CN107131018A - 余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于余热锅炉蒸汽的利用领域，尤其涉及余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统及实现方法。所述系统包括余热锅炉（1）、汽包（2）、第一汽轮机（3）、发电机（4）、冷凝器（5）、冷却塔（6）、冷却水泵（7）、除氧器（8）、水泵（9）、第二汽轮机（10）、收尘器（12）、减速器（11）、负载设备（13）和烟囱（14）；所述第一汽轮机（3）和第二汽轮机（10）通过蒸汽管路并联在汽包（2）和冷凝器（5）之间；所述冷凝器（5）、冷却塔（6）和冷却水泵（7）通过水汽管道依次相连接。本发明实现了蒸汽直接驱动风机等负载设备进行工作；同时实现了蒸汽进行发电。
Description
技术领域
本发明属于余热锅炉蒸汽的利用领域，尤其涉及余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统及实现方法。
背景技术
我国在2016年的水泥总产量为24亿吨，较去年呈增长趋势。水泥生产耗能巨大，部分企业在采用富氧燃烧技术后此状况有所改善，但从水泥生产工艺来看，为了减少能耗和增加效益,水泥熟料经常出现超产现象;特别是采用富氧燃烧技术改造后，余热锅炉的蒸汽产量有所增加，此过量蒸汽有时不得不排放,未被充分利用，仍具有进一步的节能潜力。
在水泥熟料生产线上，通过余热锅炉将回转窑窑头、窑尾排放的废烟气分别进入窑头余热锅炉（AQC余热锅炉）和窑尾余热锅炉（SP余热锅炉），与管道中的换热介质进行热传递，通过产生的过热蒸汽来推动汽轮机实现能量转换，汽轮机带动发电机，将热能最终转化为电能。
富氧燃烧技术是将燃料置于含氧浓度高（高于20.947%）的空气环境中进行燃烧，因其火焰燃烧快、温度高、燃点低、污染物排放量少、适应性强等特点被应用。该技术用于水泥熟料生产可提高煤种的使用范围，提高低质煤的使用比率，提高水泥熟料产量与品质、降低能耗、减少污染，同时由于燃烧环境的温度提高，使得进入余热锅炉的烟气温度上升，而在余热锅炉中产生的多余蒸汽并没有其配套设置进行完全利用，这造成了能源的浪费和热污染。
现有技术中，公布了在炼钢行业利用转炉烟气来拖动转炉烟气的引风机系统以及利用汽轮机电机混合驱动转炉除尘风机余热利用系统，但这些均属炼钢领域，对于水泥生产行业中的除尘系统，绝大部分专利是关于除尘风机系统的控制和除尘能力方面。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提供了余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统及实现方法。采取在余热锅炉系统的蒸汽管道加装旁路，在不影响原来余热发电以及正常生产的情况下，将多余蒸汽经汽轮机转化的动能驱动风机或者电机设备，实现了能量的更合理利用，降低了能耗，节约了燃煤，减少了排放。
为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
一种余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统，所述系统包括余热锅炉（1）、汽包（2）、第一汽轮机（3）、发电机（4）、冷凝器（5）、冷却塔（6）、冷却水泵（7）、除氧器（8）、水泵（9）、第二汽轮机（10）、减速器（11）、收尘器（12）、负载设备（13）和烟囱（14），其特征在于，
所述第一汽轮机（3）和第二汽轮机（10）通过蒸汽管路并联在汽包（2）和冷凝器（5）之间；
所述冷凝器（5）、冷却塔（6）和冷却水泵（7）通过水汽管道依次相连接，完成水汽循环；
所述除氧器（8）和水泵（9）通过换热介质管道依次串联在汽包（2）和冷凝器（5）之间；
所述余热锅炉（1）、收尘器（12）、负载设备（13）和烟囱（14）通过烟气管道依次相连接；
所述减速器（11）连接在第二汽轮机（10）和负载设备（13）之间；
所述第一汽轮机（3）连接着发电机（4）。
进一步地，所述负载设备（13）为高温除尘风机、窑头排风机、窑尾排风机和水泥磨机的任一种设备。
进一步地，所述系统还包括n个汽轮机、n个发电机,其中n≥1；
所述n个汽轮机和所述第一汽轮机（3）、第二汽轮机（10）通过蒸汽管路并联在汽包（2）和冷凝器（5）之间；
所述n个发电机和发电机（4）之间并联。
进一步地，所述系统还包括n个汽轮机、n个减速器和n个风机或者其他负载设备,其中n≥1；
所述n个汽轮机和所述第一汽轮机（3）、第二汽轮机（10）通过蒸汽管路并联在汽包（2）和冷凝器（5）之间；
所述n个减速器和所述减速器（11）之间并联；
所述n个风机或者其他负载设备和所述负载设备（13）并联。
进一步地，所述余热锅炉（1）包括AQC和SP余热锅炉。
进一步地，所述蒸汽管道选用有较低的导热系数和发射率、耐高温的材料，包括碳锰钢锅炉管，即SA-210C。
一种余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统的实现方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
（S1）换热介质在余热锅炉（1）中吸收烟气热量；
（S2）产生的高温蒸汽从汽包（2）中流出进入第一汽轮机（3）和第二汽轮机（10）做功；
（S3）第一汽轮机（3）产生动能，通过发电机（4）将动能转化为电能；
同时，第二汽轮机（10）通过减速器（11）变速带动负载设备（13），收尘器（12）将烟气中的绝大部分烟气颗粒吸收，除尘后的烟气经负载设备（13）进入烟囱(14)，再排到大气中；
（S4）从两组汽轮机出来的乏汽在冷凝器（5）中被冷却塔（6）产生的冷却水冷凝，再进入除氧器（8）除氧，经过除氧后的冷凝水经过水泵（9）增压并输送到汽包（2）。
本发明的有益效果为：
本发明提供了余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统及实现方法，一方面，采用富氧燃烧技术后，在不改装原有设备的情况下，余热锅炉产生的蒸汽热量可以被更充分利用，改装成本较小；另一方面，与传统电力驱动风机等设备不同，使用蒸汽余热来拖动风机或者其他负载设备，避免了能量在转换过程中产生的损失，能量能够被更高效利用。
同时，本发明采取在余热锅炉系统的蒸汽管道加装旁路，在不影响原来余热发电以及正常生产的情况下，将多余蒸汽经汽轮机转化的动能驱动风机或者负载设备，实现了能量的更合理利用，降低能耗。
附图说明
图1是余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统结构图。
图2是余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统结构图（多个风机或者其他负载设备并联）。
图中，1-余热锅炉，2-汽包，3-第一汽轮机，4-发电机，5-冷凝器，6-冷却塔，7-冷却水泵，8-除氧器，9-水泵，10-第二汽轮机，11-减速器，12-收尘器，13-负载设备，14-烟囱，15-第三汽轮机，16-第二减速器，17-风机或者其他负载设备。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方案作详细的阐述。具体实施方式仅供叙述而并非用来限定本发明的范围或实施原则，本发明的保护范围仍以权利要求为准，包括在此基础上所作出的显而易见的变化或变动等。
图1是余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统结构图，如附图1所示，所述系统包括余热锅炉1、汽包2、第一汽轮机3、发电机4、冷凝器5、冷却塔6、冷却水泵7、除氧器8、水泵9、第二汽轮机10、收尘器12、减速器11、负载设备13和烟囱14。
所述第一汽轮机3和第二汽轮机10通过蒸汽管路并联在汽包2和冷凝器5之间；所述冷凝器5、冷却塔6和冷却水泵7通过水汽管道依次相连接，完成水汽循环；所述除氧器8和水泵9通过换热介质管道依次串联在汽包2和冷凝器5之间。所述减速器11连接在第二汽轮机10和负载设备13之间；所述第一汽轮机3连接着发电机4。
冷凝设备中，在冷凝器5中对两汽轮机排出的乏汽进行冷凝，冷凝器5依次冷却塔6和冷却水泵7通过水汽管道串联，完成水汽循环，换热介质管道依次连接汽包2、两并联的第二汽轮机10和第一汽轮机3、冷凝设备以及除氧器8和水泵9；余热锅炉1、收尘器12、负载设备13和烟囱14通过烟气管道依次相连接；第一汽轮机3产生动能带动发电机4发电，第二汽轮机10直接经减速器11拖动负载设备13。
所述负载设备13为除尘风机、窑头排风机、窑尾排风机和水泥磨机中的任一种设备。
在余热锅炉系统中开设的旁路蒸汽管道，所选用材料应有较低的导热系数和发射率，以减小在蒸汽输送过程中产生热量损失，同时应耐高温，如碳锰钢锅炉管（SA-210C）等；在管道布置上，尽量减少沿程阻力损失和局部阻力损失，降低加装成本，并且应不影响其他设备工作环境。
余热锅炉产生的高温蒸汽部分通过管路引出，在旁路管道上可设置开度调节阀（如截止阀），可根据需要将部分热蒸汽经汽轮机驱动风机或者电机设备，也可以进行供热、供电，以及拖动其他风机使用。
经汽轮机拖动的负载设备可以是单个线路，如图1所示；也可以并联多个线路，如图2所示。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的修改或等同变形，仍在本发明的保护范围以内。
本发明通过工质的循环过程利用，通过在水泥厂剖析研究，提供了一种余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统及实现方法。所述方法包括如下步骤：
（S1）换热介质（如水）在余热锅炉1中吸收烟气热量；
（S2）产生的高温蒸汽从汽包2中流出进入第一汽轮机3和第二汽轮机10做功；
（S3）第一汽轮机3产生动能，通过发电机4将动能转化为电能；
同时，第二汽轮机10通过减速器11变速带动负载设备13（如除尘风机），收尘器12将烟气中的绝大部分烟气颗粒吸收，除尘后的烟气经负载设备13（如除尘风机）进入烟囱14，再排到大气中；
（S4）从两组汽轮机出来的乏汽在冷凝器5中被冷却塔6产生的冷却水冷凝，再进入除氧器8除氧，经过除氧后的冷凝水经过水泵9增压并输送到汽包2。
本发明余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统及实现方法，由余热锅炉加热的部分过热蒸汽经旁路管道通过汽轮机转化为轴功，部分轴功用于驱动风机或者电机设备或等同设备，实现能量的合理利用和分配。
基于以上思路，本发明的思路技术原理：
1）理想气体从状态1（Ｐ1，Ｖ1，Ｔ1）等温膨胀到状态2（Ｐ2，Ｖ2，Ｔ2），再从状态2绝热膨胀到状态3（Ｐ3，Ｖ3，Ｔ3），此后，从状态3等温压缩到状态4（Ｐ4，Ｖ4，Ｔ4），最后从状态4绝热压缩回到状态1，这种由两个等温过程和两个绝热过程所构成的循环成为热力学的卡诺循环。两个恒温热源之间的准静态过程，其高温热源的温度为Ｔ1，低温热源的温度为Ｔ2，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，同样，向低温热源放热应是等温压缩过程。
卡诺循环的效率(如下公式)与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大（高温热源的温度Ｔ1愈高，低温热源的温度Ｔ2愈低），则卡诺循环的效率越高。要想提高热循环的效率，应努力提高高温热源的温度和降低低温热源的温度，低温热源通常是周围环境，降低环境的温度难度大、成本高，实际过程中不可取。所以现代热电厂等场合要尽量提高水蒸气的温度来推动汽轮机获得更高的效率。
火力发电厂中蒸汽动力装置的基本热力循环设备是由蒸汽锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵组成的。工质在热力设备中不断地进行吸热、膨胀、放热、压缩等四个过程，使热能不断的转变为机械能；整个循环过程为：作为工质的凝结水用凝结水泵和给水泵将其从凝汽器打入锅炉省煤器内，这个过程为工质的绝热压缩过程；水在省煤器内预热，然后进入炉膛水冷壁内，被加热汽化成饱和蒸汽，再进入过热器内过热变成过热蒸汽，这个过程是定压吸热过程；从锅炉出来的过热蒸汽导入汽轮机中，在其中膨胀做功（汽轮机带动发电机转动发出电能），这个过程是绝热膨胀过程；在汽轮机内作完功的乏汽，排入凝汽器内，在循环水的冷却下放出它的汽化潜热，定压凝结成饱和水，这个过程是定压放热过程凝汽器内的凝结水重又通过凝结水泵和给水泵送入锅炉加热蒸发从而完成了循环。
Claims (7)
1.余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统，所述系统包括余热锅炉（1）、汽包（2）、第一汽轮机（3）、发电机（4）、冷凝器（5）、冷却塔（6）、冷却水泵（7）、除氧器（8）、水泵（9）、第二汽轮机（10）、减速器（11）、收尘器（12）、负载设备（13）和烟囱（14），其特征在于，
所述第一汽轮机（3）和第二汽轮机（10）通过蒸汽管路并联在汽包（2）和冷凝器（5）之间；
所述冷凝器（5）、冷却塔（6）和冷却水泵（7）通过水汽管道依次相连接，完成水汽循环；
所述除氧器（8）和水泵（9）通过换热介质管道依次串联在汽包（2）和冷凝器（5）之间；
所述余热锅炉（1）、收尘器（12）、负载设备（13）和烟囱（14）通过烟气管道依次相连接；
所述减速器（11）连接在第二汽轮机（10）和负载设备（13）之间；
所述第一汽轮机（3）连接着发电机（4）。
2.根据权利要求1所述的余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统，其特征在于：
所述负载设备（13）为高温除尘风机、窑头排风机、窑尾排风机和水泥磨机的任一种设备。
3.根据权利要求1所述的余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统，其特征在于：
所述系统还包括n个汽轮机、n个发电机,其中n≥1；
所述n个汽轮机和所述第一汽轮机（3）、第二汽轮机（10）通过蒸汽管路并联在汽包（2）和冷凝器（5）之间；
所述n个发电机和发电机（4）之间并联。
4.根据权利要求1所述的余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统，其特征在于：
所述系统还包括n个汽轮机、n个减速器和n个风机或者其他负载设备,其中n≥1；
所述n个汽轮机和所述第一汽轮机（3）、第二汽轮机（10）通过蒸汽管路并联在汽包（2）和冷凝器（5）之间；
所述n个减速器和所述减速器（11）之间并联；
所述n个风机或者其他负载设备和所述负载设备（13）并联。
5.根据权利要求1所述的余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统，其特征在于：
所述余热锅炉（1）包括AQC和SP余热锅炉。
6.根据权利要求1所述的余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统，其特征在于：
所述蒸汽管道选用有较低的导热系数和发射率、耐高温的材料，包括碳锰钢锅炉管，即SA-210C。
7.余热锅炉多余蒸汽驱动负载设备及发电的系统的实现方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
（S1）换热介质在余热锅炉（1）中吸收烟气热量；
（S2）产生的高温蒸汽从汽包（2）中流出进入第一汽轮机（3）和第二汽轮机（10）做功；
（S3）第一汽轮机（3）产生动能，通过发电机（4）将动能转化为电能；
同时，第二汽轮机（10）通过减速器（11）变速带动负载设备（13），收尘器（12）将烟气中的绝大部分烟气颗粒吸收，除尘后的烟气经负载设备（13）进入烟囱(14)，再排到大气中；
（S4）从两组汽轮机出来的乏汽在冷凝器（5）中被冷却塔（6）产生的冷却水冷凝，再进入除氧器（8）除氧，经过除氧后的冷凝水经过水泵（9）增压并输送到汽包（2）。
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