阅读说明：本技术 利用沸石进行余热储运与利用的方法及其系统 (Method and system for storing, transporting and utilizing waste heat by utilizing zeolite ) 是由 王大滨 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种利用沸石进行余热储运与利用的方法及其系统,属于余热利用领域。热源处的余热通过高温烟气/蒸汽管道进入换热器中,通过间接换热加热空气,空气随后进入蓄热器中加热沸石,使沸石再生,从而将热能储存到沸石中。热源和热用户处通过交通工具衔接以实现沸石的转运。热用户处增设一个沸石锅炉,从锅炉中加热后的少量蒸汽进入沸石锅炉中与沸石接触,沸石吸收蒸汽放出大量热,利用放出的这部分热量间接加热进入沸石锅炉的给水。本方案实现了钢厂、电厂或石油化工等工业生产中低品位余热的储运及利用,降低了现有锅炉的能源消耗量。(the invention relates to a method and a system for storing, transporting and utilizing waste heat by utilizing zeolite, belonging to the field of waste heat utilization. The waste heat at the heat source enters the heat exchanger through a high-temperature flue gas/steam pipeline, air is heated through indirect heat exchange, and then the air enters the heat accumulator to heat the zeolite, so that the zeolite is regenerated, and the heat energy is stored in the zeolite. The heat source and the heat user are engaged by a vehicle to effect the transport of the zeolite. A zeolite boiler is additionally arranged at a heat user position, a small amount of steam heated from the boiler enters the zeolite boiler to be contacted with zeolite, the zeolite absorbs the steam to release a large amount of heat, and the released heat is utilized to indirectly heat feed water entering the zeolite boiler. The scheme realizes storage, transportation and utilization of low-grade waste heat in industrial production of steel mills, power plants, petrochemical industry and the like, and reduces the energy consumption of the existing boiler.)

利用沸石进行余热储运与利用的方法及其系统

技术领域

本发明属于余热利用领域，具体涉及一种利用沸石进行余热储运与利用的方法及其系统。

背景技术

钢厂、电厂或石油化工等工业生产中，常常有大量的低品位余热存在，这些余热以烟气或蒸汽的形式存在，这些余热的放散会造成大量能源损耗，如果能对这些余热进行有效利用，则每年可为企业节约大量能源成本。在实际生产过程中，这些以烟气或蒸汽形式存在的余热可以满足大部分的工业生产供热和居民生活供热。而在余热利用的过程中往往会遇到的问题是，工业生产和居民生活对供热需求存在季节周期性，且这些热用户比较分散、远离热源。若对这些热用户单独修建供热管道，则会造成供热成本较高；而利用管道进行热介质的长距离输送也会造成散热损失较大的问题。

沸石是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物，易获得、成本低，且已被广泛用于工业及农业等领域，具有受热后内部结晶水脱除，再遇水或水蒸气放热的特点。采用沸石进行余热储应当能解决上述问题，但目前尚无相应的储运及利用系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用沸石进行余热储运与利用的方法及其系统，对钢厂、电厂或石油化工生产过程中所产生的余热进行储运及利用，解决该类余热未得到有效利用的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用沸石进行余热储运与利用的方法，依次包括以下步骤：

(1)热源处的高温烟气或蒸汽送入换热器，与进入换热器内的空气换热，空气得到加热升温；

(2)将加热后的空气送入蓄热器中，通过热空气对蓄热器内的沸石进行再生/干燥；

(3)通过交通工具将再生/干燥后的沸石送至热用户处的沸石锅炉中；

(4)分别向沸石锅炉中送入蒸汽与给水，其中蒸汽与沸石锅炉内的沸石直接接触，沸石吸收蒸汽放出热量，沸石吸收蒸汽放出的热量加热给水，给水升温或变成蒸汽后供给热用户；

(5)放热后的沸石从沸石锅炉中送出，再通过交通工具送回蓄热器中。

进一步，在热用户处另设置一个锅炉，将给水分成两路，一路送入锅炉内加热成蒸汽后输送至沸石锅炉内与沸石直接接触，另一路直接送入沸石锅炉内与沸石吸收蒸汽所放出的热量间接换热。

进一步，设置一个蒸汽分配器，锅炉送出的蒸汽先经过蒸汽分配器后再送入沸石锅炉，从沸石锅炉送出的蒸汽经过蒸汽分配器后再送至热用户处。

一种利用沸石进行余热储运与利用的系统，包括换热器、蓄热器、沸石锅炉以及锅炉；蓄热器与换热器设置在热源处，换热器上对应连通有高温烟气/蒸汽管道以及空气管道，热源通过高温烟气/蒸汽管道与换热器相连，空气管道的出口端与蓄热器相连通；沸石锅炉与锅炉设置在热用户处，锅炉上连有给水管道Ⅰ以及蒸汽管道Ⅰ，蒸汽管道Ⅰ的出口端连接在沸石锅炉的蒸汽入口上，给水管道Ⅱ的出口端连接在沸石锅炉的给水入口上，沸石锅炉的蒸汽出口上连有蒸汽输送管，蒸汽输送管连通至热用户；蓄热器与沸石锅炉间通过交通工具相衔接。

进一步，沸石锅炉包括炉壳以及设置在炉壳内腔中的给水管段；炉壳内腔由给水管段分隔成两个区域，其中给水管段内为给水吸热区，给水管段外为沸石放热区；给水管段的入口端伸出炉壳作为给水入口，给水管段的出口端伸出炉壳作为蒸汽出口。

进一步，沸石锅炉的炉壳顶部设有沸石入口，炉壳底部设有沸石出口，给水入口设置在炉壳的下部，蒸汽出口设置在炉壳的上部。

进一步，设置在蓄热器上的沸石入口与沸石出口、以及设置在沸石锅炉炉壳上的沸石入口与沸石出口处各自对应设置一个沸石容器。

进一步，还包括蒸汽分配器，蒸汽管道Ⅰ经过蒸汽分配器后与沸石锅炉的蒸汽入口相连接，蒸汽输送管经过蒸汽分配器后连通至热用户。

进一步，换热器为板式换热器或管壳式换热器。

进一步，蓄热器内部为蜂巢式或隔板式或栅栏式结构。

本发明的有益效果在于：

(1)系统构成简单，占用面积小，换热效率高，工况调整灵活。

(2)实现了沸石锅炉与(常规)锅炉的结合，能在不影响常规锅炉向热用户供热的前提下，实现了钢厂、电厂或石油化工等工业生产中低品位余热的储运及利用，与直接通过“(常规)锅炉产生蒸汽以供给热用户”的方式相比，降低了能源消耗量。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为系统示意图；

图2为沸石锅炉及管路连接示意图。

附图标记：

热源—1、换热器—2、蓄热器—3、交通工具—4、沸石锅炉—5、热用户—6、锅炉—7、高温烟气/蒸汽管道—8、空气管道—9、给水管道Ⅰ—10、蒸汽管道Ⅰ—11、给水管道Ⅱ—12、蒸汽输送管—13、给水泵—14、沸石容器—15、蒸汽分配器—16、沸石入口—301、沸石出口—302、炉壳—501、给水管段—502、沸石入口—503、沸石出口—504。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图2，为一种利用沸石进行余热储运与利用的方法，依次包括以下步骤：

(1)热源1处的高温烟气或蒸汽送入换热器2，与进入换热器2内的空气换热，空气得到加热升温；

(2)将加热后的空气送入蓄热器3中，通过热空气对蓄热器内的沸石进行再生/干燥；

(3)通过交通工具4将再生/干燥后的沸石送至热用户处的沸石锅炉5中；

(4)分别向沸石锅炉5中送入蒸汽与给水，其中蒸汽与沸石锅炉5内的沸石直接接触，沸石吸收蒸汽放出热量，沸石吸收蒸汽放出的热量加热给水，给水升温或变成蒸汽以供给热用户6；

(5)放热后的沸石从沸石锅炉中送出，再通过交通工具4送回热源1处的蓄热器3中，实现循环利用。

步骤(4)中，可利用设置在热用户6处的(常规)锅炉7，即将送入(常规)锅炉7内的给水分成两路，一路送入锅炉7内加热汽化，然后将汽化后的蒸汽输送至沸石锅炉5内与再生/干燥的沸石直接接触，沸石与蒸汽接触后将释放大量热量，该热量作为加热升温给水的热源。另一路则直接送入沸石锅炉5内与沸石吸收蒸汽所放出的热量间接换热。此处，沸石与蒸汽接触后释放的热量通过间接换热以加热给水，可根据供热需求将给水加热为热水或蒸汽供给热用户。

作为上述方案的进一步优化，可设置一个蒸汽分配器16，从(常规)锅炉7送出的蒸汽先经过蒸汽分配器16后再送入沸石锅炉5，从沸石锅炉5送出的蒸汽也经过蒸汽分配器16后再送至热用户6处。锅炉产生的蒸汽进入蒸汽分配器16后，可根据不同工况对蒸汽进行分配，当再生(干燥)的沸石充足时，则让锅炉产生的蒸汽与沸石接触，利用沸石中储存的热量满足热用户需求，此时所需的蒸汽量较少，但与沸石接触可放出大量热，用该热加热升温给水，实现了钢厂、电厂或石油化工等工业生产中低品位余热的利用，与直接通过“(常规)锅炉产生蒸汽以供给热用户”的方式相比，降低了能源消耗量；若再生(干燥)的沸石不充足时，此时蒸汽与沸石接触无法放出足以加热给水的热量，则可直接将锅炉加热产生的蒸汽送至热用户以满足其需求，实现供热系统的灵活调节。

一种利用沸石进行余热储运与利用的系统，包括换热器2、蓄热器3、沸石锅炉5以及锅炉7；蓄热器3与换热器2设置在热源1处，换热器2上对应连通有高温烟气/蒸汽管道8以及空气管道9，热源1通过高温烟气/蒸汽管道8与换热器2相连，空气管道9的出口端与蓄热器3相连通；沸石锅炉5与锅炉7设置在热用户6处，锅炉7上连有给水管道Ⅰ10以及蒸汽管道Ⅰ11，蒸汽管道Ⅰ11的出口端连接在沸石锅炉5的蒸汽入口上，给水管道Ⅱ12的出口端连接在沸石锅炉5的给水入口上，沸石锅炉5的蒸汽出口上连有蒸汽输送管13，蒸汽输送管13连通至热用户6；蓄热器3与沸石锅炉5间通过交通工具4相衔接。

具体的，热源1处的余热(高温烟气或蒸汽)通过高温烟气/蒸汽管道8进入换热器2中，通过间接换热加热空气，空气随后进入蓄热器3中加热沸石，使沸石再生(干燥)，从而将热能储存到沸石中。热源1和热用户6处通过交通工具4衔接以实现沸石的转运。热用户处有(常规)锅炉7，再增设一个沸石锅炉5，通过给水泵14将一部分给水送入锅炉7中加热成蒸汽，另一部分则直接送入沸石锅炉5中；从锅炉7中加热后的少量蒸汽进入沸石锅炉5中与沸石接触，沸石吸收蒸汽所放出大量热，利用放出的这部分热量间接加热进入沸石锅炉5的给水。

该系统中，换热器2是将热源处高温烟气或蒸汽中的余热通过热交换传递给空气，热空气使沸石再生(干燥)；在沸石锅炉5中吸收蒸汽放热后的沸石通过交通工具4运回热源处，吸收蒸汽后的沸石再在蓄热器3内部与热空气直接接触，进而脱除沸石中的水分，实现再生；即通过沸石的循环利用实现了低品位余热的储运及利用。

沸石是通过交通工具4在蓄热器与沸石锅炉间往返运输，该交通工具4需根据实际需求而确定，可以是汽车、火车、轮船等。

需要说明的是：通过给水管道Ⅱ12直接送入沸石锅炉5内的给水被加热，根据热用户需求，该部分给水可以是被加热为热水，也可以是被加热为蒸汽，本方案是以加热成蒸汽进行说明。

本系统中，沸石锅炉5包括炉壳501以及设置在炉壳501内腔中的给水管段502；炉壳内腔由给水管段分隔成两个区域，其中给水管段内为给水吸热区，给水管段外为沸石放热区；给水管段502的入口端伸出炉壳501作为给水入口，给水管段502的出口端伸出炉壳501作为蒸汽出口。给水入口与给水管道Ⅱ12的出口端相连，蒸汽出口与蒸汽输送管13相连。将沸石锅炉5分成沸石放热区和给水吸热区两个区域，即可同时满足沸石与蒸汽接触放热以及放出热量对给水的加热升温。沸石锅炉内的沸石处于放热区中，干燥的沸石与水蒸汽直接接触放热，放出的热量通过间接换热传递至给水吸热区中的给水。

本实施例的沸石锅炉中，沸石入口设置在炉壳顶部，沸石出口设置在炉壳底部，给水入口设置在炉壳的下部，蒸汽出口设置在炉壳的上部。沸石通过炉壳501上的沸石入口503进入，再从沸石出口504送出；给水通过给水管道Ⅱ12从给水入口进入，吸热后的给水变成蒸汽从上端的蒸汽出口流出，而锅炉7产生的蒸汽则从炉壳501上部的蒸汽入口进入后与沸石直接接触。这样设置的目的在于让沸石与给水实现间接换热，提高换热效率。当然，沸石放热区与给水吸热区之间的相对位置、以及各进出口的布置结构不局限于该形式，也可有其他变形，如沸石下进上出，给水上进下出等。

作为上述方案的进一步优化，设置在蓄热器3上的沸石入口301与沸石出口302、以及设置在沸石锅炉炉壳上的沸石入口503与沸石出口504处各自对应设置一个沸石容器15。即热源1和热用户6处分别设有两个用于装放沸石的沸石容器15，交通工具直接到位后直接替换空/重沸石容器15即可，节约了时间。

本实施例中还包括蒸汽分配器16，蒸汽管道Ⅰ11经过蒸汽分配器16后与沸石锅炉5的蒸汽入口相连接，蒸汽输送管13经过蒸汽分配器16后连通至热用户6。通过蒸汽分配器16的调节，可以满足不同工况下的热需求。锅炉7产生的蒸汽从蒸汽管道Ⅰ11进入蒸汽分配器后，根据不同工况对蒸汽进行分配后，蒸汽从蒸汽输送管流向热用户。

具体的，当再生(干燥)的沸石充足时，通过蒸汽分配器可分配一小部分蒸汽进入沸石锅炉中，通过与沸石接触，利用沸石中储存的热量加热升温给水，并将加热升温后的给水/蒸汽送至热用户处，满足部分热用户的使用需求，此时可极大降低锅炉7的产能，以节约能源。当再生(干燥)的沸石不充足时，此时蒸汽与沸石接触无法放出足以加热给水的热量，通过蒸汽分配器可直接将锅炉加热产生的全部蒸汽送至热用户以满足其使用需求，此时锅炉7恢复正常产能。该设置实现了沸石锅炉与(常规)锅炉的结合，能在不影响常规锅炉向热用户供热的前提下，实现低品位余热的利用，降低了能源消耗量。

上述的换热器是将热源处高温烟气或蒸汽中的余热通过热交换传递给空气，其可为板式换热器或管壳式换热器等，目的在于提高与空气的换热效率的同时，尽可能地减少占地面积。

吸收蒸汽后的沸石在蓄热器内部与热空气直接接触，进而脱除沸石中的水分，实现再生。蓄热器内部可为蜂巢式、隔板式或栅栏式等任意形式，其目的在于保证热空气能顺畅流通，且保证热空气与沸石有充分接触面积，从而提高沸石的再生(干燥)效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。