CN110455088A - 一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置及方法 - Google Patents

一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及干熄焦余热供暖技术，特别是一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置及方法，其特征是：在干熄焦锅炉内，从锅炉烟气出口端到锅炉烟气入口端依次从下到上分布有给水预热器、高压省煤器、鳍片管蒸发器、光管蒸发器、低温过热器、高温过热器；其中，鳍片管蒸发器和光管蒸发器的进管路和出口管路通过锅炉集箱连接锅炉汽包的两个对应出口管路和进管路；高压省煤器和低温过热器的进管路或出口管路通过锅炉集箱连接锅炉汽包的两个对应出口管路或进管路；低温过热器出口管和高温过热器入口管相连接；高温过热器出口管与干熄焦锅炉外侧的汽轮机入口相连接。它实现干熄焦超高温超高压发电系统的低温余热再利用，进一步提高干熄焦余热利用系统的能源利用效率。

Description

一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置及 方法
技术领域
本发明涉及干熄焦余热供暖技术，特别是一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置及方法。
背景技术
经过近20年的快速发展，我国钢铁行业造成的环境、能耗、污染等问题突出，已成为我国资源消耗和污染排放的重点行业，占全国工业总能耗的25%以上，严重制约了我国钢铁工业的可持续发展潜力。
干熄焦余热发电技术可回收约83%的红焦显热、减少大气污染、提高焦炭质量、优化高炉生产，是钢铁行业中的节能环保型工艺系统。干熄焦余热发电是指采用干熄焦余热锅炉吸收干熄焦系统惰性循环烟气的热量产生蒸汽，然后进入汽轮机将热能转化为动能从而拖动发电机产生电能的工艺系统。干熄焦余热发电系统最终将红焦显热能转换为电能，能显著降低焦化、钢铁企业的电耗，并能带来很大的经济效益。
目前，在干熄焦发电工艺中，干熄焦锅炉产生超高温超高压蒸汽（蒸汽压力9.81MPa，蒸汽温度540℃）或超高温超高压（蒸汽压力17.6MPa，蒸汽温度571℃）蒸汽来发电，配套的是超高温超高压汽轮发电机组或超高温超高温汽轮发电机组。当汽轮发电机组采用凝气式汽轮机组时，凝汽器乏汽的热量会被循环冷却水带走，造成冷源损失。此时汽轮机的排汽压力和温度都很低（一般为4.9kPa，对应的饱和温度为32.51℃），带走的热量却非常大，若不加以利用，会造成能源的大量浪费，降低发电系统的能源利用率。
发明内容
本发明的目的是提供一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组低真空余热供暖装置，以便实现干熄焦超高温超高压发电系统的低温余热再利用，进一步提高干熄焦余热利用系统的能源利用效率。
本发明的目的是这样实现的，一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置，至少包括：锅炉汽包、干熄焦锅炉、锅炉给水泵、除氧器、凝结水泵、锅炉集箱、汽轮机、发电机、凝汽器、冷却循环水泵、冷却塔、供暖循环水泵、调峰汽水换热器、供暖用户、冷却循环水切换阀门、给水预热器、高压省煤器、鳍片管蒸发器、光管蒸发器、低温过热器、高温过热器；其特征是：在干熄焦锅炉内，从锅炉烟气出口端到锅炉烟气入口端依次从下到上分布有给水预热器、高压省煤器、鳍片管蒸发器、光管蒸发器、低温过热器、高温过热器；其中，鳍片管蒸发器和光管蒸发器的进管路和出口管路通过锅炉集箱连接锅炉汽包的两个对应出口管路和进管路；高压省煤器和低温过热器的进管路或出口管路通过锅炉集箱连接锅炉汽包的两个对应出口管路或进管路；低温过热器出口管和高温过热器入口管相连接；高温过热器出口管与干熄焦锅炉外侧的汽轮机入口相连接；所述的给水预热器入水口与凝汽器出水口相通，给水预热器出水口通过串接的除氧器和锅炉给水泵与高压省煤器入口端相通；所述的汽轮机与发电机连接；所述的凝汽器与低真空余热供暖单元连接。
所述的低真空余热供暖单元包括冷却循环水泵、冷却塔、供暖循环水泵、调峰汽水换热器、供暖用户；所述的冷却循环水泵和冷却塔为一个闭环连接，其外接口通过冷却循环水切换阀门与凝汽器连接；供暖循环水泵、调峰汽水换热器和供暖用户为一个闭环组，其外接口也通过冷却循环水切换阀门与凝汽器连接。
所述的供暖循环水泵为并联连接，一方面可以备用，另一方面可以增加容量。
所述的供暖循环水泵入口端连接有补水管，以补充供暖循环系统水的不足；补水管采用化学除盐水补水，以防止凝汽器铜管结垢和腐蚀，影响传热效果。
所述的调峰汽水换热器换热输出端并联连接供暖用户和凝汽器出口；所述的调峰汽水换热器换热入口端一端连接厂区蒸汽源，一端连接凝结水池。
一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖方法，在凝汽器出口入口连接干熄焦锅炉烟气单元和干熄焦锅炉汽水单元；在凝汽器出口设置冷却循环水切换阀门，冷却循环水切换阀门为双路四管制切换；达到夏季和冬季切换工作方式：
（1）夏季运行工况时，汽轮机和凝汽器组采用正常纯凝汽工况运行，其排汽压力4.9kPa，排汽温度为32.51℃；循环冷却水为冷却塔回路，经冷却塔降温后的循环冷却水返回至凝汽器，完成夏季冷却水循环；
（2）冬季运行工况，凝汽式汽轮机组调整为低真空运行工况，其排汽压力30kPa，排汽温度为69.12℃；工业供暖用户返回的45℃的供暖回水返回至凝汽器，与凝汽器内的乏汽通过调峰汽水换热器换热，温度升高至60℃去工业供暖用户，实现集中供暖，完成冬季冷却水循环；冬、夏季两套系统用阀门可以快速切换。
所述的干熄焦锅炉烟气单元吸收红焦显热的高温惰性循环烟气从干熄炉出来经一次除尘器除去粗颗粒焦粉从锅炉入口进入，垂直向下依次流经高温过热器、蒸汽再热器、低温过热器、光管蒸发器、鳍片管蒸发器、高压省煤器、低压蒸发器和给水预热器，最后从锅炉底部引出，返回干熄焦锅炉，完成干熄焦锅炉烟气单元循环。
所述的干熄焦锅炉汽水单元连接的凝汽器的乏汽与通过调峰汽水换热器换热，其凝结水通过凝结水泵进入干熄焦锅炉的给水预热器升温后，进入除氧器，再经锅炉给水泵加压后，依次通过高压省煤器、鳍片管蒸发器、光管蒸发器、低温过热器和高温过热器与循环烟气换热后，产生压力为17.6MPa、温度为571℃的超高温超高压蒸汽，进入汽轮发电机组进行发电。
本发明的优点是：
本发明在干熄焦超高温超高压余热发电系统中，凝汽器壳体、门板和门板法兰进行加固设计，在冬季供暖期，超高温超高压汽轮发电机组调整为低真空运行，实现对厂区工业建筑的集中供暖需求。与现有技术相比：
（1）为厂区工业建筑提供集中供暖热源，进一步提高了干熄焦超高温超高压余热发电系统的能源利用效率（凝汽式汽轮机热效率由40%提高到90%），节省了厂区采暖用汽消耗量，间接的节约了燃煤消耗量，从而降低了SOx和NOx的排放量，具有显著的节能和环保效益，取得了发电和供暖的双重经济效益。
（2）该系统设有调峰汽-水换热器作为备用热源，在供暖严寒期或汽轮发电机组发生故障时，供暖系统通过调峰汽-水换热器能保证供暖系统的稳定运行，调峰汽水换热器的热源来自钢铁厂或焦化厂区内就近的低压余热蒸汽。
（3）本采用干熄焦超高温超高压蒸汽发电系统，与常规的超高温超高压发电相比，发电效率能提高3%。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例结构示意图。
附图：1、锅炉汽包；2、干熄焦锅炉；3、锅炉给水泵；4、除氧器、5、凝结水泵；6、锅炉集箱；7、汽轮机；8、发电机；9、凝汽器；10、冷却循环水泵；11、冷却塔；12、供暖循环水泵；13、调峰汽水换热器；14、供暖用户；15、冷却循环水切换阀门；16、给水预热器；17、高压省煤器；18、鳍片管蒸发器；19、光管蒸发器；20、低温过热器；21、高温过热器。
具体实施方式
如图1所示，一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置，包括：锅炉汽包1、干熄焦锅炉2、锅炉给水泵3、除氧器4、凝结水泵5、锅炉集箱6、汽轮机7、发电机8、凝汽器9、冷却循环水泵10、冷却塔11、供暖循环水泵12、调峰汽水换热器13、供暖用户14、冷却循环水切换阀门15、给水预热器16、高压省煤器17、鳍片管蒸发器18、光管蒸发器19、低温过热器20、高温过热器21；其特征是：在干熄焦锅炉2内，从锅炉烟气出口端到锅炉烟气入口端依次从下到上分布有给水预热器16、高压省煤器17、鳍片管蒸发器18、光管蒸发器19、低温过热器20、高温过热器21；其中，鳍片管蒸发器18和光管蒸发器19的进管路和出口管路通过锅炉集箱6连接锅炉汽包1的两个对应出口管路和进管路；高压省煤器17和低温过热器20的进管路或出口管路通过锅炉集箱6连接锅炉汽包1的两个对应出口管路或进管路；低温过热器20出口管和高温过热器21入口管相连接；高温过热器21出口管与干熄焦锅炉2外侧的汽轮机7入口相连接；所述的给水预热器16入水口与凝汽器9出水口相通，给水预热器16出水口通过串接的除氧器4和锅炉给水泵3与高压省煤器17入口端相通；所述的汽轮机7与发电机8连接；所述的凝汽器9与低真空余热供暖单元连接。
所述的低真空余热供暖单元冷却循环水泵10、冷却塔11、供暖循环水泵12、调峰汽水换热器13、供暖用户14；所述的冷却循环水泵10和冷却塔11为一个闭环连接，其外接口通过冷却循环水切换阀门15与凝汽器9连接；供暖循环水泵12、调峰汽水换热器13和供暖用户14为一个闭环组，其外接口也通过冷却循环水切换阀门15与凝汽器9连接。
所述的供暖循环水泵12为并联连接，一方面可以备用，另一方面可以增加容量。
所述的供暖循环水泵12入口端连接有补水管，以补充供暖循环系统水的不足；补水管采用化学除盐水补水，以防止凝汽器铜管结垢和腐蚀，影响传热效果。
所述的调峰汽水换热器13换热输出端并联连接供暖用户14和凝汽器9出口；所述的调峰汽水换热器13换热入口端一端连接厂区蒸汽源，一端连接凝结水池。
本发明的工作原理：为实现冬季供暖和夏季去冷却塔的两种循环方式，本发明在凝汽器9出口设置冷却循环水切换阀门15，冷却循环水切换阀门15为双路四管制切换；达到夏季和冬季切换工作方式：
（1）夏季运行工况时，汽轮机7和凝汽器9组采用正常纯凝汽工况运行，其排汽压力4.9kPa，排汽温度为32.51℃。循环冷却水为冷却塔回路，经冷却塔降温后的循环冷却水返回至凝汽器9，完成夏季冷却水循环；
（2）冬季运行工况，凝汽式汽轮机组调整为低真空运行工况，其排汽压力30kPa，排汽温度为69.12℃。工业供暖用户14返回的45℃的供暖回水返回至凝汽器9，与凝汽器9内的乏汽通过调峰汽水换热器13换热，温度升高至60℃去工业供暖用户，实现集中供暖，完成冬季冷却水循环。冬、夏季两套系统用阀门可以快速切换。
干熄焦双超凝汽式发电机组低真空余热供暖装置其它部分系统的介绍如下：
本发明中有两大系统，一是干熄焦锅炉烟气单元，二是干熄焦锅炉汽水单元；干熄焦锅炉烟气单元吸收红焦显热的高温惰性循环烟气从干熄炉出来经一次除尘器除去粗颗粒焦粉从锅炉入口进入，垂直向下依次流经高温过热器21、蒸汽再热器、低温过热器20、光管蒸发器19、鳍片管蒸发器18、高压省煤器17、低压蒸发器和给水预热器16，最后从锅炉底部引出，返回干熄焦锅炉2，完成干熄焦锅炉烟气单元循环。
干熄焦锅炉汽水单元凝汽器9的乏汽与通过调峰汽水换热器13换热，其凝结水通过凝结水泵5进入干熄焦（余热）锅炉2的给水预热器16升温后，进入除氧器4，再经锅炉给水泵3加压后，依次通过高压省煤器17、鳍片管蒸发器18、光管蒸发器19、低温过热器20和高温过热器21与循环烟气换热后，产生压力为17.6MPa、温度为571℃的超高温超高压蒸汽，进入汽轮发电机组进行发电。
任何时候必须保证凝汽器水侧承压不超过0.4MPa，温度不高于45℃。故在冷却循环水回水管道上设置超压、超温报警装置，并在凝汽器排汽口增设除盐水喷水装置，防止超温。
在干熄焦超高温超高压凝汽式发电系统中，冬季运行工况时，凝汽式汽轮机在低真空运行时，汽轮机排汽压力由4.9kPa提高到30kPa，对应的乏汽排汽饱和温度由32.51℃提高到69.12℃，满足冬季工业用户的供暖需求。为了实现凝汽器的低真空运行，满足循环水采用直接供暖的条件，在设计凝汽器壳体、门板和门板法兰时，使其承压能满足供暖补水点压力的要求，一般设计承压能力应达到0.4MPa。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (8)

1.一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置，至少包括：锅炉汽包(1)、干熄焦锅炉(2)、锅炉给水泵(3)、除氧器(4)、凝结水泵(5)、锅炉集箱(6)、汽轮机(7)、发电机(8)、凝汽器(9)、冷却循环水泵(10)、冷却塔(11)、供暖循环水泵(12)、调峰汽水换热器(13)、供暖用户(14)、冷却循环水切换阀门(15)、给水预热器(16)、高压省煤器(17)、鳍片管蒸发器(18)、光管蒸发器(19)、低温过热器(20)、高温过热器(21)；其特征是：在干熄焦锅炉(2)内，从锅炉烟气出口端到锅炉烟气入口端依次从下到上分布有给水预热器(16)、高压省煤器(17)、鳍片管蒸发器(18)、光管蒸发器(19)、低温过热器(20)、高温过热器(21)；其中，鳍片管蒸发器(18)和光管蒸发器(19)的进管路和出口管路通过锅炉集箱(6)连接锅炉汽包(1)的两个对应出口管路和进管路；高压省煤器(17)和低温过热器(20)的进管路或出口管路通过锅炉集箱(6)连接锅炉汽包(1)的两个对应出口管路或进管路；低温过热器(20)出口管和高温过热器(21)入口管相连接；高温过热器(21)出口管与干熄焦锅炉(2)外侧的汽轮机(7)入口相连接；所述的给水预热器(16)入水口与凝汽器(9)出水口相通，给水预热器(16)出水口通过串接的除氧器(4)和锅炉给水泵(3)与高压省煤器(17)入口端相通；所述的汽轮机(7)与发电机(8)连接；所述的凝汽器(9)与低真空余热供暖单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置，其特征是：所述的低真空余热供暖单元包括冷却循环水泵（10）、冷却塔（11）、供暖循环水泵（12）、调峰汽水换热器（13）、供暖用户（14）；所述的冷却循环水泵（10）和冷却塔（11）为一个闭环连接，其外接口通过冷却循环水切换阀门（15）与凝汽器（9）连接；供暖循环水泵（12）、调峰汽水换热器（13）和供暖用户（14）为一个闭环组，其外接口也通过冷却循环水切换阀门（15）与凝汽器（9）连接。
3.根据权利要求1所述的一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置，其特征是：所述的供暖循环水泵（12）为并联连接，一方面可以备用，另一方面可以增加容量。
4.根据权利要求1所述的一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置，其特征是：所述的供暖循环水泵（12）入口端连接有补水管，以补充供暖循环系统水的不足；补水管采用化学除盐水补水，以防止凝汽器铜管结垢和腐蚀，影响传热效果。
5.根据权利要求1所述的一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖装置，其特征是：所述的调峰汽水换热器（13）换热输出端并联连接供暖用户（14）和凝汽器（9）出口；所述的调峰汽水换热器（13）换热入口端一端连接厂区蒸汽源，一端连接凝结水池。
6.一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖方法，在凝汽器出口入口连接干熄焦锅炉烟气单元和干熄焦锅炉汽水单元；在凝汽器出口设置冷却循环水切换阀门，冷却循环水切换阀门为双路四管制切换；达到夏季和冬季切换工作方式：
（1）夏季运行工况时，汽轮机和凝汽器组采用正常纯凝汽工况运行，其排汽压力4.9kPa，排汽温度为32.51℃；循环冷却水为冷却塔回路，经冷却塔降温后的循环冷却水返回至凝汽器，完成夏季冷却水循环；
（2）冬季运行工况，凝汽式汽轮机组调整为低真空运行工况，其排汽压力30kPa，排汽温度为69.12℃；工业供暖用户返回的45℃的供暖回水返回至凝汽器，与凝汽器内的乏汽通过调峰汽水换热器换热，温度升高至60℃去工业供暖用户，实现集中供暖，完成冬季冷却水循环；冬、夏季两套系统用阀门可以快速切换。
7.根据权利要求6所述的一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖方法，其特征是：所述的干熄焦锅炉烟气单元吸收红焦显热的高温惰性循环烟气从干熄炉出来经一次除尘器除去粗颗粒焦粉从锅炉入口进入，垂直向下依次流经高温过热器、蒸汽再热器、低温过热器、光管蒸发器、鳍片管蒸发器、高压省煤器、低压蒸发器和给水预热器，最后从锅炉底部引出，返回干熄焦锅炉，完成干熄焦锅炉烟气单元循环。
8.根据权利要求6所述的一种干熄焦超高温超高压凝气式发电机组余热供暖方法，其特征是：所述的干熄焦锅炉汽水单元连接的凝汽器的乏汽与通过调峰汽水换热器换热，其凝结水通过凝结水泵进入干熄焦锅炉的给水预热器升温后，进入除氧器，再经锅炉给水泵加压后，依次通过高压省煤器、鳍片管蒸发器、光管蒸发器、低温过热器和高温过热器与循环烟气换热后，产生压力为17.6MPa、温度为571℃的超高温超高压蒸汽，进入汽轮发电机组进行发电。
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