CN105299468A - 一种低压蒸汽分级供应的管网优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压蒸汽分级供应的管网优化方法。对于具有多台汽轮机的工厂，其背压蒸汽一般进入同一个低压蒸汽管网，然后供应全厂的低压蒸汽用户。本发明将汽轮机分为两组，汽轮机产生的蒸汽分别进入高低两个压力等级的蒸汽管网，低压蒸汽管网和低低压蒸汽管网。这样可以充分利用蒸汽的压力能做功，从而减少汽轮机的蒸汽用量，减少的这部分蒸汽负荷可以转移到发电汽轮机用于发电或减少放空，从而取得节能效果。本发明可用于化工类企业的新厂设计或现有工厂的改造，所需投资主要包括新增蒸汽管道和调节阀，而汽轮机无需更换。这种方法可以有效回收利用蒸汽的压力能，对于低压蒸汽不过剩的工厂具有节电效果，对于低压蒸汽过剩的工厂具有消除蒸汽放空的节能效果。效益好，费用低。

Description

一种低压蒸汽分级供应的管网优化方法

技术领域

本发明涉及一种低压蒸汽分级供应的管网优化方法，属节能技术领域。

背景技术

汽轮机是用于回收由锅炉或产汽设备生产出来的蒸汽的压力能的设备。从汽轮机做功后排出的蒸汽有一定的压力，称为背压蒸汽。背压蒸汽进入蒸汽管网，为蒸汽用户提供蒸汽。

汽轮机是一种将蒸汽压力能转换为机械能的转动设备。汽轮机里面有多级叶轮，蒸汽从压力较高的蒸汽管网进入汽轮机入口，逐级通过叶轮做功，将压力能转化为机械能推动叶轮。做功后的蒸汽称为背压蒸汽，从汽轮机出口送出至较低压里等级的蒸汽管网。

汽轮机按照用途分为工艺汽轮机和发电用汽轮机。工艺汽轮机是指汽轮机作为工艺装置动力源，用于驱动一个负荷基本固定的工艺设备，例如压缩机、风机和泵等。发电汽轮机是指汽轮机带动一台发电机，其负荷根据管网蒸汽量的变化而变化。

工厂里的蒸汽用户一般都连接在一个低压蒸汽管网（大多采用1.0MPa管网，操作压力范围0.8-1.1MPaG）。在这个低压蒸汽管网中有多个蒸汽用户。这些蒸汽用户所需的压力有高有低，各不相同。对蒸汽压力要求苛刻的用户我们称之为“苛刻用户”，其它用户成为“普通用户”。蒸汽管网的压力一般要苛刻用户的需求，相当于供应给普通用户的蒸汽压力比实际需要的压力高。因此存在压力能的浪费。如果能够将蒸汽管网细分为两个压力级别的管网，则被降压的这部分蒸汽可以在汽轮机内多做功，从而把压力能转化为动能。

有些工厂由于汽轮机产生的背压汽量超过蒸汽用户的需求量，导致低压蒸汽过剩，采用降低背压的措施可以降低汽轮机的蒸汽需要量，因此低压蒸汽产量将会降低，因此可以减少低压蒸汽的过剩量，甚至消除放空。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压蒸汽分级供应的管网优化方法。该方法将现有的低压蒸汽管网分为两个管网，贯彻“梯级利用”的思想，为不同的用户提供不同等级的蒸汽，充分回收了蒸汽的压力能。回收的压力能可以转化为电能，或者减少和消除蒸汽放空。同时立足于不改或少改汽轮机的原则，主要的改造内容为管线改造，因此降低了改造费用，

本发明提出的一种低压蒸汽分级供应的管网优化方法是一种不需要增上设备，仅通过改变局部的网络结构就可以挖掘出系统本身存在的节能潜力的蒸汽优化方法。传统的回收蒸汽压力能的方法是增上汽轮机等能量转换设备，将节约的蒸汽压力能转化为电能，或者对过剩放空的蒸汽进行回收利用或发电。本方法是从源头入手，无需增上新设备，仅对蒸汽管网进行调整，即可自动收集大部分蒸汽用户降压供汽节约的压力能，并通过蒸汽管网自动将这部分压力能由蒸汽携带转移到发电机组，在蒸汽发电机组中将这部分压力能转化为电能。

本发明提出的一种低压蒸汽分级供应的管网优化方法，所述现有的蒸汽动力系统包括低压蒸汽管网、若干个汽轮机和若干个蒸汽用户，蒸汽用户划分为苛刻用户和普通用户两种类型，苛刻用户是指那些物料侧的温度相对较高，需要提供压力较高的蒸汽；普通用户是指哪些对蒸汽压力的要求不太苛刻，允许降低供汽压力的蒸汽用户；较高压力的蒸汽自高压力蒸汽管网进入汽轮机做功后降压为压力等级1的低压蒸汽，通过压力等级1的蒸汽管网供应给苛刻用户；较高压力的蒸汽同时自高压力蒸汽管网进入汽轮机做功后变为压力等级2的蒸汽，通过压力等级2的蒸汽管网供应给普通用户；具体步骤如下：

（1）改造苛刻用户

通过对有些苛刻用户进行改造，改造，降低其对这蒸汽压力要求的苛刻度，使其成为普通用户，目的是减少苛刻用户的数量；

（2）蒸汽用户分组

将低压蒸汽用户按照对压力要求苛刻程度分为苛刻用户和普通用户两个类别；

（3）汽轮机分组

将汽轮机分为高背压汽轮机和低背压汽轮机；高背压汽轮机和低背压汽轮机在操作工况下的背压不同；高背压汽轮机维持现有的背压，为苛刻蒸汽用户供汽；其它汽轮机降低背压给普通用户供汽；

（4）低压蒸汽管网拆分

将现有的低压蒸汽管网拆分为蒸汽管网A和蒸汽管网B两个管网，两个管网的压力不同。蒸汽管网A由高背压汽轮机供汽，蒸汽管网B由低背压汽轮机供汽。

（5）两个蒸汽管网设置压力控制措施

在蒸汽管网A和蒸汽管网B之间设置一条压力控制线，其上有压力控制阀，可以将蒸汽从蒸汽管网A输送至蒸汽管网B，阀门用于控制低压蒸汽管网的压力。

本发明中，步骤（1）中所述的苛刻用户也可以通过改造，在满足其工艺要求的前提下将其全部转变为普通用户。普通用户的用汽量一般大于苛刻用户的用汽量。

本发明中，步骤（３）中的高背压汽轮机也可以没有，即步骤（３）中高背压汽轮机采用低背压汽轮机代替。在蒸汽过剩工厂，该发明的结果可以通过降低蒸汽管网的压力使通过汽轮机产生的背压蒸汽流量减少，所减少的蒸汽量直接转化为降低蒸汽锅炉的产汽负荷，从而取得节约燃料的效果。

本发明中，步骤（4）中所述的蒸汽管网B的压力与蒸汽管网A的压力的降低值在5-40%的范围。

本发明中，所述汽轮机的类型不限。采用汽轮机和类似于汽轮机功能的设备均包括在该专利保护的范围。

本发明的有益效果在于：本发明可以通过降低汽轮机背压的措施，在保证汽轮机输出功率不变的前提下降低汽轮机的用汽量，从而将这部分蒸汽转移到其它汽轮机做功或发电。从而取得节能效果。采用这种方法，改造工作量小，费用低。

附图说明

图1是改造前的流程图，

图2是改造后的流程图。其中加粗部分为改造后新增流程。

图中标号：1-蒸汽发生器；2-高压力蒸汽管网；3-发电汽轮机；4-发电汽轮机背压汽管线；5-工艺汽轮机Ａ；6-工艺汽轮机A背压蒸汽管线；7-工艺汽轮机Ｂ；８-工艺汽轮机Ｂ背压蒸汽管线；９-蒸汽管网A；10-苛刻用户；11-普通用户；12-蒸汽放空；13-蒸汽管网B；14-低压蒸汽管线；15-压力控制阀；16-压力控制线。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：某石化厂采用蒸汽分级方法提高发电量和消除放空的改造。

图1所示的为改造前的蒸汽动力系统工艺流程，该工艺流程包括的设备台数较多，其中有多台蒸汽发生器、发电汽轮机、工艺汽轮机和多个蒸汽用户。为了叙述方便，进行了简化。简化后的蒸汽动力系统包括蒸汽发生器1共有3台，发生的高压力蒸汽进入高压力蒸汽管网2，然后分别进入三台汽轮机，包括发电汽轮机3、工艺汽轮机A5和工艺汽轮机B7。三台汽轮机产生的背压汽分别经三条背压蒸汽管线进入低压蒸汽管网9，然后分配给各蒸汽用户。所述三条背压蒸汽管线分别为发电汽轮机背压汽管线4、工艺汽轮机A背压汽管线6和工艺汽轮机B背压汽管线8；蒸汽用户包括苛刻用户10和普通用户11，同时也包括蒸汽放空12；所述发电汽轮机背压汽管线4分配的蒸汽用户为苛刻用户Ａ和普通用户Ａ,所述工艺汽轮机A背压汽管线6分配的蒸汽用户为苛刻用户Ｂ和普通用户Ｂ,所述工艺汽轮机B背压汽管线8分配的蒸汽用户为苛刻用户Ｃ和蒸汽放空12。

改造内容：

（1）将苛刻用户改造为普通用户

通过对苛刻用户C的改造，降低其对压力要求的苛刻度，使其成为普通用户C。苛刻用户10是指那些物料侧的温度相对较高，需要提供压力较高的蒸汽。其它用户均为普通用户11，普通用户11对蒸汽压力的要求不太苛刻，允许降低供汽压力。

（2）蒸汽用户分组

将蒸汽用户分为苛刻用户10和普通用户11两个类别，普通用户中包括由苛刻用户C10通过步骤（1）改造而来的普通用户C11。

（3）汽轮机分组

将三台汽轮机中的发电汽轮机3分组至高背压汽轮机组，工艺汽轮机Ａ5和工艺汽轮机Ｂ7分组至低背压汽轮机组。

（4）低压蒸汽管网分级

将现有的低压蒸汽管网拆分为蒸汽管网A9和蒸汽管网B13两种压力等级的管网后，蒸汽管网A9由高背压汽轮机3供汽，蒸汽管网B13由低背压工艺汽轮机Ａ5和工艺汽轮机Ｂ7供汽。高背压汽轮机3供应苛刻用户10；低背压工艺汽轮机Ａ5和工艺汽轮机Ｂ供应普通用户11。

（5）蒸汽管网B的压力控制

设置一条压力控制线16用于控制蒸汽管网B的压力，其上设有压力控制阀15，可以将蒸汽从低压蒸汽管网A9补充至蒸汽管网B13用于控制蒸汽管网B13的压力。

改造后的热量回收流程见图2，图中的粗线为改造新增的部分。

上述改造完成后，低背压工艺汽轮机Ａ5和工艺汽轮机Ｂ7的背压与优化前相比有所降低，每吨蒸汽通过汽轮机所做的功会相应增加，因此蒸汽用量可以降低。对于一个蒸汽用量150吨/时的化工企业，通过低背压工艺汽轮机Ａ5和工艺汽轮机Ｂ7的蒸汽流量约120t/h，改造后可以降低15%，因此可以降低蒸汽用量24t/h。

化工厂蒸汽系统按照放空来分，一般有以下两种情况，其节能效果的表现各不相同：

（1）无蒸汽放空工况。这种化工厂一般都配置有发电发电机3，发电汽轮机3是可调负荷的，因此可以根据蒸汽用户的用汽需求调节通过发电汽轮机3的蒸汽流量从而使蒸汽的压力能都得到回收而无需放空。这种情况下，发电汽轮机3、工艺汽轮机Ａ5和工艺汽轮机Ｂ7所产的背压蒸汽全部被蒸汽用户即苛刻用户10和普通用户11用完。由于降低背压前后蒸汽用户的用汽总量没有变化，因此通过工艺汽轮机Ａ5和工艺汽轮机Ｂ7降低的蒸汽流量转移到发电汽轮机3，使得发电汽轮机3可以多发电1200kW，按照电价0.6元/度，年运行时数8400小时计算，经济效益可以达到1200*0.6*0.84=605万元/年。

（2）有蒸汽放空工况。这种工况下，发电汽轮机3、工艺汽轮机Ａ5和工艺汽轮机Ｂ所产的背压蒸汽量大于所有蒸汽用户的用量，蒸汽放空12不得不排入大气。使用本专利方法改造后，低背压即苛刻用户10和普通用户11降低的背压蒸汽量将会首先消除或降低蒸汽放空12的蒸汽流量。假定蒸汽放空12的流量为15吨/时，则采用该方法后的效果包括减少高压蒸汽的供应量和发电汽轮机3多发电两个部分。此时24吨/时的蒸汽有15吨/时为节约高压蒸汽的用量，24-15=9吨/时通过高背压汽轮机3做功可以多发电500kW，高压蒸汽价格按照130元/吨，电价0.6元/度，年运行时数8400小时计算，经济效益可以达到（15*130+500*0.6）*0.84=1890万元/年。

由此可见，无论是针对有蒸汽放空还是没有蒸汽放空的化工厂，该方法都是适用的。对于有蒸汽放空的化工厂，如果改造后减少的蒸汽量相等时，其节能效益会更大。

Claims (4)

1.一种低压蒸汽分级供应的管网优化方法，其特征在于所述现有的蒸汽动力系统包括低压蒸汽管网、若干个汽轮机和若干个蒸汽用户，蒸汽用户划分为苛刻用户和普通用户两种类型，苛刻用户是指那些物料侧的温度相对较高，需要提供压力较高的蒸汽；普通用户是指哪些对蒸汽压力的要求不太苛刻，允许降低供汽压力的蒸汽用户；较高压力的蒸汽自高压力蒸汽管网进入汽轮机做功后降压为压力等级1的低压蒸汽，通过压力等级1的蒸汽管网供应给苛刻用户；较高压力的蒸汽同时自高压力蒸汽管网进入汽轮机做功后变为压力等级2的蒸汽，通过压力等级2的蒸汽管网供应给普通用户；具体步骤如下：

（1）改造苛刻用户

通过对有些苛刻用户进行改造，改造，降低其对这蒸汽压力要求的苛刻度，使其成为普通用户，目的是减少苛刻用户的数量；

（2）蒸汽用户分组

将低压蒸汽用户按照对压力要求苛刻程度分为苛刻用户和普通用户两个类别；

（3）汽轮机分组

将汽轮机分为高背压汽轮机和低背压汽轮机；高背压汽轮机和低背压汽轮机在操作工况下的背压不同；高背压汽轮机维持现有的背压，为苛刻蒸汽用户供汽；其它汽轮机降低背压给普通用户供汽；

（4）低压蒸汽管网拆分

将现有的低压蒸汽管网拆分为蒸汽管网A和蒸汽管网B两个管网，两个管网的压力不同；蒸汽管网A由高背压汽轮机供汽，蒸汽管网B由低背压汽轮机供汽；

（5）两个蒸汽管网设置压力控制措施

在蒸汽管网A和蒸汽管网B之间设置一条压力控制线，其上有压力控制阀，可以将蒸汽从蒸汽管网A输送至蒸汽管网B，阀门用于控制低压蒸汽管网的压力。

2.根据权利要求１所述的方法，其特征在于步骤（1）中所述的苛刻用户通过改造，在满足其工艺要求的前提下将其部分或全部转变为普通用户；普通用户的用汽量一般大于苛刻用户的用汽量。

3.根据权利要求１所述的方法，其特征在于步骤（4）中所述的蒸汽管网B的压力比蒸汽管网A的压力低5-40%的范围。

4.根据权利要求１所述的方法，其特征在于所述汽轮机的类型不限，采用汽轮机和类似于汽轮机功能的设备均包括在该范围。