CN111577402A - 高炉煤气储能发电循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高炉煤气储能发电循环系统，属于钢铁企业能源利用技术领域，包括燃气锅炉、发电机组和储能机组；储能机组包括余热锅炉和熔融盐电加热炉，余热锅炉借助高温熔盐介质产生高温高压蒸汽；当高炉煤气充足时，发电机组借助燃气锅炉产生的高温高压蒸汽发电，发电机组满足用户需求外，多余电量供给熔融盐电加热炉，使电能转化为热能储存在高温熔盐介质中；当高炉煤气不足时，发电机组借助燃气锅炉和余热锅炉产生的高温高压蒸汽共同发电，维持主蒸汽管网压力。本发明在钢铁企业各工序非同步停限产时减小因高炉煤气波动、下游电力负荷波动造成的机组降负荷调整，避免出现高炉煤气放散，提高钢铁企业能源利用效率，降低企业生产经营成本。

Description

高炉煤气储能发电循环系统
技术领域
本发明属于钢铁企业能源利用技术领域，更具体地说，是涉及一种高炉煤气储能发电循环系统。
背景技术
在目前的钢铁行业中，大部分钢铁联合企业都配套建设有自备电厂，利用高炉、焦炉富余煤气进行发电，提高能源效率，降低生产经营成本。随着近几年环保形势的日益严峻，钢铁企业各工序的频繁非同步停限产已日渐常态化，加上国家电力政策明令禁止企业自备电厂发电上网，原有的煤气、电力、蒸汽等能源介质平衡已日渐不适用当前的生产模式变化，在企业各工序非同步停限产阶段会经常出现煤气充足而下游电力负荷不足，为了避免出现自备发电上网，机组不得不降低负荷，从而导致煤气出现放散现象，浪费了能源，降低了企业的自发电率，另外发电机组频繁的调整负荷操作，也会降低机组的使用寿命，提高钢铁企业的生产经营成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高炉煤气储能发电循环系统，旨在解决高炉煤气充足时导致的浪费以及高炉煤气不足时造成的发电管网波动的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种高炉煤气储能发电循环系统，包括：燃气锅炉、发电机组和储能机组，所述燃气锅炉用于利用高炉炼铁生产的高炉煤气燃烧加热，产生高温高压蒸汽；发电机组借助所述燃气锅炉产生的高温高压蒸汽发电；储能机组包括余热锅炉和熔融盐电加热炉，所述熔融盐电加热炉和所述余热锅炉之间设有用于热量交换的高温熔盐介质管道和低温熔盐介质管道；所述余热锅炉借助高温熔盐介质产生高温高压蒸汽；当高炉煤气充足时，所述发电机组借助所述燃气锅炉产生的高温高压蒸汽发电，所述发电机组产生的电量满足用户需求外，多余电量供给所述熔融盐电加热炉加热，使电能转化为热能储存在高温熔盐介质中；当高炉煤气不足时，所述发电机组借助所述燃气锅炉产生的高温高压蒸汽和所述余热锅炉产生的高温高压蒸汽共同发电，维持主蒸汽管网压力，满足用户用电需求。
作为本申请另一实施例，所述发电机组包括：汽轮机、发电机、凝汽器和除氧器，所述汽轮机借助所述燃气锅炉产生和/或所述余热锅炉产生的高温高压蒸汽高速旋转；所述发电机与所述汽轮机同步旋转发电；所述凝汽器与所述汽轮机连通，用于将经所述汽轮机做功完成后的蒸汽冷凝成水；所述除氧器与所述凝汽器连通，用于除去冷凝水中的溶解氧，并通过给水泵将水送入所述燃气锅炉和所述余热锅炉循环利用。
作为本申请另一实施例，所述除氧器与所述凝汽器之间的连通管道上设有凝结泵，所述凝结泵用于将所述凝汽器内的冷凝水送入所述除氧器。
作为本申请另一实施例，所述除氧器与所述燃气锅炉之间的连通管道上设有电控阀，所述除氧器与所述余热锅炉之间的连通管道上设有电控阀。
作为本申请另一实施例，所述燃气锅炉与所述汽轮机之间的连通管道上设有电控阀和压力传感器。
作为本申请另一实施例，所述余热锅炉与所述汽轮机之间的连通管道上设有电控阀。
作为本申请另一实施例，所述熔融盐电加热炉和所述余热锅炉之间的所述高温熔盐介质管道上设有熔盐循环泵和电控阀。
作为本申请另一实施例，所述熔融盐电加热炉内的高温熔盐介质的温度在600℃至750℃之间。
作为本申请另一实施例，还设有用于向所述燃气锅炉和所述余热锅炉供水的供水箱。
本发明提供的高炉煤气储能发电循环系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明高炉煤气储能发电循环系统，增加了熔融盐电加热炉储能机组，当下游电力(用户)负荷小、高炉煤气充裕时，将发电机组产生的多余电量送至熔融盐加热炉以热能的形式储存起来，可维持发电机组不因并网站反送电而降低发电机组的发电量，也即在高炉煤气充足时，通过将多余电量以热能储存的形式，避免发电上网，也避免了高炉煤气放散导致的能源浪费现象；当下游电力负荷恢复常态，高炉煤气出现不足时，可通过高温熔盐介质加热余热锅炉产生高温高压蒸汽，将熔融盐电加热炉内高温熔盐介质储存的热能释放出来，补充燃气锅炉产汽量的不足，从而减小因煤气不足导致的机组降负荷量，维持发电机组高效稳定运行，也避免了发电机组频繁的调整负荷操作导致发电机组的使用寿命降低，提高钢铁企业的生产经营成本。
本发明的有益效果在于：在钢铁企业各工序非同步停限产时期减小因高炉煤气波动、下游电力负荷波动造成的机组降负荷调整，避免出现高炉煤气放散，提高钢铁企业能源利用效率，降低企业生产经营成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例提供的高炉煤气储能发电循环系统的结构示意图。
图中：1、燃气锅炉；2、给水泵；3、除氧器；4、凝结泵；5、凝汽器；6、升压站；7、熔融盐电加热炉；8、高温熔盐介质管道；9、低温熔盐介质管道；10、余热锅炉；11、发电机；12、汽轮机；13、电控阀。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，现对本发明提供的高炉煤气储能发电循环系统进行说明。所述高炉煤气储能发电循环系统，包括燃气锅炉1、发电机组和储能机组，所述燃气锅炉1用于利用高炉炼铁产生的高炉煤气燃烧加热，产生高温高压蒸汽；发电机组借助所述燃气锅炉1产生的高温高压蒸汽发电；储能机组包括余热锅炉10和熔融盐电加热炉7，所述熔融盐电加热炉7和所述余热锅炉10之间设有用于热量交换的高温熔盐介质管道8和低温熔盐介质管道9；所述余热锅炉10借助高温熔盐介质产生高温高压蒸汽；当高炉煤气充足时，所述发电机组借助所述燃气锅炉1产生的高温高压蒸汽发电，所述发电机组产生的电量满足用户需求外，多余电量供给所述熔融盐电加热炉7加热，使电能转化为热能储存在高温熔盐介质中；当高炉煤气不足时，所述发电机组借助所述燃气锅炉1产生的高温高压蒸汽和所述余热锅炉10产生的高温高压蒸汽共同发电，维持主蒸汽管网压力，满足用户用电需求。
本发明提供的高炉煤气储能发电循环系统，与现有技术相比，增加了熔融盐电加热炉7储能机组，当下游电力(用户)负荷小、高炉煤气充裕时，将发电机组产生的多余电量送至熔融盐加热炉以热能的形式储存起来，可维持发电机组不因并网站反送电而降低发电机组的发电量，也即在高炉煤气充足时，通过将多余电量以热能储存的形式，避免发电上网，也避免了高炉煤气放散导致的能源浪费现象；当下游电力负荷恢复常态，高炉煤气出现不足时，可通过高温熔盐介质加热余热锅炉10产生高温高压蒸汽，将熔融盐电加热炉7内高温熔盐介质储存的热能释放出来，补充燃气锅炉1产汽量的不足，从而减小因煤气不足导致的机组降负荷量，维持发电机组高效稳定运行，也避免了发电机组频繁的调整负荷操作导致发电机组的使用寿命降低，提高钢铁企业的生产经营成本。
本发明储能发电循环利用过程如下：当高炉煤气压力高、下游电力负荷不满、发电机组电力富余(并网站出现反送电)时，开大熔融盐电加热炉7功率将低温熔盐介质(约600℃)加热为高温熔盐介质(约750℃)，能量储存在高温熔盐介质中，可避免发电机组因电网反送电而降负荷，避免煤气放散；当下游电力负荷恢复正常使用或负荷增大时，煤气管网压力低于8kPa，影响钢铁主工序生产时，燃气锅炉1减少高温煤气用量以维持煤气管网压力，主蒸汽压力会随之降低，当主蒸汽压力降至7MPa时，将高温熔盐介质引入余热锅炉10，加热给水产生部分高温高压蒸汽，补充到主蒸汽管道中，提高主蒸汽压力，进而使发电机组可以不降或少降发电功率，减小机组负荷波动幅度及频次，维持管网稳定。
本发明的有益效果在于：在钢铁企业各工序非同步停限产时期减小因高炉煤气波动、下游电力负荷波动造成的机组降负荷调整，避免出现高炉煤气放散，提高钢铁企业能源利用效率，降低企业生产经营成本。
其中，盐类熔化后形成的熔融体，例如碱金属、碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐的熔融体。熔盐是金属阳离子和非金属阴离子所组成的熔融体。将粉状的熔盐放入熔融糟，通过糟内安装的高压蒸汽加热管或电加热管进行加热融化，使整个系统成为流动可循环状态后，一直加热到糟内的熔盐的粘度可以用循环泵打循环，泵送到热载体炉进一步循环升温，达到可以使用的生产工艺温度。
作为本发明提供的高炉煤气储能发电循环系统的一种具体实施方式，请参阅图1，所述发电机组包括：汽轮机12、发电机11、凝汽器5和除氧器3，所述汽轮机12借助所述燃气锅炉1产生和/或所述余热锅炉10产生的高温高压蒸汽高速旋转；所述发电机11与所述汽轮机12同步旋转发电；所述凝汽器5与所述汽轮机12连通，用于将经所述汽轮机12做功完成后的蒸汽冷凝成水；所述除氧器3与所述凝汽器5连通，用于除去冷凝水中的溶解氧，并通过给水泵2将水送入所述燃气锅炉1和所述余热锅炉10循环利用。本实施例发电过程如下：钢铁企业炼铁(炼焦)产生的高炉(焦炉)煤气通过管道引入燃气锅炉1，在燃气锅炉1中燃烧，加热水产生的高温高压蒸汽(参数：9.8MPa，535℃)，进入汽轮机12内冲击汽轮机12叶片高速旋转，带动与汽轮机12同轴的发电机11同步旋转，产生电能，供用户使用(也即下游电力负荷)。在汽轮机12内做完功的蒸汽(又称乏汽)进入凝汽器5，在凝汽器5中冷凝成水，由凝结泵4打入除氧器3进行加热除去水中的溶解氧后，再用给水泵2打入燃气锅炉1进行下一次热力循环。本实施例中，发电机组不仅用于发电，释放热量后的蒸汽还能够回收利用，补入燃气锅炉1和余热锅炉10，循环利用，提高了能源的再利用效率，降低了废水外排造成的污染，降低了企业的经营运行成本。
其中，发电机11发出的电量需要经升压站9处理后才能供给用户使用。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述除氧器3与所述凝汽器5之间的连通管道上设有凝结泵4，所述凝结泵4用于将所述凝汽器5内的冷凝水送入所述除氧器3。所述除氧器3与所述凝汽器5之间的连通管道还设有电控阀13，便于控制流量大小，或进行连通通路的切断。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1，所述除氧器3与所述燃气锅炉1之间的连通管道上设有电控阀13，所述除氧器3与所述余热锅炉10之间的连通管道上设有电控阀13。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述燃气锅炉1与所述汽轮机12之间的连通管道上设有电控阀13和压力传感器。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述余热锅炉10与所述汽轮机12之间的连通管道上设有电控阀13。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述熔融盐电加热炉7和所述余热锅炉10之间的所述高温熔盐介质管道8上设有熔盐循环泵和电控阀。此处熔盐循环泵和电控阀在图中未示出。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述熔融盐电加热炉7内的高温熔盐介质的温度在600℃至750℃之间。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，还设有用于向所述燃气锅炉1和所述余热锅炉10供水的供水箱，或者燃气锅炉与余热锅炉与给水管网连通，用于在循环初始为燃气锅炉和余热锅炉加水，或者在循环过程中向燃气锅炉和余热锅炉内补水。其中供水箱在图中未示出。
本发明是在整个发电系统中增设熔融盐电加热炉7和余热锅炉10。熔融盐温度维持600℃至750℃，余热锅炉10通过高温熔盐介质管道8、低温熔盐介质管道9与熔盐电加热炉相连，形成换热回路，通过熔盐循环泵进行冷热工质对流。来自给水泵2的水与引自高温熔盐管道的高温熔融盐在余热锅炉10中通过换热管束交换热量，水温度升高进而蒸发形成高温高压蒸汽以补充燃气锅炉1产汽，熔盐释放显热与部分潜热后温度降至600℃左右，通过低温熔盐介质管道9回流至熔融盐电加热炉7重新加热升温。主蒸汽管道设置有压力开关，当因高炉煤气不足燃气锅炉1产汽降低，主蒸汽压力低于7.0MPa时，压力开关动作，余热锅炉10给水电控阀13、熔盐加热炉高低温熔盐管道上的电控阀13、熔盐循环泵自动开启，余热锅炉10自动投入。熔融盐电加热炉7设有温度开关，当炉内温度高于750℃时，温度开关动作，切断电加热炉电源；当炉内温度低于600℃时，电加热炉电源开关闭合，维持炉内熔盐温度600℃至750℃，防止熔盐凝固事故发生，同时降低系统日常能源消耗。
本文中的蒸汽管道也即燃气锅炉1与汽轮机12之间的连通管道，其中各执行部件之间的连通管道上设置电控阀13或其他形式阀门、设置压力表、温度传感器等其他仪器，是管道系统根据需要常规的设置，在本文附图没有进行标注或特别指明，不影响本实施例的正常循环使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.高炉煤气储能发电循环系统，其特征在于，包括；
燃气锅炉，所述燃气锅炉用于利用高炉炼铁生产的高炉煤气燃烧加热，产生高温高压蒸汽；
发电机组，借助所述燃气锅炉产生的高温高压蒸汽发电；
储能机组，包括余热锅炉和熔融盐电加热炉，所述熔融盐电加热炉和所述余热锅炉之间设有用于热量交换的高温熔盐介质管道和低温熔盐介质管道；所述余热锅炉借助高温熔盐介质加热产生高温高压蒸汽；
当高炉煤气充足时，所述发电机组借助所述燃气锅炉产生的高温高压蒸汽发电，所述发电机组产生的电量满足用户需求外，多余电量供给所述熔融盐电加热炉加热，使电能转化为热能储存在高温熔盐介质中；
当高炉煤气不足时，所述发电机组借助所述燃气锅炉产生的高温高压蒸汽和所述余热锅炉产生的高温高压蒸汽共同发电，维持主蒸汽管网压力，满足用户用电需求。
2.如权利要求1所述的高炉煤气储能发电循环系统，其特征在于，所述发电机组包括：
汽轮机，所述汽轮机借助所述燃气锅炉产生和/或所述余热锅炉产生的高温高压蒸汽高速旋转；
发电机，所述发电机与所述汽轮机同步旋转发电；
凝汽器，所述凝汽器与所述汽轮机连通，用于将经所述汽轮机做功完成后的蒸汽冷凝成水；
除氧器，所述除氧器与所述凝汽器连通，用于除去冷凝水中的溶解氧，并通过给水泵将水送入所述燃气锅炉和所述余热锅炉循环利用。
3.如权利要求2所述的高炉煤气储能发电循环系统，其特征在于，所述除氧器与所述凝汽器之间的连通管道上设有凝结泵，所述凝结泵用于将所述凝汽器内的冷凝水送入所述除氧器。
4.如权利要求2所述的高炉煤气储能发电循环系统，其特征在于，所述除氧器与所述燃气锅炉之间的连通管道上设有电控阀，所述除氧器与所述余热锅炉之间的连通管道上设有电控阀。
5.如权利要求2所述的高炉煤气储能发电循环系统，其特征在于，所述燃气锅炉与所述汽轮机之间的连通管道上设有电控阀和压力传感器。
6.如权利要求2所述的高炉煤气储能发电循环系统，其特征在于，所述余热锅炉与所述汽轮机之间的连通管道上设有电控阀。
7.如权利要求1所述的高炉煤气储能发电循环系统，其特征在于，所述熔融盐电加热炉和所述余热锅炉之间的所述高温熔盐介质管道上设有熔盐循环泵和电控阀。
8.如权利要求1所述的高炉煤气储能发电循环系统，其特征在于，所述熔融盐电加热炉内的高温熔盐介质的温度在600℃至750℃之间。
9.如权利要求1所述的高炉煤气储能发电循环系统，其特征在于，还设有用于向所述燃气锅炉和所述余热锅炉供水的供水箱。
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