CN101749961B - 烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统 - Google Patents

Abstract

一种烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统，包括以烧结生产线产生的烟气作为热源的余热锅炉、汽轮机、发电机、冷凝器、真空除氧器，还可加设蓄热装置，所述的汽轮机采用机内除湿再热的多级冲动式汽轮机，所述的余热锅炉采用饱和蒸汽余热锅炉，该饱和蒸汽余热锅炉产生的饱和蒸汽通过蒸汽管道通入汽轮机的主汽门，同时主汽门后的主蒸汽管上引出一股蒸汽通入汽轮机内的蒸汽再热器中，在汽轮机中膨胀做功后的蒸汽通入冷凝器，由此产生的冷凝水通过除氧器除氧后，再输入余热锅炉加热，系统工作时，所述的汽轮机中的工质在膨胀做功过程处于饱和状态。本发明能克服目前烧结线采用过热蒸汽发电的不稳定，需经常停机而造成发电量下降等问题。

Description

烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统

技术领域

本发明属于工业余热回收设备领域，具体是涉及烧结生产线余热发电系统。

背景技术

烧结生产过程排出大量烟气和热风，所损失的热量约占烧结工序能耗的40％，利用这些余热来发电是烧结生产线节能降耗的重要技术措施。根据推算，吨烧结矿的余热发电量可达20千瓦时，但实际上现有的烧结线余热电站大多达不到这个水平。现有烧结余热发电一般都采用过热蒸汽汽轮机，为保证电站的安全运行，汽轮机对主蒸汽的温度有非常严格的要求。一般来说，当主蒸汽温度下降10℃时，汽轮机就必须降低负荷运行，如果蒸汽温度继续下降就不得不停机。其原因是蒸汽温度的下降将导致汽轮机末级蒸汽湿度超标，这将引起汽轮机末级叶片水蚀，危害汽轮机的安全运行，这是不允许的。而烧结线在正常的生产过程中，其烟气温度是经常波动的，有时还发生短时停机现象，这将导致主蒸汽温度大幅波动，甚至迫使汽轮机紧急停机。据实际运行数据统计，有的烧结生产线每月的停机次数达到20至40次，这将使发电量下降约10％。这样频繁的停机、启动加大了操作人员的劳动强度，降低了发电量，缩短了机组的寿命。

发明内容

本发明的目的是提出的一种烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统，以克服目前烧结线采用过热蒸汽发电的不稳定，需经常停机而造成发电量下降等问题。

为实现上述目的，本发明所设计的烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统，包括以烧结生产线产生的烟气作为热源的余热锅炉、汽轮机、发电机、冷凝器、真空除氧器，其特征在于所述的汽轮机采用机内除湿再热的多级冲动式汽轮机，该汽轮机汽缸内的其中一相邻级或若干相邻级的级间设置有级间蒸汽再热器，所述的余热锅炉采用饱和蒸汽余热锅炉，该饱和蒸汽余热锅炉的高压汽包产生的蒸汽通过蒸汽管道通入汽轮机的主汽门，同时主汽门后的主蒸汽管上引出一股蒸汽通入蒸汽再热器中，在汽轮机中膨胀做功后的蒸汽通入冷凝器，由冷凝器产生的冷凝水通过冷凝水泵输入除氧器除氧后，再通过锅炉给水泵输入余热锅炉加热，系统工作时，所述的汽轮机中的工质在膨胀做功过程处于饱和状态。

本发明进一步的技术方案是在余热锅炉和汽轮机之间增设一个蓄热装置，该蓄热装置与从余热锅炉到汽轮机的蒸汽母管并联连接，所述的饱和蒸汽余热锅炉的高压汽包产生的蒸汽通过带有逆止阀的管道与蓄热装置相连，蓄热装置通过带有逆止阀的管道与汽轮机联接，系统工作时，该蓄热装置中的工质在蓄热和放热过程处于饱和状态。

本发明所述的余热锅炉为饱和蒸汽余热锅炉，可以为提供饱和蒸汽单压余热锅炉，也可以为饱和蒸汽多压余热锅炉，还可以为低过热度蒸汽余热锅炉。当采用饱和蒸汽多压余热锅炉时，其高压汽包产生的蒸汽通过蒸汽管道通入汽轮机的主汽门，其低压汽包产生的蒸汽通过蒸汽管道通入汽轮机汽缸内的级间汽门。

本发明的重要特点是采用饱和蒸汽发电技术。所述的饱和蒸汽余热锅炉向汽轮机输出的是饱和蒸汽，必要时再进一步通过蓄热装置蓄热，以平抑热源的波动而造成的蒸汽参数的波动。该系统在出现烟气温度波动或烧结生产线短时停机时，可利用余热锅炉和蓄热装置的巨大热容所蓄存的热量，通过滑参数运行的方式(即逐渐降低主蒸汽的压力和温度)维持汽轮发电机组不停机。饱和蒸汽余热锅炉既能产生饱和蒸汽，同时由于具有巨大的金属质量和水体，能起到很好的蓄热作用，如果进一步与蓄热装置结合，则蓄热功能更为显著。当然，采用饱和蒸汽发电也带来一个问题，就是饱和蒸汽一进入汽轮机膨胀做功会马上变成湿蒸汽，湿蒸汽中的水分除了会降低汽轮机的级效率以外，更严重的是会造成汽轮机末级叶片的水蚀破坏。为解决此问题，本发明采用了机内除湿再热的多级冲动式汽轮机，这种汽轮机技术是本申请人发明并于2005年申请了中国专利的，其专利公开号为CN1687566，这种机内除湿再热的多级冲动式汽轮机的结构特征是：汽轮机汽缸内的其中一相邻级或若干相邻级的级间设置有级间蒸汽再热器，由该汽轮机的主汽门后的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再热器中，用于加热汽轮机中膨胀到一定程度的湿饱和蒸汽，降低其湿度，以保护汽轮机不受水蚀损害；该蒸汽再热器的出口通过疏水阀连接到疏水膨胀箱，疏水膨胀箱的排水口连接到冷凝器。

本发明所提出的烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统由于采用饱和蒸汽发电技术，能克服目前烧结线采用过热蒸汽发电的不稳定，需经常停机而造成发电量下降等问题，因此能够提高余热发电系统的发电量，同时保证余热发电系统的稳定性。

下面为本发明与过热蒸汽技术的性能对比实例：

以某钢铁烧结生产线为例，冷却机热风的参数为：45万Nm³/h，350℃。当采用过热蒸汽发电时，设传热温差为50℃，则过热蒸汽温度为300℃，为保证汽轮机末级叶片不受水蚀，过热蒸汽压力应为1.5MPa。此时，余热电站发电功率为7100kW。若采用饱和蒸汽余热发电系统，则需采用机内除湿再热的多级冲动式汽轮机才能保证汽轮机末级叶片不发生水蚀破坏，但此时蒸汽压力可以适当提高。取饱和蒸汽压力2.5MPa(相应的饱和温度约222℃)时，余热电站的发电功率为7000kW。采用过热蒸汽，虽然发电功率略大，但极其有限，在本例中约增加1.5％。但是采用饱和蒸汽发电，可以减少停机次数。设每星期减少电站停机次数1到2次，即可增加发电时间2-3％，从而发电量反而略大于过热蒸汽。

当用过热蒸汽发电时，烧结线温度波动或停机将会造成蒸汽过热度不足，发电机组必须停机。发电机组停机后重新启动到带满负荷，一般需要2小时，此过程中，余热锅炉多余的蒸汽只能放空，浪费大量能量。

当采用饱和蒸汽发电时，在温度波动或烧结机停机时，利用余热锅炉的巨大热容量所蓄存的热量，在一段时间内仍能产生饱和蒸汽。锅炉热容量越大，能够继续产生蒸汽的时间也越长，如果系统添加蓄热装置，持续产生蒸汽时间可达1小时以上。所以在烧结机短时间停机的情况下，饱和蒸汽发电机组可通过滑参数运行的方式维持汽轮发电机组不停机。提高了系统的运行时间，从而显著提高了年发电量。

本发明采用饱和蒸汽发电，由于饱和蒸汽余热锅炉传热温差大，传热系数高，蒸汽不需要过热，不需设置过热器，锅炉结构简单，重量轻，成本低，锅炉启动快，操作简单，系统简单可靠，运行稳定，机组寿命长，因此饱和蒸汽余热发电机组较过热蒸汽机组更具优势。

附图说明

图1是本发明采用饱和蒸汽单压余热锅炉不带蓄热装置的系统实施例的热力系统图；

图2是本发明采用饱和蒸汽单压余热锅炉带蓄热装置的系统实施例的热力系统图；

图3是本发明采用饱和蒸汽双压余热锅炉带蓄热装置的系统实施例的热力系统图。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步详细说明，但不是对本发明保护范围的限制。

实施例1

本发明的烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统实施例如图1所示：包括饱和蒸汽余热锅炉1、汽轮机3、级间蒸汽再热器4、发电机5、闪蒸罐6、冷凝器7、冷却塔8、循环水泵9、冷凝水泵10、真空除氧器11、锅炉给水泵12。所述的饱和蒸汽余热锅炉1以烧结生产线产生的烟气作为热源，产生的高压饱和蒸汽经高压汽包13输出，高压汽包13通过蒸汽管道与汽轮机3的主汽门联接；所述的汽轮机3采用机内除湿再热的多级冲动式汽轮机，在该汽轮机汽缸内的其中一相邻级的级间设置有级间蒸汽再热器4，在汽轮机3的主汽门后的主蒸汽管路上接出一根小口径的再热蒸汽管，通过该管把总蒸汽量的3％～8％供给级间蒸汽再热器4，所输入的蒸汽在级间蒸汽再热器4中放热后变成的饱和凝结水输入闪蒸罐6，在该处凝结水降压闪蒸出部分蒸汽经由蒸汽管重新输入汽轮机3膨胀做功，闪蒸罐6中的低压饱和水经管道排到冷凝器7的热井中；高压饱和蒸汽在汽轮机3中膨胀做功后形成的低压蒸汽之后，排入冷凝器7冷凝，形成冷凝水流入冷凝器7的热井，与从闪蒸罐6流出的低压饱和水汇合，经冷凝水泵9进入除氧器11除氧，经过除氧的水再经锅炉给水泵12输入饱和蒸汽余热锅炉1，完成整个工作循环，饱和蒸汽余热锅炉1的排烟则通过引风机15排入大气。与此同时，冷凝器与冷却塔7、循环水泵8之间也形成一个闭式循环回路。

实施例2

本发明的烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统实施例如图2所示：包括饱和蒸汽余热锅炉1、蓄热装置2、汽轮机3、级间蒸汽再热器4、发电机5、闪蒸罐6、冷凝器7、冷却塔8、循环水泵9、冷凝水泵10、真空除氧器11、锅炉给水泵12。本系统是在实施例1系统的基础上加设了蓄热装置2，该蓄热装置2与从饱和蒸汽余热锅炉1到汽轮机3的蒸汽母管并联连接，饱和蒸汽余热锅炉1的高压汽包13输出的蒸汽通过带有逆止阀16的管道与蓄热装置2相连，蓄热装置2通过带有逆止阀17的管道与汽轮机3联接，该蓄热装置2中的工质在蓄热和放热过程处于饱和状态。系统的其他结构与实施例1相同。

本烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统的工作过程如下：烧结生产线产生的烟气输入饱和蒸汽余热锅炉1对工质加热，产生的高压饱和蒸汽经过蓄热装置稳定后一部分作为主蒸汽进入汽轮机做功，另一部分作为再加热蒸汽进入级间蒸汽再热器4与做功到一定程度的主蒸汽进行换热，变为饱和水后进入闪蒸罐6，在该处凝结水降压闪蒸出部分蒸汽再进入汽轮机3膨胀做功，闪蒸罐6中的低压饱和水经管道排到冷凝器7的热井中，高压饱和蒸汽在汽轮机3中膨胀做功后形成的低压蒸汽之后，排入冷凝器7冷凝，形成冷凝水流入冷凝器7的热井与从闪蒸罐6流出的低压饱和水汇合，经冷凝水泵9进入除氧器11除氧，经过除氧的水再经锅炉给水泵12输入饱和蒸汽余热锅炉1，完成整个工作循环，饱和蒸汽余热锅炉1的排烟则通过引风机15排入大气。与此同时，冷凝器与冷却塔7、循环水泵8之间也形成一个闭式循环回路。

实施例3

本发明的烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统实施例如图3所示：包括饱和蒸汽余热锅炉1、蓄热装置2、汽轮机3、级间蒸汽再热器4、发电机5、闪蒸罐6、冷凝器7、冷却塔8、循环水泵9、冷凝水泵10、真空除氧器11、锅炉给水泵12。在本实施例中，所述的饱和蒸汽余热锅炉1采用双压饱和蒸汽余热锅炉，该双压饱和蒸汽余热锅炉的高压汽包13产生的蒸汽通过蒸汽管道通入汽轮机3的主汽门，低压汽包14产生的蒸汽通过蒸汽管道通入汽轮机3汽缸内的级间汽门。除此之外，系统的其他结构与工作流程和实施例2相同。

Claims (3)

1.一种烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统，包括以烧结生产线产生的烟气作为热源的余热锅炉(1)、汽轮机(3)、发电机(5)、冷凝器(7)、冷却塔(8)、循环水泵(9)、冷凝水泵(10)、真空除氧器(11)、锅炉给水泵(12)，其特征在于所述的汽轮机(3)采用机内除湿再热的多级冲动式汽轮机，该汽轮机汽缸内的其中一相邻级或若干相邻级的级间设置有级间蒸汽再热器(4)，所述的余热锅炉(1)采用饱和蒸汽余热锅炉，该饱和蒸汽余热锅炉的高压汽包(13)产生的蒸汽通过蒸汽管道通入汽轮机(3)的主汽门，同时主汽门后的主蒸汽管上引出一股蒸汽通入级间蒸汽再热器(4)中，在汽轮机(3)中膨胀做功后的蒸汽通入冷凝器(7)，由冷凝器(7)产生的冷凝水通过冷凝水泵(10)输入真空除氧器(11)除氧后，再通过锅炉给水泵(12)输入余热锅炉(1)加热，余热锅炉(1)的排烟则通过引风机(15)排入大气，同时，冷凝器(7)与冷却塔(8)、循环水泵(9)之间形成一个闭式循环回路，所述的汽轮机(3)中的工质在膨胀做功过程处于饱和状态。

2.根据权利要求1所述的烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统，其特征在于在余热锅炉(1)和汽轮机(3)之间设有一个蓄热装置(2)，该蓄热装置与从余热锅炉(1)到汽轮机(3)的蒸汽母管并联连接，所述的饱和蒸汽余热锅炉(1)的高压汽包(13)产生的蒸汽通过带有逆止阀(16)的管道与蓄热装置(2)相连，蓄热装置通过带有逆止阀(17)的管道与汽轮机(3)联接，该蓄热装置(2)中的工质在蓄热和放热过程处于饱和状态。

3.根据权利要求1所述的烧结生产线饱和蒸汽余热发电系统，其特征在于余热锅炉(1)为双压饱和蒸汽余热锅炉，该双压饱和蒸汽余热锅炉的高压汽包(13)产生的蒸汽通过蒸汽管道通入汽轮机(3)的主汽门，低压汽包(14)产生的蒸汽通过蒸汽管道通入汽轮机(3)汽缸内的级间汽门。

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