CN112814745A - 一种化工园区节能耦合的综合能源站系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种化工园区节能耦合的综合能源站系统，包括超临界背压发电机组、空分装置、化工园区各工艺流程、化工园区及工艺用户，空分装置包括汽轮机和汽轮机凝汽器，超临界背压发电机组、空分装置、化工园区各工艺流程、化工园区及工艺用户之间均通过管道与汇集母管连通；相对于现有技术，本发明专利采用超临界背压发电机组作为化工园区的主要动力站，同时采用多压力等级蒸汽母管、低温凝结水母管、高温凝结水母管、化学除盐水母管、空分装置来实现化工园区及工艺用户的盈余蒸汽回收、凝结水余热回收，并提供稳定的多压力参数蒸汽、化学除盐水以及氧气、氮气等空分产品，形成化工园区节能耦合的综合能源站。

Description

一种化工园区节能耦合的综合能源站系统
技术领域
本发明属超临界背压机组系统领域，具体涉及一种化工园区节能耦合的综合能源站系统。
背景技术
常规的化工园区能源站，仅采用高温高压锅炉提供蒸汽，通过蒸汽的多压力参数梯级利用，产生的高温凝结水通过冷却塔降温后，经过凝结水系统再次进入高温高压锅炉实现工质循环。常规的化工园区能源站对外供能单一，且存在凝结水余热浪费、部分盈余蒸汽对空排放等浪费能源的现象。
随着国家节能环保、产能升级等政策日趋严格，化工企业将面临小容量锅炉燃煤效率低、热负荷需求发展、购电成本增加等一系列问题，化工企业的用能水平仍停留在高温高压蒸汽参数的水平，存在能源利用效率低、低品位热量浪费、驰放汽放空等问题。
发明内容
针对上述问题，本申请采用超临界背压机组作为化工企业的综合能源站，改变化工企业用能和供能分开的现状，深入研究化工系统流程，优化供能和用能模式，实现供能和用能的一体化和自平衡，使化工企业综合能源利用效率大幅提高，做到节能环保、产能升级。
采用的技术方案：一种化工园区节能耦合的综合能源站系统，包括超临界背压发电机组、空分装置、化工园区各工艺流程、化工园区及工艺用户，空分装置包括汽轮机和汽轮机凝汽器，超临界背压发电机组、空分装置、化工园区各工艺流程、化工园区及工艺用户之间均通过管道与汇集母管连通；所述汇集母管包括一号高压加热器蒸汽母管、冷段蒸汽母管、中压蒸汽母管、低压蒸汽母管、背压蒸汽母管、化学除盐水母管、高温凝结水母管、低温凝结水母管；
超临界背压发电机组产生5.0Mpa高压蒸汽，接入冷段蒸汽母管，供给空分装置汽轮机，5.0Mpa高压蒸汽驱动空分装置汽轮机，汽轮机排汽进入汽轮机凝汽器，产生37℃低温凝结水接入低温凝结水母管，低温凝结水母管接入超临界背压机组；
超临界背压发电机组产生2.5Mpa中压蒸汽，接入中压蒸汽母管，供给化工园区及工艺用户，化工园区及工艺用户使用2.5Mpa中压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组；
超临界背压发电机组产生0.6Mpa背压蒸汽，接入背压蒸汽母管，供给化工园区及工艺用户，化工园区及工艺用户使用0.6Mpa背压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组；
超临界背压发电机组内部的化学水处理系统产生化学除盐水，接入化学除盐水母管，供给化工园区及工艺用户化学除盐水；
化工园区各工艺流程7.0Mpa盈余蒸汽经过减压阀接入一号高加蒸汽母管，供给超临界背压机组的一号高压加热器；
化工园区各工艺流程2.5Mpa盈余蒸汽接入中压蒸汽母管，供给化工园区及工艺用户，化工园区及工艺用户使用2.5Mpa中压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组；
化工园区各工艺流程0.6Mpa盈余蒸汽，接入背压蒸汽母管，供给化工园区及工艺用户，化工园区及工艺用户使用0.6Mpa背压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组；
所述空分装置产生气体供给化工园区及工艺用户；
所述的超临界背压发电机组发电供给化工园区及工艺用户。
所述一号高加蒸汽母管内蒸汽通过第一减温减压器接入中压蒸汽母管，第一减温减压器常闭，所述冷段蒸汽母管内蒸汽通过第二减温减压器、第三减温减压器分别接入中压蒸汽母管和低压蒸汽母管，第二减温减压器、第三减温减压器均是常闭，所述的低压蒸汽母管内蒸汽通过第四减温减压器接入背压蒸汽母管，第四减温减压器常闭。
所述超临界背压发电机组采用给水泵汽轮机驱动给水泵，给水泵汽轮机设置凝汽器，接收低温凝结水母管的37℃低温凝结水，并与高温凝结水母管的100℃高温凝结水通过水水换热器换热进行余热回收，换热后的高温凝结水接入超临界背压发电机组。
所述超临界背压发电机组采用中压缸进气门调节压力，产生冷段蒸汽压力，驱动空分装置的汽轮机。
所述超临界背压发电机组中压缸采用旋转隔板调整抽汽压力，产生中压蒸汽和低压蒸汽。
所述空分装置供给化工园区及工艺用户的气体为氧气、氢气、压缩空气。
相对于现有技术，本发明专利采用超临界背压发电机组作为化工园区的主要动力站，同时采用多压力等级蒸汽母管、低温凝结水母管、高温凝结水母管、化学除盐水母管、空分装置来实现化工园区及工艺用户的盈余蒸汽回收、凝结水余热回收，并提供稳定的多压力参数蒸汽、化学除盐水以及氧气、氮气等空分产品，形成化工园区节能耦合的综合能源站。
附图说明
图1为本发明化工园区节能耦合的综合能源站系统的汽水平衡示意图。
图中：1是1#超临界背压发电机组，2是2#超临界背压发电机组，3是汽轮机，4是汽轮机凝汽器，5是化工园区及工艺用户；6是一号高加蒸汽母管，7是冷段蒸汽母管，8是中压蒸汽母管，9是低压蒸汽母管，10是背压蒸汽母管，11是化学除盐水母管，12是高温凝结水母管，13是低温凝结水母管，14是第一减温减压器，15是第二减温减压器，16是第三减温减压器，17是第四减温减压器，18是减压阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
如图1所示，一种化工园区节能耦合的综合能源站系统，同样适用于其他类型的工业聚集区的项目，包括超临界背压发电机组1、空分装置、化工园区各工艺流程、化工园区及工艺用户5，空分装置包括汽轮机3和汽轮机凝汽器4，超临界背压发电机组1、空分装置、化工园区各工艺流程、化工园区及工艺用户5之间均通过管道与汇集母管连通；所述汇集母管包括一号高压加热器蒸汽母管6、冷段蒸汽母管7、中压蒸汽母管8、低压蒸汽母管9、背压蒸汽母管10、化学除盐水母管11、高温凝结水母管12、低温凝结水母管13；
超临界背压发电机组1产生5.0Mpa、540℃高压蒸汽，接入冷段蒸汽母管7，供给空分装置汽轮机3，5.0Mpa高压蒸汽驱动空分装置汽轮机3，汽轮机排汽进入汽轮机凝汽器4，产生37℃低温凝结水接入低温凝结水母管13，低温凝结水母管13接入超临界背压机组1；
超临界背压发电机组1产生2.5Mpa、280℃中压蒸汽，接入中压蒸汽母管8，供给化工园区及工艺用户5，化工园区及工艺用户5使用2.5Mpa中压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管12，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组1；
超临界背压发电机组1产生0.6Mpa、180℃背压蒸汽，接入背压蒸汽母管10，供给化工园区及工艺用户5，化工园区及工艺用户5使用0.6Mpa背压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管12，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组1；
超临界背压发电机组1内部的化学水处理系统产生化学除盐水，接入化学除盐水母管11，供给化工园区及工艺用户5化学除盐水；
化工园区各工艺流程7.0Mpa盈余蒸汽经过减压阀18接入一号高加蒸汽母管6，供给超临界背压机组1的一号高压加热器；
化工园区各工艺流程2.5Mpa盈余蒸汽接入中压蒸汽母管8，供给化工园区及工艺用户5，化工园区及工艺用户5使用2.5Mpa中压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管12，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组1；
化工园区各工艺流程0.6Mpa盈余蒸汽，接入背压蒸汽母管10，供给化工园区及工艺用户5，化工园区及工艺用户5使用0.6Mpa背压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管12，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组1；
所述空分装置产生氧气、氢气、压缩空气供给化工园区及工艺用户5；
所述的超临界背压发电机组1发电供给化工园区及工艺用户5。
所述化工园区及工艺用户需求的蒸汽压力等级多，包含中压蒸汽、低压蒸汽和背压蒸汽三种压力等级，单台超临界背压发电机组中压缸无法设置两个旋转隔板来提供两种参数的工业蒸汽，因此所述的超临界背压发电机组中设置两台或多台调整抽汽不同的机组，从而满足工艺用户多种压力等级的需求。如图1所示，一种化工园区节能耦合的综合能源站系统，设置两台超临界背压发电机组，1#超临界背压发电机组1和2#超临界背压发电机组2，1#超临界背压发电机组1产生冷段蒸汽、中压蒸汽和背压蒸汽，2#超临界背压发电机组2产生冷段蒸汽、低压蒸汽和背压蒸汽。
所述超临界背压发电机组采用中压缸进气门调节压力，实现冷段蒸汽压力稳定，冷段蒸汽母管7与超临界背压机组1和2的冷段蒸汽的抽汽连接，通过冷段蒸汽母管供给冷段蒸汽压力，驱动空分装置的汽轮机。
所述超临界背压发电机组中压缸采用旋转隔板调整抽汽压力，通过中压蒸汽母管和低压蒸汽母管分别供给化工园区及工艺用户中压蒸汽和低压蒸汽；所述超临界背压发电机组通过背压蒸汽母管供给化工园区及工艺用户背压蒸汽，背压蒸汽对应超临界背压机组的排汽背压参数。
所述化工园区工艺流程产生盈余的高压蒸汽，通过减压阀18降压到超临界背压发电机组对应的一级抽汽的参数，接入一号高压加热器蒸汽母管6，与1#超临界背压机组1和2#超临界背压机组2的一级抽汽管道连接，供给超临界背压机组的一号高压加热器，进而减少汽轮机一级抽汽量，减压阀18为常开状态。
所述一号高加蒸汽母管6抽汽量充足，汽源稳定可靠，通过第一减温减压器14接入中压蒸汽母管8，作为备用汽源，第一减温减压器14为常闭状态；所述冷段蒸汽母管7抽汽量充足，汽源稳定可靠，通过第二减温减压器15接入中压蒸汽母管8，第二减温减压器15为常闭状态，作为备用汽源，通过第三减温减压器16接入低压蒸汽母管9，作为备用汽源，第三减温减压器16为常闭状态；所述的低压蒸汽母管9，通过第四减温减压器17接入背压蒸汽母管10，作为备用汽源，第四减温减压器17为常闭状态；可调性强的高压汽源作为低压汽源的备用，通过减温减压器实现各级汽源充足，备用气源的设计，提高了各压力等级工业蒸汽汽源的稳定性和可靠性。
化工园区各工艺流程接入一号高加蒸汽母管6的7.0Mpa盈余蒸汽，通过第一减温减压器14接入中压蒸汽母管8，供给化工园区及工艺用户2.5Mpa、280℃的中压蒸汽，化工园区及工艺用户5使用2.5Mpa中压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管12，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组1；
超临界背压发电机组1产生5.0Mpa、540℃高压蒸汽，接入冷段蒸汽母管7，冷段蒸汽母管7通过第二减温减压器15接入中压蒸汽母管8，供给化工园区及工艺用户2.5Mpa、280℃中压蒸汽，化工园区及工艺用户5使用中压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管12，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组1；
超临界背压发电机组1产生5.0Mpa、540℃高压蒸汽，接入冷段蒸汽母管7，冷段蒸汽母管7通过第三减温减压器16接入低压蒸汽母管9，供给化工园区及工艺用户1.7Mpa、280℃的低压蒸汽，化工园区及工艺用户5使用低压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管12，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组1；
低压蒸汽母管9内的1.7Mpa、280℃的低压蒸汽通过第四减温减压器17接入背压蒸汽母管10，供给化工园区及工艺用户0.6Mpa、180℃的背压蒸汽，化工园区及工艺用户5使用背压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管12，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组1。
所述超临界背压发电机组采用给水泵汽轮机驱动给水泵，给水泵汽轮机设置凝汽器，接收低温凝结水母管的37℃低温凝结水，并与高温凝结水母管的100℃高温凝结水通过水水换热器换热进行余热回收，换热后的高温凝结水通过疏水泵打入超临界背压发电机组。
综上所述，化工园区节能耦合的综合能源站系统，通过节能耦合等系统设置，可实现对化工园区及工艺用户提供电量、化学除盐水、多压力等级工业蒸汽、氧气、氮气、压缩空气、热量等能源产品。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种化工园区节能耦合的综合能源站系统，其特征在于：包括超临界背压发电机组、空分装置、化工园区各工艺流程、化工园区及工艺用户，空分装置包括汽轮机和汽轮机凝汽器，超临界背压发电机组、空分装置、化工园区各工艺流程、化工园区及工艺用户之间均通过管道与汇集母管连通；所述汇集母管包括一号高压加热器蒸汽母管、冷段蒸汽母管、中压蒸汽母管、低压蒸汽母管、背压蒸汽母管、化学除盐水母管、高温凝结水母管、低温凝结水母管；
超临界背压发电机组产生5.0Mpa高压蒸汽，接入冷段蒸汽母管，供给空分装置汽轮机，5.0Mpa高压蒸汽驱动空分装置汽轮机，汽轮机排汽进入汽轮机凝汽器，产生37℃低温凝结水接入低温凝结水母管，低温凝结水母管接入超临界背压机组；
超临界背压发电机组产生2.5Mpa中压蒸汽，接入中压蒸汽母管，供给化工园区及工艺用户，化工园区及工艺用户使用2.5Mpa中压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组；
超临界背压发电机组产生0.6Mpa背压蒸汽，接入背压蒸汽母管，供给化工园区及工艺用户，化工园区及工艺用户使用0.6Mpa背压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组；
超临界背压发电机组内部的化学水处理系统产生化学除盐水，接入化学除盐水母管，供给化工园区及工艺用户化学除盐水；
化工园区各工艺流程7.0Mpa盈余蒸汽经过减压阀接入一号高加蒸汽母管，供给超临界背压机组的一号高压加热器；
化工园区各工艺流程2.5Mpa盈余蒸汽接入中压蒸汽母管，供给化工园区及工艺用户，化工园区及工艺用户使用2.5Mpa中压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组；
化工园区各工艺流程0.6Mpa盈余蒸汽，接入背压蒸汽母管，供给化工园区及工艺用户，化工园区及工艺用户使用0.6Mpa背压蒸汽产生100℃高温凝结水，高温凝结水进入高温凝结水母管，高温凝结水余热回收，接入超临界背压机组；
所述空分装置产生气体供给化工园区及工艺用户；
所述的超临界背压发电机组发电供给化工园区及工艺用户。
2.根据权利要求1所述的化工园区节能耦合的综合能源站系统，其特征在于：所述一号高加蒸汽母管内蒸汽通过第一减温减压器接入中压蒸汽母管，第一减温减压器常闭，所述冷段蒸汽母管内蒸汽通过第二减温减压器、第三减温减压器分别接入中压蒸汽母管和低压蒸汽母管，第二减温减压器、第三减温减压器均是常闭，所述的低压蒸汽母管内蒸汽通过第四减温减压器接入背压蒸汽母管，第四减温减压器常闭。
3.根据权利要求1所述的化工园区节能耦合的综合能源站系统，其特征在于：所述超临界背压发电机组采用给水泵汽轮机驱动给水泵，给水泵汽轮机设置凝汽器，接收低温凝结水母管的37℃低温凝结水，并与高温凝结水母管的100℃高温凝结水通过水水换热器换热进行余热回收，换热后的高温凝结水接入超临界背压发电机组。
4.根据权利要求1所述的化工园区节能耦合的综合能源站系统，其特征在于：所述超临界背压发电机组采用中压缸进气门调节压力，产生冷段蒸汽压力，驱动空分装置的汽轮机。
5.根据权利要求1所述的化工园区节能耦合的综合能源站系统，其特征在于：所述超临界背压发电机组中压缸采用旋转隔板调整抽汽压力，产生中压蒸汽和低压蒸汽。
6.根据权利要求1所述的化工园区节能耦合的综合能源站系统，其特征在于：所述空分装置供给化工园区及工艺用户的气体为氧气、氢气、压缩空气。
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