CN1008197B - 热回收系统 - Google Patents

Abstract

本文公开一种可以用于蒸汽重整工厂的燃气涡轮热回收系统。该系统采用一个高压蒸汽过热加热器和一个高压供水加热器，以便使其将燃气涡轮的废气的热进行回收。

Description

本发明涉及一种热回收系统，特别是涉及一种燃气涡轮废气的热回收系统，在一个具体实施方案中，它是涉及在一个蒸汽转化工厂使用的燃气涡轮废气的热回收系统。

许多加工工厂已经建立起蒸汽工作压力为100个大气压左右的蒸汽供应系统。这些工厂的绝大多数都是用天然煤气的蒸汽转化来生产氨合成气体。

在这些工厂中，与当前工厂实际使用的40～50个大气压相比，采用如此高的蒸汽生成压力的主要理由是在这些工厂中需要将所生成的蒸汽的大约一半用于40个大气压的蒸汽转化过程，而且其能量的大部分可以从一个较高压力通过蒸汽的膨胀扩散到40个大气压时产生出来。蒸汽的平衡主要是用于驱动压缩机和泵的冷凝式蒸汽透平。

许多工业既需要电力又需要生产用热，正在建立称为燃气涡轮组合热、电发生系统。绝大多数这类设备包括一个燃烧煤气的开式循环燃气涡轮发电机，其涡轮排出温度为538℃的废气，流经一个废气加热锅炉以生成蒸汽。这些组合热电设备具有高的热效率，可达70%以上，以便使其生产出廉价的电力和生产用热。

在这类组合热电设备中，燃气涡轮排出的约为538℃的废气，首先用于制出（有时过热）生产用蒸汽。生成压力一般是在40个大气压以下。然后将废气进一步用于制出低压蒸汽。这里是用于锅炉供水的加热和排气并有时用于蒸汽透平，冷的废气离开余热加热锅炉时的温度为 121至149℃。

在上述大型蒸汽转化工厂中，在建立这类燃气涡轮热电组合机组时，对具有100个大气压的蒸汽系统关于燃气涡轮的热回收的集成问题已进行过研究。首先考虑的，应当是通过以高的热效率来产生工厂所用的电力来提高运行过程的经济性。

但是，对于这种构思存在这样一个问题，即如何产生具有316℃蒸发温度和100个大气压的蒸汽问题。在燃气涡轮中排出的538℃的废气可以利用的热用于生成高压蒸汽的比例是非常有限的。在高压供水加热器的出口处的废气最低温度为260℃左右，而且当回收的热低于产生低压蒸汽所需要的温度水平，这就表示热回收是低水平的。

本发明的目的是提供一种热回收的方法和一种热回收系统，可以使燃气涡轮排出的废气，以较高的比例用于产生100个大气压的蒸汽或与其相似的高压蒸汽。

按照本发明，将燃气涡轮中排出的废气通过一个废气热交换器，后者包括一个高压蒸汽过热加热器和一个高压供水加热器，排出的废气首先与高压蒸汽过热加热器接触，然后再与高压供水加热器接触。本发明也是一项致力于利用燃气涡轮废气，一个余热交换器和一个分离式蒸发器生产高压蒸汽的方法，包括将废气流过热交换器，首先与高压蒸汽过热加热器接触，然后再与高压供水加热器接触。

本发明进一步致力于一个热回收系统，它包括一个燃气涡轮，一个余热交换器和一个分离式蒸发器，上述余热交换器包括一个使废气从涡轮流至交换器的装置，该交换器包括一个高压蒸汽过热加热器和一个高压供水加热器。这种组合提供了一种提高高压蒸汽产量的完整的蒸汽系统，超过已有技术中用余热锅炉的燃气涡轮热回收系统。

附图的简要说明：

图1    表示本发明的热回收系统的一个实例的原理图;

图2    表示本发明的热回收系统在一个蒸汽转化工厂应用的另一实例的原理图。

按照本发明及图1实例所示，燃气涡轮废气从燃气涡轮7排出，在482至649℃范围内但最好是在538℃温度下进入一个余热交换器1。通过该交换器与一个高压蒸汽过热加热器2相接触，饱和蒸汽由蒸汽发生器8中流出，并流过过热加热器2。这时蒸汽是在90至150个大气压的高压下，但最好是在100个大气压左右，其温度一般为288至343℃。虽然蒸汽的流量可以是任何合适的数值，一般的流量是在22680公斤/时至68040公斤/时范围内。蒸汽发生器可以是任何型式的蒸汽生产设备，例如在蒸汽转化系统中的蒸汽鼓筒。这种蒸汽是在一个高压蒸汽过热加热器2中，利用燃气涡轮废气进行过热处理的，使蒸汽温度达到427至538℃左右，由燃气涡轮废气的温度决定。

然后，燃气涡轮废气与高压供水加热器3相接触，在加热器中把水的温度由93至260℃加热到204至316℃左右。高压供水加热器中的压力保持在90至150个大气压范围内。采用这加热器可以提供任何合适的流量，但一般情况其流量是在181440公斤/时至272160公斤/时范围内。

如图2所示，燃气涡轮废气然后可与热交换器相接触，这类交换器诸如供气加热器4，燃气加热器5和低压供水加热器6。燃气涡轮废气还可以与一个第二级高压供水加热器，一个蒸汽/排水加热器或者任何其它形式的热交换器相接触。最后，燃气涡轮废气由余热交换器中流出来时的温度是在121至232℃范围内。

用高压过热加热器2取代过热加热器与蒸汽发生器的组合装置，在蒸汽侧串接，一般是用余热锅炉。这样就不需要另外的高压蒸汽鼓筒和循环泵，同时也便于改善对整个工厂的透平所需过热蒸汽的温度的控制。

另外，高压锅炉供水的加热是在高压供水加热器3中由燃气涡轮废 气进行的。然后在一个放置在余热加热器外面的分离式蒸汽发生器8中进行蒸汽化。所产生的饱和蒸汽在高压蒸汽过热加热器2中加热以形成过热蒸汽。这种供水加热器3取代了低压蒸汽发生装置，这类装置是在原来的余热锅炉中通常使用的，而且这样有助于直接提供工厂中任何场合所需要的高压蒸汽。这种情况是利用低压蒸汽发生装置所没有的。

本发明的实例的理论说明如图2所示。

燃气涡轮废气进入一个多级工作热交换器，它具有5个热交换工作面，其代号为2至6号，其所回收的热用于邻近的氨气生产工厂。冷却后的废气排泄在大气中。

在热交换器的底部，以259189公斤/小时的燃气涡轮废气，在530℃温度下进入热交换器，废气首先通过高压蒸汽过热加热器2，其中将102大气压左右和45360公斤/小时流量的饱和蒸汽，由317℃加热到460℃。所带走的热量是6950千瓦。

现在已经达到447℃的废气，再通过高压供水加热器3，在其中将流量为223498公斤/小时的锅炉供水在136大气压和219℃的温度下加热到273℃。带走的热量是15680千瓦。

现已达到温度为248℃的废气，通过供气加热器4，在其中的天然煤气以1153.5公斤摩/小时的流量，在40大气压左右和12.8℃温度下加热到216℃。所带走的热量为2600千瓦。

在温度为214℃的废气通过燃气加热器5时，在其中将流量761公斤摩/小时的天然煤气在20大气压左右和12.8℃温度下加热到182℃。带走的热量为1400千瓦。

最后，温度为196℃的废气，通过低压供水加热器6，在其中将76205公斤/小时流量的锅炉供水在8大气压和116℃的温度下，加热到149℃。所带走的热量为3000千瓦，并将157℃的废气排泄到大气中去。

在上述5个热交换器工作表面回收的总热量为29660千瓦。

很明显，上述热交换器的工作表面，如果需要时可以交错排列，这样可以对结构材料的使用更为经济，而且最终作用在各个工作界面上的温度会有某些变化。

上述实例是作为示范性的，本发明在此范围内的其它实施方案，也应包括在内。

Claims (13)

1、由燃气涡轮废气中回收热的方法，其特征是将上述废气通过一个余热交换器，该交换器包括一个高压蒸汽过热加热器和一个高压供水加热器，废气首先与高压蒸汽过热加热器接触，然后再与高压供水加热器相接触。

2、按照权利要求1的方法，其特征是所述废气的温度约为482至649℃。

3、按照权利要求1的方法，其特征是所述高压供水加热器所装有的水的温度约为93至260℃，压力约为90至150个大气压。

4、按照权利要求3的方法，其特征是所述高压过热蒸汽加热器所装有的蒸汽的温度约为288至343℃，压力约在90至150个大气压范围内，用上述废气进行过加热过的上述蒸汽的温度可达427至538℃范围内。

5、按照权利要求4的方法，其特征是经过上述高压供水加热器加热过的水，在单独的蒸汽发生器中转变成蒸汽，然后供给上述高压蒸汽过热加热器。

6、按照权利要求4的方法，其特征是至少需要2个高压供水加热器。

7、一种利用燃气涡轮废气，一个余热交换器和一个分离式蒸汽发生器生产高压蒸汽的方法，其特征是将上述废气流经余热交换器，废气首先与一个高压蒸汽过热加热器接触，然后再与一个高压供水加热器接触。

8、按照权利要求7的方法，其特征是所述的水是由上述高压供水加热器提供，并在上述分离式蒸汽发生器中转变成蒸汽，然后供给上述高压蒸汽过热加热器。

9、按照权利要求7的方法，其特征是所述废气的温度约在482至649℃范围内。

10、按照权利要求7的方法，其特征是所述高压供水加热器所需供给的水的温度约在93至260℃，压力约在90至150个大气压范围内。

11、按照权利要求7的方法，其特征是所述高压蒸汽过热加热器所需提供的蒸汽的温度约为288至343℃，压力约在90至150个大气压范围内，所述蒸汽是经用废气过热加热后达到427至538℃的温度。

12、一种热回收系统包括一个燃气涡轮，一个余热交换器和一个分离式蒸汽发生器，其特征是在所述余热交换器中包括一个使废气由燃气涡轮流到热交换器的装置，一个高压蒸汽过热加热器和一个高压供水加热器。

13、按照权利要求12的热回收系统，其特征是还包括将高压供水加热器加热过的蒸汽流到蒸汽发生器的装置，以及将蒸汽发生器中生成的蒸汽流到高压蒸汽过热加热器的装置。

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