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CN111206968A - 钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统及其工作方法 - Google Patents

钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统及其工作方法 Download PDF

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CN111206968A CN202010223468.2A CN202010223468A CN111206968A CN 111206968 A CN111206968 A CN 111206968A CN 202010223468 A CN202010223468 A CN 202010223468A CN 111206968 A CN111206968 A CN 111206968A
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Abstract

本发明提出钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统及其工作方法，用于把钢铁厂的锅炉产生的有利用价值的余热蒸汽回收至补凝式汽轮机组发电，所述锅炉包括产生亚临界超高温蒸汽的高炉煤气锅炉、产生中压过热蒸汽的中压余热锅炉、产生低压过热蒸汽或低压饱和蒸汽的低压余热锅炉；本发明的高炉煤气锅炉产生的亚临界超高温蒸汽送到汽轮机高压缸，经做功后变成中压过热蒸汽；汽轮机高压缸排出的中压过热蒸汽与中压余热锅炉产生的中压蒸汽，经再热后，进入汽轮机低压缸，低压蒸汽经过热后，送到汽轮机低压缸的补汽口，本发明可减少发电机组数量，提高机组参数，提高整个钢铁厂余能余热的发电效率。

Description

钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及发电技术领域，尤其是钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统及其工作方法。
背景技术
钢铁企业现有的余能余热回收发电利用方式较为分散，高参数为高炉煤气发电，低参数（包括中压和低压）过热蒸汽的有烧结余热发电、干熄焦余热发电、荒煤气余热发电、转底炉余热发电、球团余热发电，饱和蒸汽的为转炉和加热炉饱和蒸汽发电。这种配置方式存在以下问题：一是饱和蒸汽波动较大，时有蒸汽放散，造成能源损失；二是饱和蒸汽发电，机组效率低，叶片安全问题突出；三是机组布置分散，投资较高；以上均是需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提出钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统及其工作方法，本着 “整体发电、能级匹配、高能高用、温度对口”的技术原则，可解决现有钢铁厂分散式余能余热发电存在的热功转换效率低、千瓦投资高、占地面积大，运行人员多的问题。
本发明采用以下技术方案。
钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，用于把钢铁厂的锅炉产生的有利用价值的余热蒸汽回收至补凝式汽轮机组发电，所述锅炉包括产生亚临界超高温蒸汽的高炉煤气锅炉、产生中压过热蒸汽的中压余热锅炉、产生低压过热蒸汽或低压饱和蒸汽的低压余热锅炉；
所述补凝式汽轮机组内的汽轮机包括含高压缸和补凝式低压缸的补汽凝汽式汽轮机；所述高炉煤气锅炉的主蒸汽输出端与补汽凝汽式汽轮机的高压缸相通；
所述高炉煤气锅炉设有中压再热器和低压过热器；
所述中压再热器的输入端与中压余热锅炉的中压过热蒸汽输出端、补汽凝汽式汽轮机的高压缸的排汽端相通以接收蒸汽；输入中压再热器的蒸汽经再热处理后送至汽轮机的低压缸；
所述低压过热器的输入端与低压余热锅炉用于输出低压过热蒸汽输出端或低压饱和蒸汽的输出端相通；输入低压过热器的蒸汽经过热处理后送至汽轮机的补汽口；
所述补汽凝汽式汽轮机的蒸汽输出端与凝汽器的进汽端连接；所述凝汽器的凝结水管经给水管与中压余热锅炉及高炉煤气锅炉相通；所述给水管处设有用于加热管内水流的低压加热器和高压加热器。
所述中压余热锅炉包括钢铁厂的烧结设备、转底炉及干熄焦工序配置的余热锅炉；所述低压余热锅炉包括钢铁厂的烧结环冷机、转炉、汽化加热炉、球团工序配置的余热锅炉。
所述汽轮机组用于驱动发电机；
当所述汽轮机为补汽凝汽式汽轮机时，用于驱动发电机的高压缸和低压缸的动力输出轴同轴；
当所述汽轮机组内还包括亚临界汽轮机时，亚临界汽轮机高压缸和补汽凝汽式汽轮机分轴，亚临界汽轮机高压缸和补汽凝汽式汽轮机分别驱动不同的发电机。
所述给水管包括低压给水管和高压给水管；所述低压给水管处设有低压给水泵，所述低压给水管与低压余热锅炉进水端和中压余热锅炉进水端连接；所述高压给水管处设有高压给水泵，所述高压给水管与高炉煤气锅炉的进水端连接。
所述凝汽器的凝结水管处设有凝结水泵，所述凝结水管在水流方向上顺序设置低压加热器、低压除氧器、高压除氧器和高压加热器。
所述凝汽器为水冷凝汽器，所述水冷凝汽器的冷却水出水管与冷却塔进水端联通，所述冷却塔的出水端经循环水泵与水冷凝汽器的冷却水进水管连接。
钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统的工作方法，以上所述的钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，其工作方法包括以下步骤；
步骤A1、将高炉煤气锅炉的蒸汽参数设置为亚临界超高温锅炉，即高炉煤气锅炉输出蒸汽的蒸汽压力达17.4MPa及以上，蒸汽温度达571℃及以上；设置汽轮机高压缸的排汽压力与钢铁厂中压余热锅炉产生的蒸汽压力一致；设置中压余热锅炉输出的蒸汽压力接近或等同于高炉煤气锅炉输出蒸汽压力的20%；
步骤A2、高炉煤气锅炉的亚临界超高温蒸汽送入汽轮机高压缸，经驱动汽轮机工作后转成过热中压蒸汽送到高炉煤气锅炉的再热器；中压余热锅炉产生的过热中压蒸汽，送到高炉煤气锅炉的中压再热器，经中压再热器再热处理后的中压蒸汽输送至低压凝汽式汽轮机；
步骤A3、若低压余热锅炉产生的低压蒸汽压力达到压力范围0.3~1.0MPa，则把这部分低压蒸汽送到高炉煤气锅炉的低压过热器，经过热处理后，送到汽轮机低压缸的补汽口；
步骤A4、送至汽轮机低压缸的中压蒸汽和低压蒸汽驱动低压缸做功后，转为乏汽送到凝汽器，乏汽经凝汽器后冷却形成凝结水，凝结水由凝结水泵送到热力除氧器；凝汽器处对乏汽的冷却方式为循环水冷却，循环水冷却所需的低温水通过循环水泵送到凝汽器，吸收乏汽的潜热后，变成高温水送到冷却塔冷却；
步骤A5、凝结水经低压热力除氧器除氧后形成的热水分为两路输出；一路由低压给水泵送到中压余热锅炉和低压余热锅炉；另一路由中继水泵送到高压除氧器处理后，再由高压给水泵送到高炉煤气锅炉。
所述给水管及凝结水管处设有汽轮机回热系统；所述汽轮机回热系统可对汽轮机回热的利用情况评估，并利用高压加热器和低压加热器设置提高给水管的回水温度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统的工作原理，高炉煤气锅炉产生的亚临界超高温蒸汽送到汽轮机高压缸，经做功后变成中压过热蒸汽；汽轮机高压缸排出的中压过热蒸汽与中压余热锅炉产生的中压蒸汽，经再热后，进入汽轮机低压缸，低压蒸汽经过热后，送到汽轮机低压缸的补汽口，与现有的余能余热发电系统相比，发电机组数量减少，机组参数提高，提高了整个钢铁厂余能余热的发电效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的示意图；
图中：1-高炉煤气锅炉；2-中压余热锅炉；3-低压余热锅炉；4-中压再热器；5-低压过热器；6-汽轮机的高压缸；7-汽轮机的低压缸；8-发电机；9-凝汽器；10-凝结水泵；11-冷却塔；12-循环水泵；13-低压加热器；14-低压除氧器；15-低压给水泵；16-中继水泵；17-高压除氧器；18-高压给水泵；19-高压加热器。
具体实施方式
如图1所示，钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，用于把钢铁厂的锅炉产生的有利用价值的余热蒸汽回收至补凝式汽轮机组发电，所述锅炉包括产生亚临界超高温蒸汽的高炉煤气锅炉1、产生中压过热蒸汽的中压余热锅炉2、产生低压过热蒸汽或低压饱和蒸汽的低压余热锅炉3；
所述补凝式汽轮机组内的汽轮机包括含高压缸和补凝式低压缸的补汽凝汽式汽轮机；所述高炉煤气锅炉的主蒸汽输出端与补汽凝汽式汽轮机的高压缸6相通；
所述高炉煤气锅炉设有中压再热器4和低压过热器5；
所述中压再热器的输入端与中压余热锅炉的中压过热蒸汽输出端、补汽凝汽式汽轮机的高压缸的排汽端相通以接收蒸汽；输入中压再热器的蒸汽经再热处理后送至汽轮机的低压缸7；
所述低压过热器的输入端与低压余热锅炉用于输出低压过热蒸汽输出端或低压饱和蒸汽的输出端相通；输入低压过热器的蒸汽经过热处理后送至汽轮机的补汽口；
所述补汽凝汽式汽轮机的蒸汽输出端与凝汽器9的进汽端连接；所述凝汽器的凝结水管经给水管与中压余热锅炉及高炉煤气锅炉相通；所述给水管处设有用于加热管内水流的低压加热器和高压加热器。
所述中压余热锅炉包括钢铁厂的烧结设备、转底炉及干熄焦工序配置的余热锅炉；所述低压余热锅炉包括钢铁厂的烧结环冷机、转炉、汽化加热炉、球团工序配置的余热锅炉。
所述汽轮机组用于驱动发电机8；
当所述汽轮机为补汽凝汽式汽轮机时，用于驱动发电机的高压缸和低压缸的动力输出轴同轴；
当所述汽轮机组内还包括亚临界汽轮机时，亚临界汽轮机高压缸和补汽凝汽式汽轮机分轴，亚临界汽轮机高压缸和补汽凝汽式汽轮机分别驱动不同的发电机。
所述给水管包括低压给水管和高压给水管；所述低压给水管处设有低压给水泵15，所述低压给水管与低压余热锅炉进水端和中压余热锅炉进水端连接；所述高压给水管处设有高压给水泵18，所述高压给水管与高炉煤气锅炉的进水端连接。
所述凝汽器的凝结水管处设有凝结水泵，所述凝结水管在水流方向上顺序设置低压加热器13、低压除氧器14、高压除氧器17和高压加热器19。
所述凝汽器为水冷凝汽器，所述水冷凝汽器的冷却水出水管与冷却塔11进水端联通，所述冷却塔的出水端经循环水泵12与水冷凝汽器的冷却水进水管连接。
钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统的工作方法，以上所述的钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，其工作方法包括以下步骤；
步骤A1、将高炉煤气锅炉的蒸汽参数设置为亚临界超高温锅炉，即高炉煤气锅炉输出蒸汽的蒸汽压力达17.4MPa及以上，蒸汽温度达571℃及以上；设置汽轮机高压缸的排汽压力与钢铁厂中压余热锅炉产生的蒸汽压力一致；设置中压余热锅炉输出的蒸汽压力接近或等同于高炉煤气锅炉输出蒸汽压力的20%；
步骤A2、高炉煤气锅炉的亚临界超高温蒸汽送入汽轮机高压缸，经驱动汽轮机工作后转成过热中压蒸汽送到高炉煤气锅炉的再热器；中压余热锅炉产生的过热中压蒸汽，送到高炉煤气锅炉的中压再热器，经中压再热器再热处理后的中压蒸汽输送至低压凝汽式汽轮机；
步骤A3、若低压余热锅炉产生的低压蒸汽压力达到压力范围0.3~1.0MPa，则把这部分低压蒸汽送到高炉煤气锅炉的低压过热器，经过热处理后，送到汽轮机低压缸的补汽口；
步骤A4、送至汽轮机低压缸的中压蒸汽和低压蒸汽驱动低压缸做功后，转为乏汽送到凝汽器，乏汽经凝汽器后冷却形成凝结水，凝结水由凝结水泵送到热力除氧器；凝汽器处对乏汽的冷却方式为循环水冷却，循环水冷却所需的低温水通过循环水泵送到凝汽器，吸收乏汽的潜热后，变成高温水送到冷却塔冷却；
步骤A5、凝结水经低压热力除氧器除氧后形成的热水分为两路输出；一路由低压给水泵送到中压余热锅炉和低压余热锅炉；另一路由中继水泵送到高压除氧器处理后，再由高压给水泵送到高炉煤气锅炉。
所述给水管及凝结水管处设有汽轮机回热系统；所述汽轮机回热系统可对汽轮机回热的利用情况评估，并利用高压加热器和低压加热器设置提高给水管的回水温度。
本例中，所述低压加热器13和高压加热器18，可配置一级或多级，以满足加热给水的需要。
本例中的蒸汽压力一般设置为三种：一是高炉煤气产生的主蒸汽，参数为亚临界超高温（及以上参数）；二是中压蒸汽，主要为汽轮机高压缸排汽和中压锅炉产生的中压蒸汽，参数为主蒸汽压力的余热锅炉产生的中压蒸汽，压力为主蒸汽压力的20%左右；三是低压蒸汽，主要为低压余热锅炉产生的低压蒸汽，压力为0.3-1.0MPa。亚临界超高温蒸汽进入到汽轮机高压缸后，排汽与中压锅炉产生的中压蒸汽，在高炉煤气锅炉再热后，送到汽轮机低压缸继续做功。低压蒸汽经过过热后，以补汽的方式送到汽轮机低压缸。
因此，以上述本发明衍生出的不同压力等级的余热锅炉、不同压力等级的再热器、过热器及不同压力以主汽或补汽方式进汽的汽轮机等热机组合方式均属于本发明创造保护范围。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术的“整体发电、能级匹配、高能高用、温度对口”精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，用于把钢铁厂的锅炉产生的有利用价值的余热蒸汽回收至补凝式汽轮机组发电，其特征在于：所述锅炉包括产生亚临界超高温蒸汽的高炉煤气锅炉、产生中压过热蒸汽的中压余热锅炉、产生低压过热蒸汽或低压饱和蒸汽的低压余热锅炉；
所述补凝式汽轮机组内的汽轮机包括含高压缸和补凝式低压缸的补汽凝汽式汽轮机；所述高炉煤气锅炉的主蒸汽输出端与补汽凝汽式汽轮机的高压缸相通；
所述高炉煤气锅炉设有中压再热器和低压过热器；
所述中压再热器的输入端与中压余热锅炉的中压过热蒸汽输出端、补汽凝汽式汽轮机的高压缸的排汽端相通以接收蒸汽；输入中压再热器的蒸汽经再热处理后送至汽轮机的低压缸；
所述低压过热器的输入端与低压余热锅炉用于输出低压过热蒸汽输出端或低压饱和蒸汽的输出端相通；输入低压过热器的蒸汽经过热处理后送至汽轮机的补汽口；
所述补汽凝汽式汽轮机的蒸汽输出端与凝汽器的进汽端连接；所述凝汽器的凝结水管经给水管与中压余热锅炉及高炉煤气锅炉相通；所述给水管处设有用于加热管内水流的低压加热器和高压加热器。
2.根据权利要求1所述的钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，其特征在于：所述中压余热锅炉包括钢铁厂的烧结设备、转底炉及干熄焦工序配置的余热锅炉；所述低压余热锅炉包括钢铁厂的烧结环冷机、转炉、汽化加热炉、球团工序配置的余热锅炉。
3.根据权利要求1所述的钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，其特征在于：所述汽轮机组用于驱动发电机；
当所述汽轮机为补汽凝汽式汽轮机时，用于驱动发电机的高压缸和低压缸的动力输出轴同轴；
当所述汽轮机组内还包括亚临界汽轮机时，亚临界汽轮机高压缸和补汽凝汽式汽轮机分轴，亚临界汽轮机高压缸和补汽凝汽式汽轮机分别驱动不同的发电机。
4.根据权利要求1所述的钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，其特征在于：所述给水管包括低压给水管和高压给水管；所述低压给水管处设有低压给水泵，所述低压给水管与低压余热锅炉进水端和中压余热锅炉进水端连接；所述高压给水管处设有高压给水泵，所述高压给水管与高炉煤气锅炉的进水端连接。
5.根据权利要求4所述的钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，其特征在于：所述凝汽器的凝结水管处设有凝结水泵，所述凝结水管在水流方向上顺序设置低压加热器、低压除氧器、高压除氧器和高压加热器。
6.根据权利要求5所述的钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，其特征在于：所述凝汽器为水冷凝汽器，所述水冷凝汽器的冷却水出水管与冷却塔进水端联通，所述冷却塔的出水端经循环水泵与水冷凝汽器的冷却水进水管连接。
7.钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统的工作方法，其特征在于：根据权利要求5所述的钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统，其工作方法包括以下步骤；
步骤A1、将高炉煤气锅炉的蒸汽参数设置为亚临界超高温锅炉，即高炉煤气锅炉输出蒸汽的蒸汽压力达17.4MPa及以上，蒸汽温度达571℃及以上；设置汽轮机高压缸的排汽压力与钢铁厂中压余热锅炉产生的蒸汽压力一致；设置中压余热锅炉输出的蒸汽压力接近或等同于高炉煤气锅炉输出蒸汽压力的20%；
步骤A2、高炉煤气锅炉的亚临界超高温蒸汽送入汽轮机高压缸，经驱动汽轮机工作后转成过热中压蒸汽送到高炉煤气锅炉的再热器；中压余热锅炉产生的过热中压蒸汽，送到高炉煤气锅炉的中压再热器，经中压再热器再热处理后的中压蒸汽输送至低压凝汽式汽轮机；
步骤A3、若低压余热锅炉产生的低压蒸汽压力达到压力范围0.3~1.0MPa，则把这部分低压蒸汽送到高炉煤气锅炉的低压过热器，经过热处理后，送到汽轮机低压缸的补汽口；
步骤A4、送至汽轮机低压缸的中压蒸汽和低压蒸汽驱动低压缸做功后，转为乏汽送到凝汽器，乏汽经凝汽器后冷却形成凝结水，凝结水由凝结水泵送到热力除氧器；凝汽器处对乏汽的冷却方式为循环水冷却，循环水冷却所需的低温水通过循环水泵送到凝汽器，吸收乏汽的潜热后，变成高温水送到冷却塔冷却；
步骤A5、凝结水经低压热力除氧器除氧后形成的热水分为两路输出；一路由低压给水泵送到中压余热锅炉和低压余热锅炉；另一路由中继水泵送到高压除氧器处理后，再由高压给水泵送到高炉煤气锅炉。
8.根据权利要求7所述的钢铁厂亚临界余能余热回收发电系统的工作方法，其特征在于：所述给水管及凝结水管处设有汽轮机回热系统；所述汽轮机回热系统可对汽轮机回热的利用情况评估，并利用高压加热器和低压加热器设置提高给水管的回水温度。
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