專利背景
鋼鐵工業總能耗約占中國總能耗量的15%左右,鋼鐵生產主要以高溫冶煉、加工為主,生產過程中產生大量餘熱能源,主要來自燒結機煙氣顯熱、紅焦顯熱、轉爐煙氣及加熱爐爐底的餘熱回收裝置等,各種餘熱資源約占全部生產能耗的68%。2014年8月前,鋼鐵生產過程中2/3以上的能量是以廢氣、廢渣和產品餘熱形式消耗,鋼鐵企業燒結、轉爐煉鋼生產過程中產生的大量余能資源,較為常用的是利用轉爐產生的飽和蒸汽進行生產供熱,燒結餘熱用於助燃空氣、預熱混合料或利用餘熱回收裝置產生蒸汽,利用燒結冷卻風餘熱進行單獨低溫餘熱發電和利用燒結機燒結餘熱進行單獨低溫餘熱發電的模式,而高爐煤氣和轉爐煤氣等副產煤氣雖得以較好的利用,但由於各種原因,放散率仍然超過10%。
轉爐餘熱鍋爐生產的飽和蒸汽除供生產供熱外,由於鋼鐵企業管網蒸汽一般為過熱蒸汽,飽和蒸汽無法直接併網使用,只能對空排放或經過熱處理後併入管網,造成能源浪費。而採用飽和蒸汽發電,由於飽和蒸汽溫度低,導致系統熱效率低,發電量少;而且轉爐周期性冶煉導致蒸汽溫度、流量的衝擊性變化,單獨發電時會造成發電不穩定,雖然可以增加蒸汽儲熱器調節,但轉爐的小修也會造成發電停機,影響設備的利用率。
燒結生產線有兩部分餘熱,一是冷卻機產生的熱風,二是燒結機尾的高溫煙氣。由於影響燒結餘熱回收效率的因素很多,如燒結礦的產量、燃燒溫度、料層層厚、冷卻機的速度、冷卻介質的初溫和廢氣流量等,致使燒結低溫餘熱發電工藝存在餘熱資源利用率底、發電機組作業率底等現象。而燒結餘熱用於助燃空氣、預熱混合料或利用餘熱回收裝置產生蒸汽,回收利用效率不高。特別是現階段伴隨著燒結機的大型化,傳統的餘熱利用途徑已無法充分利用餘熱資源,達到效益的最大化。
發明內容
專利目的
《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》的第一目的在於提供一種鋼鐵企業餘能綜合利用率高、發電能力強、發電穩定性好、運行維護成本低的余能綜合高效發電方法;第二目的在於提供實現此發電方法的發電系統。
技術方案
《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》的第一目的實現方式包括煤氣補燃燒結餘熱蒸汽、燒結冷卻機餘熱回收、燒結機餘熱回收、蒸汽發電步驟,具體步驟為:
a、煤氣補燃燒結餘熱蒸汽:將轉爐蒸汽鍋爐產生的低壓飽和蒸汽匯聚進入轉爐蒸汽蓄熱器,然後將轉爐蒸汽蓄熱器中的蒸汽導入以副產煤氣為燃料的蒸汽加熱鍋爐,使低壓飽和蒸汽升溫得到過熱蒸汽;
b、燒結冷卻機餘熱回收:在燒結冷卻機上配置雙壓餘熱鍋爐,利用燒結冷卻機生產過程中產生的廢氣餘熱,分別產生低溫低壓飽和蒸汽和過熱蒸汽;
c、燒結機餘熱回收:在燒結機上配置燒結機餘熱鍋爐,利用燒結機燒結過程中產生的廢氣餘熱,產生過熱蒸汽;
d、蒸汽發電:將步驟a、b、c產生的過熱蒸汽通過管道連線匯聚並送入補汽式汽輪機高壓段,推動汽輪機帶動發電機進行發電作業;將步驟b中產生的低壓飽和蒸汽通過補汽管道送入補汽式汽輪機低壓段進行補汽,輔助推動汽輪機做功。
《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》的第二目的實現方式包括轉爐蒸汽鍋爐、轉爐蒸汽蓄熱器、蒸汽加熱鍋爐、雙壓餘熱鍋爐、燒結機餘熱鍋爐、補汽式汽輪機、發電機,所述轉爐蒸汽鍋爐的蒸汽通過轉爐蒸汽蓄熱器輸入蒸汽加熱鍋爐,所述蒸汽加熱鍋爐燃料入口與副產煤氣連通,所述雙壓餘熱鍋爐設定於燒結冷卻機上,所述雙壓餘熱鍋爐設定有飽和蒸汽出口和過熱蒸汽出口,所述燒結機餘熱鍋爐設定於燒結機上,所述蒸汽加熱鍋爐蒸汽出口、雙壓餘熱鍋爐的過熱蒸汽出口和燒結機餘熱鍋爐蒸汽出口與補汽式汽輪機高壓段連通,所述雙壓餘熱鍋爐的飽和蒸汽出口與補汽式汽輪機低壓段連通,所述補汽式汽輪機驅動發電機發電。
改善效果
《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》將鋼鐵企業富餘的轉爐飽和蒸汽、燒結生產線廢氣、富餘高爐煤氣和/或轉爐煤氣等余能資源整合轉化為電能。通過將副產煤氣燃燒加熱,使轉爐蒸汽鍋爐產生的低溫低壓飽和蒸汽轉變為過熱蒸汽,從而增大蒸汽參數,大幅提高蒸汽做功能力,既減少了副產煤氣和飽和蒸汽的排放,特別是不達標煤氣的放散,又增加發電量;特別是通過在燒結機尾部風箱設定燒結機餘熱鍋爐和在燒結冷卻機上設定雙壓餘熱鍋爐,充分利用燒結機後風箱300-400攝氏度的煙氣餘熱和燒結冷卻機廢氣餘熱,聯合收集熱量占整個燒結礦熱能消耗23-28%的燒結機煙氣和環冷機廢氣顯熱,既提高餘熱回收率,又降低能耗;而且,通過設定雙壓餘熱鍋爐產生一路飽和蒸汽配合補汽式汽輪機,從而增大汽輪機的發電量,提高蒸汽利用效率;通過整合轉爐飽和蒸汽、燒結生產線廢氣和副產煤氣進行蒸汽發電作業,可使300平方米燒結機配套發電機組發電量由5兆瓦提升至12兆瓦,即大幅提升燒結餘熱發電機組裝機容量;可實現燒結熱風餘熱獨立發電和轉爐煉鋼蒸汽和煤氣獨立發電,即在鋼鐵燒結生產線或煉鋼生產線出現故障停運狀況下,實現發電機組仍可不停機作業,較常規燒結熱風餘熱獨立發電機組不足80%的作業率提高至90%以上,提高了發電機作業率;副產煤氣在蒸汽加熱鍋爐內燃燒產生900-1100攝氏度的高溫煙氣,該煙氣通過蒸汽加熱鍋爐過熱器,將轉爐生產過程中的1.0-1.5兆帕的飽和蒸汽加熱至300-380攝氏度的過熱蒸汽後送入汽輪機做功,同時將通過過熱器後溫度約為500-800攝氏度的煙氣混入燒結熱風送入燒結冷卻機雙壓餘熱鍋爐,提高或保證進入燒結冷卻機雙壓餘熱鍋爐的進風溫度,從而保證鍋爐運行的穩定性性(常規燒結冷卻機餘熱鍋爐由於燒結運行工況的變動致使燒結熱風溫度波動或過低,造成燒結機餘熱鍋爐負荷大幅波動甚至停產),由此可見,蒸汽加熱鍋爐煙氣混入燒結機熱風實現了轉爐低溫飽和蒸汽品質提升的同時,還提升了燒結冷卻機餘熱鍋爐運行的穩定性;通過增加煤氣混合站和蒸汽儲熱器,相比單獨的副產煤氣利用、轉爐蒸汽利用、燒結冷卻風餘熱利用和燒結機燒結餘熱利用系統具有投資費用和運行成本低的優勢,而且鋼鐵企業中某一產生余能設備的檢修或故障可依靠其它鍋爐產生的蒸汽維持機組在低負荷運行,從而減少發電機組的停機時間,又均衡了各生產工序間歇式生產對發電設備造成的衝擊,使鋼鐵企業的余能綜合利用率高,發電穩定性好。因此,該發明具有鋼鐵企業餘能綜合利用率高、發電能力強、發電穩定性好、運行維護成本低的特點。
附圖說明
圖1為《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》發電方法的流程示意圖;
圖2為《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》發電系統的原理示意圖;
圖中:100-煤氣補燃燒結餘熱蒸汽、200-燒結冷卻機餘熱回收、300-燒結機餘熱回收、400-蒸汽發電;
1-轉爐蒸汽鍋爐,2-轉爐蒸汽蓄熱器,3-蒸汽加熱鍋爐,31-煙氣管道,4-雙壓餘熱鍋爐,41-燒結冷卻機廢氣管道,5-燒結機餘熱鍋爐,51-燒結機廢氣管道,6-補汽式汽輪機,7-發電機,8-蒸汽蓄熱器Ⅰ,9-蒸汽蓄熱器Ⅱ,10-煤氣混合站,11-高爐煤氣管道,12-轉爐煤氣管道,13-凝汽器,14-除氧器,15-凝結水泵,16-進水調節閥。
技術領域
《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》屬於余能發電技術領域,涉及一種鋼鐵企業餘能綜合利用率高、發電能力強、發電穩定性好、運行維護成本低的余能綜合高效發電方法及其發電系統。
權利要求
1.一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法,其特徵在於包括煤氣補燃燒結餘熱蒸汽、燒結冷卻機餘熱回收、燒結機餘熱回收、蒸汽發電步驟,具體步驟為:
a、煤氣補燃燒結餘熱蒸汽:將轉爐蒸汽鍋爐產生的低壓飽和蒸汽匯聚進入轉爐蒸汽蓄熱器,然後將轉爐蒸汽蓄熱器中的蒸汽導入以副產煤氣為燃料的蒸汽加熱鍋爐,使低壓飽和蒸汽升溫得到過熱蒸汽;
b、燒結冷卻機餘熱回收:在燒結冷卻機上配置雙壓餘熱鍋爐,利用燒結冷卻機生產過程中產生的廢氣餘熱,分別產生低溫低壓飽和蒸汽和過熱蒸汽;所述a步驟中的蒸汽加熱鍋爐內燃燒產生的高溫煙氣通過蒸汽加熱鍋爐過熱器後混入b步驟中的燒結冷卻機廢氣進入雙壓餘熱鍋爐;
c、燒結機餘熱回收:在燒結機上配置燒結機餘熱鍋爐,利用燒結機燒結過程中產生的廢氣餘熱,產生過熱蒸汽;
d、蒸汽發電:將步驟a、b、c中蒸汽加熱鍋爐、雙壓餘熱鍋爐和燒結機餘熱鍋爐產生的過熱蒸汽匯聚進入蒸汽蓄熱器Ⅰ,然後再由蒸汽蓄熱器Ⅰ接入補汽式汽輪機高壓段,推動汽輪機帶動發電機進行發電作業;將步驟b中雙壓餘熱鍋爐生產的飽和蒸汽通入蒸汽蓄熱器Ⅱ,再經蒸汽蓄熱器Ⅱ送入補汽式汽輪機補汽端,輔助推動汽輪機做功。
2.根據權利要求1所述發電方法,其特徵在於所述步驟a中的低壓飽和蒸汽匯入轉爐蒸汽蓄熱器後通過調節閥與蒸汽蓄熱器Ⅱ連通。
3.根據權利要求1所述發電方法,其特徵在於所述步驟a中的副產煤氣是將高爐煤氣和/或轉爐煤氣通過煤氣混合站後通入蒸汽加熱鍋爐。
4.一種實現權利要求1所述鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法的發電系統,其特徵在於包括轉爐蒸汽鍋爐(1)、轉爐蒸汽蓄熱器(2)、蒸汽加熱鍋爐(3)、雙壓餘熱鍋爐(4)、燒結機餘熱鍋爐(5)、補汽式汽輪機(6)、發電機(7),所述轉爐蒸汽鍋爐(1)的蒸汽通過轉爐蒸汽蓄熱器(2)輸入蒸汽加熱鍋爐(3),所述蒸汽加熱鍋爐(3)燃料入口與副產煤氣連通,所述雙壓餘熱鍋爐(4)設定於燒結冷卻機上,所述雙壓餘熱鍋爐(4)設定有飽和蒸汽出口和過熱蒸汽出口,所述燒結機餘熱鍋爐(5)設定於燒結機上,所述蒸汽加熱鍋爐(3)設定有與煙氣管道(31)連通的煙氣出口,所述煙氣管道(31)與燒結冷卻機廢氣出口連通後與雙壓餘熱鍋爐(4)熱氣入口連通;所述蒸汽加熱鍋爐(3)蒸汽出口、雙壓餘熱鍋爐(4)的過熱蒸汽出口和燒結機餘熱鍋爐(5)蒸汽出口通過蒸汽蓄熱器Ⅰ(8)與補汽式汽輪機(6)高壓段連通,所述雙壓餘熱鍋爐(4)的飽和蒸汽出口通過蒸汽蓄熱器Ⅱ(9)與補汽式汽輪機(6)低壓段連通,所述補汽式汽輪機(6)驅動發電機(7)發電。
5.根據權利要求4所述的發電系統,其特徵在於所述蒸汽加熱鍋爐(3)燃料入口通過煤氣混合站(10)與副產煤氣連通,所述煤氣混合站(10)輸入口與高爐煤氣管道(11)和/或轉爐煤氣管道(12)連通。
6.根據權利要求4所述的發電系統,其特徵在於所述補汽式汽輪機(6)的蒸汽出口依次通過凝汽器(13)、除氧器(14)、凝結水泵(15)與蒸汽加熱鍋爐(3)、雙壓餘熱鍋爐(4)和/或燒結機餘熱鍋爐(5)的注液口連通;所述燒結機餘熱鍋爐(5)設定於燒結機尾部風箱,所述雙壓餘熱鍋爐(4)設定於燒結冷卻機冷卻機前段。
實施方式
如圖1所示,《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》的發電方法包括煤氣補燃燒結餘熱蒸汽、燒結冷卻機餘熱回收、燒結機餘熱回收、蒸汽發電步驟,具體步驟為:
a、煤氣補燃燒結餘熱蒸汽:將轉爐蒸汽鍋爐產生的低壓飽和蒸汽匯聚進入轉爐蒸汽蓄熱器,然後將轉爐蒸汽蓄熱器中的蒸汽導入以副產煤氣為燃料的蒸汽加熱鍋爐,使低壓飽和蒸汽升溫得到過熱蒸汽;
b、燒結冷卻機餘熱回收:在燒結冷卻機上配置雙壓餘熱鍋爐,利用燒結冷卻機生產過程中產生的廢氣餘熱,分別產生低溫低壓飽和蒸汽和過熱蒸汽;
c、燒結機餘熱回收:在燒結機上配置燒結機餘熱鍋爐,利用燒結機燒結過程中產生的廢氣餘熱,產生過熱蒸汽;
d、蒸汽發電:將步驟a、b、c產生的過熱蒸汽通過管道連線匯聚並送入補汽式汽輪機高壓段,推動汽輪機帶動發電機進行發電作業;將步驟b中產生的低壓飽和蒸汽通過補汽管道送入補汽式汽輪機低壓段進行補汽,輔助推動汽輪機做功。
所述a步驟中的蒸汽加熱鍋爐內燃燒產生的高溫煙氣通過蒸汽加熱鍋爐過熱器後混入b步驟中的燒結冷卻機廢氣進入雙壓餘熱鍋爐。
所述高溫煙氣的溫度為900-1100攝氏度。
所述蒸汽加熱鍋爐、雙壓餘熱鍋爐和燒結機餘熱鍋爐產生的過熱蒸汽匯聚進入蒸汽蓄熱器Ⅰ,然後再由蒸汽蓄熱器Ⅰ接入補汽式汽輪機推動其工作,所述雙壓餘熱鍋爐生產的飽和蒸汽通入蒸汽蓄熱器Ⅱ後再送入補汽式汽輪機補汽端。
所述步驟a中的低壓飽和蒸汽匯入轉爐蒸汽蓄熱器後通過調節閥與蒸汽蓄熱器Ⅱ連通。
所述補汽式汽輪機做功後產生的凝結水通過凝汽器、除氧器、凝結水泵返回蒸汽加熱鍋爐、雙壓餘熱鍋爐和/或燒結機餘熱鍋爐循環。
所述步驟a中的副產煤氣是將高爐煤氣和/或轉爐煤氣通過煤氣混合站後通入蒸汽加熱鍋爐。
如圖2所示,《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》的發電系統包括轉爐蒸汽鍋爐1、轉爐蒸汽蓄熱器2、蒸汽加熱鍋爐3、雙壓餘熱鍋爐4、燒結機餘熱鍋爐5、補汽式汽輪機6、發電機7,所述轉爐蒸汽鍋爐1的蒸汽通過轉爐蒸汽蓄熱器2輸入蒸汽加熱鍋爐3,所述蒸汽加熱鍋爐3燃料入口與副產煤氣連通,所述雙壓餘熱鍋爐4設定於燒結冷卻機上,所述雙壓餘熱鍋爐4設定有飽和蒸汽出口和過熱蒸汽出口,所述燒結機餘熱鍋爐5設定於燒結機上,所述蒸汽加熱鍋爐3蒸汽出口、雙壓餘熱鍋爐4的過熱蒸汽出口和燒結機餘熱鍋爐5蒸汽出口與補汽式汽輪機6高壓段連通,所述雙壓餘熱鍋爐4的飽和蒸汽出口與補汽式汽輪機6低壓段連通,所述補汽式汽輪機6驅動發電機7發電。
所述蒸汽加熱鍋爐3設定有與煙氣管道31連通的煙氣出口,所述煙氣管道31與燒結冷卻機廢氣出口連通後與雙壓餘熱鍋爐4熱氣入口連通。
所述蒸汽加熱鍋爐3蒸汽出口、雙壓餘熱鍋爐4的過熱蒸汽出口和燒結機餘熱鍋爐5蒸汽出口通過蒸汽蓄熱器Ⅰ8與補汽式汽輪機6蒸汽入口連通,所述雙壓餘熱鍋爐4的飽和蒸汽出口通過蒸汽蓄熱器Ⅱ9與補汽式汽輪機6補汽入口連通。
所述轉爐蒸汽蓄熱器2通過調節閥與蒸汽蓄熱器Ⅱ9連通。
所述蒸汽加熱鍋爐3燃料入口通過煤氣混合站10與副產煤氣連通,所述煤氣混合站10輸入口與高爐煤氣管道11和/或轉爐煤氣管道12連通。
所述補汽式汽輪機6的蒸汽出口依次通過凝汽器13、除氧器14、凝結水泵15與蒸汽加熱鍋爐3、雙壓餘熱鍋爐4和/或燒結機餘熱鍋爐5的注液口連通。
所述燒結機餘熱鍋爐5設定於燒結機尾部風箱,所述雙壓餘熱鍋爐4設定於燒結冷卻機冷卻機前段。
《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》的工作原理及工作過程:《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》通過燒結機機外布置單壓餘熱鍋爐+燒結冷卻機餘熱鍋爐+補燃過熱爐+富餘轉爐飽和蒸汽+補汽凝汽式汽輪機發電方案,同時對鋼鐵廠內的富餘轉爐飽和蒸汽、燒結生產線廢氣餘熱、富餘高爐及轉爐煤氣進行綜合利用,可使300平方米燒結機配套發電機組發電量由5兆瓦提升至12兆瓦,即大幅提升燒結餘熱發電機組裝機容量;可實現燒結熱風餘熱獨立發電和轉爐煉鋼蒸汽和煤氣獨立發電,即在鋼鐵燒結生產線或煉鋼生產線出現故障停運狀況下,實現發電機組仍可不停機作業,較常規燒結熱風餘熱獨立發電機組不足80%的作業率提高至90%以上,提高了發電機作業率;總體提高了餘熱的利用效率,既能減少副產煤氣外放污染和飽和蒸汽排放的浪費,又能增加發電量;特別是通過將蒸汽加熱鍋爐500-800攝氏度的煙氣混入燒結熱風送入燒結冷卻機雙壓餘熱鍋爐,可提高或保證進入燒結冷卻機雙壓餘熱鍋爐的進風溫度,從而保證鍋爐運行的穩定性性,既實現了轉爐低溫飽和蒸汽品質提升的同時,還提升了燒結冷卻機餘熱鍋爐運行的穩定性;通過在燒結機尾部風箱設定燒結機餘熱鍋爐和在燒結冷卻機上設定雙壓餘熱鍋爐,充分利用燒結機後風箱300-400攝氏度的煙氣餘熱和燒結冷卻機廢氣餘熱,聯合收集熱量占整個燒結礦熱能消耗23-28%的燒結機煙氣和環冷機廢氣顯熱,既提高餘熱回收率,又降低能耗;而且,通過設定雙壓餘熱鍋爐產生飽和蒸汽配合補汽式汽輪機,從而增大汽輪機的發電量,提高蒸汽利用效率;通過增加煤氣混合站和蒸汽儲熱器,相比單獨的副產煤氣利用、轉爐蒸汽利用、燒結冷卻風餘熱利用和燒結機燒結餘熱利用系統具有投資費用和運行成本低的優勢,而且能夠實現鋼鐵企業中燒結機、轉爐或高爐檢修或故障時,還可依靠其它鍋爐產生的蒸汽維持機組在低負荷運行,從而減少發電機組的停機時間,又均衡了各生產工序間歇式生產對發電設備造成的衝擊,使鋼鐵企業的余能綜合利用率高,發電穩定性好;通過冷凝水的循環利用,節約了軟水資源,降低了鋼鐵企業運營成本。
如圖2所示,將轉爐煉鋼生產過程中轉爐蒸汽鍋爐1產生的低壓飽和蒸汽匯聚進入轉爐蒸汽蓄熱器2,然後將轉爐蒸汽蓄熱器2中的蒸汽導入以煤氣混合站10中高爐煤氣和/或轉爐煤氣為燃料的蒸汽加熱鍋爐3,使該低壓飽和蒸汽升溫形成過熱蒸汽,同時排出煙氣;在燒結冷卻機上配置一台雙壓低溫餘熱鍋爐4,利用燒結冷卻機生產過程中產生的具有一定溫度的廢氣與蒸汽加熱鍋爐3排出的煙氣混合後匯入雙壓低溫餘熱鍋爐4,從而產生一定溫度和壓力的低溫低壓飽和蒸汽和過熱蒸汽;在燒結機上配置一台燒結機餘熱鍋爐5,利用燒結機燒結過程中產生具有一定溫度的廢氣,產生一定溫度和壓力的過熱蒸汽;將蒸汽加熱鍋爐3、雙壓低溫餘熱鍋爐4和燒結機餘熱鍋爐5產生的過熱蒸汽通過過熱管道連線匯聚並送入一台低溫低壓補汽式汽輪機6高壓段,推動汽輪機6帶動發電機7進行發電作業,其中燒結冷卻機上配置雙壓低溫餘熱鍋爐4產生的低溫低壓飽和蒸汽通過飽和蒸汽補汽管道送入該汽輪機6低壓段進行補汽輔助推動汽輪機做功;汽輪機6做功後產生的凝結水通過凝汽器13、除氧器14、凝結水泵15利用鍋爐進水調節閥16進行水量分配返回鍋爐循環。
《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》將鋼鐵企業富餘的轉爐飽和蒸汽、燒結生產線廢氣、富餘高爐煤氣和/或轉爐煤氣等余能資源整合轉化為電能,具有鋼鐵企業餘能綜合利用率高、發電能力強、發電穩定性好、運行維護成本低的特點。
專利榮譽
2021年6月24日,《一種鋼鐵企業餘能綜合高效發電方法及其發電系統》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。