CN111852594A - 焦电耦合煤气联产发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焦电耦合煤气联产发电系统及其控制方法，属于余热发电技术领域。包括焦炉余热锅炉、煤气锅炉及汽轮发电机组，所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉分别与所述汽轮发电机组连通，所述焦炉余热锅炉和/或所述煤气锅炉驱动所述汽轮发电机组运转；煤气锅炉负荷率≥90％时，焦炉余热锅炉定压运行；煤气锅炉负荷率在50％～90％之间时，焦炉余热锅炉滑压运行；煤气锅炉负荷率≤50％时，焦炉余热锅炉定压运行。本发明能够匹配高容量、高参数的汽轮发电机组，进而提高焦炉余热锅炉的发电效率，同时防止煤气锅炉蒸汽波动时汽轮发电机组停运及高参数、高容量的发电机组长期低负荷运转带来的损坏。

Description

焦电耦合煤气联产发电系统及其控制方法

技术领域

本发明属于余热发电技术领域，涉及一种焦电耦合煤气联产发电系统及其控制方法。

背景技术

炼焦厂在生产焦炭的过程中会产生温度1000～1200℃的高温烟气，利用这种温度的烟气通过焦炉余热锅炉可以产生高温高压、高温超高压、超高温超高压等高参数蒸汽，在热利用完成后排出烟气温度约180℃，炉内省煤器前的温度满足炉内脱硝的催化剂温度使用要求。

钢铁厂的炼钢、炼铁单元会产生大量的低热值高炉、转炉煤气，这些煤气除供正常生产使用外，仍然大量剩余。通常是将这些剩余煤气，单独建设煤气电厂进行发电，采用炉内脱硝和炉后脱硫进行烟气处理。

焦炉余热发电和煤气发电通常是两个独立的单元，这两个单元由于运行方式不同，运行方式不同，含除氧汽机侧也难以统一，一直分开建设和使用，需要更大的占地面积和更多的运行操作人员。由于焦炉余热发电运行稳定，采用定压运行方式；煤气发电由于煤气系统的波动频繁，通常采用滑压的运行方式。当单独运行焦炉余热锅炉时产汽量有限，不足以建设高参数、高容量的发电机组，发电效率较低，若强行采用高参数、高容量的发电机组，高参数、高容量的发电机组长期低负荷运行后，则会导致发电机组损坏，得不偿失。当单独运行煤气锅炉时，煤气锅炉的蒸汽量不足时，发电机组需停止运转，停机维护及再启动成本高。由于环保要求，焦炉余热锅炉的排放必须进行脱硫脱硝处理，而焦炉余热锅炉由于给水温度低，炉内脱硝会导致脱硝后的副产物对省煤器产生腐蚀。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种焦电耦合煤气联产发电系统及其控制方法，能够匹配的高容量、高参数汽轮发电机组，进而提高焦炉余热发电效率，同时防止煤气锅炉蒸汽波动时汽轮发电机组停运及高参数、高容量的发电机组长期低负荷运转带来的损坏。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：焦电耦合煤气联产发电系统，包括焦炉余热锅炉、煤气锅炉及汽轮发电机组，所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉分别与所述汽轮发电机组连通，所述焦炉余热锅炉和/或所述煤气锅炉驱动所述汽轮发电机组运转。

可选地，所述汽轮发电机组包括互相连通的高压缸及低压缸，所述高压缸分别与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉的主汽出口连通；还包括凝汽器，所述凝汽器设置在所述低压缸与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉之间，所述低压缸与所述凝汽器连通，所述凝汽器分别与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉的给水进口连通。

可选地，所述焦炉余热锅炉包括焦化再热器，所述煤气锅炉包括煤气再热器，所述焦化再热器与所述煤气再热器并联，所述高压缸的排汽口分别通过所述焦化再热器及所述煤气再热器后与所述低压缸的进汽口连通。

可选地，还包括除氧器，所述凝汽器与所述除氧器的进液口连通，所述除氧器的出液口分别与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉连通，所述低压缸上设置有抽气口，所述除氧器的进汽口与所述低压缸的抽气口连通。

可选地，所述凝汽器与所述除氧器之间设置有凝结水泵，所述除氧器与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉之间设置有锅炉给水泵，所述凝汽器通过所述凝结水泵与所述除氧器连通，所述除氧器通过所述锅炉给水泵分别与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉连通。

可选地，所述焦炉余热锅炉包括低压汽包，所述除氧器的出液口与所述低压汽包的给水进口连通，所述低压汽包的出汽口与所述除氧器的进汽口连通。

可选地，所述除氧器的进汽口与所述高压缸的排汽口连通，所述高压缸与所述除氧器之间设置有调压阀组，所述除氧器通过所述调压阀组与所述高压缸连通。

可选地，所述汽轮发电机组的汽轮机为高参数汽轮机，其压力参数≥13.7MPa，温度参数≥540℃，采用再热技术。

可选地，所述汽轮发电机组的容量≥45MW。

可选地，所述焦炉余热锅炉与所述煤气锅炉的炉内均设置有脱硝系统；所述焦炉余热锅炉与所述煤气锅炉的炉后均设置有脱硫系统；

可选地，所述锅炉给水泵设置有中间抽头，所述低压汽包的给水进口与所述锅炉给水泵的中间抽头连通，所述低压汽包与所述锅炉给水泵之间设置有给水调节阀。

可选地，所述焦炉余热锅炉采用炉内SCR与SNCR混合脱硝方式。

可选地，多台所述焦炉余热锅炉之间采用共用脱硫或与煤气锅炉共用脱硫。

可选地，所述焦炉余热锅炉的省煤器采用ND钢或其它耐腐蚀材料。

可选地，所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉的主汽出口处均设置有切断阀。

可选地，所述焦化再热器和煤气再热器的进出口处均设置有切断阀。

可选地，焦炉余热锅炉和煤气锅炉给水进口设置切断阀。

焦电耦合煤气联产发电系统的控制方法，提供如上任一项的焦电耦合煤气联产发电系统，煤气锅炉负荷率≥90％时，焦炉余热锅炉定压运行；煤气锅炉负荷率在50％～90％之间时，焦炉余热锅炉滑压运行；煤气锅炉负荷率≤50％时，焦炉余热锅炉定压运行。

本发明的有益效果在于：(1)焦炉余热锅炉及煤气锅炉分别与汽轮发电机组连通，焦炉余热锅炉和/或煤气锅炉驱动汽轮发电机组运转发电，能够驱动大容量、高参数的汽轮发电机组发电，提高了发电效率，防止高参数、高容量的发电机组长期处于低负荷运转导致的损坏；焦炉余热锅炉及煤气锅炉共用一套汽轮发电机组，有限地减少了设备数量及占地面积，减少运行人员，降低人力成本。(2)锅炉给水泵的中间抽头为焦炉余热锅炉的低压汽包供水，低压汽包可以给除氧器提供汽，增加了除氧器的汽源，增加了系统的稳定性。(3)本发明中在省煤器前设置炉内脱硝，在炉后设置脱硫，利用了焦炉余热锅炉的烟气特性对烟气进行处理，使烟气满足环保排放要求。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为一种焦电耦合煤气联产发电系统的示意图。

附图标记：焦炉余热锅炉1、煤气锅炉2、汽轮发电机组3、高压缸4、低压缸5、凝汽器6、除氧器7、凝结水泵8、锅炉给水泵9、调压阀组10、煤气再热器11、焦化再热器12、低压汽包13、给水调节阀14、焦炉余热锅炉主汽出口15、煤气锅炉主汽出口16。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，为焦电耦合煤气联产发电系统，包括焦炉余热锅炉1、煤气锅炉2、汽轮发电机组3、凝汽器6及除氧器7。汽轮发电机组3包括互相连通的高压缸4及低压缸5，高压缸4分别与焦炉余热锅炉主汽出口15及煤气锅炉主汽出口16连通。焦炉余热锅炉1包括焦化再热器12，煤气锅炉2包括煤气再热器11，焦化再热器12与煤气再热器11并联，高压缸4的排汽口分别通过焦化再热器12及煤气再热器11后与低压缸5的进汽口连通。凝汽器6设置在低压缸5与焦炉余热锅炉1及煤气锅炉2之间。低压缸5的排汽口与凝汽器6连通，凝汽器6分别与焦炉余热锅炉1及煤气锅炉2的给水进口连通。

凝汽器6与除氧器7的进液口连通，除氧器7的出液口分别与焦炉余热锅炉1及煤气锅炉2连通，低压缸5上设置有抽气口，除氧器7的进汽口与低压缸5的抽气口连通。

凝汽器6与除氧器7之间设置有凝结水泵8，除氧器7与焦炉余热锅炉1及煤气锅炉2之间设置有锅炉给水泵9，凝汽器6通过凝结水泵8与除氧器7连通，除氧器7通过锅炉给水泵9分别与焦炉余热锅炉1及煤气锅炉2连通。焦炉余热锅炉1包括低压汽包13，除氧器7的出液口与低压汽包13的给水进口连通，低压汽包13的出汽口与除氧器7的进汽口连通。除氧器7的进汽口与高压缸4的排汽口连通，高压缸4与除氧器7之间设置有调压阀组10，除氧器7通过调压阀组10与高压缸4连通。

焦炉余热锅炉1与煤气锅炉2的炉内均设置有脱硝系统；焦炉余热锅炉1与煤气锅炉2的炉后均设置有脱硫系统；锅炉给水泵9设置有中间抽头，低压汽包13的给水进口与锅炉给水泵9的中间抽头连通，低压汽包13与锅炉给水泵9之间设置有给水调节阀14。

焦炉余热锅炉1采用炉内SCR与SNCR混合脱硝方式，SCR为选择性催化还原，SNCR为选择性非催化还原。多台焦炉余热锅炉1之间采用共用脱硫或与煤气锅炉2共用脱硫。焦炉进入余热锅炉的烟气温度为1050±50℃，经过焦炉余热锅炉11的排烟温度180℃，在省煤器前的烟气温度完全满足高温催化剂的使用条件，烟气经脱硝后进入炉后脱硫系统进行脱硫。保证经焦炉余热锅炉11的烟气排放符合排放标准。

焦炉余热锅炉1的省煤器采用ND钢或其它耐腐蚀材料，ND钢为09CrCuSb合金，是一种广泛应用于预热器和热交换器的合金钢。焦炉余热锅炉主汽出口15和煤气锅炉主汽出口16处均设置有切断阀。焦化再热器12和煤气再热器11的进出口处均设置有切断阀。焦炉余热锅炉1和煤气锅炉2给水进口设置切断阀。

当焦炉余热锅炉1和煤气锅炉2运转时，高压蒸汽由焦炉余热锅炉1的主出汽口及煤气锅炉2的主汽口输送至汽轮发电机组3的高压缸4，推动发电机发电。高压缸4内做功完成后的蒸汽经管道分别送入焦炉余热锅炉1的焦化再热器12和煤气锅炉2的煤气再热器11进行再热，再热后的蒸汽进入汽轮发电机组3的低压缸5，推动发电机发电。

低压缸5排出的蒸汽进入凝汽器6，在凝汽器6内凝结为液态水。凝结水泵8将凝汽器6内凝结的液态水送入除氧器7中进行除氧。除氧器7的进汽口与低压缸5的抽气口连通，低压缸5内的蒸汽部分进入除氧器7进行除氧。除氧器7内除氧完成的液态水在锅炉给水泵9的作用下分别进入焦炉余热锅炉1及煤气锅炉2，被加热后成为蒸汽，继续输送至汽轮发电机组3进行循环发电。

锅炉给水泵9设置有中间抽头，焦炉余热锅炉1内设置有低压汽包13，部分液态水由中间抽头进入低压汽包13中，在低压汽包13内被加热为蒸汽。低压汽包13的出汽口与除氧器7的进汽口连通，锅炉给水泵9与低压汽包13之间设置有给水调节阀14，给水调节阀14可以调节进入低压汽包13中的水量，进而控制低压汽包13的蒸汽产生量。除氧器7的进汽口还与高压缸4的排汽口连通，高压缸4与除氧器7之间设置有调压阀组10，调压阀组10可以对高压缸4排出蒸汽的压力进行调节，以适于除氧器7使用。

当煤气锅炉2负荷波动导致汽轮机降负荷时，低压缸5内蒸汽不能满足除氧器7的运行定压值时，低压汽包13和高压缸4排出的压力较高的蒸汽可以为除氧器7提供蒸汽，提高除氧器7的运行稳定性。

焦电耦合煤气联产发电系统实际生产时，当煤气锅炉2负荷率≥90％时，焦炉余热锅炉1的蒸汽参数与煤气锅炉2的蒸汽参数相匹配，焦炉余热锅炉1定压运行，汽轮发电机组3全负荷发电，发电效率高，发电量大。

当煤气锅炉2负荷率在50％～90％之间时，调整焦炉余热锅炉1的蒸汽参数，使焦炉余热锅炉1的蒸汽参数与煤气锅炉2的蒸汽参数相匹配，焦炉余热锅炉1滑压运行汽轮发电机组3部分负荷发电，发电效率高，发电量较大。

当煤气锅炉2负荷率≤50％时，焦炉余热锅炉1定压运行，汽轮发电机组3半负荷发电，发电效率高，发电量较少。

焦炉余热锅炉1及煤气锅炉2分别与汽轮发电机组3连通，焦炉余热锅炉1和煤气锅炉2驱动汽轮发电机组3运转。汽轮发电机组3的汽轮机为高参数汽轮机，其压力参数≥13.7MPa，温度参数≥540℃。汽轮发电机组3的容量为50MW。采用高参数、大容量汽轮机能够提高发电效率，煤气锅炉2能够提供额外的蒸汽，防止高参数、高容量的发电机组因长期低负荷运转而损坏。焦炉余热锅炉1能够提供稳定的蒸汽，使汽轮发电机组3保持运转，在煤气锅炉2蒸汽量较小时，汽轮发电机组3仍能够低负荷运转，防止汽轮发电机组3停转，减少汽轮发电机组3停转带来的维修及维护成本。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.焦电耦合煤气联产发电系统，其特征在于：包括焦炉余热锅炉、煤气锅炉及汽轮发电机组，所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉分别与所述汽轮发电机组连通，所述焦炉余热锅炉和/或所述煤气锅炉驱动所述汽轮发电机组运转。

2.根据权利要求1所述的焦电耦合煤气联产发电系统，其特征在于：所述汽轮发电机组包括互相连通的高压缸及低压缸，所述高压缸分别与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉的主汽出口连通；

还包括凝汽器，所述凝汽器设置在所述低压缸与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉之间，所述低压缸与所述凝汽器连通，所述凝汽器分别与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉的给水进口连通。

3.根据权利要求2所述的焦电耦合煤气联产发电系统，其特征在于：所述焦炉余热锅炉包括焦化再热器，所述煤气锅炉包括煤气再热器，所述焦化再热器与所述煤气再热器并联，所述高压缸的排汽口分别通过所述焦化再热器及所述煤气再热器后与所述低压缸的进汽口连通。

4.根据权利要求2所述的焦电耦合煤气联产发电系统，其特征在于：还包括除氧器，所述凝汽器与所述除氧器的进液口连通，所述除氧器的出液口分别与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉连通，所述低压缸上设置有抽气口，所述除氧器的进汽口与所述低压缸的抽气口连通。

5.根据权利要求4所述的焦电耦合煤气联产发电系统，其特征在于：所述凝汽器与所述除氧器之间设置有凝结水泵，所述除氧器与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉之间设置有锅炉给水泵，所述凝汽器通过所述凝结水泵与所述除氧器连通，所述除氧器通过所述锅炉给水泵分别与所述焦炉余热锅炉及所述煤气锅炉连通。

6.根据权利要求4所述的焦电耦合煤气联产发电系统，其特征在于：所述焦炉余热锅炉包括低压汽包，所述除氧器的出液口与所述低压汽包的给水进口连通，所述低压汽包的出汽口与所述除氧器的进汽口连通。

7.根据权利要求4所述的焦电耦合煤气联产发电系统，其特征在于：所述除氧器的进汽口与所述高压缸的排汽口连通，所述高压缸与所述除氧器之间设置有调压阀组，所述除氧器通过所述调压阀组与所述高压缸连通。

8.根据权利要求1所述的焦电耦合煤气联产发电系统，其特征在于：所述汽轮发电机组的汽轮机为高参数汽轮机。

9.根据权利要求1所述的焦电耦合煤气联产发电系统，其特征在于：所述汽轮发电机组的容量≥45MW。

10.焦电耦合煤气联产发电系统的控制方法，提供如权利要求1-9任一项所述的焦电耦合煤气联产发电系统，其特征在于：煤气锅炉负荷率≥90％时，焦炉余热锅炉定压运行；煤气锅炉负荷率在50％～90％之间时，焦炉余热锅炉滑压运行；煤气锅炉负荷率≤50％时，焦炉余热锅炉定压运行。

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