高炉煤气分布式能源系统

摘要

本发明公开一种高炉煤气分布式能源系统，主要通过对高炉炼铁区域的能源用户进行优化布局，以高炉煤气为燃料对冷、热、电、功等多种能源形式进行联合供应。本发明高炉煤气分布式能源系统的高炉煤气锅炉产生的蒸汽先通过背压式汽轮机驱动高炉鼓风机做功，然后驱动凝汽式汽轮机带动发电机工作输出电能，进一步对高炉煤气锅炉烟气余热进行梯级回收利用输出热源的同时带动热水型吸收式制冷机组工作为制冷用户提供冷源。本发明高炉煤气分布式能源系统实现了系统热力学的性能改善，提高了系统的能源综合利用效率。

权利要求

1.一种高炉煤气分布式能源系统，其特征在于：包括高炉煤气锅炉，所述高炉煤气锅炉的蒸汽出口通过蒸汽管道依次连接设置有背压式汽轮机、凝汽式汽轮机，所述高炉煤气锅炉的尾部烟道中依次设置有一级烟气-水换热器、二级烟气-水换热器；

其中，所述背压式汽轮机与高炉鼓风机同轴相连，所述背压式汽轮机驱动所述高炉鼓风机做功；所述凝汽式汽轮机与发电机同轴相连，所述凝汽式汽轮机驱动所述发电机发电；

所述凝汽式汽轮机通过排汽管道与凝汽器相连，所述凝汽器与凝结水泵、轴封加热器、低压加热器在汽轮机热力系统中沿凝结水流程依次串联相接，所述低压加热器的凝结水出口与汽轮机回热系统的下一级回热加热器相连；所述二级烟气-水换热器的水侧进口和水侧出口分别与所述低压加热器的进口凝结水管道和出口凝结水管道相连；

所述一级烟气-水换热器的水侧进口和水侧出口分别与热水型吸收式制冷机组的热水出口和热水进口相连，其中，所述一级烟气-水换热器的水侧出口分出一路支管与办公和车间采暖用户相连；

所述热水型吸收式制冷机组的冷冻水进口和冷冻水出口分别与空气脱湿装置的冷冻水出口和冷冻水进口相连，所述热水型吸收式制冷机组的冷冻水出口分出一路支管与办公和车间制冷用户相连。

2.根据权利要求1所述的高炉煤气分布式能源系统，其特征在于：所述背压式汽轮机与所述凝汽式汽轮机之间的蒸汽管道上设置有再热器。

3.根据权利要求1所述的高炉煤气分布式能源系统，其特征在于：所述一级烟气-水换热器与所述热水型吸收式制冷机组的热水连接管路上设置有第一循环水泵，所述热水型吸收式制冷机组与所述空气脱湿装置的冷冻水连接管路上设置有第二循环水泵。

4.根据权利要求1所述的高炉煤气分布式能源系统，其特征在于：所述背压式汽轮机的蒸汽进口和出口之间设置有背压式汽轮机蒸汽旁路，所述背压式汽轮机蒸汽旁路上设置有第一减温减压装置；

所述凝汽式汽轮机的蒸汽进口和出口之间设置有凝汽式汽轮机蒸汽旁路，所述凝汽式汽轮机蒸汽旁路上设置有第二减温减压装置。

5.根据权利要求1所述的高炉煤气分布式能源系统，其特征在于：所述空气脱湿装置通过空气管道与所述高炉鼓风机相连，所述高炉鼓风机的空气出口通过管道与高炉热风炉连接。

6.根据权利要求1所述的高炉煤气分布式能源系统，其特征在于：所述二级烟气-水换热器与所述低压加热器并联相接，所述二级烟气-水换热器的水侧进口管道和水侧出口管道以及所述低压加热器的进口凝结水管道和出口凝结水管道上分别设置有阀门。

7.根据权利要求1所述的高炉煤气分布式能源系统，其特征在于：所述二级烟气-水换热器的烟气侧出口烟道与烟囱连接，所述二级烟气-水换热器的烟气侧出口烟道上设置有引风机。

说明书

高炉煤气分布式能源系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高炉煤气分布式能源系统。

背景技术

[0002] “能源、环境、发展”是当今人类面临的三大主题，能源的合理开发与利用是环境友好和人类可持续发展的重要保证。在过去30多年的经济快速发展中，以煤为主的能源结构所造成的环境污染和生态问题已对我国的可持续发展造成了巨大压力。煤炭在开采、运输和利用环节会造成对土地资源的破坏、对水资源的破坏和大气污染。如何改善能源消费结构，最大限度地减少环境污染是实现可持续发展战略所面临的关键问题。

[0003] 为应对全球气候变化，我国计划到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降 其中节能提高能效的贡献率要达到85％以上，这也给节能减排带来了巨大挑战。

[0004] 在能源供应日益紧张的今天，节能降耗、合理利用资源、提高能源利用效率已成为人们普遍关注的问题，也是我国能源发展的根本途径。为了提高能源利用效率，迫切需要将高品质的电与低品质的冷、热三种能量需求有机统一，冷热电分布式能源系统正是在能源结构调整中涌现出来的提高能源利用效率的一种最佳利用方式，它是安装在用户端的高效冷热电联供系统，是在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式。

[0005] 分布式能源能综合利用效率达到 节能率达到 实现了科学用能和能源梯级利用，符合节能环保和建设节约型社会要求。分布式能源是解决我国能源与环境问题、大力推进节能减排和科学用能的重要技术途径，它兼具能源效率高、安全、经济、环境友好等特点，是构建未来新一代能源系统的关键技术。

[0006] 钢铁工业是我国的基础产业之一，是国民经济的支柱性产业，其在整个国民经济中起着举足轻重的作用。钢铁工业生产流程是一个庞大、复杂的能源循环系统，在该系统的各生产工序中，存在着大量的能源需求用户，且这些用户存在用能大、用能条件参差不齐、用户点分散等特点。长期以来，钢铁厂一直以各生产工艺本身的优化升级、工艺设备容量及规模的提升为主要发展目标，对于热能综合利用的重视程度远远低于其他工业领域，造成了钢铁行业能源利用的重大浪费，甚至影响了钢铁工业的发展和进步速度。因此，对于钢铁厂各生产工序的用能进行整合规划，构建一套合理的分布式能源利用系统，具有重要的经济效益和社会价值。

[0007] 在钢铁冶炼流程中，会产生大量的副产煤气，包括高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气。其中，高炉煤气的产量最大，但是由于高炉煤气热值低，钢铁厂对高炉煤气的利用并不充分。目前，钢铁厂普遍采用高炉煤气锅炉加汽轮发电机组的模式来利用高炉煤气，但是这种模式的能源综合利用效率只有35％左右，与天然气分布式能源系统可达到的综合利用效率存在很大差距，如果能结合钢厂用能情况，按照“按需分配、能量对口、梯级利用”的原则构建一套基于高炉煤气的分布式能源系统，实现科学用能、优化用能，必然能产生可观的收益，为钢铁工业的结构调整、优化升级产生重要的推动作用。

发明内容

[0008] 本发明提供一种以高炉煤气为基础的能够实现能源梯级利用并对冷热电功等多种能源形式进行联合供应的高炉煤气分布式能源系统。

[0009] 为达到上述目的，本发明一种高炉煤气分布式能源系统，包括高炉煤气锅炉，所述高炉煤气锅炉的蒸汽出口通过蒸汽管道依次连接设置有背压式汽轮机、凝汽式汽轮机，所述高炉煤气锅炉的尾部烟道中依次设置有一级烟气-水换热器、二级烟气-水换热器；

[0010] 其中，所述背压式汽轮机与高炉鼓风机同轴相连，所述背压式汽轮机驱动所述高炉鼓风机做功；所述凝汽式汽轮机与发电机同轴相连，所述凝汽式汽轮机驱动所述发电机发电；

[0011] 所述凝汽式汽轮机通过排汽管道与凝汽器相连，所述凝汽器与凝结水泵、轴封加热器、低压加热器在汽轮机热力系统中沿凝结水流程依次串联相接，所述低压加热器的凝结水出口与汽轮机回热系统的下一级回热加热器相连；所述二级烟气-水换热器的水侧进口和水侧出口分别与所述低压加热器的进口凝结水管道和出口凝结水管道相连；

[0012] 所述一级烟气-水换热器的水侧进口和水侧出口分别与热水型吸收式制冷机组的热水出口和热水进口相连，其中，所述一级烟气-水换热器的水侧出口分出一路支管与办公和车间采暖用户相连；

[0013] 所述热水型吸收式制冷机组的冷冻水进口和冷冻水出口分别与空气脱湿装置的冷冻水出口和冷冻水进口相连，所述热水型吸收式制冷机组的冷冻水出口分出一路支管与办公和车间制冷用户相连。

[0014] 进一步地，所述背压式汽轮机与所述凝汽式汽轮机之间的蒸汽管道上设置有再热器。

[0015] 进一步地，所述一级烟气-水换热器与所述热水型吸收式制冷机组的热水连接管路上设置有第一循环水泵，所述热水型吸收式制冷机组与所述空气脱湿装置的冷冻水连接管路上设置有第二循环水泵。

[0016] 进一步地，所述背压式汽轮机的蒸汽进口和出口之间设置有背压式汽轮机蒸汽旁路，所述背压式汽轮机蒸汽旁路上设置有第一减温减压装置；

[0017] 所述凝汽式汽轮机的蒸汽进口和出口之间设置有凝汽式汽轮机蒸汽旁路，所述凝汽式汽轮机蒸汽旁路上设置有第二减温减压装置。

[0018] 进一步地，所述空气脱湿装置通过空气管道与所述高炉鼓风机相连，所述高炉鼓风机的空气出口通过管道与高炉热风炉连接。

[0019] 进一步地，所述二级烟气-水换热器与所述低压加热器并联相接，所述二级烟气-水换热器的水侧进口管道和水侧出口管道以及所述低压加热器的进口凝结水管道和出口凝结水管道上分别设置有阀门。

[0020] 进一步地，所述二级烟气-水换热器的烟气侧出口烟道与烟囱连接，所述二级烟气-水换热器的烟气侧出口烟道上设置有引风机。

[0021] 本发明高炉煤气分布式能源系统以高炉煤气为燃料实现冷热电功等多种能源形式的联合供应：高炉煤气锅炉产生的蒸汽先通过背压式汽轮机驱动高炉鼓风机输出功，然后驱动凝汽式汽轮机带动发电机工作输出电，进一步对高炉煤气锅炉烟气余热进行梯级回收利用输出热源的同时带动热水型吸收式制冷机组工作为制冷用户提供冷源。本发明高炉煤气分布式能源系统通过对高炉炼铁区域的能源用户进行优化集成，以高炉煤气为燃料，对冷、热、电、功等多种能源形式进行联合供应，按照“按需分配、能量对口、梯级利用”的原则构建了一套基于高炉煤气的分布式能源系统，与传统用能模式相比大大提高了能源综合利用效率，实现了系统热力学的性能改善，达到科学用能、优化用能的目的。

附图说明

[0022] 图1是实施例1高炉煤气分布式能源系统的示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

[0024] 实施例1

[0025] 如图1所示，本实施例高炉煤气分布式能源系统，包括高炉煤气锅炉1，背压式汽轮机2，再热器3、凝汽式汽轮机4，高炉鼓风机5，发电机6，凝汽器7，凝结水泵8，轴封加热器9，低压加热器10，一级烟气-水换热器11，二级烟气-水换热器12，引风机13，烟囱14，热水型吸收式制冷机组15，空气脱湿装置16，第一循环水泵17、第二循环水泵18，背压式汽轮机蒸汽旁路19，第一减温减压装置20，凝汽式汽轮机蒸汽旁路21，第二减温减压装置22，其中：

[0026] 所述高炉煤气锅炉1与所述一级烟气-水换热器11、二级烟气-水换热器12、引风机13、烟囱14通过烟道顺次串联相接，所述高炉煤气锅炉1以高炉煤气为燃料，高炉煤气锅炉1尾部烟道排出的烟气先进入一级烟气-水换热器11进行一次换热，然后进入二级烟气-水换热器12进行二次换热，然后经过引风机13升压后通过烟囱14排向大气；

[0027] 所述高炉煤气锅炉1的蒸汽出口与所述背压式汽轮机2、再热器3、凝汽式汽轮机4通过蒸汽管道顺次相连，高炉煤气锅炉1产生的蒸汽先进入背压式汽轮机2，冲转所述背压式汽轮机2做功，然后进入再热器3进行再热，最后进入所述凝汽式汽轮机4。

[0028] 所述背压式汽轮机2与所述高炉鼓风机5同轴相连，拖动高炉鼓风机5运转做功；所述凝汽式汽轮机4与所述发电机6同轴相连，拖动发电机6运转发电。

[0029] 所述凝汽式汽轮机4通过排汽管道与所述凝汽器7相连；所述凝汽器7与凝结水泵8、轴封加热器9、低压加热器10在汽轮机热力系统中沿凝结水流程依次串联相接，所述低压加热器10的出口凝结水送至汽轮机下一级回热加热器；所述二级烟气-水换热器12的水侧进口和水侧出口分别与所述低压加热器10的进口凝结水管道和出口凝结水管道相连，所述二级烟气-水换热器12与所述低压加热器10并联相接，所述二级烟气-水换热器12的水侧进口管道和水侧出口管道以及所述低压加热器10的进口凝结水管道和出口凝结水管道上分别设置有阀门，来自轴封加热器9的凝结水通过阀门进行切换选择流经所述二级烟气-水换热器12或者所述低压加热器10后送入汽轮机下一级回热加热器；

[0030] 所述一级烟气-水换热器11的水侧进口和水侧出口分别与所述热水型吸收式制冷机组15的热水出口和热水进口相连，所述一级烟气-水换热器11为所述热水型吸收式制冷机组15提供驱动热源；所述一级烟气-水换热器11的水侧出口分出一路支管与办公和车间采暖用户相连，为办公和车间采暖用户提供热源。所述热水型吸收式制冷机组15的冷冻水进口和冷冻水出口分别与空气脱湿装置16的冷冻水出口和冷冻水进口相连，所述热水型吸收式制冷机组15为所述空气脱湿装置16提供冷源；所述热水型吸收式制冷机组15的冷冻水出口分出一路支管与办公和车间制冷用户相连，为办公和车间制冷用户提供冷源。

[0031] 所述一级烟气-水换热器11与所述热水型吸收式制冷机组15的热水连接管路上设置有第一循环水泵17，所述热水型吸收式制冷机组15与所述空气脱湿装置16的冷冻水连接管路上设置有第二循环水泵18，以克服管路阻力；

[0032] 所述空气脱湿装置16通过空气管道与所述高炉鼓风机5相连，所述空气脱湿装置16将冷却脱湿后的空气送至所述高炉鼓风机5进行压缩，高炉鼓风机5的出口空气通过管道送至高炉热风炉；

[0033] 所述背压式汽轮机2的进口和出口之间设置有背压式汽轮机蒸汽旁路19，所述背压式汽轮机蒸汽旁路19上设置有第一减温减压装置20；

[0034] 所述凝汽式汽轮机4的进口和出口之间设置有凝汽式汽轮机蒸汽旁路21，所述凝汽式汽轮机蒸汽旁路21上设置有第二减温减压装置22；

[0035] 优选地，高炉煤气锅炉1和背压式汽轮机2采用高温超高压参数。

[0036] 本实施例高炉煤气分布式能源系统的有益效果在于：

[0037] 1)以高炉煤气为燃料，对冷、热、电、功等多种能源形式进行联合供应，与传统的高炉煤气锅炉配汽轮发电机组的组合方式相比大大提高了能源综合利用效率，并且通过能源梯级利用实现了系统热力学的性能改善。

[0038] 2)采用汽轮机来驱动高炉鼓风机，相比于常规的电动驱动方式，可减少输配电系统升降压和电动机的能量损耗，提高经济效益；高炉煤气锅炉产生的高参数蒸汽先驱动背压式汽轮机来拖动高炉鼓风机，然后再驱动凝汽式汽轮机进行发电，与常规的均采用凝汽式汽轮机相比，可省去一套凝汽器及循环水相关辅助设备，简化系统，减少投资；

[0039] 本发明可通过背压式汽轮机进汽量的调节来控制背压式汽轮机的转速，进而实现高炉鼓风机风量和风压的运行控制；采用背压式汽轮机而非下游的凝汽式汽轮机来驱动高炉鼓风机，可以保证对高炉鼓风机调节要求的快速响应；

[0040] 此外，在同等高炉煤气耗量条件下，与常规的采用高炉煤气锅炉配对应汽动鼓风机组和剩余高炉煤气采用高炉煤气锅炉配汽轮发电机组的组合方式相比，本发明采用的机组单机容量更大，效率更高，整体经济性更好，且系统要简单很多，建设投资成本和占地面积也要小很多。

[0041] 3)背压式汽轮机的排汽先送入高炉煤气锅炉进行再热后再进入凝汽式汽轮机冲转机组做功，一方面可提高整个机组的循环热效率，另一方面可提高凝汽式汽轮机最末几级叶片处的蒸汽干度，改善汽轮机末级叶片的运行条件，有利于机组安全运行。

[0042] 4)背压式汽轮机蒸汽旁路和凝汽式汽轮机蒸汽旁路的设置不仅有利于改善机组的启动性能，还有利于事故状态下的系统稳定；此外，背压式汽轮机蒸汽旁路还可以起到保护再热器，使再热器得到充分冷却的作用，而凝汽式汽轮机蒸汽旁路则可在凝汽式汽轮机事故或停机状态下保证背压式汽轮机的正常运行，从而优先保证高炉鼓风机的正常运行，避免由于汽轮发电机组故障导致高炉系统的停运。

[0043] 5)深度回收高炉煤气锅炉尾部烟气中的低温废热资源，设置两级烟气-水换热器来吸收烟气中的热量，可大幅降低高炉煤气锅炉的最终排烟温度，提高高炉煤气锅炉的能源利用率。

[0044] 6)通过高炉煤气锅炉排烟废热制取热水，并驱动制冷机组，进而为空气冷却脱湿装置提供冷源，而脱湿装置制取的低含湿量空气送入高炉，可降低高炉焦比，稳定高炉炉况，提高高炉产能。

[0045] 7)通过高炉煤气锅炉排烟废热来加热汽轮机回热系统凝结水，替代汽轮机低压加热器抽汽，排挤的低压加热器抽汽可以继续在凝汽式汽轮机内做功，增大机组发电量。

[0046] 8)梯级利用高炉煤气锅炉出口的烟气废热，根据介质的温度高低来设置烟气-水换热器的位置，将与热水吸收式制冷机组相接的烟气-水换热器设置在烟气流程中的前一级，将与汽轮机回热系统凝结水管道相接的烟气-水换热器设置在烟气流程中的后一级，通过相对高温的吸收式制冷机组的热水来吸收相对高温的烟气中的热量，通过相对低温的汽轮机回热系统凝结水来吸收相对低温的烟气中的热量，实现了烟气热能的合理梯级利用。

[0047] 以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。