一种三段式废热梯级回收系统及方法

本发明属于铜冶炼行业节能，具体涉及一种三段式废热梯级回收系统及方法。

背景技术：

1、传统阳极铜圆盘浇铸系统采用了直接喷雾冷却法和冷却水槽来实现浇铸过程的阳极铜冷却，但存在以下问题：

2、中高品位废热难以合理回收利用：直接喷雾冷却虽然可以实现浇铸过程的阳极铜快速均匀冷却，但浇铸过程的中高品位废热不容易回收利用，导致热量白白浪费。

3、中低温废热需要冷却塔带走热量：中低温铜板冷却热用冷却水槽的循环冷却水进行冷却，并最终由冷却塔将热量散发，存在热量浪费。

4、阳极铜浇铸过程废热回收缺失：由于喷雾冷却和冷却水槽冷却均未考虑废热回收，导致浇铸工艺废热回收缺失，提高了生产工艺的能量消耗。

5、冷却工艺带来了环境污染和热品位浪费：尽管直接喷雾冷却一般采用了半密闭罩形式，但仍然存在直接喷雾冷和冷却水槽冷却均有大量的水汽蒸发给现场工作环境带来了空气环境污染；此外，由于两种冷却方式即使进行热回收，也存在热品位的严重浪费。

6、冷却工艺消耗了大量冷却水：由于喷雾冷却和冷却水槽冷却的热量最终通过水的蒸发将废热带走，因此，需要消耗大量的冷却水资源。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种三段式废热梯级回收系统及方法，替代传统喷雾冷却和冷却水槽冷却方式，通过高温汽化冷却(蒸发器)、中温近饱和加热(准省煤器)、低温预热(预热器)的工质温度梯度设计，提升了高热流密度废热回收方法的适配性，实现热力循环与废热品位完全耦合和梯级废热回收，产生的饱和蒸汽可以用于发电或生产工艺供热，达到阳极铜浇铸工艺的节能降碳目的。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种三段式废热梯级回收系统，包括汽包、汽化冷却板、热力除氧器、辊轴式水冷装置以及波纹式水冷板；其中，

4、所述汽化冷却板内设有汽化冷却介质通道，所述汽化冷却板用于设置在铜模底部，所述汽包和汽化冷却介质通道的进口相连接，汽化冷却介质通道的出口和汽包相连，以形成循环，组成高温汽化冷却段；

5、所述热力除氧器的出口和所述辊轴式水冷装置的进口相连接，所述辊轴式水冷装置的出口和所述汽包相连接，组成中温水冷段；

6、所述波纹式水冷板用于接入软化水，所述波纹式水冷板设置有辊轴，以用于传送阳极板，组成低温水冷段。

7、可选的，所述汽包与下降管的一端相连接，下降管的另一段安装有旋转接头，旋转接头与热水循环泵相连接，热水循环泵的出口安装有给水调节总阀，给水调节总阀连接有分水器，分水器分为若干个支路，每一支路均安装支路调节阀以及汽化冷却板；若干个支路的汽化冷却板汇总至集水器，集水器通过旋转接头连接上升管，上升管连接至汽包。

8、可选的，所述汽化冷却板以及辊轴式水冷装置均设置在半密闭保温隧道内。

9、可选的，所述汽包设置有电调蒸汽阀门；

10、可选的，所述汽包设置有主调节和辅调节两级压力控制，所述主调节通过pid算法来控制电调蒸汽阀门的阀门开度维持在0.8±0.05mpa；所述辅调节为当蒸汽产量超设计值20％时，启动备用冷凝器，降压至0.75mpa。

11、可选的，在所述热力除氧器的出口和所述辊轴式水冷装置的进口相连接的管路中安设置有给水泵。

12、可选的，在所述波纹式水冷板的前端设置有补水泵。

13、可选的，所述辊轴式水冷装置同时也是阳极板的传送装置，将来自高温汽化冷却段的阳极板传送至低温冷却段。

14、第二方面，本发明提供一种三段式废热梯级回收方法，基于上述的系统，所述方法包括:

15、高温汽化冷却段：汽包内的饱和水泵入汽化冷却板，吸收废热生成蒸汽后返回汽包，完成蒸发循环；

16、中温水冷段：热力除氧器出口热水泵入辊轴式水冷装置逆流吸收阳极板显热，水温升至接近汽包饱和温度后泵送至汽包；被冷却的阳极板温度逐板降低，与辊轴式水冷装置内的热媒工质呈逆流式换热；

17、低温水冷段：软化水进入波纹式水冷板，逆流吸收阳极板显热，并输出热水；被冷却的阳极板温度逐板降低，与波纹式水冷板内的热媒工质呈逆流式换热。

18、本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

19、本申请实施例通过高温汽化冷却(170.4℃饱和水蒸发)、中温近饱和加热(104℃→170℃)与低温预热(25℃→80℃)的逆流换热设计，实现废热品位与回收工质温度精确匹配；以及浇铸过程散热热流密度与工件冷却方式精确匹配。系统集成汽包压力链控制与辊轴式水冷装置的流道优化，废热综合回收率达80％以上，节水率90％，适用于冶炼行业浇铸工艺余热回收。

1.一种三段式废热梯级回收系统，其特征在于，包括汽包、汽化冷却板、热力除氧器、辊轴式水冷装置以及波纹式水冷板；其中，

2.如权利要求1所述的三段式废热梯级回收系统，其特征在于，所述汽包与下降管的一端相连接，下降管的另一段安装有旋转接头，旋转接头与热水循环泵相连接，热水循环泵的出口安装有给水调节总阀，给水调节总阀连接有分水器，分水器分为若干个支路，每一支路均安装支路调节阀以及汽化冷却板；若干支路的汽化冷却板汇总至集水器，集水器通过旋转接头连接上升管，上升管连接至汽包。

3.如权利要求1所述的三段式废热梯级回收系统，其特征在于，所述汽化冷却板以及辊轴式水冷装置均设置在半密闭保温隧道内。

4.如权利要求1所述的三段式废热梯级回收系统，其特征在于，所述汽包设置有电调蒸汽阀门。

5.如权利要求4所述的三段式废热梯级回收系统，其特征在于，所述汽包设置有主调节和辅调节两级压力控制，所述主调节通过pid算法来控制电调蒸汽阀门的阀门开度维持在0.8±0.05mpa；所述辅调节为当蒸汽产量超设计值20％时，启动启动备用冷凝器，降压至0.75mpa。

6.如权利要求1所述的三段式废热梯级回收系统，其特征在于，在所述热力除氧器的出口和所述辊轴式水冷装置的进口相连接的管路中安设置有给水泵。

7.如权利要求1所述的三段式废热梯级回收系统，其特征在于，在所述波纹式水冷板的前端设置有补水泵。

8.如权利要求1所述的三段式废热梯级回收系统，其特征在于，所述辊轴式水冷装置同时也是阳极板的传送装置，将来自高温汽化冷却段的阳极板传送至低温冷却段。

9.一种三段式废热梯级回收方法，基于权利要求1所述的系统，其特征在于，所述方法包括：