CN107286963A - 焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法，涉及焦炉上升管高温荒煤气余热回收利用领域。本发明包括：焦炉上升管换热机构，该焦炉上升管换热机构包括并联的若干组换热单元；焦炉上升管换热机构的进口与汽包的出液口连通，焦炉上升管换热机构的出口与汽包的进汽口连通；蒸汽输入管道，该蒸汽输入管道自汽包的出汽口引出；螺杆膨胀机，该螺杆膨胀机的进汽口与蒸汽输入管道连通，螺杆膨胀机的出汽口依次与凝汽器、除氧器、储液罐和循环水泵连通，循环水泵与汽包内部连通；负载设备以及电动机。本发明的目的在于克服利用低压饱和蒸汽驱动螺杆膨胀机进而直接驱动负载时，难以有效满足负载工况实时调节要求的不足。
Description
技术领域
本发明涉及焦炉上升管高温荒煤气余热回收利用领域，更具体地说，涉及一种焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法。
背景技术
炼焦生产是典型的能源再加工和热能的再回收利用过程，焦炭和焦炉煤气是其主要的能源产品。在炼焦的过程中会产生大量的热量损失，根据焦化厂实际生产数据测算，炼焦过程中红焦显热带走的热量约占总能耗的37％，荒煤气带走的热量约占36％，烟气带走的热量约占16％，其他散热损失约占11％。随着国内外干熄焦(CDQ)技术的发展和普及，红热焦炭所含余热已有了成熟的回收途径，但是，高温荒煤气余热回收技术目前还不完善，其技术水平也不如干熄焦技术那样普及，因此，高温荒煤气有着巨大的节能潜力，越来越被焦化行业所重视。
目前，对于高温荒煤气的余热回收方式之一是采用带有换热器的上升管系统，以介质将650℃-750℃的高温焦炉荒煤气冷却至82℃—85℃，同时，产生大量低压饱和蒸汽，进而达到回收高温荒煤气显热的目的。据宝钢实际生产数据测算单根上升管换热器回收蒸汽可高达102kg/h，平均每根上升管换热器回收蒸汽60-80kg/h。如果以2座50孔焦炉作为示范应用项目，平均回收蒸汽约7t/h，考虑维修等因素影响，则年回收蒸汽55188吨，折合标煤5833吨，约减少1.5万吨CO2排放；由此可以看出，此种方法产生的余热蒸汽产量巨大，但是，产生的余热蒸汽压力只有0.4-0.8MPa，无法并入蒸汽主管网被有效利用，大量蒸汽只能白白放散掉，造成大量能源浪费；随着技术的发展，现有技术中开发出了ORC有机朗肯循环发电技术将低品位的余热资源加以利用；如专利公开号：CN 202001071 U，公开日：2011年10月05日，该申请案公开了一种轧钢板车间加热炉低品位烟气有机郎肯循环余热发电系统，其以正戊烷为工作介质，采用ORC技术对100℃-300℃的低品位烟气余热进行回收。但是该申请案的不足之处在于：采用ORC技术对设备要求较高，投资较大，且存在有机工质泄露的风险；同时，若在低压饱和蒸汽余热利用领域采用ORC发电技术，需经过换热器将蒸汽能量转化为有机工质的内能，再利用有机工质驱动发电机组发电，能量转换次数较多，使低压饱和蒸汽的热量利用率降低，实用性不足。
再如，专利公开号：CN 102619567 A，公开日：2012年08月01日，该申请案公开了一种利用两级螺杆膨胀机蒸汽余压的动力系统，其包括：通过管道顺序连接的一级进气阀、一级入口调节阀、一级螺杆膨胀机、级间换热器，二级进气阀、二级入口调节阀、二级螺杆膨胀机；高温高压蒸汽通过管道进入一级进气阀、一级调节阀进入一级螺杆膨胀机，驱动一负载或驱动一发电机发电；从一级螺杆膨胀机输出的中温中压蒸汽再进入级间热交换器，通过该级间热交换器加热后输出到二级进气阀、二级调节阀进入二级螺杆膨胀机，驱动另一负载或驱动另一发电机发电。该申请案具有对余热回收利用更充分、热量利用效率更高的优点。但是该申请案的不足之处在于：(1)该申请案公开的动力系统仅适用于高温高压或中温中压蒸汽余热的利用，并不适用于低压饱和蒸汽余热回收利用领域；(2)由于实际生产中负载经常需要根据具体使用要求实时调节工况，当进入螺杆膨胀机内的蒸汽量及蒸汽品质发生较大波动时，则难以通过螺杆膨胀机的做工实时调节负载的工况。
综上所述，现有技术中虽然出现了利用高温高压蒸汽或中温中压蒸汽驱动螺杆膨胀机从而直接驱动负载的相关技术方案公开，但是，如何克服利用低压饱和蒸汽驱动螺杆膨胀机进而直接驱动负载时，难以有效满足负载工况实时调节要求的不足，是现有技术中亟需解决的技术难题。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服利用低压饱和蒸汽驱动螺杆膨胀机进而直接驱动负载时，难以有效满足负载工况实时调节要求的不足，提供了一种焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法，能够满足负载设备实时的使用要求。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，包括：
焦炉上升管换热机构，该焦炉上升管换热机构包括并联的若干组换热单元，每组换热单元包括并联的至少两个上升管换热器；所述焦炉上升管换热机构的进口与汽包的出液口连通，焦炉上升管换热机构的出口与汽包的进汽口连通；
蒸汽输入管道，该蒸汽输入管道自汽包的出汽口引出；
螺杆膨胀机，该螺杆膨胀机的进汽口与所述蒸汽输入管道连通，螺杆膨胀机的出汽口依次与凝汽器、除氧器、储液罐和循环水泵连通，所述循环水泵与汽包内部连通；
负载设备，所述螺杆膨胀机的输出端可与负载设备连接；
电动机，所述电动机的输出端可与负载设备连接。
作为本发明更进一步的改进，每个上升管换热器的进液口处分别安装有进口控制阀；
每组换热单元中所有上升管换热器的进液口通过一个下混合联箱相互连通，每组换热单元中所有上升管换热器的出汽口通过一个上混合联箱连通，焦炉上升管换热机构的出口处安装有出口控制阀。
作为本发明更进一步的改进，所述螺杆膨胀机的输出端通过变速器与负载设备连接。
作为本发明更进一步的改进，所述螺杆膨胀机的输出端与变速器的输入端之间设有离合器一；所述变速器的输出端与负载设备之间设有离合器二；所述电动机的输出端与负载设备之间设有离合器三。
作为本发明更进一步的改进，所述变速器的输出端上安装有传感器一；所述负载设备上安装有传感器二；所述电动机的输出端上安装有传感器三。
作为本发明更进一步的改进，所述螺杆膨胀机的进汽口前分别设有开闭阀和流量控制阀。
作为本发明更进一步的改进，所述螺杆膨胀机的数量至少为两个，所有螺杆膨胀机之间依次同轴连接，所有螺杆膨胀机的蒸汽通道之间为串联连接或并联连接。
本发明的焦炉上升管余热蒸汽回收利用方法，包括以下步骤：
S1：准备好所述的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统；
S2：控制离合器一闭合，使螺杆膨胀机的输出端与变速器的输入端连接；控制离合器三断开，使电动机的输出端与负载设备断开；
S3：关闭开闭阀，打开出口控制阀和每个进口控制阀；
S4：一定时间后，打开开闭阀，蒸汽驱动螺杆膨胀机转动，螺杆膨胀机驱动变速器转动；开启循环水泵；
S5：控制离合器二闭合，使变速器的输出端与负载设备连接，变速器驱动负载设备转动；
S6：调节流量控制阀的开度以及变速器传动比使得负载设备的当前转速稳定在负载设备的实时要求转速n；
其中，调节流量控制阀的开度以及变速器传动比后能使得负载设备稳定转动的最大转速定义为转速n1。
作为本发明更进一步的改进，当步骤S6中实时要求转速n＞转速n1时，继续进行以下步骤：
S601：调节流量控制阀的开度以及变速器传动比，使得负载设备的当前转速稳定在转速n1；
S602：启动电动机，使电动机的输出端转速稳定在转速n1；
S603：控制离合器三闭合，使电动机的输出端与负载设备连接并保持同步转动；
S604：控制离合器二断开，使变速器的输出端与负载设备断开；
S605：控制电动机，使电动机的输出端转速稳定在转速n，从而使负载设备稳定在实时要求转速n转动；
S606：调节流量控制阀的开度处于最小值，调节变速器的传动比，使得螺杆膨胀机的输出端稳定在转速n转动；
S607：控制离合器二闭合，使变速器的输出端与负载设备连接并保持同步转动；
S608：逐渐调节流量控制阀的开度处于最大值，并同步调节变速器的传动比，使得螺杆膨胀机的输出端稳定在转速n转动。
作为本发明更进一步的改进，步骤S608后负载设备的实时要求转速n变为小于等于转速n1时，继续进行以下步骤：
S609：控制离合器三断开，使电动机的输出端与负载设备断开；
S610：关闭电动机；
S611：调节流量控制阀的开度以及变速器传动比使得负载设备的当前转速稳定在负载设备的实时要求转速n。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明中，焦炉上升管换热机构的进口与汽包的出液口连通，焦炉上升管换热机构的出口与汽包的进汽口连通，从而有效发挥汽包热能吞吐仓库的作用，使得在流量控制阀保持某一开度下，螺杆膨胀机的进汽口通入流量、品质相对稳定的蒸汽，进而使得螺杆膨胀机驱动负载设备保持稳定转速运行；同时，螺杆膨胀机的进汽口前设有流量控制阀，流量控制阀可根据实时检测出的负载设备转速来相应实时控制阀门的开度，通过实时调节进入螺杆膨胀机内的蒸汽流量，从而实时控制螺杆膨胀机输出轴的转速，进而使得负载设备在实时控制下保持相对稳定的转速运行。
(2)本发明中，通过步骤S1-S5，可以使得螺杆膨胀机独立地驱动负载设备运转，同时，调节流量控制阀的开度以及变速器传动比使得负载设备的当前转速稳定在负载设备的实时要求转速n，从而使负载设备稳定运行；在某些高负荷使用条件下，负载设备的实时要求转速n大于负载设备仅在螺杆膨胀机驱动下能达到的最大稳定转速n1，此时可将电动机介入其中，以满足负载设备实时的使用要求，从而使得本发明的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统广泛地适用于不同使用要求的负载设备；本发明的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法，通过步骤S601-S608，能够稳定、高效、快速地将电动机介入螺杆膨胀机和负载设备的转动系统中，最终使得螺杆膨胀机和电动机共同驱动负载设备运转，组成由螺杆膨胀机、负载设备和电动机组合而成的组合转动系统。
(3)本发明的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法，直接利用低压饱和蒸汽驱动螺杆膨胀机转动，进而带动负载设备工作，与传统利用余热蒸汽发电，再到电力带动电动机运转从而驱动负载设备工作相比，能够减少能量转换次数，提高了能量利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例1的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统的结构示意图；
图2为实施例2的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统的结构示意图；
图3为实施例3的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统的结构示意图；
图4为实施例1的焦炉上升管余热蒸汽回收利用方法的流程示意图。
示意图中的标号说明：1、螺杆膨胀机；2、变速器；3、负载设备；4、电动机；5、离合器一；6、离合器二；7、离合器三；8、传感器一；9、传感器二；10、传感器三；11、凝汽器；12、除氧器；13、储液罐；14、循环水泵；15、汽包；16、开闭阀；17、流量控制阀；18、焦炉上升管换热机构；1801、进口控制阀；1802、下混合联箱；1803、上升管换热器；1804、上混合联箱；1805、出口控制阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1，本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，包括：焦炉上升管换热机构18，该焦炉上升管换热机构18包括并联的若干组换热单元，每组换热单元包括并联的两个上升管换热器1803；焦炉上升管换热机构18的进口与汽包15的出液口连通，焦炉上升管换热机构18的出口与汽包15的进汽口连通；蒸汽输入管道，该蒸汽输入管道自汽包15的出汽口引出；螺杆膨胀机1，该螺杆膨胀机1的进汽口与蒸汽输入管道连通，螺杆膨胀机1的出汽口依次与凝汽器11、除氧器12、储液罐13和循环水泵14连通，循环水泵14与汽包15内部连通；负载设备3，螺杆膨胀机1的输出端可与负载设备3连接，其中，负载设备3可为水泵、风机或其它能够与螺杆膨胀机1、电动机4同轴连接的转动设备；电动机4，电动机4的输出端可与负载设备3连接，其中，电动机4为带变频机的变频电动机。具体本实施例中，每个上升管换热器1803的进液口处分别安装有进口控制阀1801，以分别控制每个上升管换热器1803的通断；每组换热单元中所有上升管换热器1803的进液口通过一个下混合联箱1802相互连通，每组换热单元中所有上升管换热器1803的出汽口通过一个上混合联箱1804连通，通过下混合联箱1802和上混合联箱1804能够提升换热介质换热过程的均匀性，焦炉上升管换热机构18的出口处安装有出口控制阀1805，其中，汽包15内部的循环水由汽包15的出液口排出，随后分别到达每组换热单元中的下混合联箱1802内混合，然后分别进入对应的上升管换热器1803内吸收高温荒煤气的热量而变成低压饱和余热蒸汽，每一路低压饱和余热蒸汽对应到达每组换热单元中的上混合联箱1804内均匀混合，各个上混合联箱1804内的蒸汽汇集送入汽包15，在汽包15内被分离净化、稳压稳流后经蒸汽输入管道到达螺杆膨胀机1内做功，做功后的蒸汽依次经过凝汽器11冷凝净化、除氧器12除氧后在储液罐13内被储存，然后通过循环水泵14被抽入汽包15内部进行下一个循环，整个换热、做功过程无需另外提供介质，可循环往复进行；其中，汽包15一方面作为热能的吞吐仓库，起到稳压稳流的作用，可使本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统在某一负荷下平稳运行，另一方面起到分离净化作用；螺杆膨胀机1的输出端通过变速器2与负载设备3连接，螺杆膨胀机1的输出端与变速器2的输入端之间设有离合器一5；变速器2的输出端与负载设备3之间设有离合器二6；电动机4的输出端与负载设备3之间设有离合器三7，其中，离合器一5、离合器二6和离合器三7均为电磁离合器，靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离(即闭合与断开)；变速器2的输出端上安装有传感器一8；负载设备3上安装有传感器二9；电动机4的输出端上安装有传感器三10，传感器一8、传感器二9和传感器三10可为转速传感器和/或扭矩传感器，具体本实施例中，传感器一8、传感器二9和传感器三10为转速传感器，分别用于检测变速器2输出端、负载设备3及电动机4输出端运转时的转速；其中，螺杆膨胀机1、负载设备3及电动机4同轴设置并可同轴运转；螺杆膨胀机1的进汽口前分别设有开闭阀16和流量控制阀17，流量控制阀17为电子控制的流量阀，其可根据传感器一8、传感器二9和传感器三10反馈的转速信号来实时控制阀门的开度，以调节进入螺杆膨胀机1的蒸汽流量，从而控制螺杆膨胀机1输出轴的转速；为保证流量控制阀17在极限条件下的调节余量，流量控制阀17开度的最大值设计为85％(管道流通面积占整个管道截面面积的比值)，开度的最小值设计25％(管道流通面积占整个管道截面面积的比值)。
结合图4，本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用方法，包括以下步骤：
S1：准备好上述焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统；
S2：控制离合器一5闭合，使螺杆膨胀机1的输出端与变速器2的输入端连接；控制离合器三7断开，使电动机4的输出端与负载设备3断开；
S3：关闭开闭阀16，打开出口控制阀1805和每个进口控制阀1801；
S4：一定时间，汽包15内填充满蒸汽后(以发挥汽包15的蓄热作用)，打开开闭阀16，蒸汽驱动螺杆膨胀机1转动，螺杆膨胀机1驱动变速器2转动；开启循环水泵14；
S5：控制离合器二6闭合，使变速器2的输出端与负载设备3连接，变速器2驱动负载设备3转动；
S6：调节流量控制阀17的开度以及变速器2传动比使得负载设备3的当前转速稳定在负载设备3的实时要求转速n，从而使负载设备3稳定运转；其中，调节流量控制阀17的开度以及变速器2传动比后能使得负载设备3稳定转动的最大转速定义为转速n1，步骤S6中实时要求转速n≤转速n1，仅需螺杆膨胀机1的驱动即可满足负载设备3的稳定运转。
其中，当步骤S6中实时要求转速n＞转速n1时(即实时要求转速n直接为＞转速n1或者实时要求转速n由≤转速n1变为＞转速n1时)，继续进行以下步骤：
S601：调节流量控制阀17的开度以及变速器2传动比，使得负载设备3的当前转速稳定在转速n1；
S602：启动电动机4，使电动机4的输出端转速稳定在转速n1；
S603：控制离合器三7闭合，使电动机4的输出端与负载设备3连接并保持同步转动；
S604：控制离合器二6断开，使变速器2的输出端与负载设备3断开；
S605：控制电动机4，使电动机4的输出端转速稳定在转速n，从而使负载设备3稳定在实时要求转速n转动；
S606：调节流量控制阀17的开度处于最小值，调节变速器2的传动比，使得螺杆膨胀机1的输出端稳定在转速n转动；
S607：控制离合器二6闭合，使变速器2的输出端与负载设备3连接并保持同步转动；
S608：逐渐调节流量控制阀17的开度处于最大值，并同步调节变速器2的传动比，使得螺杆膨胀机1的输出端稳定在转速n转动，此时螺杆膨胀机1和电动机4共同驱动负载设备3运转。
步骤S608后负载设备3的实时要求转速n变为小于等于转速n1时(即负载设备3仅在螺杆膨胀机1独立驱动下能够满足其实时的使用要求时，可将电动机4的介入解除)，继续进行以下步骤：
S609：控制离合器三7断开，使电动机4的输出端与负载设备3断开；
S610：关闭电动机4；
S611：调节流量控制阀17的开度以及变速器2传动比使得负载设备3的当前转速稳定在负载设备3的实时要求转速n。
现有技术中虽然出现了利用高温高压蒸汽或中温中压蒸汽驱动螺杆膨胀机从而直接驱动负载的相关技术方案公开，但是，实际生产中负载经常需要根据具体使用要求而实时调节工况，即负载设备3的实时转速需要根据具体使用要求实时调整，而利用焦炉上升管换热机构产生的低压饱和蒸汽驱动螺杆膨胀机1进而直接驱动负载设备3时，一方面焦炉上升管换热机构产生的蒸汽量及蒸汽品质并不稳定，使得进入螺杆膨胀机1内的蒸汽量及蒸汽品质波动性较大，从而难以驱动负载设备3保持稳定转速运行；另一方面，由于焦炉上升管换热机构仅能定量供应低压饱和蒸汽，因此进入螺杆膨胀机1内的蒸汽量有限且蒸汽品质较差，当负载设备3仅在螺杆膨胀机1驱动下能达到的最大稳定转速小于负载设备3的实时要求转速时，负载设备3则无法满足实时的使用要求，而一些负载设备3在某些高负荷使用条件下却往往要求较高的实时转速，从而使得本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统难以广泛地适用于不同使用要求的负载设备3。
针对以上两方面的问题，本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法分别提出以下解决方法：(1)焦炉上升管换热机构18的进口与汽包15的出液口连通，焦炉上升管换热机构18的出口与汽包15的进汽口连通，从而有效发挥汽包15热能吞吐仓库的作用，使得在流量控制阀17保持某一开度下，螺杆膨胀机1的进汽口通入流量、品质相对稳定的蒸汽，进而使得螺杆膨胀机1驱动负载设备3保持稳定转速运行；同时，螺杆膨胀机1的进汽口前设有流量控制阀17，流量控制阀17可根据实时检测出的负载设备3转速来相应实时控制阀门的开度，通过实时调节进入螺杆膨胀机1内的蒸汽流量，从而实时控制螺杆膨胀机1输出轴的转速，进而使得负载设备3在实时控制下保持相对稳定的转速运行。(2)本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法，通过步骤S1-S5，可以使得螺杆膨胀机1独立地驱动负载设备3运转，同时，调节流量控制阀17的开度以及变速器2传动比使得负载设备3的当前转速稳定在负载设备3的实时要求转速n，从而使负载设备3稳定运行；在某些高负荷使用条件下，负载设备3的实时要求转速n大于负载设备3仅在螺杆膨胀机1驱动下能达到的最大稳定转速n1，此时可将电动机4介入其中，以满足负载设备3实时的使用要求，从而使得本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统广泛地适用于不同使用要求的负载设备3；本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法，通过步骤S601-S608，能够稳定、高效、快速地将电动机4介入螺杆膨胀机1和负载设备3的转动系统中(该转动系统由螺杆膨胀机1独立驱动)，最终使得螺杆膨胀机1和电动机4共同驱动负载设备3运转，组成由螺杆膨胀机1、负载设备3和电动机4组合而成的组合转动系统；需要说明的是，步骤S601-S608是本实施例的创新点之一：负载设备3在实际运行时，如何由螺杆膨胀机1单独驱动平稳地过渡到由螺杆膨胀机1和电动机4共同驱动，是一个技术难点，其分析如下：1)对于正在与螺杆膨胀机1连接并保持运转的负载设备3，如果先切断其与螺杆膨胀机1之间的连接，再将电动机4连接在负载设备3上，则会出现以下问题：首先，在负载设备3与螺杆膨胀机1切断连接后，其转速会瞬间明显下降，从而对负载设备3的稳定运行造成影响，不利于保持生产的安全性、平稳性及连续性；其次，先切断负载设备3与螺杆膨胀机1之间的连接，再将电动机4连接在负载设备3上，则后续螺杆膨胀机1难以有效地介入负载设备3的运转，单独依靠电动机4带动负载设备3运转，焦炉上升管换热机构中产生的余热蒸汽无法利用，浪费了能源；2)对于正在与螺杆膨胀机1连接并保持运转的负载设备3，如果直接将电动机4也连接在负载设备3上，则会出现以下问题：直接通过电动机4强行带动与螺杆膨胀机1连接的负载设备3，使负载设备转速短时间达到较高的实时要求转速n，在此过程中螺杆膨胀机1也被电动机4强行带动而转速短时间提高，一方面不利于螺杆膨胀机1的安全平稳运行，另一方面容易使得电动机4因负荷较大而烧损，同时容易出现由电动机4带动负载设备3以及螺杆膨胀机1转动的现象，难以发挥螺杆膨胀机1动力源的作用，浪费了能源。
而按照本实施例中公开的步骤S601-S608操作，负载设备3的提速单独依靠电动机4驱动而瞬间完成，发挥了电动机4快速、平稳的驱动提速优点，同时电动机4的输出端与电动机4的连接过程、变速器2的输出端与电动机4的连接、断开过程均发生在相对静止的环境中，使得以上连接、断开的过程稳定、高效、快速进行；在将螺杆膨胀机1介入已经提速后的电动机4和负载设备3组成的转动系统中时，首先调节流量控制阀17的开度处于最小值，调节变速器2的传动比，使得螺杆膨胀机1的输出端稳定在转速n转动，然后控制离合器二6闭合，使变速器2的输出端与负载设备3连接并保持同步转动，最后逐渐调节流量控制阀17的开度处于最大值，并同步调节变速器2的传动比，使得螺杆膨胀机1的输出端稳定在转速n转动，以上操作使得负载设备3运转时的扭矩一部分由螺杆膨胀机1承担，另一部分由电动机4承担，从而螺杆膨胀机1和电动机4共同驱动负载设备3运转，充分发挥了螺杆膨胀机1动力源的作用，合理利用了能源。
本实施例中，当负载设备3变为仅在螺杆膨胀机1独立驱动下就能够满足其实时使用要求时，可方便地通过步骤S609-S611将电动机4的介入解除，以充分利用焦炉上升管换热机构产生的余热蒸汽；同时本实施例中，无论是将电动机4介入负载设备3运转还是将电动机4解除介入负载设备3运转，负载设备3的整个变速过程均平稳、高效，有利于保证生产的平稳、连续进行。
本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法，能够回收高温荒煤气的热量，有效利用焦炉上升管换热机构产生的大量低压饱和蒸汽，进一步降低炼焦过程中的能源消耗，达到节能减排、保护环境的目的。
本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统及回收利用方法，直接利用低压饱和蒸汽驱动螺杆膨胀机1转动，进而带动负载设备3工作(相当于机械能-机械能)，与传统利用余热蒸汽发电，再到电力带动电动机运转从而驱动负载设备3工作相比(相当于机械能-电能-机械能)，能够减少能量转换次数，提高了能量利用效率。
实施例2
本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，其结构与实施例1基本相同，更进一步的：由于螺杆膨胀机1膨胀效率较低，当蒸汽温度、压力参数较高时(蒸汽品质相对较好时)，可采用如图2所示的串联方式，即本实施例中螺杆膨胀机1的数量为两个，两个螺杆膨胀机1之间同轴连接，两个螺杆膨胀机1的蒸汽通道之间为串联连接(一个螺杆膨胀机1的出汽口与另一个螺杆膨胀机1的进汽口相连)；由汽包15排出的蒸汽先进入一个螺杆膨胀机1中进行初次膨胀做功，然后再进入另一个螺杆膨胀机1中膨胀做功，两个螺杆膨胀机1共同驱动负载设备3运转，以此来提高蒸汽利用的热效率。
实施例3
本实施例的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，其结构与实施例1基本相同，更进一步的：当焦炉上升管换热机构产生的蒸汽量较大时，可采用如图3所示的并联方式，即本实施例中螺杆膨胀机1的数量为两个，两个螺杆膨胀机1之间同轴连接，两个螺杆膨胀机1的蒸汽通道之间为并联连接(即两个螺杆膨胀机1的进汽口分别与蒸汽输入管道连通)；由汽包15排出的蒸汽经管道分别送入两个螺杆膨胀机1中膨胀做功，两个螺杆膨胀机1共同驱动负载设备3运转，以此来提高螺杆膨胀机1的工作效率。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，其特征在于包括：
焦炉上升管换热机构(18)，该焦炉上升管换热机构(18)包括并联的若干组换热单元，每组换热单元包括并联的至少两个上升管换热器(1803)；所述焦炉上升管换热机构(18)的进口与汽包(15)的出液口连通，焦炉上升管换热机构(18)的出口与汽包(15)的进汽口连通；
蒸汽输入管道，该蒸汽输入管道自汽包(15)的出汽口引出；
螺杆膨胀机(1)，该螺杆膨胀机(1)的进汽口与所述蒸汽输入管道连通，螺杆膨胀机(1)的出汽口依次与凝汽器(11)、除氧器(12)、储液罐(13)和循环水泵(14)连通，所述循环水泵(14)与汽包(15)内部连通；
负载设备(3)，所述螺杆膨胀机(1)的输出端可与负载设备(3)连接；
电动机(4)，所述电动机(4)的输出端可与负载设备(3)连接。
2.根据权利要求1所述的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，其特征在于：每个上升管换热器(1803)的进液口处分别安装有进口控制阀(1801)；
每组换热单元中所有上升管换热器(1803)的进液口通过一个下混合联箱(1802)相互连通，每组换热单元中所有上升管换热器(1803)的出汽口通过一个上混合联箱(1804)连通，焦炉上升管换热机构(18)的出口处安装有出口控制阀(1805)。
3.根据权利要求2所述的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，其特征在于：所述螺杆膨胀机(1)的输出端通过变速器(2)与负载设备(3)连接。
4.根据权利要求3所述的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，其特征在于：所述螺杆膨胀机(1)的输出端与变速器(2)的输入端之间设有离合器一(5)；所述变速器(2)的输出端与负载设备(3)之间设有离合器二(6)；所述电动机(4)的输出端与负载设备(3)之间设有离合器三(7)。
5.根据权利要求4所述的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，其特征在于：所述变速器(2)的输出端上安装有传感器一(8)；所述负载设备(3)上安装有传感器二(9)；所述电动机(4)的输出端上安装有传感器三(10)。
6.根据权利要求5所述的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，其特征在于：所述螺杆膨胀机(1)的进汽口前分别设有开闭阀(16)和流量控制阀(17)。
7.根据权利要求6所述的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统，其特征在于：所述螺杆膨胀机(1)的数量至少为两个，所有螺杆膨胀机(1)之间依次同轴连接，所有螺杆膨胀机(1)的蒸汽通道之间为串联连接或并联连接。
8.一种焦炉上升管余热蒸汽回收利用方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：准备好如权利要求1-7任意一项所述的焦炉上升管余热蒸汽回收利用系统；
S2：控制离合器一(5)闭合，使螺杆膨胀机(1)的输出端与变速器(2)的输入端连接；控制离合器三(7)断开，使电动机(4)的输出端与负载设备(3)断开；
S3：关闭开闭阀(16)，打开出口控制阀(1805)和每个进口控制阀(1801)；
S4：一定时间后，打开开闭阀(16)，蒸汽驱动螺杆膨胀机(1)转动，螺杆膨胀机(1)驱动变速器(2)转动；开启循环水泵(14)；
S5：控制离合器二(6)闭合，使变速器(2)的输出端与负载设备(3)连接，变速器(2)驱动负载设备(3)转动；
S6：调节流量控制阀(17)的开度以及变速器(2)传动比使得负载设备(3)的当前转速稳定在负载设备(3)的实时要求转速n；
其中，调节流量控制阀(17)的开度以及变速器(2)传动比后能使得负载设备(3)稳定转动的最大转速定义为转速n1。
9.根据权利要求8所述的焦炉上升管余热蒸汽回收利用方法，其特征在于当步骤S6中实时要求转速n＞转速n1时，继续进行以下步骤：
S601：调节流量控制阀(17)的开度以及变速器(2)传动比，使得负载设备(3)的当前转速稳定在转速n1；
S602：启动电动机(4)，使电动机(4)的输出端转速稳定在转速n1；
S603：控制离合器三(7)闭合，使电动机(4)的输出端与负载设备(3)连接并保持同步转动；
S604：控制离合器二(6)断开，使变速器(2)的输出端与负载设备(3)断开；
S605：控制电动机(4)，使电动机(4)的输出端转速稳定在转速n，从而使负载设备(3)稳定在实时要求转速n转动；
S606：调节流量控制阀(17)的开度处于最小值，调节变速器(2)的传动比，使得螺杆膨胀机(1)的输出端稳定在转速n转动；
S607：控制离合器二(6)闭合，使变速器(2)的输出端与负载设备(3)连接并保持同步转动；
S608：逐渐调节流量控制阀(17)的开度处于最大值，并同步调节变速器(2)的传动比，使得螺杆膨胀机(1)的输出端稳定在转速n转动。
10.根据权利要求9所述的焦炉上升管余热蒸汽回收利用方法，其特征在于步骤S608后负载设备(3)的实时要求转速n变为小于等于转速n1时，继续进行以下步骤：
S609：控制离合器三(7)断开，使电动机(4)的输出端与负载设备(3)断开；
S610：关闭电动机(4)；
S611：调节流量控制阀(17)的开度以及变速器(2)传动比使得负载设备(3)的当前转速稳定在负载设备(3)的实时要求转速n。
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