CN110440608A - 工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统及方法 - Google Patents

工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统及相应的方法，包括余热锅炉、蒸汽蓄能器、蒸汽加热器、低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机、凝汽器、凝结水泵、水处理站、给水泵，以及相应的蒸汽驱动用户、制冷用户和供热用户。该系统可以利用工业余热产生低压饱和蒸汽，并将低压饱和蒸汽连续稳定地送入低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机内做功，输出高品质的电能；同时，通过可调抽汽获取做功后的低压蒸汽，供给驱动、制冷及供热用户使用。由此，可以大大提高蒸汽资源的利用率，并且一年四季均可运行，从而增加企业自发电量，并实现了低压饱和蒸汽的电热冷联供目的，有效地降低了成本、提高了产能。

Description

工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统及方法
技术领域
本发明属于工业余热深度利用领域，特别涉及一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统及方法。
背景技术
我国钢铁企业各生产工艺中均存在较为丰富的工业低温余热资源，主要包括烧结机大烟道余热资源、烧结环冷机余热资源、球团竖炉余热资源、转炉烟道汽化冷却余热资源以及轧钢加热炉汽化冷却余热资源等。蒸汽资源因其来源广泛、能量高、清洁度高等优点，因此成为一种高品质的资源。我国北方地区钢厂对所产生蒸汽的普遍应用方式为冬季采暖、夏季发电，这样导致全年发电量降低，并且冬季不发电的时候需要增加汽轮机的维护，因此也增加了大量的额外维护成本。另外，目前钢厂一般通过余热回收装置回收蒸汽，但回收时容易发生放散，会造成水资源和热能资源的浪费，严重影响了蒸汽资源的充分利用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统及方法。
本发明具体技术方案如下：
本发明一方面提供了一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统，包括依次连接的工业余热回收子系统、管路稳压子系统、低压饱和蒸汽抽凝发电子系统以及供热-制冷-蒸汽驱动联供子系统；
所述工业余热回收子系统包括依次连接的水处理站、给水泵以及余热锅炉，用于收集产生的蒸汽和冷凝水、并向所述管路稳压子系统输出高压蒸汽；
所述管路稳压子系统包括与所述余热锅炉连接的蒸汽蓄能器，用于接收所述高压蒸汽、并向所述低压饱和蒸汽抽凝发电子系统输出压力和流量稳定的蒸汽；
所述低压饱和蒸汽抽凝发电子系统包括依次连接的低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机、凝汽器、凝结水泵以及发电机，用于接收并利用所述压力和流量稳定的蒸汽输出电能、同时向所述供热-制冷-蒸汽驱动联供子系统输出低压蒸汽；
所述供热-制冷-蒸汽驱动联供子系统包括分别与所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机连接的蒸汽驱动用户、制冷用户以及供热用户，用于利用所述低压蒸汽实现蒸汽驱动、供热及制冷。
进一步地，所述低压饱和蒸汽抽凝发电子系统还包括蒸汽加热器，所述蒸汽加热器的输入端和输出端分别与所述蒸汽蓄能器以及所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机连接。
进一步地，所述余热锅炉向所述蒸汽蓄能器输出的主蒸汽的压力为0.3～2MPa。
进一步地，所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机的抽汽压力为0.2～0.6MPa。
本发明另一方面提供了一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：水处理站对凝结水进行处理后，经过给水泵进行升压，并输送到余热锅炉中；余热锅炉内的汽包达到运行压力后，向蒸汽蓄能器输送高温高压蒸汽；
S2：蒸汽蓄能器接收来自所述余热锅炉的高温高压蒸汽，并向低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机输出压力和流量稳定的蒸汽；
S3：所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机利用进入的蒸汽做功、通过发电机输出电能，同时将低压蒸汽输出给蒸汽驱动用户、制冷用户以及供热用户，用来供给蒸汽驱动、供热以及制冷。
进一步地，步骤S2的方法具体如下：
当产汽高峰时，所述蒸汽蓄能器内的存水在多余的蒸汽的加热下，热焓值升高到与进入所述蒸汽蓄能器的主蒸汽的压力相对应的热焓值，同时所述蒸汽凝结成水、汇入到所述存水中；
当产汽低谷时，所述蒸汽蓄能器内压力下降，导致部分所述存水蒸发、形成水蒸气。
进一步地，步骤S2中，所述蒸汽蓄能器输出的蒸汽经蒸汽加热器加热后被输送至所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机中。
进一步地，步骤S2中，所述余热锅炉向所述蒸汽蓄能器输出的主蒸汽的压力为0.3～2MPa。
进一步地，步骤S3中，所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机的抽汽压力为0.2～0.6MPa。
本发明的有益效果如下：本发明提供了一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统及相应的方法，包括余热锅炉、蒸汽蓄能器、蒸汽加热器、低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机、凝汽器、凝结水泵、水处理站、给水泵，以及相应的蒸汽驱动用户、制冷用户和供热用户。该系统可以利用工业余热产生低压饱和蒸汽，并将低压饱和蒸汽连续稳定地送入低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机内做功，输出高品质的电能；同时，通过可调抽汽获取做功后的低压蒸汽，供给驱动、制冷及供热用户使用。由此，可以大大提高蒸汽资源的利用率，并且一年四季均可运行，从而增加企业自发电量，并实现了低压饱和蒸汽的电热冷联供目的，有效地降低了成本、提高了产能。
附图说明
图1为实施例1所述的一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统的结构示意图；
图2为实施例2所述的一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供方法的流程图；
图3为应用实例中工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统的运行状态图。
具体实施方式
下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1提供了一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统，包括依次连接的工业余热回收子系统、管路稳压子系统、低压饱和蒸汽抽凝发电子系统以及供热-制冷-蒸汽驱动联供子系统；
工业余热回收子系统包括依次连接的水处理站1、给水泵2以及余热锅炉3，用于收集产生的蒸汽和冷凝水、并向管路稳压子系统输出高压蒸汽；
管路稳压子系统包括与余热锅炉3连接的蒸汽蓄能器4，用于接收高压蒸汽、并向低压饱和蒸汽抽凝发电子系统输出压力和流量稳定的蒸汽；
低压饱和蒸汽抽凝发电子系统包括依次连接的低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机5、凝汽器6、凝结水泵7以及发电机8，用于接收并利用压力和流量稳定的蒸汽输出电能、同时向供热-制冷-蒸汽驱动联供子系统输出低压蒸汽；
供热-制冷-蒸汽驱动联供子系统包括分别与低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机5连接的蒸汽驱动用户9、制冷用户10以及供热用户11，用于利用低压蒸汽实现蒸汽驱动、供热及制冷。
低压饱和蒸汽抽凝发电子系统还包括蒸汽加热器12，蒸汽加热器12的输入端和输出端分别与蒸汽蓄能器4以及低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机5连接。
为满足汽轮机安全稳定运行的要求，可以在低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机5的主气阀前设置蒸汽加热器12、对蒸汽蓄能器4输出的蒸汽进行加热，可以减少饱和蒸汽中因压力损失析出的少量水分，以保证汽轮机安全稳定运行时对蒸汽干度的要求。
余热锅炉3向蒸汽蓄能器4输出的主蒸汽的压力为0.3～2MPa。
低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机5的抽汽压力为0.2～0.6MPa。抽气方式采用内置可调式，可根据驱动、制冷或供热用户的需求自动调节抽气量，满足相应用户的需求，从而实现低压饱和蒸汽的梯级利用。
本实施例提供了一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供系统，可以利用工业余热产生低压饱和蒸汽，并将低压饱和蒸汽连续稳定地送入低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机内做功，输出高品质的电能；同时，通过可调抽汽获取做功后的低压蒸汽，供给驱动、制冷及供热用户使用。由此，可以大大提高蒸汽资源的利用率，并且一年四季均可运行，从而增加企业自发电量，并实现了低压饱和蒸汽的电热冷联供目的，有效地降低了成本、提高了产能。
实施例2
如图1所示，本发明实施例2提供了一种应用上述工艺系统的工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供方法，包括如下步骤：
S1：水处理站1对凝结水进行处理后，经过给水泵2进行升压，并输送到余热锅炉3中；余热锅炉3内的汽包达到运行压力(针对不同规格型号的汽包，可通过查阅设计说明书获得)后，向蒸汽蓄能器4输送高温高压蒸汽；
S2：蒸汽蓄能器4接收来自余热锅炉3的高温高压蒸汽，并向低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机5输出压力和流量稳定的蒸汽；
S3：低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机5利用进入的蒸汽做功、通过发电机8输出电能，同时将低压蒸汽输出给蒸汽驱动用户9、制冷用户10以及供热用户11，用来供给蒸汽驱动、供热以及制冷。
步骤S2的方法具体如下：
当产汽高峰时，蒸汽蓄能器4内的存水在多余的蒸汽的加热下，热焓值升高到与进入蒸汽蓄能器4的主蒸汽的压力相对应的热焓值(可以通过查询饱和蒸汽压力-焓值表获得)，同时蒸汽凝结成水、汇入到存水中；
当产汽低谷时，蒸汽蓄能器4内压力下降，使得部分存水蒸发、形成水蒸气，以弥补产汽的不足，从而保证连续稳定地向发电机组供气。
步骤S2中，蒸汽蓄能器4输出的蒸汽经蒸汽加热器12加热后被输送至低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机5中。
蒸汽湿度会降低汽轮机效率，制约了汽轮机排气背压的降低，严重时会使汽轮机叶片水蚀、造成汽轮机损坏。长期的设计和运行时间经验已证明，蒸汽湿度随着压力的降低而迅速增大，而蒸汽湿度越大、水蚀现象也越严重。因此，通过蒸汽加热器12对蒸汽进行加热，以便控制汽轮机末级蒸汽的最大湿度不超过12％。
步骤S2中，余热锅炉3向蒸汽蓄能器4输出的主蒸汽的压力为0.3～2MPa。
步骤S3中，低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机5的抽汽压力为0.2～0.6MPa。
应用实例
应用上述系统和方法对某厂区产生的循环冷却水进行处理。如图2所示，水处理站接收初始水温为45.8℃的待处理的水并进行处理，处理后的水(水温不变)经给水泵2升压至1.2MPa、然后输送至内部实时温度为187.96℃的余热锅炉3中，加热后输出1.1MPa、184.06℃的主蒸汽至蒸汽蓄能器4，经蒸汽蓄能器4处理后输出0.9MPa、175.36℃的蒸汽，此时为满足汽轮机对蒸汽干度的要求，可以通过蒸汽加热器12进行加热，输出的蒸汽压力不变、温度升高至185.36℃(即保证进入汽轮机的蒸汽为微过热蒸汽，过热度约10℃)，抽凝式低压饱和蒸汽汽轮机5利用上述蒸汽做功、并通过发电机8输出电能，同时通过汽轮机的可调抽汽将压力为0.4MPa、对应温度为151.84℃的蒸汽输送至蒸汽驱动用户9、制冷用户10以及供热用户11，剩余的蒸汽在汽轮机内继续做功，待蒸汽压力降低至0.007MPa、45.8℃，进入凝汽器6凝结成水，最后再由凝结水泵7输送给水处理站进行处理。由此，即完成了上述方法的一个完整的循环，从而实现了低压饱和蒸汽热电冷联供循环，并实现水资源利用的最大化。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统，其特征在于，包括依次连接的工业余热回收子系统、管路稳压子系统、低压饱和蒸汽抽凝发电子系统以及供热-制冷-蒸汽驱动联供子系统；
所述工业余热回收子系统包括依次连接的水处理站(1)、给水泵(2)以及余热锅炉(3)，用于收集产生的蒸汽和冷凝水、并向所述管路稳压子系统输出高压蒸汽；
所述管路稳压子系统包括与所述余热锅炉(3)连接的蒸汽蓄能器(4)，用于接收所述高压蒸汽、并向所述低压饱和蒸汽抽凝发电子系统输出压力和流量稳定的蒸汽；
所述低压饱和蒸汽抽凝发电子系统包括依次连接的低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机(5)、凝汽器(6)、凝结水泵(7)以及发电机(8)，用于接收并利用所述压力和流量稳定的蒸汽输出电能、同时向所述供热-制冷-蒸汽驱动联供子系统输出低压蒸汽；
所述供热-制冷-蒸汽驱动联供子系统包括分别与所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机(5)连接的蒸汽驱动用户(9)、制冷用户(10)以及供热用户(11)，用于利用所述低压蒸汽实现蒸汽驱动、供热及制冷。
2.如权利要求1所述的工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统，其特征在于，所述低压饱和蒸汽抽凝发电子系统还包括蒸汽加热器(12)，所述蒸汽加热器(12)的输入端和输出端分别与所述蒸汽蓄能器(4)以及所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机(5)连接。
3.如权利要求1或2所述的工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统，其特征在于，所述余热锅炉(3)向所述蒸汽蓄能器(4)输出的主蒸汽的压力为0.3～2MPa。
4.如权利要求1或2所述的工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供工艺系统，其特征在于，所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机(5)的抽汽压力为0.2～0.6MPa。
5.一种工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：水处理站(1)对凝结水进行处理后，经过给水泵(2)进行升压，并输送到余热锅炉(3)中；余热锅炉(3)内的汽包达到运行压力后，向蒸汽蓄能器(4)输送高温高压蒸汽；
S2：蒸汽蓄能器(4)接收来自所述余热锅炉(3)的高温高压蒸汽，并向低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机(5)输出压力和流量稳定的蒸汽；
S3：所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机(5)利用进入的蒸汽做功、通过发电机(8)输出电能，同时将低压蒸汽输出给蒸汽驱动用户(9)、制冷用户(10)以及供热用户(11)，用来供给蒸汽驱动、供热以及制冷。
6.如权利要求5所述的工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供方法，其特征在于，步骤S2的方法具体如下：
当产汽高峰时，所述蒸汽蓄能器(4)内的存水在多余的蒸汽的加热下，热焓值升高到与进入所述蒸汽蓄能器(4)的主蒸汽的压力相对应的热焓值，同时所述蒸汽凝结成水、汇入到所述存水中；
当产汽低谷时，所述蒸汽蓄能器(4)内压力下降，导致部分所述存水蒸发、形成水蒸气。
7.如权利要求5所述的工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供方法，其特征在于，步骤S2中，所述蒸汽蓄能器(4)输出的蒸汽经蒸汽加热器(12)加热后被输送至所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机(5)中。
8.如权利要求5～7中任一项所述的工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供方法，其特征在于，步骤S2中，所述余热锅炉(3)向所述蒸汽蓄能器(4)输出的主蒸汽的压力为0.3～2MPa。
9.如权利要求5～7中任一项所述的工业余热低压饱和蒸汽热电冷联供方法，其特征在于，步骤S3中，所述低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机(5)的抽汽压力为0.2～0.6MPa。
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