一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統及方法與流程
2024-04-13 14:36:05 1
1.本發明涉及一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統及方法，屬於鋼鐵企業煉鐵流程餘熱利用以及火電汽輪機裝置技術領域。
背景技術：
2.我國是鋼鐵生產大國，煉鐵是鋼鐵產業中重要的工序環節。在高爐煉鐵過程中，會產生大量煤氣。據統計，高爐每冶煉1t生鐵能產生1700－2500m3的煤氣，其化學成分包括co、co2、h2、n2和ch4，可以作為燃料進行利用。目前，對於高爐煤氣已有一系列的利用方式，例如採用高爐煤氣燃機聯合循環、高爐煤氣燃燒推動再熱發電汽輪機發電、高爐煤氣餘壓透平發電等。其中最為主要的利用方式是通入煤氣鍋爐燃燒產生高參數過熱蒸汽推動再熱發電汽輪機發電。
3.燒結法生產燒結礦，是鐵礦石在入爐前的重要工序。燒結過程中會產生大量餘熱，研究表明，燒結工序餘熱資源量約佔噸鋼餘熱資源總量的近20％。其餘熱利用的方法主要是將高溫廢氣引入餘熱鍋爐，產生蒸汽推動汽輪機發電。
4.上述兩種餘熱利用方法本質上均為汽輪機發電，但是有很大的差異。高爐煤氣燃燒產生蒸汽參數高，量較大。目前國內鋼鐵企業煤氣利用發電主蒸汽參數普遍超過13.2mpa/535℃，不少項目採用了亞臨界參數16.7mpa/566℃，個別項目甚至採用了超超臨界參數24.2mpa/600℃，並且均採用了一次再熱技術。汽輪機功率等級介於50mw－150mw之間。而燒結餘熱利用由於其本身煙氣溫度較低(200℃－400℃之間)，產生的主蒸汽參數品質並不高，汽輪機功率小，且多採用純凝式機組。例如某燒結餘熱利用項目主蒸汽參數為0.7mpa/285℃，配置25mw凝汽式汽輪機。由於參數和功率等級的差異，傳統意義上，煤氣發電和燒結餘熱發電為獨立的兩個系統，設置兩臺獨立的汽輪機，配套的發電機、汽水系統、潤滑油系統、電氣系統、廠房基礎均為兩套，投資成本大。並且，對於燒結餘熱利用汽輪機，由於其蒸汽參數低、功率小，汽輪機通流效率低，經濟性不高。
技術實現要素：
5.本發明的發明目的在於：針對上述存在的問題，提供一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統及方法，該系統將煤氣利用發電系統以及燒結餘熱發電系統進行整合，以煤氣利用發電系統為基礎，通過採用特殊的高參數、一次再熱、凝汽式式汽輪機，該汽輪機不設回熱抽汽，燒結餘熱鍋爐產生的蒸汽一部分通入回熱系統加熱給水，另一部分用於驅動給水泵汽輪機，實現煤氣利用發電系統以及燒結餘熱發電系統合二為一。
6.本發明採用的技術方案如下：
7.一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統，包括汽輪機，以及與汽輪機同軸裝配的發電機，所述汽輪機包括高壓缸和低壓缸；
8.還包括用於提供蒸汽的煤氣鍋爐，以及燒結餘熱鍋爐，所述高壓缸的進汽源自於煤氣鍋爐，所述高壓缸的排汽進入煤氣鍋爐再熱後進入低壓缸，低壓缸的排汽進入到凝汽
器，所述煤氣鍋爐的水源源自於第一給水泵，所述第一給水泵通過給水泵汽輪機，所述給水泵汽輪機的蒸汽源自於燒結餘熱鍋爐。
9.進一步的，所述凝汽器的出水端通過兩路排出，包括第一支路和第二支路，其中第一支路進入到煤氣鍋裡進行加熱產生蒸汽用於汽輪機，第二支路進入到燒結餘熱鍋爐進行加熱產生蒸汽。
10.進一步的，所述第一支路上設置有用於給水除氧和加熱的回熱系統以及用於增加給水壓力的第一給水泵，所述給水通過凝汽器流出後，經過回熱系統加熱和除氧後通過第一給水泵進行加壓進入到煤氣鍋爐。
11.進一步的，所述回熱系統的熱量源自於燒結餘熱鍋爐的出汽。
12.進一步的，所述所述第二支路上設置有流量調節閥和第二給水泵，通過所述流量調節閥控制進入燒結餘熱鍋爐的給水流量，並通過第二給水泵為給水加壓。
13.進一步的，所述燒結餘熱鍋爐的出汽分為兩路，其中一路連通至給水泵汽輪機的進汽，另一路用於第一支路上的用熱單元。
14.進一步的，所述給水泵汽輪機的排汽連通至凝汽器，並與汽輪機共用一個凝汽器。
15.一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用方法，採用上述的一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統，包括以下步驟：
16.煤氣鍋爐對給水加熱，將給水加熱後產生的蒸汽送入到汽輪機的高壓缸進行作用，經過做功後，高壓缸的排汽將蒸汽輸送至煤氣鍋爐進行一次再熱，蒸汽進過一次再熱後進入到汽輪機的低壓缸進行做功，做功後，低壓缸的排汽將水汽送入到凝汽器，經凝汽器冷凝後，冷凝水送出；
17.輸出的冷凝水分兩路，其中一路經過回熱系統加熱和除氧後，通過第一給水泵加壓後再次進入到煤氣鍋爐；另一路通過流量調節閥後，再通過第二給水泵進入到燒結餘熱鍋爐進行加熱，產生的蒸汽用於給水泵汽輪機做功，給水泵汽輪機的排汽連通至凝汽器，通過給水泵汽輪機驅動第一給水泵運轉。
18.進一步的，所述回熱系統的熱能源自於燒結餘熱鍋爐。
19.進一步的，整個系統啟動過程中，首先啟動燒結餘熱鍋爐，產生蒸汽帶動給水泵汽輪機，實現煤氣鍋爐上水和吹管。
20.綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是：
21.本發明的一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統及方法，通過採用一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統，將傳統煤氣利用發電單元和燒結餘熱利用發電單元由兩個獨立的系統整合為一個系統。通過採用高參數一次再熱汽輪機，能節省傳統燒結餘熱利用系統汽輪機、發電機、控制系統、汽水系統、潤滑油系統、汽機廠房及電氣系統的投資。並且再熱汽輪機不設回熱抽汽，能節約大量回熱抽汽管道。由於不再從再熱汽輪機中抽汽，煤氣鍋爐產生的蒸汽全部進入汽輪機，提升了汽輪機發電量。
附圖說明
22.本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中：
23.圖1是本發明的結構示意圖。
24.圖中標記：1－汽輪機，2－發電機，3－凝汽器，4－流量調節閥，5－回熱系統，6－
第一給水泵，7－第二給水泵，8－給水泵汽輪機，9－燒結餘熱鍋爐，10－煤氣鍋爐。
具體實施方式
25.本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
26.本說明書中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。
27.實施例1
28.一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統，如圖1所示，包括汽輪機1，以及與汽輪機同軸裝配的發電機2，所述汽輪機1包括高壓缸和低壓缸；
29.還包括用於提供蒸汽的煤氣鍋爐10，以及燒結餘熱鍋爐9，所述高壓缸的進汽源自於煤氣鍋爐10，所述高壓缸的排汽進入煤氣鍋爐10再熱後進入低壓缸，低壓缸的排汽進入到凝汽器3，所述煤氣鍋爐10的水源源自於第一給水泵6，所述第一給水泵6通過給水泵汽輪機8，所述給水泵汽輪機8的蒸汽源自於燒結餘熱鍋爐9。
30.本實施例中，煤氣鍋爐10對給水加熱，將給水加熱後產生的蒸汽送入到汽輪機1的高壓缸進行作用，經過做功後，高壓缸的排汽將蒸汽輸送至煤氣鍋爐10進行一次再熱，蒸汽進過一次再熱後進入到汽輪機的低壓缸進行做功，做功後，低壓缸的排汽將水汽送入到凝汽器3，經凝汽器3冷凝後，冷凝水送出；同時，藉助燒結餘熱鍋爐9利用燒結餘熱，並用於驅動給水泵汽輪機8實現第一給水泵6的驅動，實現煉鐵工藝中不同級熱能的充分利用，並採用單一汽輪機則可完成整個熱量的利用，從而有效的實現整個系統配件的降低，並充分利用熱量用於發電，實現更高的熱利用率以及更經濟的機組成本。
31.在上述具體的設計基礎上，作為更加的描述，汽輪機為再熱汽輪機，且為高參數一次再熱汽輪機，且沒有回熱抽汽。
32.基於上述具體結構的設計，更進一步的設計，所述凝汽器3的出水端通過兩路排出，包括第一支路和第二支路，其中第一支路進入到煤氣鍋裡進行加熱產生蒸汽用於汽輪機，第二支路進入到燒結餘熱鍋爐9進行加熱產生蒸汽。在該設計的基礎上，能夠充分的實現整個系統的內循環，降低了整個系統內部迴路向外排放的能量損耗。
33.更進一步的設計，在上述具體的結構設計基礎上，所述第一支路上設置有用於給水除氧和加熱的回熱系統5以及用於增加給水壓力的第一給水泵6，所述給水通過凝汽器3流出後，經過回熱系統5加熱和除氧後通過第一給水泵6進行加壓進入到煤氣鍋爐10。在冷凝水排出的過程中，能夠充分的利用冷凝水內部的能量，實現更高效率的後續工藝。
34.作為更加具體的設計，所述回熱系統5的熱量源自於燒結餘熱鍋爐9的出汽。在該設計中，充分利用整個系統內部的所有熱能，充分的將煉鐵工藝中所有的餘熱能夠得到充分的利用。
35.基於上述具體結構設計基礎上，更加具體的設計，所述所述第二支路上設置有流量調節閥4和第二給水泵7，通過所述流量調節閥4控制進入燒結餘熱鍋爐9的給水流量，並通過第二給水泵7為給水加壓。作為具體的設計，燒結餘熱鍋爐9給水管路上設置調節閥，完成適應餘熱鍋爐負荷的給水分配。
36.在上述具體的結構設計中，所述燒結餘熱鍋爐9的出汽分為兩路，其中一路連通至給水泵汽輪機8的進汽，另一路用於第一支路上的用熱單元。而在第一之路上的用熱單元則是回熱系統5。
37.作為更加具體的，所述給水泵汽輪機8的排汽連通至凝汽器3，並與汽輪機共用一個凝汽器3。
38.在上述具體結構的設計中，煤氣利用單元和燒結餘熱利用單元設置不同的鍋爐，但是共用除鍋爐外的蒸汽循環系統。更具體的，汽輪機可以為雙缸雙轉子結構、也可以為單缸單轉子結構。同樣的，燒結餘熱鍋爐9可以為雙壓鍋爐，不同品質的蒸汽進入不同的低壓加熱器或者除氧器。
39.實施例2
40.在實施例1的設計基礎上，針對上述的一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統，提供一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用方法，具體的包括以下步驟：
41.煤氣鍋爐10對給水加熱，將給水加熱後產生的蒸汽送入到汽輪機1的高壓缸進行作用，經過做功後，高壓缸的排汽將蒸汽輸送至煤氣鍋爐10進行一次再熱，蒸汽進過一次再熱後進入到汽輪機1的低壓缸進行做功，做功後，低壓缸的排汽將水汽送入到凝汽器3，經凝汽器3冷凝後，冷凝水送出；
42.輸出的冷凝水分兩路，其中一路經過回熱系統5加熱和除氧後，通過第一給水泵6加壓後再次進入到煤氣鍋爐10；另一路通過流量調節閥4後，再通過第二給水泵7進入到燒結餘熱鍋爐9進行加熱，產生的蒸汽用於給水泵汽輪機8做功，給水泵汽輪機8的排汽連通至凝汽器3，通過給水泵汽輪機8驅動第一給水泵6運轉。
43.為了實現更好的內循環效果，更加具體的，所述回熱系統5的熱能源自於燒結餘熱鍋爐9。當然，在上述工藝具體的操作中，給水泵汽輪機8的排汽與汽輪機的排汽共用一個凝汽器3，從而實現內部能量的循環使用。
44.在上述具體的工藝操作中，在整個系統的啟動時具有進一步的考慮，作為更加具體的設計，整個系統啟動過程中，首先啟動燒結餘熱鍋爐9，產生蒸汽帶動給水泵汽輪機8，實現煤氣鍋爐10上水和吹管。
45.綜上所述，本發明的一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統及方法，通過採用一種煉鐵流程餘熱梯級綜合利用系統，將傳統煤氣利用發電單元和燒結餘熱利用發電單元由兩個獨立的系統整合為一個系統。通過採用高參數一次再熱汽輪機，能節省傳統燒結餘熱利用系統汽輪機、發電機、控制系統、汽水系統、潤滑油系統、汽機廠房及電氣系統的投資。並且再熱汽輪機不設回熱抽汽，能節約大量回熱抽汽管道。由於不再從再熱汽輪機中抽汽，煤氣鍋爐產生的蒸汽全部進入汽輪機，提升了汽輪機發電量。
46.本發明並不局限於前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。