环水系统包括套设于炉管上的夹套式冷却长水套、主循环供水管及主循环回水管，所述冷却长水套的两端通过连接管路分别与主循环供水管和主循环回水管连接，所述冷却长水套进水口的连接管路上设有第一阀门，所述辅助循环水系统包括集热供水管、集热回水管、端盖水套及铜套水套，所述集热供水管上连接有第一进水管和第二进水管，所述集热回水管上连接有第一回水管和第二回水管，所述端盖水套的进水口与第一进水管连接，所端盖水套的回水口与第一回水管连接，所述铜套水套的进水口与第二进水管连接，所述铜套水套的回水口与第二回水管连接，所述第一进水管和第二进水管上均连接有第二阀门，所述集热回水管上连接有蓄水箱，所述集热回水管通过所述蓄水箱与余热收集系统连接，所述集热供水管上连接有集热泵，所述集热供水管中的水通过集热回水管全程闭式带压回到蓄水箱。

所述蓄水箱为高于炉体设置的高位蓄水箱，所述集热供水管连接在蓄水箱的底部。

所述铜套水套与冷却长水套之间设有缓冷盘管，所述缓冷盘管的进水口与第二进水管连接，所述缓冷盘管的回水口与铜套水套的进水口连接。

所述辅助循环水系统上设有用于由主循环供水管向辅助循环水系统供水并向主循环回水管回水的连通组件。

所述连通组件包括与第一进水管和主循环供水管连接的第三阀门、与第二进水管和主循环供水管连接的第四阀门、与第一回水管和主循环回水管连接的第五阀门及与第二回水管和主循环回水管连接的第六阀门，所述第一回水管和第二回水管上均连接有第七阀门。

所述端盖水套为环形结构，所述环形结构的中心设有用于供炉管穿过的通孔，所述端盖水套包括底板和盖板，所述底板和盖板之间设有多块半隔板，各所述半隔板、底板与盖板之间设有用于供水流穿过的环形通道。

所述余热收集系统包括通过管路连接的储能水箱、余热转换设备、用户终端及送风机组，所述储能水箱与蓄水箱连接，所述储能水箱与余热转换设备之间的管路上设有供热泵，所述余热转换设备与用户终端之间的管路上设有冷热媒循环泵，所述送风机组的进出口管路上均连接有一自动调节阀用于自动切换送冷或不送冷运行。

所述储能水箱上设有温度传感器，所述储能水箱的一侧设有上塔泵，所述储能水箱的另一侧设有冷却塔，所述温度传感器与上塔泵、冷却塔连接。

所述用户终端与余热转换设备之间的管路上连接有备用冷源机组，所述备用冷源机组与温度传感器连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的碳管炉冷却及余热收集利用系统，主循环水系统能够降低管内物料温度，保证出料温度能够达到或接近环境温度，保证对物料的足够冷却，而温度较高的炉体部分由辅助循环水系统进行降温并进行余热回收，设置独立运行的主循环水系统和辅助循环水系统，循环往复完成采热，提高进入辅助循环水系统的冷却水温度，将进水温度设置到60℃左右，从而使辅助循环水系统的出水温度能够达到75℃以上，将50℃以下的低品质余热有效转换为75℃以上的高品质余热，使出水温度达到余热收集利用的标准，然后通过余热收集系统蓄热利用，该种碳管炉冷却及余热收集利用系统既能够对物料进行足够的冷却，又能够对碳管炉余热进行回收利用，有效破解了行业难题，对温度较高的炉体的余热进行了充分的利用。

附图说明

图1为碳管炉冷却及余热收集利用系统的整体结构示意图。

图2为端盖水套的正视结构示意图。

图3为图2中A-A剖面的剖视结构示意图。

图4为图2中B-B剖面的剖视结构示意图。

图例说明：

1、炉体；2、炉管；3、主循环水系统；31、冷却长水套；32、主循环供水管；33、主循环回水管；34、第一阀门；4、辅助循环水系统；41、集热供水管；410、蓄水箱；411、缓冷盘管；412、第三阀门；413、第四阀门；414、第五阀门；415、第六阀门；416、第七阀门；42、集热回水管；43、端盖水套；431、底板；432、盖板；44、铜套水套；45、第一进水管；46、第二进水管；47、第一回水管；48、第二回水管；49、第二阀门；5、余热收集系统；51、储能水箱；52、余热转换设备；53、用户终端；54、送风机组；55、供热泵；56、冷热媒循环泵；57、上塔泵；58、冷却塔；59、备用冷源机组。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图4所示，本实施例的碳管炉冷却及余热收集利用系统，用于碳管炉的炉管2和炉体1的冷却及余热收集利用，包括用于冷却碳管炉炉管2内物料的主循环水系统3和用于冷却碳管炉炉体1并回收余热的辅助循环水系统4，主循环水系统3和辅助循环水系统4独立运行，辅助循环水系统4还包括蓄热利用的余热收集系统5。辅助循环水系统4可以设置在炉头或炉尾，在本实施例中设置在炉尾。主循环水系统3能够降低管内物料温度，保证出料温度能够达到或接近环境温度，保证对物料的足够冷却，而温度较高的炉体1部分由辅助循环水系统4进行降温并进行余热回收，设置独立运行的主循环水系统3和辅助循环水系统4，循环往复完成采热，提高进入辅助循环水系统4的冷却水温度，将进水温度设置到60℃左右，从而使辅助循环水系统4的出水温度能够达到75℃以上，将50℃以下的低品质余热有效转换为75℃以上的高品质余热，使出水温度达到余热收集利用的标准，然后通过余热收集系统5蓄热利用，该种碳管炉冷却及余热收集利用系统既能够对物料进行足够的冷却，又能够对碳管炉余热进行回收利用，有效破解了行业难题，对温度较高的炉体1的余热进行了充分的利用。

本实施例中，主循环水系统3包括套设于炉管2上的夹套式冷却长水套31、主循环供水管32及主循环回水管33，冷却长水套31的两端通过连接管路分别与主循环供水管32和主循环回水管33连接，冷却长水套31进水口的连接管路上设有第一阀门34，主循环水系统3为开式循环，主循环供水管32中的冷却水经第一阀门34运输到冷却长水套31，然后回到主循环回水管33，第一阀门34能够控制开闭。辅助循环水系统4包括集热供水管41、集热回水管42、端盖水套43及铜套水套44，集热供水管41上连接有第一进水管45和第二进水管46，集热回水管42上连接有第一回水管47和第二回水管48，端盖水套43的进水口与第一进水管45连接，所端盖水套43的回水口与第一回水管47连接，铜套水套44的进水口与第二进水管46连接，铜套水套44的回水口与第二回水管48连接，第一进水管45和第二进水管46上均连接有第二阀门49，集热回水管42上连接有蓄水箱410，集热回水管42通过蓄水箱410与余热收集系统5连接，集热供水管41上连接有集热泵，集热供水管41中的水通过集热回水管42全程闭式带压回到蓄水箱410，蓄水箱410为集热供水管41供水，集热供水管41中的冷却水经第一进水管45进入端盖水套43，然后回到第一回水管47，集热供水管41中的冷却水经第二进水管46进入铜套水套44，然后回到第二回水管48，第一回水管47和第二回水管48中的余热水经集热回水管42闭式带压回到蓄水箱410，蓄水箱410与余热收集系统5连接，余热水经余热收集系统5蓄热利用后再回到蓄水箱410，再由集热供水管41运出，以此循环，第一进水管45和第二进水管46上的第二阀门49能够控制开闭。优选的，对余热水经过的管道进行架空安装和保温处理，使热量损失控制在0.1℃/100m内。

本实施例中，蓄水箱410为高于炉体1设置的高位蓄水箱，集热供水管41连接在蓄水箱410的底部。能够确保蓄水箱410中不缺水，从而保证集热供水管41中一直有水，有效实现碳管炉高温下的保安功能。

本实施例中，铜套水套44与冷却长水套31之间设有缓冷盘管411，缓冷盘管411的进水口与第二进水管46连接，缓冷盘管411的回水口与铜套水套44的进水口连接。铜套水套44与缓冷盘管411串联，铜套水套44通过缓冷盘管411与第一进水管45连接，增设缓冷盘管411，能够进一步带走热量，回收余热。优选的，缓冷盘管411为环绕炉管2外周设置的螺旋状管道。

本实施例中，辅助循环水系统4上设有用于由主循环供水管32向辅助循环水系统4供水并向主循环回水管33回水的连通组件。通过设置连通组件当辅助循环水系统4出现故障或停产检修时，能够由主循环供水管32向辅助循环水系统4进行供水，再回到主循环回水管33，从而保证碳管炉的正常运行。

本实施例中，连通组件包括与第一进水管45和主循环供水管32连接的第三阀门412、与第二进水管46和主循环供水管32连接的第四阀门413、与第一回水管47和主循环回水管33连接的第五阀门414及与第二回水管48和主循环回水管33连接的第六阀门415，第一回水管47和第二回水管48上均连接有第七阀门416。正常状态下，第二阀门49、第七阀门416为常开状态，第三阀门412、第四阀门413、第五阀门414、第六阀门415为常闭状态，当需要由主循环供水管32向辅助循环水系统4进行供水时，第二阀门49、第七阀门416设置为常闭状态，第三阀门412、第四阀门413、第五阀门414、第六阀门415设置为常开状态，此时，主循环供水管32的水会通过第三阀门412、第四阀门413分别流向第一进水管45、第二进水管46，然后经第一回水管47和第五阀门414、第二回水管48和第六阀门415分别流向主循环回水管33，该种多阀门组合结构设计，结构简单，方便控制，只需控制几个阀门的开闭即可实现。优选的，冷却长水套31的出水口通过管路连接有一炉前开始水箱，炉前开始水箱与主循环回水管33连接，第五阀门414、第六阀门415通过炉前开始水箱与主循环回水管33连接。

本实施例中，端盖水套43为环形结构，环形结构的中心设有用于供炉管2穿过的通孔，端盖水套43包括底板431和盖板432，底板431和盖板432之间设有多块半隔板，各半隔板、底板431与盖板432之间设有用于供水流穿过的环形通道。在底板431和盖板432之间设置多块半隔板，相邻的两块半隔板一块与底板431之间设有供水流通过的通道，另一块与盖板432之间设有供水流通过的通道，即各半隔板、底板431与盖板432形成的环形通道为S型，即能够加强端盖水套43的强度，提高承压能力，又改善了端盖水套43内水流管道结构，进行水流导向，增大了水流经过的面积，有利于充分进行热交换。优选的，铜套水套44采用同种结构设计。

本实施例中，余热收集系统5包括通过管路连接的储能水箱51、余热转换设备52、用户终端53及送风机组54，储能水箱51与蓄水箱410连接，储能水箱51与余热转换设备52之间的管路上设有供热泵55，余热转换设备52与用户终端53之间的管路上设有冷热媒循环泵56，所述送风机组54的进出口管路上均连接有一自动调节阀用于自动切换送冷或不送冷运行。储能水箱51与蓄水箱410连接，余热水经蓄水箱410到达储能水箱51后进行蓄热储能，然后经供热泵55到达余热转换设备52，再经冷热媒循环泵56输送到用户终端53，然后通过送风机组54回到余热转换设备52，最后回到蓄水箱410。余热转换设备52能够根据时间设置自动启停运行，保证在局部时段供需不平衡时储能水箱51储热一定时间后自动运行，增强系统适应能力，往用户终端53送风的送风机组54能够根据炉台开启状态、环境温度、需求时间设置自动调节阀来自动切换送冷或不送冷运行，柔性、自动化的设计，系统的适用能力强。

本实施例中，储能水箱51上设有温度传感器，储能水箱51的一侧设有上塔泵57，储能水箱51的另一侧设有冷却塔58，温度传感器与上塔泵57、冷却塔58连接。当温度传感器检测到储能水箱51超过80℃时，上塔泵57和冷却塔58自动启动散热，确保储能水箱51中的水温低于上限值。

本实施例中，用户终端53与余热转换设备52之间的管路上连接有备用冷源机组59，备用冷源机组59与温度传感器连接，能够根据温度传感器的温度，在余热转换设备52运行不能满足冷冻水要求时，自动启动对冷冻水进行再冷却降低冷冻水温度，也可以在碳管炉等集中停产检修时直接启动对冷冻水进行降温，备用冷源机组59的进出口管路上均连接有一自动调节阀。储能水箱51超温自动散热、余热转换设备52能够根据时间设置自动启停运行、送风机组54能够根据炉台开启状态和环境温度等自动切换送冷或不送冷运行、备用冷源机组59可根据设置温度自动运行，从而确保实现全线余热空调采暖供冷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。