CN109826674A - 一种钢铁企业联合循环发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢铁企业联合循环发电系统，高炉煤气膨胀机依次与高炉煤气‑低温工质换热器、高炉煤气‑高温工质换热器及燃气轮机相连，燃气轮机的出口后设置有高温烟气‑高温工质换热器及高温烟气‑低温工质换热器；高温烟气‑高温工质换热器的高温工质侧顺次与高温工质膨胀机、高炉煤气‑高温工质换热器的高温工质侧首尾相连；高温烟气‑低温工质换热器的低温工质侧顺次与低温工质气液分离器、第一低温工质膨胀机及第二低温工质膨胀机、低温工质混合器、高炉煤气‑低温工质换热器的低温工质侧首尾相连。本发明以高炉煤气为能源，联合多种发电方式，实现了钢铁企业发电系统的高效、节能运行，具有巨大的经济效益及生态效益。

Description

一种钢铁企业联合循环发电系统
技术领域
本发明涉及一种循环发电系统，具体为一种钢铁企业联合循环发电系统。
背景技术
在钢铁行业的生产过程中，无论是拖动各种生产机械的电动机、各种电炉、电解设备、类型繁多的辅助生产设备、照明装置还是生产过程中普遍使用的自动控制、显示和通讯装备等都离不开电能。因此，对钢铁行业进行安全可靠及高质量的供电是保证钢铁产品质量，推动钢铁行业向前发展的重要因素。
钢铁企业既是发电单位，又是用电大户，钢铁企业的发电方式主要包括燃气/蒸汽联合循环发电、锅炉热电机组发电及内燃机发电，现有发电方式在实际运行过程中往往存在发电效率低、设备响应速度慢、余热浪回收率不高、能源利用不充分等问题。
近些年来，钢铁行业竞争日益加剧，节能降耗、节约能源成本已成为各企业降本增效、提高竞争力的重要举措。
发明内容
针对钢铁企业现有发电方式发电效率低、设备响应慢、能源利用不充分等不足，本发明要解决的问题是提供一种通过高炉煤气及其余能的充分利用，联合直接膨胀法、燃气轮机法、朗肯循环法及卡琳娜循环法等发电方式的高效、节能、灵活性高的钢铁企业联合循环发电系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种钢铁企业联合循环发电系统，包括高炉煤气膨胀机、第一低温工质膨胀机、第二低温工质膨胀机、高温工质膨胀机以及燃气轮机，其中高炉煤气膨胀机的出口通过管道经高炉煤气-低温工质换热器、高炉煤气-高温工质换热器与燃气轮机的高炉煤气入口相连，燃气轮机的排气管道上依次设置有高温烟气-高温工质换热器及高温烟气-低温工质换热器；
高温烟气-高温工质换热器的高温工质侧通过管道顺次与高温工质膨胀机、高炉煤气-高温工质换热器的高温工质侧首尾相连；
高温烟气-低温工质换热器的低温工质侧出口通过管道与低温工质气液分离器相连，低温工质气液分离器的气相出口通过管道经第二低温工质膨胀机与低温工质混合器相连，低温工质气液分离器的液相出口通过管道经第一低温工质膨胀机与低温工质混合器相连，低温工质混合器的出口通过管道经高炉煤气-低温工质换热器的低温工质侧与高温烟气-低温工质换热器20的低温工质侧入口相连。
所述高炉煤气-高温工质换热器的高炉煤气侧出口后设置有空气冷却器，空气冷却器的空气侧出口与燃气轮机的空气吸入口相连。
所述高炉煤气-低温工质换热器的低温工质侧出口与高温烟气-低温工质换热器的低温工质侧入口间的管道上设置有低温工质储罐及低温工质循环泵；高炉煤气-高温工质换热器的高温工质侧出口与高温烟气-高温工质换热器的高温工质侧入口间的管道上设置有高温工质储罐及高温工质循环泵。
所述高炉煤气膨胀机、第一低温工质膨胀机、第二低温工质膨胀机、高温工质膨胀机及燃气轮机分别与第一发电机、第二发电机、第三发电机、第四发电机、第五发电机同轴相连。
所述低温工质为氨-水混合物，高温工质为水。
所述第一低温工质膨胀机采用气液两相膨胀机。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明利用高炉煤气余压通过直接膨胀法发电，实现了对高炉煤气压力能的回收利用，避免了能量的浪费；
2.本发明利用高炉煤气为燃料通过燃气轮机法发电，提高了系统的灵活性及发电效率；
3.本发明利用燃气轮机所排放高温烟气为热源、以膨胀做功后的高炉煤为冷源，通过朗肯循环法及卡琳娜循环法发电，实现了对余热余能的梯级利用，提高了能源利用效率；
4.本发明通过利用膨胀做功后低温高炉煤气冷却燃气轮机进口空气，提高了燃气轮机的工作效率。
附图说明
图1为本发明一种钢铁企业联合循环发电系统原理图。
其中，1为高炉煤气-低温工质换热器，2为高炉煤气-高温工质换热器，3为空气冷却器，4为低温工质混合器，5为高炉煤气膨胀机，6为第一发电机，7为低温工质储罐，8为第一低温工质膨胀机，9为第二发电机，10为第二低温工质膨胀机，11为第三发电机，12为高温工质储罐，13为高温工质膨胀机，14为第四发电机，15为燃气轮机，16为第五发电机，17低温工质循环泵，18为低温工质气液分离器，19高温工质循环泵，20为高温烟气-低温工质换热器，21为高温烟气-高温工质换热器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明一种钢铁企业联合循环发电系统，包括高炉煤气膨胀机5，高炉煤气膨胀机5的出口通过管道经高炉煤气-低温工质换热器1、高炉煤气-高温工质换热器2与燃气轮机15的高炉煤气入口相连，燃气轮机15的排气管道上依次设置有高温烟气-高温工质换热器21及高温烟气-低温工质换热器20；
其中，高温烟气-高温工质换热器21的高温工质侧通过管道顺次与高温工质膨胀机13、高炉煤气-高温工质换热器2的高温工质侧首尾相连；
高温烟气-低温工质换热器20的低温工质侧出口通过管道与低温工质气液分离器18相连，低温工质气液分离器18的气相出口通过管道经第二低温工质膨胀机10与低温工质混合器4相连，低温工质气液分离器18的液相出口通过管道经第一低温工质膨胀机8与低温工质混合器4相连，低温工质混合器4的出口通过管道经高炉煤气-低温工质换热器1的低温工质侧与高温烟气-低温工质换热器20的低温工质侧入口相连。
所述高炉煤气-高温工质换热器2的高炉煤气侧出口后设置有空气冷却器3，空气冷却器3的空气侧出口与燃气轮机15的空气吸入口相连。
所述高炉煤气-低温工质换热器1的低温工质侧出口与高温烟气-低温工质换热器20的低温工质侧入口间的管道上设置有低温工质储罐7及低温工质循环泵17；高炉煤气-高温工质换热器2的高温工质侧出口与高温烟气-高温工质换热器21的高温工质侧入口间的管道上设置有高温工质储罐12及高温工质循环泵19。
所述高炉煤气膨胀机5、第一低温工质膨胀机8、第二低温工质膨胀机10、高温工质膨胀机13及燃气轮机15分别与第一发电机6、第二发电机9、第三发电机11、第四发电机14、第五发电机16同轴相连。
所述低温工质为氨-水混合物，高温工质为水。
所述第一低温工质膨胀机8采用气液两相膨胀机。
本实施例中，来自高炉煤气管网的高炉煤气压力约150kPa，温度约50℃，膨胀后压力降至约20kPa，燃气轮机排气温度约570℃，采用的氨-水混合物浓度为80％。
来自高炉煤气管网的高炉煤气进入高炉煤气膨胀机5，高炉煤气在高炉煤气膨胀机5内做功，推动高炉煤气膨胀机5带动第一发电机6对外输出电能，做功后的高炉煤气温度降至约-2.2℃，低温高炉煤气进入高炉煤气-低温工质换热器1及高炉煤气-高温工质换热器2作为卡琳娜循环及朗肯循环的冷源，同时通过空气冷却器3对燃气轮机15进口空气进行冷却，提高燃气轮机15的发电效率；换热后高炉煤气与低温空气进入燃气轮机15，在燃气轮机15内燃烧做功，推动燃气轮机叶轮带动第五发电机16对外输出电能；燃气轮机15排出的高温烟气依次流经高温烟气-高温工质换热器21及高温烟气-低温工质换热器20，作为朗肯循环及卡琳娜循环的热源。
朗肯循环的循环工质水经高温工质循环泵19被增压至约2.5MPa，之后进入高温烟气-高温工质换热器21被加热成约500℃的高温蒸汽，高温高压蒸汽进入高温工质膨胀机13，在高温工质膨胀机13内做功，推动高温工质膨胀机13带动第四发电机14对外输出电能，做功后的乏汽经高炉煤气-高温工质换热器2冷凝后在高温工质循环泵19的驱动下返回高温烟气-高温工质换热器21。
卡琳娜循环的循环工质氨-水混合物经低温工质循环泵17被增压至约2.2MPa，之后进入高温烟气-低温工质换热器20被加热至约120℃，加热后的氨-水混合物进入低温工质气液分离器18进行气液分离，富氨蒸汽经低温工质气液分离器18的气相出口进入第二低温工质膨胀机10，在第二低温工质膨胀机10内做功，推动第二低温工质膨胀机10带动第三发电机11对外输出电能，作功后的富氨蒸汽进入低温工质混合器4；贫氨溶液经低温工质气液分离器18的液相出口进入第一低温工质膨胀机8，在第一低温工质膨胀机8内做功，推动第一低温工质膨胀机8带动第二发电机9对外输出电能，作功后的贫氨溶液进入低温工质混合器4与富氨蒸汽混合后经高炉煤气-低温工质换热器1冷凝后在低温工质循环泵17的驱动下返回高温烟气-低温工质换热器20。
本发明合理利用钢铁企业自有能源高炉煤气进行发电，实现能源的充分利用；本发明还充分利用余热余能进行发电，针对不同品位的余能设计不同的能量利用方式，实现能量对口、梯级利用，同时联合不同的发电方式，充分发挥各种发电方式的优势，实现了各种发电方式的优势互补。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，凡采用等同替换或等效变换所形成的技术方案，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钢铁企业联合循环发电系统，其特征在于：包括高炉煤气膨胀机、第一低温工质膨胀机、第二低温工质膨胀机、高温工质膨胀机以及燃气轮机，其中高炉煤气膨胀机的出口通过管道经高炉煤气-低温工质换热器、高炉煤气-高温工质换热器与燃气轮机的高炉煤气入口相连，燃气轮机的排气管道上依次设置有高温烟气-高温工质换热器及高温烟气-低温工质换热器；
高温烟气-高温工质换热器的高温工质侧通过管道顺次与高温工质膨胀机、高炉煤气-高温工质换热器的高温工质侧首尾相连；
高温烟气-低温工质换热器的低温工质侧出口通过管道与低温工质气液分离器相连，低温工质气液分离器的气相出口通过管道经第二低温工质膨胀机与低温工质混合器相连，低温工质气液分离器的液相出口通过管道经第一低温工质膨胀机与低温工质混合器相连，低温工质混合器的出口通过管道经高炉煤气-低温工质换热器的低温工质侧与高温烟气-低温工质换热器20的低温工质侧入口相连。
2.根据权利要求1所述的钢铁企业联合循环发电系统，其特征在于：所述高炉煤气-高温工质换热器的高炉煤气侧出口后设置有空气冷却器，空气冷却器的空气侧出口与燃气轮机的空气吸入口相连。
3.根据权利要求1所述的钢铁企业联合循环发电系统，其特征在于：所述高炉煤气-低温工质换热器的低温工质侧出口与高温烟气-低温工质换热器的低温工质侧入口间的管道上设置有低温工质储罐及低温工质循环泵；高炉煤气-高温工质换热器的高温工质侧出口与高温烟气-高温工质换热器的高温工质侧入口间的管道上设置有高温工质储罐及高温工质循环泵。
4.根据权利要求1所述的钢铁企业联合循环发电系统，其特征在于：所述高炉煤气膨胀机、第一低温工质膨胀机、第二低温工质膨胀机、高温工质膨胀机及燃气轮机分别与第一发电机、第二发电机、第三发电机、第四发电机、第五发电机同轴相连。
5.根据权利要求1所述的钢铁企业联合循环发电系统，其特征在于：所述低温工质为氨-水混合物，高温工质为水。
6.根据权利要求1所述的钢铁企业联合循环发电系统，其特征在于：所述第一低温工质膨胀机采用气液两相膨胀机。
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