CN112682119A - 一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统及其使用方法，系统包括压缩机子系统、燃气轮机子系统、朗肯循环子系统、制冷子系统和供热子系统；所述压缩机子系统与燃气轮机子系统相连，燃气轮机子系统与朗肯循环子系统相连，朗肯循环子系统分别与制冷子系统和供热子系统相连。方法为：煤气空气升温加压后在燃烧室内混合燃烧并产生高温高压烟气，进入燃气膨胀机内做功驱动燃气发电机发电，做功后低温烟气进入余热锅炉作为热源，余热锅炉输出高温高压水蒸气进入高压蒸汽轮机内做功驱动高压蒸汽发电机进行发电，做功后水蒸气直接进入蒸汽分配室后分三路输出，第一路作为制冷子系统的溴化锂水溶液加热能源使用，第二路用于继续发电，第三路用于供暖使用。

Description

一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统及其使用方法

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，特别是涉及一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统及其使用方法。

背景技术

能源是社会发展的基础，其在社会可持续发展中起着不可或缺的作用，为了实现节能环保和绿色发展目标，提高能源利用效率和实现能量梯级利用是未来必经之路。

焦炉煤气作为炼焦副产品，主要分布在供应城市相关产业生产的焦化企业和焦化厂中，年产约850亿立方米，采用焦炉煤气发电不仅可以降低对石油、天然气等不可再生能源的依赖，而且还能消化掉剩余的焦炉煤气，因此利用焦炉煤气发电是解决当前能源危机的重要途径之一。

但是，由于焦炉煤气在管道输送过程中存在一定温度损失，导致获得高温热能的焦炉煤气依然具有能较大难度，而过渡依赖传统的“大电网”，一旦电网中某个输送环节出现问题时，就有可能导致整个电网“瘫痪”，从而影响系统用能安全。此外，在能源的生产和使用过程中，也存在着污染环境、高能低用、能效低下等问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统及其使用方法，能够对中低温焦炉煤气实现高效回收利用，能够同时满足冷、热、电多股能源用能需求，有效解决了传统能源系统中存在的污染环境、高能低用、能效低下等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统，包括压缩机子系统、燃气轮机子系统、朗肯循环子系统、制冷子系统和供热子系统；所述压缩机子系统与燃气轮机子系统相连，燃气轮机子系统与朗肯循环子系统相连，朗肯循环子系统分别与制冷子系统和供热子系统相连。

所述压缩机子系统包括煤气压缩机和空气压缩机，煤气压缩机和空气压缩机并联设置，煤气压缩机的进气端接入焦炉煤气，空气压缩机的进气端与大气相通。

所述燃气轮机子系统包括燃烧室、燃气膨胀机及燃气发电机，所述燃烧室的进气口同时与煤气压缩机的出气口和空气压缩机的出气口相连通，燃烧室的排气口与燃气膨胀机的进气口相连通；所述燃气膨胀机的动力输出轴与燃气发电机的动力输入轴同轴固连。

所述朗肯循环子系统包括余热锅炉、高压蒸汽轮机、高压蒸汽发电机、蒸汽分配室、蒸汽混合器、蒸汽冷却器及冷却水循环泵；所述余热锅炉的余热利用进气口与燃气膨胀机的低温烟气排气口相连通，余热锅炉的高温高压蒸汽出口与高压蒸汽轮机的进汽口相连通，高压蒸汽轮机的出汽口与蒸汽分配室的进气口相连通，高压蒸汽轮机的动力输出轴与高压蒸汽发电机的动力输入轴同轴固连；所述蒸汽分配室的出汽口分三路输出，且三路并联汇接于蒸汽混合器的进汽口；所述蒸汽混合器的出汽口与蒸汽冷却器的进口相连通，蒸汽冷却器的出口与余热锅炉的进水口相连通。

在所述蒸汽分配室与蒸汽混合器之间的第一路上设置有供冷阀门和制冷供热器，所述供冷阀门的进口与蒸汽分配室的出汽口相连通，供冷阀门的出口与制冷供热器的进口相连通，制冷供热器的出口与蒸汽混合器的进汽口相连通。

在所述蒸汽分配室与蒸汽混合器之间的第二路上设置有发电阀门、低压蒸汽轮机及低压蒸汽发电机，所述发电阀门的进口与蒸汽分配室的出汽口相连通，发电阀门的出口与低压蒸汽轮机的进汽口相连通，低压蒸汽轮机的出汽口与蒸汽混合器的进汽口相连通，低压蒸汽轮机的动力输出轴与低压蒸汽发电机的动力输入轴同轴固连。

在所述蒸汽分配室与蒸汽混合器之间的第三路上设置有供热阀门，所述供热子系统包括供暖换热器、供暖用水循环泵及保温水箱；所述供热阀门的进口与蒸汽分配室的出汽口相连通，供热阀门的出口与供暖换热器的进汽口相连通，供暖换热器的出汽口与蒸汽混合器的进汽口相连通；所述供暖换热器的进水口与供暖用水循环泵的出水口相连通，供暖换热器的出水口与保温水箱的进水口相连通，保温水箱的出水口与供暖用水循环泵的进水口相连通。

所述制冷子系统包括发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器及溴化锂水溶液循环泵；在所述发生器内储存有溴化锂水溶液；所述发生器的加热介质进口与制冷供热器的加热介质出口相连通，发生器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽进口相连通，冷凝器的冷凝水出口与节流阀的进口相连通，节流阀的出口与蒸发器的冷凝水进口相连通，蒸发器的蒸汽出口与吸收器的蒸汽进口相连通，吸收器的溴化锂水溶液出口与溴化锂水溶液循环泵的进口相连通，溴化锂水溶液循环泵的出口与发生器的溴化锂水溶液进口相连通，发生器的溴化锂水溶液出口与吸收器的溴化锂水溶液进口相连通。

所述的利用焦炉煤气的冷热电联产系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：常温常压下的焦炉煤气经煤气压缩机升温加压后送入燃烧室内，同时常温常压下的空气经空气压缩机升温加压后送入燃烧室内；

步骤二：升温加压后的焦炉煤气和空气在燃烧室内混合后被点燃并产生高温高压烟气，所产生的高温高压烟气直接进入燃气膨胀机内做功，用以驱动燃气发电机进行发电，做功后的低温烟气直接进入余热锅炉作为锅炉加热热源；

步骤三：余热锅炉内的水被加热并形成高温高压水蒸气，所产生的高温高压水蒸气直接进入高压蒸汽轮机内做功，用以驱动高压蒸汽发电机进行发电，做功后的水蒸气直接进入蒸汽分配室内；

步骤四：水蒸气经过蒸汽分配室后分三路输出，当进入第一路用于制冷时则执行步骤五，当进入第二路用于继续发电时则执行步骤六，当进入第三路用于供暖时则执行步骤七；

步骤五：开启供冷阀门，水蒸气依次经过制冷供热器、蒸汽混合器、蒸汽冷却器及冷却水循环泵并以冷凝水的形式返回余热锅炉，同时由制冷供热器输出的升温后的加热介质进入发生器内用于加热溴化锂水溶液，所产生的低压水蒸气先进入冷凝器内进行热交换并生成液态水，所生成的液态水经节流阀后进入蒸发器进行热交换，在重新形成低压水蒸气的过程中进行吸热，而蒸发器中完成热交换的降温冷水直接作为空调制冷用水，同时所生成的低压水蒸气直接进入吸收器内被溴化锂水溶液吸收，而吸收器内完成水蒸气吸收的溴化锂水溶液直接通过溴化锂水溶液循环泵返回发生器中，同时发生器的过溴化锂水溶液将同步补充回吸收器内，实现溴化锂水溶液的循环；

步骤六：开启发电阀门，水蒸气直接进入低压蒸汽轮机内做功，用以驱动低压蒸汽发电机进行发电，做功后的水蒸气依次经过制冷供热器、蒸汽混合器、蒸汽冷却器及冷却水循环泵并以冷凝水的形式返回余热锅炉；

步骤七：开启供热阀门，水蒸气直接进入供暖换热器内进行热交换，而完成热交换的水蒸气依次经过制冷供热器、蒸汽混合器、蒸汽冷却器及冷却水循环泵并以冷凝水的形式返回余热锅炉，同时保温水箱内的供暖用水在供暖用水循环泵的泵送作用下循环进入供暖换热器参与热交换，升温后的供暖用水存储在保温水箱内，供暖用水输出后作为暖气用水或生活热水。

本发明的有益效果：

本发明的利用焦炉煤气的冷热电联产系统及其使用方法，能够对中低温焦炉煤气实现高效回收利用，能够同时满足冷、热、电多股能源用能需求，有效解决了传统能源系统中存在的污染环境、高能低用、能效低下等问题。

本发明采用燃气蒸汽联合循环的方式发电，通过对燃气轮机烟气余热的高效利用提高了系统的发电效率。

本发明以钢铁企业煤气副产品焦炉煤气为燃料，通过燃气蒸汽联合循环，实现了对煤气副产品的高效利用，减少了钢铁企业煤气放散，避免了能量浪费。

本发明夏季可通过汽轮机抽汽驱动溴化锂吸收式制冷系统实现空调制冷，冬季采用汽轮机抽汽供热实现供暖，通过汽轮机抽汽的方式实现能量在冷热电之间的切换，具有系统调峰能力强及灵活性高的特点。

本发明通过冷热电联产联供，实现了能量的梯级利用，提升了系统的综合能效，具有较高的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统的结构示意图；

图中，1—煤气压缩机，2—空气压缩机，3—燃烧室，4—燃气膨胀机，5—燃气发电机，6—余热锅炉，7—高压蒸汽轮机，8—高压蒸汽发电机，9—蒸汽分配室，10—供冷阀门，11—制冷供热器，12—发电阀门，13—低压蒸汽轮机，14—低压蒸汽发电机，15—供热阀门，16—供暖换热器，17—蒸汽混合器，18—蒸汽冷却器，19—冷却水循环泵，20—供暖用水循环泵，21—保温水箱，22—发生器，23—冷凝器，24—节流阀，25—蒸发器，26—吸收器，27—溴化锂水溶液循环泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统，包括压缩机子系统、燃气轮机子系统、朗肯循环子系统、制冷子系统和供热子系统；所述压缩机子系统与燃气轮机子系统相连，燃气轮机子系统与朗肯循环子系统相连，朗肯循环子系统分别与制冷子系统和供热子系统相连。

所述压缩机子系统包括煤气压缩机1和空气压缩机2，煤气压缩机1和空气压缩机2并联设置，煤气压缩机1的进气端接入焦炉煤气，空气压缩机2的进气端与大气相通。

所述燃气轮机子系统包括燃烧室3、燃气膨胀机4及燃气发电机5，所述燃烧室3的进气口同时与煤气压缩机1的出气口和空气压缩机2的出气口相连通，燃烧室3的排气口与燃气膨胀机4的进气口相连通；所述燃气膨胀机4的动力输出轴与燃气发电机5的动力输入轴同轴固连。

所述朗肯循环子系统包括余热锅炉6、高压蒸汽轮机7、高压蒸汽发电机8、蒸汽分配室9、蒸汽混合器17、蒸汽冷却器18及冷却水循环泵19；所述余热锅炉6的余热利用进气口与燃气膨胀机4的低温烟气排气口相连通，余热锅炉6的高温高压蒸汽出口与高压蒸汽轮机7的进汽口相连通，高压蒸汽轮机7的出汽口与蒸汽分配室9的进气口相连通，高压蒸汽轮机7的动力输出轴与高压蒸汽发电机8的动力输入轴同轴固连；所述蒸汽分配室9的出汽口分三路输出，且三路并联汇接于蒸汽混合器17的进汽口；所述蒸汽混合器17的出汽口与蒸汽冷却器18的进口相连通，蒸汽冷却器18的出口与余热锅炉6的进水口相连通。

在所述蒸汽分配室9与蒸汽混合器17之间的第一路上设置有供冷阀门10和制冷供热器11，所述供冷阀门10的进口与蒸汽分配室9的出汽口相连通，供冷阀门10的出口与制冷供热器11的进口相连通，制冷供热器11的出口与蒸汽混合器17的进汽口相连通。

在所述蒸汽分配室9与蒸汽混合器17之间的第二路上设置有发电阀门12、低压蒸汽轮机13及低压蒸汽发电机14，所述发电阀门12的进口与蒸汽分配室9的出汽口相连通，发电阀门12的出口与低压蒸汽轮机13的进汽口相连通，低压蒸汽轮机13的出汽口与蒸汽混合器17的进汽口相连通，低压蒸汽轮机13的动力输出轴与低压蒸汽发电机14的动力输入轴同轴固连。

在所述蒸汽分配室9与蒸汽混合器17之间的第三路上设置有供热阀门15，所述供热子系统包括供暖换热器16、供暖用水循环泵20及保温水箱21；所述供热阀门15的进口与蒸汽分配室9的出汽口相连通，供热阀门15的出口与供暖换热器16的进汽口相连通，供暖换热器16的出汽口与蒸汽混合器17的进汽口相连通；所述供暖换热器16的进水口与供暖用水循环泵20的出水口相连通，供暖换热器16的出水口与保温水箱21的进水口相连通，保温水箱21的出水口与供暖用水循环泵20的进水口相连通。

所述制冷子系统包括发生器22、冷凝器23、节流阀24、蒸发器25、吸收器26及溴化锂水溶液循环泵27；在所述发生器22内储存有溴化锂水溶液；所述发生器22的加热介质进口与制冷供热器11的加热介质出口相连通，发生器22的蒸汽出口与冷凝器23的蒸汽进口相连通，冷凝器23的冷凝水出口与节流阀24的进口相连通，节流阀24的出口与蒸发器25的冷凝水进口相连通，蒸发器25的蒸汽出口与吸收器26的蒸汽进口相连通，吸收器26的溴化锂水溶液出口与溴化锂水溶液循环泵27的进口相连通，溴化锂水溶液循环泵27的出口与发生器22的溴化锂水溶液进口相连通，发生器22的溴化锂水溶液出口与吸收器26的溴化锂水溶液进口相连通。

所述的利用焦炉煤气的冷热电联产系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：常温常压下的焦炉煤气经煤气压缩机1升温加压后送入燃烧室3内，同时常温常压下的空气经空气压缩机2升温加压后送入燃烧室3内；

步骤二：升温加压后的焦炉煤气和空气在燃烧室3内混合后被点燃并产生高温高压烟气，所产生的高温高压烟气直接进入燃气膨胀机4内做功，用以驱动燃气发电机5进行发电，做功后的低温烟气直接进入余热锅炉6作为锅炉加热热源；

步骤三：余热锅炉6内的水被加热并形成高温高压水蒸气，所产生的高温高压水蒸气直接进入高压蒸汽轮机7内做功，用以驱动高压蒸汽发电机8进行发电，做功后的水蒸气直接进入蒸汽分配室9内；

步骤四：水蒸气经过蒸汽分配室9后分三路输出，当进入第一路用于制冷时则执行步骤五，当进入第二路用于继续发电时则执行步骤六，当进入第三路用于供暖时则执行步骤七；

步骤五：开启供冷阀门10，水蒸气依次经过制冷供热器11、蒸汽混合器17、蒸汽冷却器18及冷却水循环泵19并以冷凝水的形式返回余热锅炉6，同时由制冷供热器11输出的升温后的加热介质进入发生器22内用于加热溴化锂水溶液，所产生的低压水蒸气先进入冷凝器23内进行热交换并生成液态水，所生成的液态水经节流阀24后进入蒸发器25进行热交换，在重新形成低压水蒸气的过程中进行吸热，而蒸发器25中完成热交换的降温冷水直接作为空调制冷用水，同时所生成的低压水蒸气直接进入吸收器26内被溴化锂水溶液吸收，而吸收器26内完成水蒸气吸收的溴化锂水溶液直接通过溴化锂水溶液循环泵27返回发生器22中，同时发生器22的过溴化锂水溶液将同步补充回吸收器26内，实现溴化锂水溶液的循环；

步骤六：开启发电阀门12，水蒸气直接进入低压蒸汽轮机13内做功，用以驱动低压蒸汽发电机14进行发电，做功后的水蒸气依次经过制冷供热器11、蒸汽混合器17、蒸汽冷却器18及冷却水循环泵19并以冷凝水的形式返回余热锅炉6；

步骤七：开启供热阀门15，水蒸气直接进入供暖换热器16内进行热交换，而完成热交换的水蒸气依次经过制冷供热器11、蒸汽混合器17、蒸汽冷却器18及冷却水循环泵19并以冷凝水的形式返回余热锅炉6，同时保温水箱21内的供暖用水在供暖用水循环泵20的泵送作用下循环进入供暖换热器16参与热交换，升温后的供暖用水存储在保温水箱21内，供暖用水输出后作为暖气用水或生活热水。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (9)

1.一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统，其特征在于：包括压缩机子系统、燃气轮机子系统、朗肯循环子系统、制冷子系统和供热子系统；所述压缩机子系统与燃气轮机子系统相连，燃气轮机子系统与朗肯循环子系统相连，朗肯循环子系统分别与制冷子系统和供热子系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统，其特征在于：所述压缩机子系统包括煤气压缩机和空气压缩机，煤气压缩机和空气压缩机并联设置，煤气压缩机的进气端接入焦炉煤气，空气压缩机的进气端与大气相通。

3.根据权利要求2所述的一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统，其特征在于：所述燃气轮机子系统包括燃烧室、燃气膨胀机及燃气发电机，所述燃烧室的进气口同时与煤气压缩机的出气口和空气压缩机的出气口相连通，燃烧室的排气口与燃气膨胀机的进气口相连通；所述燃气膨胀机的动力输出轴与燃气发电机的动力输入轴同轴固连。

4.根据权利要求3所述的一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统，其特征在于：所述朗肯循环子系统包括余热锅炉、高压蒸汽轮机、高压蒸汽发电机、蒸汽分配室、蒸汽混合器、蒸汽冷却器及冷却水循环泵；所述余热锅炉的余热利用进气口与燃气膨胀机的低温烟气排气口相连通，余热锅炉的高温高压蒸汽出口与高压蒸汽轮机的进汽口相连通，高压蒸汽轮机的出汽口与蒸汽分配室的进气口相连通，高压蒸汽轮机的动力输出轴与高压蒸汽发电机的动力输入轴同轴固连；所述蒸汽分配室的出汽口分三路输出，且三路并联汇接于蒸汽混合器的进汽口；所述蒸汽混合器的出汽口与蒸汽冷却器的进口相连通，蒸汽冷却器的出口与余热锅炉的进水口相连通。

5.根据权利要求4所述的一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统，其特征在于：在所述蒸汽分配室与蒸汽混合器之间的第一路上设置有供冷阀门和制冷供热器，所述供冷阀门的进口与蒸汽分配室的出汽口相连通，供冷阀门的出口与制冷供热器的进口相连通，制冷供热器的出口与蒸汽混合器的进汽口相连通。

6.根据权利要求4所述的一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统，其特征在于：在所述蒸汽分配室与蒸汽混合器之间的第二路上设置有发电阀门、低压蒸汽轮机及低压蒸汽发电机，所述发电阀门的进口与蒸汽分配室的出汽口相连通，发电阀门的出口与低压蒸汽轮机的进汽口相连通，低压蒸汽轮机的出汽口与蒸汽混合器的进汽口相连通，低压蒸汽轮机的动力输出轴与低压蒸汽发电机的动力输入轴同轴固连。

7.根据权利要求4所述的一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统，其特征在于：在所述蒸汽分配室与蒸汽混合器之间的第三路上设置有供热阀门，所述供热子系统包括供暖换热器、供暖用水循环泵及保温水箱；所述供热阀门的进口与蒸汽分配室的出汽口相连通，供热阀门的出口与供暖换热器的进汽口相连通，供暖换热器的出汽口与蒸汽混合器的进汽口相连通；所述供暖换热器的进水口与供暖用水循环泵的出水口相连通，供暖换热器的出水口与保温水箱的进水口相连通，保温水箱的出水口与供暖用水循环泵的进水口相连通。

8.根据权利要求5所述的一种利用焦炉煤气的冷热电联产系统，其特征在于：所述制冷子系统包括发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器及溴化锂水溶液循环泵；在所述发生器内储存有溴化锂水溶液；所述发生器的加热介质进口与制冷供热器的加热介质出口相连通，发生器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽进口相连通，冷凝器的冷凝水出口与节流阀的进口相连通，节流阀的出口与蒸发器的冷凝水进口相连通，蒸发器的蒸汽出口与吸收器的蒸汽进口相连通，吸收器的溴化锂水溶液出口与溴化锂水溶液循环泵的进口相连通，溴化锂水溶液循环泵的出口与发生器的溴化锂水溶液进口相连通，发生器的溴化锂水溶液出口与吸收器的溴化锂水溶液进口相连通。

9.权利要求1所述的利用焦炉煤气的冷热电联产系统的，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：常温常压下的焦炉煤气经煤气压缩机升温加压后送入燃烧室内，同时常温常压下的空气经空气压缩机升温加压后送入燃烧室内；

步骤二：升温加压后的焦炉煤气和空气在燃烧室内混合后被点燃并产生高温高压烟气，所产生的高温高压烟气直接进入燃气膨胀机内做功，用以驱动燃气发电机进行发电，做功后的低温烟气直接进入余热锅炉作为锅炉加热热源；

步骤三：余热锅炉内的水被加热并形成高温高压水蒸气，所产生的高温高压水蒸气直接进入高压蒸汽轮机内做功，用以驱动高压蒸汽发电机进行发电，做功后的水蒸气直接进入蒸汽分配室内；

步骤四：水蒸气经过蒸汽分配室后分三路输出，当进入第一路用于制冷时则执行步骤五，当进入第二路用于继续发电时则执行步骤六，当进入第三路用于供暖时则执行步骤七；

步骤五：开启供冷阀门，水蒸气依次经过制冷供热器、蒸汽混合器、蒸汽冷却器及冷却水循环泵并以冷凝水的形式返回余热锅炉，同时由制冷供热器输出的升温后的加热介质进入发生器内用于加热溴化锂水溶液，所产生的低压水蒸气先进入冷凝器内进行热交换并生成液态水，所生成的液态水经节流阀后进入蒸发器进行热交换，在重新形成低压水蒸气的过程中进行吸热，而蒸发器中完成热交换的降温冷水直接作为空调制冷用水，同时所生成的低压水蒸气直接进入吸收器内被溴化锂水溶液吸收，而吸收器内完成水蒸气吸收的溴化锂水溶液直接通过溴化锂水溶液循环泵返回发生器中，同时发生器的过溴化锂水溶液将同步补充回吸收器内，实现溴化锂水溶液的循环；

步骤六：开启发电阀门，水蒸气直接进入低压蒸汽轮机内做功，用以驱动低压蒸汽发电机进行发电，做功后的水蒸气依次经过制冷供热器、蒸汽混合器、蒸汽冷却器及冷却水循环泵并以冷凝水的形式返回余热锅炉；

步骤七：开启供热阀门，水蒸气直接进入供暖换热器内进行热交换，而完成热交换的水蒸气依次经过制冷供热器、蒸汽混合器、蒸汽冷却器及冷却水循环泵并以冷凝水的形式返回余热锅炉，同时保温水箱内的供暖用水在供暖用水循环泵的泵送作用下循环进入供暖换热器参与热交换，升温后的供暖用水存储在保温水箱内，供暖用水输出后作为暖气用水或生活热水。

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