CN117490433A - 一种加热炉烟气余热回收零电耗系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种加热炉烟气余热回收零电耗系统及方法，该系统包括余热锅炉系统、锅炉给水系统、发电系统、回热冷却补水系统和控制系统；余热锅炉系统包括锅炉本体，加热炉烟气依次经过锅炉本体内部设置的主蒸汽过热器、主蒸汽蒸发器、高温省煤器、次低压蒸汽过热器、次低压蒸汽蒸发器和给水预热器进行热交换后排入大气。该技术方案利用双压余热锅炉提高加热炉烟气余热回收蒸汽的参数以满足并网要求，同时将低压蒸汽用于发电并入余热回收配电系统实现了加热炉烟气余热回收零电耗，避免了余热锅炉被迫提高生产的蒸汽参数，导致余热锅炉的排气温度越来越高，低温段的烟气余热未充分回收的问题。
Description
技术领域
本发明涉及工业余热回收技术领域，具体地，涉及一种加热炉烟气余热回收零电耗系统及方法。
背景技术
根据加热炉的排烟温度，余热锅炉吸收烟气余热可获得不同压力、温度的蒸汽，这些蒸汽通常是被并入管网输送至各用户地点，考虑到蒸汽输送过程的损失大，蒸汽管网对接入蒸汽的品质要求越来越高，余热锅炉被迫提高生产的蒸汽参数，导致余热锅炉的排气温度越来越高，低温段的烟气余热未充分回收。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种加热炉烟气余热回收零电耗系统及方法，能够提高加热炉烟气余热回收主蒸汽的参数，产生次低压蒸汽的同时降低锅炉的排烟温度，提高余热的利用效率，以解决余热回收蒸汽品质要求高，导致排烟温度较高的问题。
本发明提供的一种加热炉烟气余热回收零电耗系统，包括余热锅炉系统、锅炉给水系统、发电系统、回热冷却补水系统和控制系统；
所述余热锅炉系统包括锅炉本体和主汽包，所述锅炉本体的内部设置有主蒸汽过热器、主蒸汽蒸发器、高温省煤器、次低压蒸汽过热器、次低压蒸汽蒸发器和给水预热器；
所述锅炉给水系统包括一体化除氧锅筒和锅炉给水泵；
所述回热冷却补水系统包括回热冷凝器和补水装置；
加热炉烟气依次经过所述主蒸汽过热器、所述主蒸汽蒸发器、所述高温省煤器、所述次低压蒸汽过热器、所述次低压蒸汽蒸发器和所述给水预热器进行热交换后排入大气；
所述主蒸汽过热器的入口与所述主汽包相连，出口与主蒸汽出口管道相连；所述主蒸汽蒸发器的入口与所述主汽包相连，且出口连回所述主汽包内；所述高温省煤器的入口与所述锅炉给水泵的出口相连，出口与所述主汽包相连，所述锅炉给水泵的入口与所述一体化除氧锅筒相连；所述次低压蒸汽过热器的入口与所述一体化除氧锅筒相连，出口与所述控制系统的相连；所述次低压蒸汽蒸发器的入口与所述一体化除氧锅筒相连，且出口连回所述一体化除氧锅筒内；所述给水预热器的入口与所述回热冷却补水系统相连，出口与所述一体化除氧锅筒相连；
所述发电系统分别与所述回热冷却补水系统和所述控制系统相连。
进一步地，所述一体化除氧锅筒包括除氧装置和次汽包，所述除氧装置与所述次汽包相连；
所述锅炉给水泵的入口与所述次汽包相连；所述次低压蒸汽过热器的入口与所述次汽包相连；所述次低压蒸汽蒸发器的入口与所述次汽包相连，且出口连回所述次汽包内；所述给水预热器的出口与所述除氧装置相连。
进一步地，所述发电系统采用透平发电机组，所述透平发电机组包括发电机和汽轮机，所述发电机和所述汽轮机轴接，所述汽轮机的入口与所述控制系统相连，出口与所述回热冷凝器的入口相连。
进一步地，所述补水装置包括凝结水泵、补水箱和补水泵；
所述凝结水泵的入口与所述回热冷凝器的出口相连，出口与所述补水箱相连；所述补水泵的入口与所述补水箱相连，出口与所述回热冷凝器的第一支管相连，所述回热冷凝器的第二支管与所述给水预热器的入口相连。
进一步地，所述回热冷凝器上还设置有第三支管和第四支管，所述第三支管与冷却介质进口管道相连，所述第四支管与冷却介质出口管道相连。
进一步地，所述补水箱与锅炉补水管道相连。
进一步地，所述控制系统包括速关阀和调节阀，所述速关阀的一端与所述低压蒸汽过热器的出口相连，另一端与所述调节阀的一端相连，所述调节阀的另一端与所述发电系统相连。
本发明还提供一种加热炉烟气余热回收零电耗方法，采用上述的加热炉烟气余热回收零电耗系统，包括：
加热炉高温烟气进入余热锅炉系统，依次经过主蒸汽过热器、主蒸汽蒸发器、高温省煤器、次低压蒸汽过热器、次低压蒸汽蒸发器和给水预热器进行热交换后排入大气；
在所述加热炉高温烟气热交换的过程中，回热冷却补水系统将第一液态水输送至所述给水预热器内，所述第一液态水经过热交换后进入一体化除氧锅筒内进行除氧和汽水分离，得到次低压蒸汽和第二液态水，所述第二液态水进入所述次低压蒸汽蒸发器进行热交换后回到所述一体化除氧锅筒内汽水分离，得到所述次低压蒸汽和第三液态水，所述次低压蒸汽进入所述次低压蒸汽过热器进行热交换后得到过热的次低压蒸汽，所述过热的次低压蒸汽通过控制系统的控制，输送至发电系统进行发电，发电后的蒸汽进入所述回热冷却补水系统冷却，所述第三液态水经锅炉给水泵泵送至所述高温省煤器进行热交换后进入主汽包进行汽水分离，得到主蒸汽和第四液态水，所述第四液态水进入所述主蒸汽蒸发器进行热交换后回到所述主汽包汽水分离，得到第五液态水和所述主蒸汽，所述第五液态水再次进入所述主蒸汽蒸发器进行循环，所述主蒸汽进入所述主蒸汽过热器，得到过热的主蒸汽，所述过热的主蒸汽进入主蒸汽出口管道进行输送。
进一步地，所述第一液态水经过热交换后进入一体化除氧锅筒内进行除氧和汽水分离，得到次低压蒸汽和第二液态水，包括：
所述第一液态水经过热交换后进入所述一体化除氧锅筒内的除氧装置进行除氧，得到除氧后的液态水，所述除氧后的液态水再进入所述一体化除氧锅筒内的次汽包进行汽水分离，得到所述次低压蒸汽和所述第二液态水。
进一步地，所述回热冷却补水系统将第一液态水输送至所述给水预热器内，包括：
所述发电后的蒸汽进入所述回热冷却补水系统，通过回热冷凝器冷却后，经凝结水泵泵送至补水箱，所述补水箱内的水经补水泵泵送至所述回热冷凝器内预热后，得到所述第一液态水，输送至所述给水预热器内。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)利用双压余热锅炉提高加热炉烟气余热回收蒸汽的参数以满足并网要求，同时将低压蒸汽用于发电并入余热回收配电系统实现了加热炉烟气余热回收零电耗，避免了余热锅炉被迫提高生产的蒸汽参数，导致余热锅炉的排气温度越来越高，低温段的烟气余热未充分回收的问题。
(2)产生次低压蒸汽的同时降低了锅炉的排烟温度，提高了余热的利用效率，实现了能效的提升。
(3)适宜于余热载体温度相对较低且回收蒸汽品质要求较高的工业炉窑烟气余热回收，应用该系统可以提高回收蒸汽参数的同时不增加现有的用电负荷，实现工业炉窑烟气余热回收零电耗。
(4)将传统的除氧器改为一体化除氧锅筒，一体化除氧锅筒自带除氧装置，无需另外设置除氧装置，实现了结构的进一步简化。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的一种加热炉烟气余热回收零电耗系统的结构示意图。
图中：
1、余热锅炉系统；101、主蒸汽过热器；102、主蒸汽蒸发器；103、高温省煤器；104、次低压蒸汽过热器；105、次低压蒸汽蒸发器；106、给水预热器；107、主汽包；
2、锅炉给水系统；201、一体化除氧锅筒；2011、除氧装置；2012、次汽包；202、锅炉给水泵；
3、发电系统；301、发电机；302、汽轮机；
4、回热冷却补水系统；401、回热冷凝器；402、凝结水泵；403、补水箱；404、补水泵；
5、控制系统；501、速关阀；502、调节阀。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例：
请参阅图1，本申请实施例提供一种加热炉烟气余热回收零电耗系统，包括余热锅炉系统1、锅炉给水系统2、发电系统3、回热冷却补水系统4和控制系统5；
余热锅炉系统包括锅炉本体和主汽包107，锅炉本体的内部设置有主蒸汽过热器101、主蒸汽蒸发器102、高温省煤器103、次低压蒸汽过热器104、次低压蒸汽蒸发器105和给水预热器106；
锅炉给水系统2包括一体化除氧锅筒201和锅炉给水泵202；
回热冷却补水系统4包括回热冷凝器401和补水装置；
加热炉烟气依次经过主蒸汽过热器101、主蒸汽蒸发器102、高温省煤器103、次低压蒸汽过热器104、次低压蒸汽蒸发器105和给水预热器106进行热交换后排入大气；
主蒸汽过热器101的入口与主汽包107相连，出口与主蒸汽出口管道相连；主蒸汽蒸发器102的入口与主汽包107相连，且出口连回主汽包107内；高温省煤器103的入口与锅炉给水泵202的出口相连，出口与主汽包107相连，锅炉给水泵202的入口与一体化除氧锅筒201相连；次低压蒸汽过热器104的入口与一体化除氧锅筒201相连，出口与控制系统5的相连；次低压蒸汽蒸发器105的入口与一体化除氧锅筒201相连，且出口连回一体化除氧锅筒201内；给水预热器106的入口与回热冷却补水系统4相连，出口与一体化除氧锅筒201相连；
发电系统3分别与回热冷却补水系统4和控制系统5相连。
在一个具体的实施例中，该种加热炉烟气余热回收零电耗系统，包括余热锅炉系统1、锅炉给水系统2、发电系统3、回热冷却补水系统4和控制系统5；
余热锅炉系统包括锅炉本体和主汽包107，锅炉本体的内部设置有主蒸汽过热器101、主蒸汽蒸发器102、高温省煤器103、次低压蒸汽过热器104、次低压蒸汽蒸发器105和给水预热器106；
锅炉给水系统2包括一体化除氧锅筒201和锅炉给水泵202；其中，一体化除氧锅筒201包括除氧装置2011和次汽包2012，除氧装置2011与次汽包2012相连；
发电系统3采用透平发电机组，透平发电机组包括发电机301和汽轮机302；发电机301和汽轮机302轴接，汽轮机302的入口与控制系统5相连，出口与回热冷凝器401的入口相连；优选的，汽轮机302安装在撬装模块上，中间由减速机及联轴器连接发电机301，将蒸汽的内能通过减速机及联轴器以动能方式传递给发电机301；发电输出的电能达到电网侧的电能质量(电压、频率及相位角)后通过并网柜直接入系统的配电柜供给各用能设备；
回热冷却补水系统4包括回热冷凝器401和补水装置；其中，补水装置包括凝结水泵402、补水箱403和补水泵404；凝结水泵402的入口与回热冷凝器401的出口相连，出口与补水箱403相连；补水泵404的入口与补水箱403相连，出口与回热冷凝器401的第一支管相连，回热冷凝器401的第二支管与给水预热器106的入口的相连，第一支管和第二支管均与回热冷凝器401内的预热器相连；回热冷凝器401的第三支管与冷却介质进口管道相连，回热冷凝器401的第四支管与冷却介质出口管道相连，第三支管和第四支管均与回热冷凝器401内的冷凝器相连；补水箱403与锅炉补水管道相连；预热器回收乏汽用于余热锅炉补水预热，进一步提高余热利用效率；
加热炉烟气依次经过主蒸汽过热器101、主蒸汽蒸发器102、高温省煤器103、次低压蒸汽过热器104、次低压蒸汽蒸发器105和给水预热器106进行热交换后排入大气；
主蒸汽过热器101的入口与主汽包107相连，出口与主蒸汽出口管道相连；主蒸汽蒸发器102的入口与主汽包107相连，且出口连回主汽包107内；高温省煤器103的入口与锅炉给水泵202的出口相连，出口与主汽包107相连，锅炉给水泵202的入口与次汽包2012相连；次低压蒸汽过热器104的入口与次汽包2012相连，出口与控制系统5的相连；次低压蒸汽蒸发器105的入口与次汽包2012相连，且出口连回次汽包2012内；给水预热器106的出口与除氧装置2011相连；
在一个可选的实施例中，控制系统5包括速关阀501和调节阀502，速关阀501的一端与低压蒸汽过热器104的出口相连，另一端与调节阀502的一端相连，调节阀502的另一端与发电系统3相连。
请参阅图1，本申请实施例还提供一种加热炉烟气余热回收零电耗方法，采用上述的加热炉烟气余热回收零电耗系统，包括：
加热炉高温烟气进入余热锅炉系统1，依次经过主蒸汽过热器101、主蒸汽蒸发器102、高温省煤器103、次低压蒸汽过热器104、次低压蒸汽蒸发器105和给水预热器106进行热交换后排入大气；
在加热炉高温烟气热交换的过程中，回热冷却补水系统4将第一液态水输送至给水预热器106内，第一液态水经过热交换后进入一体化除氧锅筒201内进行除氧和汽水分离，得到次低压蒸汽和第二液态水，第二液态水进入次低压蒸汽蒸发器105进行热交换后回到一体化除氧锅筒201内汽水分离，得到次低压蒸汽和第三液态水，次低压蒸汽进入次低压蒸汽过热器104进行热交换后得到过热的次低压蒸汽，过热的次低压蒸汽通过控制系统5的控制，输送至发电系统3进行发电，发电后的蒸汽进入回热冷却补水系统4冷却，第三液态水经锅炉给水泵202泵送至高温省煤器103进行热交换后进入主汽包107进行汽水分离，得到主蒸汽和第四液态水，第四液态水进入主蒸汽蒸发器102进行热交换后回到主汽包107汽水分离，得到第五液态水和主蒸汽，第五液态水再次进入主蒸汽蒸发器102进行循环，主蒸汽进入主蒸汽过热器101，得到过热的主蒸汽，过热的主蒸汽进入主蒸汽出口管道进行输送。
在一个具体的实施例中，该种加热炉烟气余热回收零电耗方法，包括：
加热炉高温烟气进入余热锅炉系统1，依次经过主蒸汽过热器101、主蒸汽蒸发器102、高温省煤器103、次低压蒸汽过热器104、次低压蒸汽蒸发器105和给水预热器106进行热交换后排入大气；
在加热炉高温烟气热交换的过程中，发电后的蒸汽进入回热冷却补水系统4，通过回热冷凝器401内的冷凝器冷却后，经凝结水泵402泵送至补水箱403，补水箱403内的水经补水泵404泵送至回热冷凝器401内的预热器预热后，得到第一液态水，输送至给水预热器106内，第一液态水经过热交换后进入一体化除氧锅筒201内的除氧装置2011进行除氧，得到除氧后的液态水，除氧后的液态水再进入一体化除氧锅筒201内的次汽包2012进行汽水分离，得到次低压蒸汽和第二液态水，第二液态水进入次低压蒸汽蒸发器105进行热交换后回到一体化除氧锅筒201内汽水分离，得到次低压蒸汽和第三液态水，次低压蒸汽进入次低压蒸汽过热器104进行热交换后得到过热的次低压蒸汽，过热的次低压蒸汽通过控制系统5的控制，输送至发电系统3，发电系统3采用透平发电机组，汽轮机302将过热的次低压蒸汽的内能通过减速机及联轴器以动能方式传递给发电机301进行发电，发电后的蒸汽进入回热冷却补水系统4冷却并再次循环，第三液态水经锅炉给水泵202泵送至高温省煤器103进行热交换后进入主汽包107进行汽水分离，得到主蒸汽和第四液态水，第四液态水进入主蒸汽蒸发器102进行热交换后回到主汽包107汽水分离，得到第五液态水和主蒸汽，第五液态水再次进入主蒸汽蒸发器102进行循环，主蒸汽进入主蒸汽过热器101，得到过热的主蒸汽，过热的主蒸汽进入主蒸汽出口管道进行输送。
在一个可选的实施例中，控制系统5包括速关阀501和调节阀502，通过速关阀501和调节阀502控制过热的次低压蒸汽是否进入发电系统3。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种加热炉烟气余热回收零电耗系统，其特征在于，包括余热锅炉系统(1)、锅炉给水系统(2)、发电系统(3)、回热冷却补水系统(4)和控制系统(5)；
所述余热锅炉系统包括锅炉本体和主汽包(107)，所述锅炉本体的内部设置有主蒸汽过热器(101)、主蒸汽蒸发器(102)、高温省煤器(103)、次低压蒸汽过热器(104)、次低压蒸汽蒸发器(105)和给水预热器(106)；
所述锅炉给水系统(2)包括一体化除氧锅筒(201)和锅炉给水泵(202)；
所述回热冷却补水系统(4)包括回热冷凝器(401)和补水装置；
加热炉烟气依次经过所述主蒸汽过热器(101)、所述主蒸汽蒸发器(102)、所述高温省煤器(103)、所述次低压蒸汽过热器(104)、所述次低压蒸汽蒸发器(105)和所述给水预热器(106)进行热交换后排入大气；
所述主蒸汽过热器(101)的入口与所述主汽包(107)相连，出口与主蒸汽出口管道相连；所述主蒸汽蒸发器(102)的入口与所述主汽包(107)相连，且出口连回所述主汽包(107)内；所述高温省煤器(103)的入口与所述锅炉给水泵(202)的出口相连，出口与所述主汽包(107)相连，所述锅炉给水泵(202)的入口与所述一体化除氧锅筒(201)相连；所述次低压蒸汽过热器(104)的入口与所述一体化除氧锅筒(201)相连，出口与所述控制系统(5)的相连；所述次低压蒸汽蒸发器(105)的入口与所述一体化除氧锅筒(201)相连，且出口连回所述一体化除氧锅筒(201)内；所述给水预热器(106)的入口与所述回热冷却补水系统(4)相连，出口与所述一体化除氧锅筒(201)相连；
所述发电系统(3)分别与所述回热冷却补水系统(4)和所述控制系统(5)相连。
2.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收零电耗系统，其特征在于，所述一体化除氧锅筒(201)包括除氧装置(2011)和次汽包(2012)，所述除氧装置(2011)与所述次汽包(2012)相连；
所述锅炉给水泵(202)的入口与所述次汽包(2012)相连；所述次低压蒸汽过热器(104)的入口与所述次汽包(2012)相连；所述次低压蒸汽蒸发器(105)的入口与所述次汽包(2012)相连，且出口连回所述次汽包(2012)内；所述给水预热器(106)的出口与所述除氧装置(2011)相连。
3.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收零电耗系统，其特征在于，所述发电系统(3)采用透平发电机组，所述透平发电机组包括发电机(301)和汽轮机(302)，所述发电机(301)和所述汽轮机(302)轴接，所述汽轮机(302)的入口与所述控制系统(5)相连，出口与所述回热冷凝器(401)的入口相连。
4.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收零电耗系统，其特征在于，所述补水装置包括凝结水泵(402)、补水箱(403)和补水泵(404)；
所述凝结水泵(402)的入口与所述回热冷凝器(401)的出口相连，出口与所述补水箱(403)相连；所述补水泵(404)的入口与所述补水箱(403)相连，出口与所述回热冷凝器(401)的第一支管相连，所述回热冷凝器(401)的第二支管与所述给水预热器(106)的入口相连。
5.根据权利要求4所述的加热炉烟气余热回收零电耗系统，其特征在于，所述回热冷凝器(401)上还设置有第三支管和第四支管，所述第三支管与冷却介质进口管道相连，所述第四支管与冷却介质出口管道相连。
6.根据权利要求4所述的加热炉烟气余热回收零电耗系统，其特征在于，所述补水箱(403)与锅炉补水管道相连。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的加热炉烟气余热回收零电耗系统，其特征在于，所述控制系统(5)包括速关阀(501)和调节阀(502)，所述速关阀(501)的一端与所述低压蒸汽过热器(104)的出口相连，另一端与所述调节阀(502)的一端相连，所述调节阀(502)的另一端与所述发电系统(3)相连。
8.一种加热炉烟气余热回收零电耗方法，采用如权利要求1至7任意一项所述的加热炉烟气余热回收零电耗系统，其特征在于，包括：
加热炉高温烟气进入余热锅炉系统(1)，依次经过主蒸汽过热器(101)、主蒸汽蒸发器(102)、高温省煤器(103)、次低压蒸汽过热器(104)、次低压蒸汽蒸发器(105)和给水预热器(106)进行热交换后排入大气；
在所述加热炉高温烟气热交换的过程中，回热冷却补水系统(4)将第一液态水输送至所述给水预热器(106)内，所述第一液态水经过热交换后进入一体化除氧锅筒(201)内进行除氧和汽水分离，得到次低压蒸汽和第二液态水，所述第二液态水进入所述次低压蒸汽蒸发器(105)进行热交换后回到所述一体化除氧锅筒(201)内汽水分离，得到所述次低压蒸汽和第三液态水，所述次低压蒸汽进入所述次低压蒸汽过热器(104)进行热交换后得到过热的次低压蒸汽，所述过热的次低压蒸汽通过控制系统(5)的控制，输送至发电系统(3)进行发电，发电后的蒸汽进入所述回热冷却补水系统(4)冷却，所述第三液态水经锅炉给水泵(202)泵送至所述高温省煤器(103)进行热交换后进入主汽包(107)进行汽水分离，得到主蒸汽和第四液态水，所述第四液态水进入所述主蒸汽蒸发器(102)进行热交换后回到所述主汽包(107)汽水分离，得到第五液态水和所述主蒸汽，所述第五液态水再次进入所述主蒸汽蒸发器(102)进行循环，所述主蒸汽进入所述主蒸汽过热器(101)，得到过热的主蒸汽，所述过热的主蒸汽进入主蒸汽出口管道进行输送。
9.根据权利要求8所述的加热炉烟气余热回收零电耗方法，其特征在于，所述第一液态水经过热交换后进入一体化除氧锅筒(201)内进行除氧和汽水分离，得到次低压蒸汽和第二液态水，包括：
所述第一液态水经过热交换后进入所述一体化除氧锅筒(201)内的除氧装置(2011)进行除氧，得到除氧后的液态水，所述除氧后的液态水再进入所述一体化除氧锅筒(201)内的次汽包(2012)进行汽水分离，得到所述次低压蒸汽和所述第二液态水。
10.根据权利要求8所述的加热炉烟气余热回收零电耗方法，其特征在于，所述回热冷却补水系统(4)将第一液态水输送至所述给水预热器(106)内，包括：
所述发电后的蒸汽进入所述回热冷却补水系统(4)，通过回热冷凝器(401)冷却后，经凝结水泵(402)泵送至补水箱(403)，所述补水箱(403)内的水经补水泵(404)泵送至所述回热冷凝器(401)内预热后，得到所述第一液态水，输送至所述给水预热器(106)内。
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