CN111595143A - 用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统及其方法属于钛白粉加工生产技术领域。燃气轮机产出的电能通过并网柜送至母排；燃气轮机起动，调节阀门关闭，关断阀门全开，燃气轮机排出的烟气通过关断阀门和旁路烟囱排空；燃气轮机带速后，风机开启，干燥设备开始给料，配风装置打开，关断阀门逐渐关闭，调节阀门逐渐打开，干燥器中逐渐加大钛白粉湿料给料量，燃气轮机逐渐升负荷，补燃装置开启，钛白粉湿料变成粉态被布袋除尘器过滤捕捉回收，烟气经风机和烟囱排空，将钛白粉湿料干燥至合理含湿量的干料，并且达到理想的产量。钛白粉干燥与燃气轮机的结合，实现能量梯级利用，来同时满足节能和环保等多目标需求。

Description

用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统及其方法
技术领域
本发明专利属于钛白粉加工生产技术领域，具体涉及一种应用于钛白粉生产工艺干燥的结合燃气轮机热电联供的能量梯级利用系统。
背景技术
目前，我国正处于工业加速发展阶段，受经济形势影响，钛白粉市场呈现持续向好的局面，不过受环保趋严影响，小企业开工率较低。对钛白粉行业的节能环保改造迫在眉睫。
与传统的、单一功能的热风炉配风的钛白粉干燥系统相比，燃气轮机的切入是一种更加复杂的能量转换利用系统。它不是各种供、用能设备的简单叠加，而是一个通过系统集成将电力系统与热力系统有机地结合在一起，来同时满足能源和环境性能等多目标需求的复杂系统。其中系统中热利用部分占比较大，优化热利用系统显得关键而迫切。
钛白粉干燥过程中，受进料量、含水率、燃气情况、环境因素等的影响，干燥用热烟气的进气温度、进气量等需要及时响应该变化，为保证钛白粉质量，对系统的稳定性和可调节性提出了要求。
目前，国内使用的钛白粉干燥热源主要来自热风炉，天然气、煤、燃油在热风炉中燃烧产生高温烟气，再根据后续工艺对热量及烟气温度的需求进行配冷空气和补燃，配冷空气量大导致系统热效率低、经济效益差；单一的通过系统负压将冷空气吸入的配风方式简单而且滞后，可调节性差；电力来源全部依靠市政电网，依赖性大，受外界干扰能力弱。
发明内容
本发明的目的就是提供一种实现能量梯级利用的用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统及其方法。
本发明的技术解决方案是，
用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统，包括依次连接的干燥设备4、布袋除尘器5、风机6和烟囱7，还包括燃气轮机1、并网柜8、关断阀门9、旁路烟囱10和调节阀门2；其中，
a.燃气轮机1的发电机组经并网柜8连接至母排12；燃气轮机1的电功率为0-10000kW，并网电压400V-13.8kV；
b.燃气轮机1发电机组的烟气出口通过管道，一路经调节阀门2连接干燥设备4、风机6和烟囱7，另一路经关断阀门9连接旁路烟囱10；燃气轮机1的排烟温度200-600℃，热功率1000-23000kW，调节阀门2流通截面积为0.1m2-80m2，开度为0-100％，干燥设备4热功率为1000-53000kW，给料量为0-30t/h，布袋除尘器5过滤风量为10000-150000Nm3/h，风机6风量10000-150000Nm3/h，烟囱7抽力20-200Pa，关断阀门9流通截面积为0.1m2-80m2，开度为0-100％；
调节阀门2为双百叶式烟气挡板门，
调节阀门2为蝶阀，
关断阀门9为双百叶式烟气挡板门，
关断阀门9为蝶阀，
干燥设备4为闪蒸干燥器，
干燥设备4为喷雾干燥器，
干燥设备4为带式干燥器，
干燥设备4为回转窑；
干燥设备4为1-5台；
布袋除尘器5为1-5台；
风机6为1-5台；
烟囱7为1-5个；
调节阀门2烟气出口至干燥设备4烟气进口之间的管道上，设置有用管道连接的配风装置3，配风装置3流通截面积为0.1m2-6m2，开度为0-100％；
配风装置3为双百叶式挡板门，
配风装置3为蝶阀，
调节阀门2烟气出口至干燥设备4烟气进口之间的管道上，设置有用管道连接的补燃装置11，补燃装置11的补燃热功率为0-30000kW；
调节阀门2为双百叶式挡板门，配风装置3为双百叶式挡板门，关断阀门9为双百叶式挡板门；
干燥设备4是闪蒸干燥器；
用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供方法是，
a.调节阀门2关闭，关断阀门9全开，燃气轮机1起动，开关柜8闭合，燃气轮机1发电机产生0-10000kW的电能直接送至母排12，燃气轮机1排出的烟气通过关断阀门9和旁路烟囱10排空；
b.燃气轮机1带速后，开启风机6，开始向干燥设备4内加入含水率为10-90％的钛白粉湿料，逐渐关闭关断阀门9至全关，逐渐开启调节阀门2达到10％-100％，同时逐渐加大干燥设备4给料量，燃气轮机1逐渐升负荷；钛白粉中水分遇热烟气蒸发，钛白粉湿料变成粉态随气流流向布袋除尘器5，钛白粉干料被过滤捕捉，烟气经风机6和烟囱7排空；稳定运行时，燃气轮机1输出功率为0-10000kW，干燥设备4给料量为1-30t/h，干燥设备4进口的烘干烟气温度200-800℃，烘干钛白粉后进入布袋除尘器5的烟气温度50-180℃，风机6风量为10000-150000Nm3/h,烟囱7抽力20-200Pa；
燃气轮机1带速后，打开配风装置3，开启风机6，开始向干燥设备4内加入含水率为10-90％的钛白粉湿料，逐渐关闭关断阀门9至全关，逐渐开启调节阀门2达到10％-100％，同时逐渐加大干燥设备4给料量，燃气轮机1逐渐升负荷；钛白粉中水分遇热烟气蒸发，钛白粉湿料变成粉态随气流流向布袋除尘器5，钛白粉干料被过滤捕捉，烟气经风机6和烟囱7排空；稳定运行时，燃气轮机1输出功率为0-10000kW，干燥设备4给料量为1-30t/h，干燥设备4进口的烘干烟气温度200-800℃，烘干钛白粉后进入布袋除尘器5的烟气温度50-180℃，风机6风量为10000-150000Nm3/h,烟囱7抽力20-200Pa；
燃气轮机1带速后，打开配风装置3，开启风机6，开始向干燥设备4内加入含水率为10-90％的钛白粉湿料，逐渐关闭关断阀门9至全关，逐渐开启调节阀门2达到10％-100％，同时逐渐加大干燥设备4给料量，燃气轮机1逐渐升负荷；钛白粉中水分遇热烟气蒸发，钛白粉湿料变成粉态随气流流向布袋除尘器5，钛白粉干料被过滤捕捉，烟气经风机6和烟囱7排空；稳定运行时，燃气轮机1输出功率为0-10000kW，干燥设备4给料量为1-30t/h，干燥设备4进口的烘干烟气温度200-800℃，烘干钛白粉后进入布袋除尘器5的烟气温度50-180℃，风机6风量为10000-150000Nm3/h,烟囱7抽力20-200Pa，燃气轮机1排出烟气0-5000kW时，补燃热功率为0-30000kW的补燃装置(11)启动；
稳定运行时，燃气轮机1负荷为800-7000kW，干燥设备4给料量为1.5-16t/h，风机6通风风量为5000-60000Nm3/h补燃装置11热功率为0-5000万kW。
本发明所达到的有益效果是：
1.能源梯级利用：将高品位热能转化为电能，低品位热能用于钛白粉工艺干燥，使能量利用合理化；
2.热利用率高：系统排烟温度可控制在较低温度，系统热效率高；
3.过量空气再消耗：减少冷空气量送入，防止过量空气携带走大量的热能，进一步提高系统热效率；
4.可调节能力强：通过调节燃气轮机负荷、补燃装置热负荷以及微调配风装置开度，调节系统给热量及烟气温度，系统更稳定、节能；
5.电能自产自用：节省峰平时段的电力运营成本，可保证部分生产工艺不受外界干扰，稳定运行。
附图说明
附图为本发明的结构示意图，
图中：1.燃气轮机，2.调节阀门，3.配风装置，4.干燥设备，5.布袋除尘器，6.风机，7.烟囱，8.并网柜，9.关断阀门，10.旁路烟囱，11.补燃装置，12.母排。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明做进一步的说明。
用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统，包括燃气轮机1、并网柜8、关断阀门9、旁路烟囱10、调节阀门2、配风装置3、补燃装置11、干燥设备4、布袋除尘器5、风机6和烟囱7，其中，干燥设备4是闪蒸干燥器，调节阀门2和关断阀门9是双百叶式烟气挡板门，配风装置3是双百叶式挡板门；
a.燃气轮机1的发电机组经并网柜8连接至母排12；燃气轮机1的电功率为2000kW，并网电压10.8kV；
b.燃气轮机1发电机组的烟气出口通过管道，一路经调节阀门2连接干燥设备4、风机6和烟囱7，另一路经关断阀门9连接旁路烟囱10；燃气轮机1的排烟温度600℃，热功率5000kW，调节阀门2流通截面积为1m2、开度为70％；
干燥设备4热功率为10000kW，给料量为16t/h，布袋除尘器5过滤风量为60000Nm3/h，风机6风量60000Nm3/h，烟囱7抽力70Pa，关断阀门9流通截面积为1m2、开度为70％；
调节阀门2烟气出口至干燥设备4烟气进口之间的管道上，设置有用管道连接的配风装置3，配风装置3流通截面积为0.5m2、开度为60％；
调节阀门2烟气出口至干燥设备4烟气进口之间的管道上，设置有用管道连接的补燃装置11，补燃装置11的补燃热功率为5000kW；
用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供方法是，
a.调节阀门2关闭，关断阀门9全开，燃气轮机1起动，发电机与厂用电频率同期，开关柜8闭合，燃气轮机1发电机产生的2000kW电能直接送至母排12，燃气轮机1排出的烟气通过关断阀门9和旁路烟囱10排空；
b.燃气轮机1带速后，打开配风装置3，开启风机6，开始向干燥设备4内加入含水率为40％的内钛白粉湿料，逐渐关闭关断阀门9至全关，逐渐开启调节阀门2至全开，同时逐渐加大干燥设备4给料量，燃气轮机1逐渐升负荷；钛白粉中水分遇热烟气蒸发，钛白粉湿料变成粉态随气流流向布袋除尘器5，钛白粉干料被过滤捕捉，烟气经风机6和烟囱7排空；掺混后空气温度决定了烘干工艺的经济性和节能性，布袋除尘器5前的温度用于钛白粉产量变化时对燃气轮机1功率和风机6频率反馈调节，同时设置150℃高温限制，保护布袋除尘器5不会因烟温过热而烧坏。实现燃气轮机1、风机6和钛白粉给料的协调联动稳定运行时，燃气轮机1输出功率为2000kW，干燥设备4给料量为16t/h，干燥设备4进口的烘干烟气温度550℃，烘干钛白粉后进入布袋除尘器5的烟气温度100℃，风机6风量为60000Nm3/h,烟囱7抽力70Pa，燃气轮机1排出烟气不足5000kW时，启动补燃装置11，提供补燃加热的烟气供能，补燃装置11的补燃热功率为5000kW；钛白粉干料产量10t/h。

Claims (9)

1.用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统，包括依次连接的干燥设备(4)、布袋除尘器(5)、风机(6)和烟囱(7)，其特征在于，还包括燃气轮机(1)、并网柜(8)、关断阀门(9)、旁路烟囱(10)和调节阀门(2)；其中，
a.燃气轮机(1)的发电机组经并网柜(8)连接至母排(12)；燃气轮机(1)的电功率为0-10000kW，并网电压400V-13.8kV；
b.燃气轮机(1)发电机组的烟气出口通过管道，一路经调节阀门(2)连接干燥设备(4)、风机(6)和烟囱(7)，另一路经关断阀门(9)连接旁路烟囱(10)；燃气轮机(1)的排烟温度200-600℃，热功率1000-23000kW，调节阀门(2)流通截面积为0.1m2-80m2，开度为0-100％，干燥设备(4)热功率为1000-53000kW，给料量为0-30t/h，布袋除尘器5过滤风量为10000-150000Nm3/h，风机(6)风量10000-150000Nm3/h，烟囱(7)抽力20-200Pa，关断阀门(9)流通截面积为0.1m2-80m2，开度为0-100％；
2.根据权利要求1所述的用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统，其特征在于，调节阀门(2)烟气出口至干燥设备(4)烟气进口之间的管道上，设置有用管道连接的配风装置(3)，配风装置(3)流通截面积为0.1m2-6m2，开度为0-100％。
3.根据权利要求1所述的用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统，其特征在于，调节阀门(2)烟气出口至干燥设备(4)烟气进口之间的管道上，设置有用管道连接的补燃装置(11)，补燃装置(11)的补燃热功率为0-30000kW。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统，其特征在于，调节阀门(2)为双百叶式挡板门，配风装置(3)为双百叶式挡板门，关断阀门(9)为双百叶式挡板门。
5.根据权利要求1、2或3所述的用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统，其特征在于，干燥设备(4)是闪蒸干燥器。
6.使用根据权利要求1所述的用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供系统进行钛白粉干燥的燃气轮机热电联供方法，其特征在于，
a.调节阀门(2)关闭，关断阀门(9)全开，燃气轮机(1)起动，开关柜8闭合，燃气轮机(1)发电机产生0-10000kW的电能直接送至母排(12)，燃气轮机(1)排出的烟气通过关断阀门(9)和旁路烟囱(10)排空；
b.燃气轮机(1)带速后，开启风机(6)，开始向干燥设备(4)内加入含水率为10-90％的内钛白粉湿料，逐渐关闭关断阀门(9)至全关，逐渐开启调节阀门(2)达到10％-100％，同时逐渐加大干燥设备(4)给料量，燃气轮机(1)逐渐升负荷；钛白粉中水分遇热烟气蒸发，钛白粉湿料变成粉态随气流流向布袋除尘器(5)，钛白粉干料被过滤捕捉，烟气经风机(6)和烟囱(7)排空；稳定运行时，燃气轮机(1)输出功率为0-10000kW，干燥设备(4)给料量为1-30t/h，干燥设备(4)进口的烘干烟气温度200-800℃，烘干钛白粉后进入布袋除尘器(5)的烟气温度50-180℃，风机(6)风量为10000-150000Nm3/h,烟囱(7)抽力20-200Pa。
7.根据权利要求6所述的用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供方法，其特征在于，燃气轮机(1)带速后，打开配风装置(3)，开启风机(6)，开始向干燥设备(4)内加入含水率为10-90％的内钛白粉湿料，逐渐关闭关断阀门(9)至全关，逐渐开启调节阀门(2)达到10％-100％，同时逐渐加大干燥设备(4) 给料量，燃气轮机(1)逐渐升负荷；钛白粉中水分遇热烟气蒸发，钛白粉湿料变成粉态随气流流向布袋除尘器(5)，钛白粉干料被过滤捕捉，烟气经风机(6)和烟囱(7)排空；稳定运行时，燃气轮机(1)输出功率为0-10000kW，干燥设备(4)给料量为1-30t/h，干燥设备(4)进口的烘干烟气温度200-800℃，烘干钛白粉后进入布袋除尘器(5)的烟气温度50-180℃，风机(6)风量为10000-150000Nm3/h,烟囱(7)抽力20-200Pa。
8.根据权利要求6或7所述的用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供方法，其特征在于，燃气轮机(1)带速后，打开配风装置(3)，开启风机(6)，开始向干燥设备(4)内加入含水率为10-90％的内钛白粉湿料，逐渐关闭关断阀门(9)至全关，逐渐开启调节阀门(2)达到10％-100％，同时逐渐加大干燥设备(4)给料量，燃气轮机(1)逐渐升负荷；钛白粉中水分遇热烟气蒸发，钛白粉湿料变成粉态随气流流向布袋除尘器(5)，钛白粉干料被过滤捕捉，烟气经风机(6)和烟囱(7)排空；稳定运行时，燃气轮机(1)输出功率为0-10000kW，干燥设备(4)给料量为1-30t/h，干燥设备(4)进口的烘干烟气温度200-800℃，烘干钛白粉后进入布袋除尘器(5)的烟气温度50-180℃，风机(6)风量为10000-150000Nm3/h,烟囱(7)抽力20-200Pa，燃气轮机1排出烟气0-5000kW时，补燃热功率为0-30000kW的补燃装置(11)启动。
9.根据权利要求8所述的用于钛白粉干燥的燃气轮机热电联供方法，其特征在于，稳定运行时，燃气轮机1负荷为800-7000kW，干燥设备4给料量为1.5-16t/h，风机6通风风量为5000-60000Nm3/h补燃装置11热功率为0-5000万kW。
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