焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統及方法

2023-06-19 11:35:36 2

焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統，包括汽包、強制循環裝置、飽和蒸汽換熱器組、過熱蒸汽換熱器組、主汽調節閥、補氣調節閥、汽輪機、發電機；所述汽包的出水口與強制循環裝置的輸入端連接，強制循環裝置的輸出端與飽和蒸汽換熱器組的輸入端連接，飽和蒸汽換熱器組的輸出端與汽包的汽水混合物輸入口連接；汽包的第一飽和蒸汽輸出口與過熱蒸汽換熱器組的輸入端連接，過熱蒸汽換熱器組的輸出端通過主汽調節閥與汽輪機的高壓輸入端連接，汽包的第二飽和蒸汽輸出口通過補氣調節閥與汽輪機的低壓輸入端連接，所述汽輪機的輸出端與發電機固定連接。本發明將焦爐荒煤氣餘熱轉換為蒸汽熱能，進而由蒸汽推動汽輪機做功而發電。
【專利說明】焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統及方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及餘熱回收利用【技術領域】，特別涉及一種用於冶金、焦化行業的焦爐荒 煤氣餘熱回收發電系統及方法。

【背景技術】
[0002] 煉焦工藝流程中產生的餘熱資源的高效回收利用，是建立資源節約、環境友好的 綠色焦化廠節能的主要方向，也是降低焦爐能耗的主要途徑之一。因此，實現這些餘熱的回 收利用將產生很大的社會、經濟效益。
[0003] 在早期對二次能源品質潛力的挖掘、價值的開發以及低品質餘熱餘能利用支撐技 術與裝備開發滯後。例如煤在焦爐高溫乾餾過程中產生大量高溫荒煤氣，荒煤氣溫度在 800°C左右，大量熱能未經回收而直接排放造成未得到利用。雖然我國在七、八十年代開發 過上升管換熱器，並得到一定的推廣應，但回收於上升管換熱器內的高溫焦爐荒煤氣的餘 熱採用循環氨水使荒煤氣溫度降到80°C左右，這種回收不利用的方式不僅把熱量白白浪費 掉,而且增加了餘熱回收成本。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統及方法，本發明將焦爐荒 煤氣餘熱轉換為蒸汽熱能，進而由蒸汽推動汽輪機做功而發電。
[0005] 焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統，包括汽包、強制循環裝置、飽和蒸汽換熱器組、過 熱蒸汽換熱器組、主汽調節閥、補氣調節閥、汽輪機、發電機；
[0006] 所述汽包的出水口與強制循環裝置的輸入端連接，強制循環裝置的輸出端與飽和 蒸汽換熱器組的輸入端連接，飽和蒸汽換熱器組的輸出端與汽包的汽水混合物輸入口連 接，進行汽水分離；
[0007] 汽包的第一飽和蒸汽輸出口與過熱蒸汽換熱器組的輸入端連接，過熱蒸汽換熱器 組的輸出端通過主汽調節閥與汽輪機的高壓輸入端連接，汽包的第二飽和蒸汽輸出口通過 補氣調節閥與汽輪機的低壓輸入端連接，所述汽輪機的輸出端與發電機固定連接。
[0008] 優選地，所述飽和蒸汽換熱器組至少由兩個第一上升管換熱器、第一輸入端、第一 輸出管組成，這些第一上升管換熱器的輸入端並聯在第一輸入管道上，第一上升管換熱器 的輸出端並聯在第一輸出管道上；
[0009] 所述過熱蒸汽換熱器組至少由兩個第二上升管換熱器、第二輸入端、第二輸出管 組成，這些第二上升管換熱器的輸入端並聯在第二輸入管道上，第二上升管換熱器的輸出 端並聯在第二輸出管道上。
[0010] 優選地，主汽調節閥和補氣調節閥均採用全液壓調節閥或者電液調節閥。
[0011] 優選地，所述發電系統還包括一個補水裝置，該補水裝置包括緩衝水箱、水泵、除 氧器、除氧水箱、給水泵，緩衝水箱的輸出端與水泵的輸入端連接，水泵的輸出端與除氧器 的輸入端連接，除氧器的輸出端與除氧水箱的輸入端連接，除氧水箱的輸出端與給水泵的 輸入端連接，給水泵的輸出端與汽包的輸入端連接。
[0012] 優選地，所述發電系統還包括一個凝結水裝置，該凝結水裝置包括凝汽器、水泵， 凝汽器的輸出端與水泵的輸入端連接。
[0013] 優選地，凝結水裝置還包括冷卻塔以及冷卻水泵，冷卻塔的輸入端與凝汽器的輸 出端連接，冷卻塔的輸出端與冷卻水泵輸入端連接，冷卻水泵的輸出端與凝汽器的輸入端 連接。
[0014] 優選地，還包括一個併網電櫃，該併網電櫃連接於發電機的輸出端。
[0015] 一種利用所述焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統進行發電的方法，包括以下步驟：
[0016] 步驟一，將汽包內的水通過強制循環裝置輸送到飽和蒸汽換熱器組中，通過飽和 蒸汽換熱器組使水汽化得到飽和蒸汽，從飽和蒸汽換熱器組輸出的汽水混合物輸送到汽包 中，進行汽水分離；
[0017] 步驟二，將汽包中的飽和蒸汽輸送到過熱蒸汽換熱器組中，由過熱蒸汽換熱器組 將飽和蒸汽轉換為過熱蒸汽；
[0018] 步驟三，將過熱蒸汽換熱器組輸出的過熱蒸汽由汽輪機的高壓輸入口輸入到汽輪 機中，汽輪機做功而帶動發電機工作，在汽輪機做功下降的時刻，將汽包內的飽和蒸汽由汽 輪機的低壓輸入口輸入到汽輪機中，對汽輪機內的熱量進行補給。
[0019] 優選地，過熱蒸汽和飽和蒸汽推動汽輪機做功後變換為低溫泛汽，將低溫泛汽輸 送到凝汽器凝結成水，凝結水通過變頻水泵，集中送入汽包補水系統緩衝水箱中。
[0020] 優選地，凝汽器的循環冷卻水，由冷卻水閉路循環系統通過冷卻水泵進行加壓供 水，並經過冷卻塔的強制冷卻，冷卻降溫後回流到冷卻水泵吸水井並循環使用。
[0021] 採用了上述方案，本發明通過增加動能將熱水輸送到飽和蒸汽換熱器組的進水 口，飽和蒸汽換熱器組的出口與汽包的上升管接口相連接，在汽包內部進行汽水分離，汽包 上的蒸汽出口通過蒸汽母管一路供應低壓飽和蒸汽作為汽輪機補汽，另一路與另一組上升 管換熱器組的進口相連接，將產生的飽和蒸汽通過過熱蒸汽換熱器組進行熱交換轉變成過 熱蒸汽，換熱器組出口與過熱蒸汽母管相連接，作為汽輪機的主汽。汽輪機採用過熱蒸汽換 熱器組產生的過熱蒸汽，通過調節閥進入汽輪機主進汽口高壓段，充分利用過熱蒸汽的熱 能，將熱能轉化為機械功在高溫高壓及高轉速的條件下進行工作，產生高速旋轉，從而帶動 發電機轉動，進行發電。飽和蒸汽是採用的飽和蒸汽換熱器組產生的飽和蒸汽，通過補氣調 節閥進入汽輪機補汽口低壓段，增加汽輪機的動能，帶動發電機發電。這樣，本發明將焦爐 荒煤氣餘熱與水進行了熱交換，產生的蒸汽帶動汽輪機做功而發電。然而，本發明不僅僅將 是焦爐荒煤氣餘熱轉換為蒸汽推動發汽輪機進行發電，而且在利用蒸汽的過程中，先採用 過熱蒸汽使汽輪機作功，當汽輪機的轉動達到一定時，隨著過熱蒸汽的熱量下降，其做功的 效率隨之下降，因此，通過通入飽和蒸汽以補充過熱蒸汽的熱量損失，從而使做功的效率得 到保持。本發明的結構方式不但使轉換的蒸汽得到了合理利用（即不需要一直採用過熱蒸 汽進行發電），而且使發電的效率得到保證。
[0022] 本發明具有如下有益效果：
[0023] (1)本發明可以保證焦爐長期、安全、穩定地連續生產，從而連續穩定地回收利用 焦爐上升管荒煤氣的餘熱產生低壓飽和蒸汽和過熱蒸汽。
[0024] (2)本發明的飽和蒸汽換熱器組的進水口通過強制循環裝置與汽包相連接，換熱 器組的出水口與汽包的上升管相連接，汽包上的飽和蒸汽出口與汽輪機補汽接口低壓段相 連接，可以供應飽和蒸汽，同時可以通過蒸汽管道與另一組過熱蒸汽換熱器組的進口連接， 通過換熱器再次換熱，產生過熱蒸汽，通過過熱蒸汽母管與汽輪機主汽接口高壓段相連接， 帶動汽輪機高速旋轉做功，並帶動發電機發電。
[0025] (3)本發明的主汽和補氣輸入汽輪機前的壓力調節，採用全液壓調節或者電液調 節，調節穩定速度不等率低。利用電液調節可以實現無差調節，方便與DCS聯合控制。
[0026] (4)本發明對主汽和補氣對熱源品質要求不高，可以適合變負荷的工況條件，低溫 泛汽進入凝汽器完全凝結成水回用，凝結水通過變頻凝結水泵，集中送入汽包補水系統補 充水箱，也可以從中間等級抽出合適壓力的蒸汽供用戶生產和生活上使用。
[0027] (5)本發明的一種焦爐上升管荒煤氣餘熱回收低壓蒸汽發電系統，凝汽器的冷卻 供水，採用工業淨水閉路循環系統通過冷卻水泵進行加壓供水，並經過冷卻塔，經過風機的 強制冷卻，冷卻降溫後回流到冷卻水泵吸水井並循環使用。
[0028] (6)本發明的一種焦爐上升管荒煤氣餘熱回收低壓蒸汽發電系統，整個系統的控 制調節系統採用了美國WOODWARD公司生產的數字式電液調速器和西門子製造的液壓執行 機構系統，將汽包的液位、進水流量、蒸汽流量的三衝量的調節、強制循環泵的變頻調節、汽 輪機、凝汽器、冷卻水泵的控制調節集中到中央控制室統一集中控制。整個系統具有精密度 高、效率高，操作方便、易於維護。
[0029] 綜上所述，本發明充分利用焦爐上升管換熱器技術，將始終無法利用的焦爐荒煤 氣進行回收利用，產出低壓飽和蒸汽，在企業用汽富裕的情況之下，利用低壓飽和蒸汽的發 電方法，採用主汽和補氣兩級蒸汽壓力發動，主汽經過調節閥穩壓後輸入汽輪機的高壓段， 補氣輸入汽輪機的低壓段，主汽和補氣推動汽輪機轉動，從而帶動發電機發電。這樣使得不 同壓力等級的低壓飽和蒸汽均得到充分利用，具有投資小、運行成本低、日常管理簡單的特 點，易於維護及安全可靠性高等特點。為充分利用回收的餘熱蒸汽，主汽和補氣輸入汽輪機 前的壓力調節，採用全液壓調節或者電液調節，調節穩定速度不等率低。利用電液調節可以 實現無差調節，方便與DCS聯合控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為本發明的焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統的結構示意圖；
[0031] 附圖中，1、緩衝水箱；2、水泵；3、除氧器；4、除氧水箱；5、給水泵；6、汽包；7、汽包 液位計；8、強制循環裝置；9、飽和蒸汽換熱器組；10、第一上升管換熱器；11、第二上升管 換熱器；13、過熱蒸汽換熱器組；14、補汽調節閥；15、主汽調節閥；16、汽輪機；17、發電機； 18、併網電櫃；19、凝汽器；20、水慄；21、冷卻塔；22、中央控制臺；23、冷卻水慄。

【具體實施方式】
[0032] 為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。
[0033] 參照圖1，本發明的焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統，包括汽包6、強制循環裝置8、 飽和蒸汽換熱器組9、過熱蒸汽換熱器組13、主汽調節閥15、補氣調節閥14、汽輪機16、發電 機17。
[0034] 所述汽包的出水口與強制循環裝置的輸入端連接，強制循環裝置的輸出端與飽和 蒸汽換熱器組9的輸入端連接，飽和蒸汽換熱器組9的輸出端與汽包6的汽水混合物輸入 口連接。所述飽和蒸汽換熱器組9至少由兩個第一上升管換熱器10、第一輸入端、第一輸出 管組成，這些第一上升管換熱器的輸入端並聯在第一輸入管道上，第一上升管換熱器的輸 出端並聯在第一輸出管道上。汽包6的第一飽和蒸汽輸出口與過熱蒸汽換熱器組13的輸 入端連接，所述過熱蒸汽換熱器組13至少由兩個第二上升管換熱器11、第二輸入端、第二 輸出管組成，這些第二上升管換熱器的輸入端並聯在第二輸入管道上，第二上升管換熱器 的輸出端並聯在第二輸出管道上。從汽包6輸出的水與蒸汽換熱器組9進行熱交換得到飽 和蒸汽，汽水混合物回流到汽包內，由於溫差的原因，飽和蒸汽位於上汽包內冷水的上方， 這樣使得蒸汽和水共存於一個汽包內，具有節省存儲設備的優點。從汽包內輸出的飽和蒸 汽一方面輸送到過熱蒸汽換熱器組13再次進行熱交換，得到過熱的蒸汽，另一方面則作為 熱能補充的蒸汽在需要時輸送到汽輪機16中。
[0035] 過熱蒸汽換熱器組13的輸出端通過主汽調節閥15與汽輪機的高壓輸入端連接， 汽包6的第二飽和蒸汽輸出口通過補氣調節閥14與汽輪機16的低壓輸入端連接，主汽調 節閥15和補氣調節閥14均採用全液壓調節閥或者電液調節閥。所述汽輪機16的輸出端與 發電機17固定連接。還包括一個併網電櫃18,該併網電櫃18連接於發電機的輸出端。過 熱蒸汽通過主汽調節閥15進入汽輪機16主汽口高壓段，飽和蒸汽通過補氣調節閥14進入 汽輪機16補汽口低壓段，推動汽輪機16轉動做功，並帶動發電機高速旋轉發電，產生400V 或10. 5KV、50HZ的交流電，通過併網電櫃18將生產的電輸送到外部電網。
[0036] 參照圖1，所述發電系統還包括一個補水裝置，該補水裝置包括緩衝水箱1、水泵 2、除氧器3、除氧水箱4、給水泵5,緩衝水箱1的輸出端與水泵2的輸入端連接，水泵2的輸 出端與除氧器3的輸入端連接，除氧器3的輸出端與除氧水箱4的輸入端連接，除氧水箱4 的輸出端與給水泵5的輸入端連接，給水泵5的輸出端與汽包6的輸入端連接。補水通過 水泵2將補充水從緩衝水箱1輸送到除氧器3進行熱力除氧後除氧水進入除氧水箱4,再經 過汽包進水泵5送入到汽包。
[0037] 參照圖1，所述發電系統還包括一個凝結水裝置，該凝結水裝置包括凝汽器19、水 泵20,凝汽器19的輸出端與水泵20的輸入端連接，水泵20為變頻水泵。凝結水裝置還包 括冷卻塔21以及冷卻水泵23,冷卻塔21的輸入端與凝汽器19的輸出端連接，冷卻塔21的 輸出端與冷卻水泵23輸入端連接，冷卻水泵23的輸出端與凝汽器19的輸入端連接。低溫 泛汽進入凝汽器19完全凝結成水回用，凝結水通過水泵20,集中送入緩衝水箱1，凝汽器19 及汽輪機16的冷卻水通過閉式循環冷卻塔21及冷卻水泵23組成冷卻循環系統進行冷卻。 即做功完成的過熱蒸汽和飽和蒸汽變成低溫泛汽進入凝汽器完全凝結成水回用，凝結水通 過水泵20,集中送入補水裝置，也可以從中間等級抽出合適壓力的蒸汽供用戶生產和生活 上使用。汽輪機組合凝汽器的冷卻水通過冷卻塔閉式循環使用循環冷卻水泵通過循環水管 路循環供水，降低能耗，節約水源，水泵20電機採用變頻技術，適應了機組負荷變化比較大 的特點。
[0038] 本發明的發電系統還包括檢測控制裝置，檢測控制裝置包括溫度檢測器、壓力變 送器、溫度計、設置於汽包6上的汽包液位計7和電接點液位計、壓力表和壓力變送器、蒸汽 流量計和汽包進水流量計以及強制循環母管流量計和設置於緩衝水箱1上的水箱液位計， 以及調節閥15、變頻水泵電機，整個系統的控制調節系統採用了美國WOODWARD公司生產的 數字式電液調速器和西門子製造的液壓執行機構系統，將汽包的液位、進水流量、蒸汽流量 的三衝量的調節、強制循環泵的變頻調節、汽輪機16、發電機17、凝汽器19、冷卻水泵23的 控制調節集中到中央控制室22統一集中控制。整個系統具有精密度高、效率高，操作方便、 易於維護
[0039] 參照圖1，利用所述焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統進行發電的方法，包括以下步 驟：
[0040] 步驟一，將汽包內的水通過強制循環裝置輸送到飽和蒸汽換熱器組9中，通過飽 和蒸汽換熱器組9使水汽化得到飽和蒸汽，從飽和蒸汽換熱器組9輸出的汽水混合物輸送 到汽包6中，進行汽水分離；
[0041] 步驟二，將汽包6中的飽和蒸汽輸送到過熱蒸汽換熱器組13中，由過熱蒸汽換熱 器組13將飽和蒸汽轉換為過熱蒸汽；
[0042] 步驟三，將過熱蒸汽換熱器組13輸出的過熱蒸汽由汽輪機16的高壓輸入口輸入 到汽輪機16中，汽輪機做功而帶動發電機工作，在汽輪機做功下降的時刻，將汽包6內的飽 和蒸汽由汽輪機16的低壓輸入口輸入到汽輪機16中，對汽輪機內的熱量進行補給。
[0043] 步驟3中，過熱蒸汽和飽和蒸汽推動汽輪機16做功後變換為低溫泛汽，將低溫泛 汽輸送到凝汽器19凝結成水，凝結水通過變頻水泵20,集中送入汽包補水系統緩衝水箱1 中。凝汽器19的循環冷卻水，由淨冷卻水閉路循環系統通過冷卻水泵23進行加壓供水，並 經過冷卻塔21的強制冷卻，冷卻降溫後回流到冷卻水泵吸水井並循環使用。
[0044] 以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所 示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。所以，如果本領域的普通技 術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案 相似的結構方式及實施例，均應屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統，其特徵在於：包括汽包（6)、強制循環裝置（8)、飽 和蒸汽換熱器組（9)、過熱蒸汽換熱器組（13)、主汽調節閥（15)、補氣調節閥（14)、汽輪機 (16)、發電機（17); 所述汽包的出水口與強制循環裝置的輸入端連接，強制循環裝置的輸出端與飽和蒸汽 換熱器組（9)的輸入端連接，飽和蒸汽換熱器組（9)的輸出端與汽包（6)的汽水混合物輸 入口連接； 汽包（6)的第一飽和蒸汽輸出口與過熱蒸汽換熱器組（13)的輸入端連接，過熱蒸汽換 熱器組（9)的輸出端通過主汽調節閥（15)與汽輪機的高壓輸入端連接，汽包（6)的第二飽 和蒸汽輸出口通過補氣調節閥（14)與汽輪機（16)的低壓輸入端連接，所述汽輪機（16)的 輸出端與發電機（17)固定連接。
2. 根據權利要求1所述的焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統，其特徵在於：所述飽和蒸汽 換熱器組（9)至少由兩個第一上升管換熱器、第一輸入端、第一輸出管組成，這些第一上升 管換熱器的輸入端並聯在第一輸入管道上，第一上升管換熱器的輸出端並聯在第一輸出管 道上； 所述過熱蒸汽換熱器組（13)至少由兩個第二上升管換熱器、第二輸入端、第二輸出管 組成，這些第二上升管換熱器的輸入端並聯在第二輸入管道上，第二上升管換熱器的輸出 端並聯在第二輸出管道上。
3. 根據權利要求1所述的焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統，其特徵在於：主汽調節閥 (15)和補氣調節閥（14)均採用全液壓調節閥或者電液調節閥。
4. 根據權利要求1至3任意一項所述的焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統，其特徵在於： 所述發電系統還包括一個補水裝置，該補水裝置包括緩衝水箱（1)、水泵（2)、除氧器（3)、 除氧水箱⑷、給水泵（5)，緩衝水箱⑴的輸出端與水泵⑵的輸入端連接，水泵⑵的輸 出端與除氧器（3)的輸入端連接，除氧器（3)的輸出端與除氧水箱（4)的輸入端連接，除氧 水箱（4)的輸出端與給水泵（5)的輸入端連接，給水泵（5)的輸出端與汽包（6)的輸入端 連接。
5. 根據權利要求1至3任意一項所述的焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統，其特徵在於： 所述發電系統還包括一個凝結水裝置，該凝結水裝置包括凝汽器（19)、水泵（20)，凝汽器 (19)的輸出端與水泵（20)的輸入端連接。
6. 根據權利要求5所述的焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統，其特徵在於：凝結水裝置還 包括冷卻塔（21)以及冷卻水泵（23)，冷卻塔（21)的輸入端與凝汽器（19)的輸出端連接， 冷卻塔（21)的輸出端與冷卻水泵（23)輸入端連接，冷卻水泵（23)的輸出端與凝汽器（19) 的輸入端連接。
7. 根據權利要求1至3任意一項所述的焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統，其特徵在於： 還包括一個併網電櫃（18)，該併網電櫃（18)連接於發電機的輸出端。
8. -種利用權利要求1至7所述焦爐荒煤氣餘熱回收發電系統進行發電的方法，其特 徵在於，包括以下步驟： 步驟一，將汽包內的水通過強制循環裝置輸送到飽和蒸汽換熱器組（9)中，通過飽和 蒸汽換熱器組（9)使水汽化得到飽和蒸汽，從飽和蒸汽換熱器組（9)輸出的飽和蒸汽輸送 到汽包（6)中； 步驟二，將汽包（6)中的飽和蒸汽輸送到過熱蒸汽換熱器組（13)中，由過熱蒸汽換熱 器組（13)將飽和蒸汽轉換為過熱蒸汽； 步驟三，將過熱蒸汽換熱器組（13)輸出的過熱蒸汽由汽輪機（16)的高壓輸入口輸入 到汽輪機（16)中，汽輪機做功而帶動發電機工作，在汽輪機做功下降的時刻，將汽包（6)內 的飽和蒸汽由汽輪機（16)的低壓輸入口輸入到汽輪機（16)中，對汽輪機內的熱量進行補 給。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於：過熱蒸汽和飽和蒸汽推動汽輪機（16) 做功後變換為低溫泛汽，將低溫泛汽輸送到凝汽器（19)凝結成水，凝結水通過變頻水泵 (20)，集中送入汽包補水系統緩衝水箱（1)中。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於：凝汽器（19)的循環冷卻水，由冷卻水閉 路循環系統通過冷卻水泵（23)進行加壓供水，並經過冷卻塔（21)的強制冷卻，冷卻降溫後 回流到冷卻水泵吸水井並循環使用。
【文檔編號】F01K27/00GK104061031SQ201410232596
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】韓培 申請人:韓培