CN106500082A - 一种基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统，在煤气锅炉中至少设置有过热器和省煤器，过热器产生的过热蒸汽进入汽轮机，冲转汽轮机做功并用于拖动发电机，汽轮机的排汽进入凝汽器，并在凝汽器中冷凝成凝结水，所述凝结水通过凝结水泵加压后依次送至烟气‑凝结水换热器、低压蒸汽‑凝结水换热器、除氧器、中压蒸汽‑凝结水换热器进行加热，最后凝结水返回煤气锅炉，完成整套汽水系统的循环，其中，烟气‑凝结水换热器利用煤气锅炉尾部的低温烟气余热对凝结水进行初级加热，低压蒸汽‑凝结水换热器和中压蒸汽‑凝结水换热器则分别利用钢厂的低压饱和蒸汽和中压饱和蒸汽对凝结水进行再次加热，通过热能梯级利用实现了科学用能。

Description

一种基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统
技术领域
本发明涉及钢铁行业节能技术领域，具体地说，涉及一种基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统。
背景技术
钢铁企业在冶炼过程中产生了大量的副产煤气，包括高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气等。如何利用好钢铁生产工艺中副产的煤气资源，是相关技术人员普遍关心的问题。
近年来，随着低热值燃料燃烧技术的发展和进步，纯烧高炉煤气发电机组和混烧煤气发电机组在各钢铁厂获得了广泛应用。与此同时，煤气发电机组的容量也在不断提高，尤其是宁波钢厂135MW机组在宁钢余能电厂的成功投运，标志着煤气发电技术已迈入新的台阶。此外，煤气发电机组的参数也在不断提升，从早期的中温中压，到后来的次高温次高压，再到高温高压，发展到现在的高温超高压，机组的热经济性也得到逐步提高，并逐渐达到了一个新的高度。
因此，如何能在机组参数和容量以外的其他方面设法提高系统的热经济性，寻求新的机组热经济性增长点，是相关技术人员普遍关注的技术问题。
而另一方面，钢铁企业在各冶炼工序中存在大量的余热资源，各钢厂也都为此采用了相应的装置将这些余热资源回收，目前最广泛的回收方式就是通过余热锅炉和汽化冷却等装置转换为饱和蒸汽。然而，由于钢厂冶炼工序多且布局分散，导致余热产汽点多，产生的蒸汽等级高低不一，形式多种多样，蒸汽用户也多且较为分散，造成实际蒸汽利用率低下，甚至在有的情况下，由于没有匹配的用户，所回收的蒸汽被大量放散，造成能源损失和余热回收设备的浪费。如何有效利用钢厂余热产生的饱和蒸汽资源，已逐渐引起钢厂的重视。
因此，如果能构建一种基于钢厂饱和蒸汽合理利用的煤气发电系统，将钢厂饱和蒸汽资源应用于煤气发电机组热力系统，提高整套机组的发电功率，必然可以产生较为可观的经济收益，具有重要的实用意义。
发明内容
本发明提供了一种基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统，充分利用钢厂现有饱和蒸汽资源和煤气锅炉尾部低温烟气资源进行煤气发电机组凝结水预热系统的设计，并将钢厂饱和蒸汽的压力等级和煤气锅炉尾部低温烟气的品位与机组凝结水系统的分级匹配，实现了钢厂饱和蒸汽资源的高效合理利用。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统，在煤气锅炉1中至少设置有过热器101和省煤器102，根据热源能级的高低，采用包括烟气-凝结水换热器、低压蒸汽-凝结水换热器和中压蒸汽-凝结水换热器的三级凝结水预热器，过热器101产生的过热蒸汽进入汽轮机2，冲转汽轮机做功并用于拖动发电机3，汽轮机的排汽进入凝汽器4，并在凝汽器4中冷凝成凝结水，所述凝结水通过凝结水泵5加压后依次送至烟气-凝结水换热器6、低压蒸汽-凝结水换热器7、除氧器8、中压蒸汽-凝结水换热器10进行加热，最后凝结水返回煤气锅炉，完成整套汽水系统的循环，其中，烟气-凝结水换热器6利用煤气锅炉尾部的低温烟气余热对凝结水进行初级加热，低压蒸汽-凝结水换热器和中压蒸汽-凝结水换热器则分别利用钢厂的低压饱和蒸汽和中压饱和蒸汽对凝结水进一步加热，其中，从钢厂的低压饱和蒸汽的管道还分出两个支路，一路与吸收式热泵的驱动蒸汽进口相连，为所述吸收式热泵提供驱动热源；另一路与热网加热器的蒸汽进口相连，为所述热网加热器提供加热热源。
优选地，所述凝汽器的循环水进口、循环水出口与冷却塔的出水口、进水口之间形成第一循环回路，且与吸收式热泵的热源水出口、热源水进口之间形成第二循环回路；吸收式热泵的热水出口与热网加热器的进水口相连，所述热网加热器的出水管与热网供水管相连，而热网回水管与吸收式热泵的冷水进口连通。
优选地，所述凝汽器设置有补水口，以补充整套热力系统损失掉的汽水。
优选地，所述低压蒸汽-凝结水换热器的凝结水、吸收式热泵的凝结水以及热网加热器的凝结水汇集后一同送至钢厂低压余热回收区域并分配给各低压余热回收装置。
优选地，所述中压蒸汽-凝结水换热器的凝结水送至钢厂中压余热回收区域并分配给各中压余热回收装置。
优选地，对于设置有煤气加热器的煤气锅炉，烟气-凝结水换热器设置在煤气加热器之后；对于不设置煤气预热器的煤气锅炉，烟气-凝结水换热器设置在空气预热器之后。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统的工艺流程图。
煤气锅炉1、过热器101、省煤器102、汽轮机2、发电机3、凝汽器4、凝结水泵5、烟气-凝结水换热器6、低压蒸汽-凝结水换热器7、除氧器8、给水泵9、中压蒸汽-凝结水换热器10、钢厂低压饱和蒸汽母管11、钢厂中压饱和蒸汽母管12、吸收式热泵13、热网加热器14、冷却塔15、循环水泵16、升压泵17、支路111、支路112、支路113、循环水出口管路41、循环水进口管路42、支路411、支路412。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的一种基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
下文中的中压、低压是为了区分蒸汽压力高低而进行的差别化命名(如：本实施例中根据某钢厂饱和蒸汽资源状况，中压蒸汽、低压蒸汽的压力分别为1.6MPa、0.8MPa)，并非工程上定义的绝对中压和绝对低压，并且，以下汽水流动方向均按图中箭头所示方向流动。
如图1所示，在煤气锅炉1中至少会设置有过热器101和省煤器102，煤气锅炉的尾部烟道接引风机，烟气在烟道中沿箭头方向流动。根据热源能级的高低，本实施例共设置了三级有别于常规汽轮机回热系统的凝结水预热器，包括烟气-凝结水换热器、低压蒸汽-凝结水换热器和中压蒸汽-凝结水换热器，相当于常规汽轮机回热系统中的两级低压加热器与一级高压加热器的结合。从图1中可以看到，在煤气锅炉的尾部烟道中，还设置有烟气-凝结水换热器6，对于设置有煤气加热器的煤气锅炉，烟气-凝结水换热器设置在煤气加热器之后，对于不设置煤气预热器(仅设置空气预热器)的煤气锅炉，烟气-凝结水换热器设置在空气预热器之后。在本实施例中，过热器101产生的过热蒸汽进入汽轮机2，冲转汽轮机2做功并用于拖动发电机3。汽轮机2的排汽进入凝汽器4，并在凝汽器4中冷凝成凝结水，然后通过凝结水泵5加压后依次送至烟气-凝结水换热器6、低压蒸汽-凝结水换热器7、除氧器8、中压蒸汽-凝结水换热器10进行加热，最后返回煤气锅炉，完成整套汽水系统的循环。下面结合图1详细说明汽水系统的循环流程。所述煤气锅炉中的过热器101的蒸汽出口与所述汽轮机2、所述凝汽器4沿着蒸汽流程顺次相连。所述凝汽器4的出水口与所述凝结水泵5、所述烟气-凝结水换热器6、所述低压蒸汽-凝结水换热器7、所述除氧器8、所述给水泵9、所述中压蒸汽-凝结水换热器10、所述煤气锅炉中的省煤器102的进水口沿着凝结水流程顺次相连。烟气-凝结水换热器6利用煤气锅炉尾部的低温烟气余热(约为110℃～160℃)对凝结水进行初级加热，低压蒸汽-凝结水换热器和中压蒸汽-凝结水换热器则分别利用钢厂现有的低压饱和蒸汽资源和中压饱和蒸汽资源来进行凝结水的再次加热，实现了能源的梯级有效利用。
本实施例从钢厂低压饱和蒸汽母管11上引出一条支路111与所述低压蒸汽-凝结水换热器7的蒸汽进口相连，为所述低压蒸汽-凝结水换热器7提供加热热源。还从钢厂中压饱和蒸汽母管12上引出一条支路，与所述中压蒸汽-凝结水换热器10的蒸汽进口相连，为所述中压蒸汽-凝结水换热器10提供加热热源。
本实施例合理利用钢厂现有饱和蒸汽资源，根据饱和蒸汽的压力等级进行煤气发电机组凝结水预热系统的设计，将低压蒸汽用于除氧器前的凝结水预热，将中压蒸汽用于除氧器后的凝结水预热，不同能级的热源与被加热工质的能级水平相匹配，高能级的热源用于加热高能级的凝结水，低能级的热源用于加热低能级的凝结水，实现了能源的优化利用。
此外，本实施例将钢厂低压饱和蒸汽作为吸收式热泵13的驱动汽源，以回收发电机组凝汽器4中的汽轮机排汽冷凝热，用于周边区域的生活采暖，回收了汽轮机排汽中的大量冷凝热，而这部分热量在常规工程中一般都是通过循环冷却水带走而白白浪费，因此，本发明在采暖期尤其可凸显其经济效益。具体描述如下，从支路111上还引出一条支路112与所述吸收式热泵13的驱动蒸汽进口相连，为所述吸收式热泵提供驱动热源。此外，从支路112上还引出一条支路113与所述热网加热器14的蒸汽进口相连，为所述热网加热器提供加热热源。
所述凝汽器4的循环水出口管路41分出两个支路，支路411经升压泵17与所述吸收式热泵13的热源水进口相连，支路412与所述冷却塔15的进水口相连。所述冷却塔15的集水池通过出水管道经循环水泵16后与所述凝汽器4的循环水进口管路42相连，所述吸收式热泵13的热源水出口与所述冷却塔15的出水管道相连。由此，使得所述凝汽器4的循环水进口、循环水出口与所述冷却塔15的出水口、进水口之间形成第一循环回路，且与所述吸收式热泵13的热源水出口、热源水进口之间形成第二循环回路。且第一循环回路上的循环水泵，第二循环回路上的升压泵能够克服循环回路的管路阻力。
所述吸收式热泵的热水出口与所述热网加热器的进水口相连，所述热网加热器的出水管与热网供水管相连。而热网回水管与吸收式热泵13的进水口连通。
此外，所述凝汽器设置有补水口，以补充整套热力系统损失掉的汽水。
此外，所述低压蒸汽-凝结水换热器7的凝结水、所述吸收式热泵的凝结水以及热网加热器的凝结水汇集后一同送至钢厂低压余热回收区域并分配给各低压余热回收装置。
此外，所述中压蒸汽-凝结水换热器的凝结水送至钢厂中压余热回收区域并分配给各中压余热回收装置。
此外，所述烟气-凝结水换热器的进水口位于煤气锅炉尾部烟道中的低温烟气端，所述烟气-凝结水换热器的出水口位于煤气锅炉尾部烟道中的高温烟气端，所述烟气-凝结水换热器采用逆流布置。
由于钢厂各冶炼工序中一般都采用软化水进行余热回收产生饱和蒸汽，水质无法满足汽轮机的要求，因此只能将蒸汽-凝结水换热器设置成表面式换热器，并将凝结水送回至钢厂各余热回收装置。
本发明构建了一套带外置凝结水预热系统(包括烟气-凝结水换热器、低压蒸汽-凝结水换热器、中压蒸汽-凝结水换热器，类似于传统的汽轮机回热加热器)的煤气发电机组热力系统，充分利用钢厂现有饱和蒸汽资源和煤气锅炉尾部低温烟气资源进行煤气发电机组凝结水预热系统的设计，并将钢厂饱和蒸汽的压力等级和煤气锅炉尾部低温烟气的品位与机组凝结水系统分级匹配，实现了钢厂饱和蒸汽资源的高效合理利用。
与常规的设置回热系统的汽轮发电机组相比，一方面，本发明通过钢厂富余饱和蒸汽进行凝结水预热，与常规回热系统相比减少了汽轮机回热抽汽，提高了汽轮机出力，增大了机组发电量；另一方面，本发明所设的凝结水预热系统独立于汽轮机本体之外，凝结水预热系统的变工况运行不会给汽轮机带来任何影响，有利于汽轮机的稳定运行。
本发明将钢厂富余的低压饱和蒸汽作为吸收式热泵的驱动汽源，以回收凝汽器中的汽轮机排汽冷凝热，用于周边区域的生活采暖，合理利用了低品位的低压饱和蒸汽，回收了汽轮机排汽中的大量冷凝热，而这部分热量在常规工程中一般都是通过循环冷却水带走而白白浪费，因此本发明在采暖期尤其可凸显其经济效益。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统，在煤气锅炉(1)中至少设置有过热器(101)和省煤器(102)，其特征在于，
根据热源能级的高低，采用包括烟气-凝结水换热器、低压蒸汽-凝结水换热器和中压蒸汽-凝结水换热器的三级凝结水预热器，过热器(101)产生的过热蒸汽进入汽轮机(2)，冲转汽轮机做功并用于拖动发电机(3)，汽轮机的排汽进入凝汽器(4)，并在凝汽器(4)中冷凝成凝结水，所述凝结水通过凝结水泵(5)加压后依次送至烟气-凝结水换热器(6)、低压蒸汽-凝结水换热器(7)、除氧器(8)、中压蒸汽-凝结水换热器(10)进行加热，最后凝结水返回煤气锅炉，完成整套汽水系统的循环，
其中，烟气-凝结水换热器(6)利用煤气锅炉尾部的低温烟气余热对凝结水进行初级加热，低压蒸汽-凝结水换热器和中压蒸汽-凝结水换热器则分别利用钢厂的低压饱和蒸汽和中压饱和蒸汽对凝结水进一步加热，
其中，从钢厂的低压饱和蒸汽的管道还分出两个支路，一路与吸收式热泵的驱动蒸汽进口相连，为所述吸收式热泵提供驱动热源；
另一路与热网加热器的蒸汽进口相连，为所述热网加热器提供加热热源。
2.如权利要求1所述的基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统，其特征在于，
所述凝汽器的循环水进口、循环水出口与冷却塔的出水口、进水口之间形成第一循环回路，且与吸收式热泵的热源水出口、热源水进口之间形成第二循环回路；
吸收式热泵的热水出口与热网加热器的进水口相连，所述热网加热器的出水管与热网供水管相连，而热网回水管与吸收式热泵的冷水进口连通。
3.如权利要求1所述的基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统，其特征在于，
所述凝汽器设置有补水口，以补充整套热力系统损失掉的汽水。
4.如权利要求1所述的基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统，其特征在于，
所述低压蒸汽-凝结水换热器的凝结水、吸收式热泵的凝结水以及热网加热器的凝结水汇集后一同送至钢厂低压余热回收区域并分配给各低压余热回收装置。
5.如权利要求1所述的基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统，其特征在于，所述中压蒸汽-凝结水换热器的凝结水送至钢厂中压余热回收区域并分配给各中压余热回收装置。
6.如权利要求1所述的基于钢厂饱和蒸汽优化利用的煤气发电系统，其特征在于，对于设置有煤气加热器的煤气锅炉，烟气-凝结水换热器设置在煤气加热器之后；
对于不设置煤气预热器的煤气锅炉，烟气-凝结水换热器设置在空气预热器之后。
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