CN105275616A - 热水电联产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热水电联产系统，包括：燃气轮机子系统、余热锅炉、蒸汽轮机、低温多效蒸发器及发电机组；所述燃气轮机子系统与所述发电机组连接，所述燃气轮机子系统将煤气进行燃烧产生高温烟气，并将所述高温烟气中的热能转换为机械能后驱动所述发电机组进行发电。本发明提供的一种热水电联产系统利用钢铁厂富余煤气进行燃气轮机联合循环发电，同时燃气轮机排出的烟气回收热量供给余热锅炉利用，产生蒸汽进行蒸汽轮机发电，提供了一种资源综合利用的环保型联产循环经济链条，不但能源利用形式多样，且资源利用程度高，实现了节能减排、循环经济的目标。

Description

热水电联产系统

技术领域

本发明涉及电力行业能源综合利用技术领域，特别是一种热水电联产系统。

背景技术

随着钢铁行业长期微利微亏时代的到来，国家对循环经济以及生态环境的日益重视，钢铁企业产生的煤气资源最终必将全部加以回收利用，杜绝放散浪费、污染环境。企业根据自身状况建立最适合自身类型的煤气发电项目显得格外重要。CombinedCyclePowerPlant发电机组(下文简称CCPP)作为当今时代最为先进、成熟的发电技术，以其高效、环保的优点在世界范围内被广泛应用，并作为新建发电项目技术的首选，CCPP机组其热功转换效率比同等级规模的常规锅炉燃烧方式的机组蒸汽单循环发电技术明显要高。可实现企业资源优化配置，降低企业综合能耗、增加企业的经济效益和市场竞争能力。

但钢铁企业常常存在这样的状况：一方面低热值高炉煤气大量排放，所含能量流失和造成环境污染。另一方面钢铁企业又是用电大户，吨钢耗电量在500kwh左右，钢铁厂需从外部电网上大量购电，由于购电费用高，钢铁产品的电力成本相当高。CCPP和常规煤气发电技术均为常用的节能技术，但CCPP发电技术投资高、效率高、收益高，而常规煤气发电技术投资低、效率低、收益低。

目前大部分可燃气体在生产环节中能够被利用，少量经平衡后的煤气不能利用只能放散，尤其是热值较低的高炉煤气。如何回收放散可燃气体的能量，减少污染物排放，成为钢铁企业进行节能改造、减排增效的一个重要工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种能进行统一配置、统一控制，节约了运行成本的热水电联产系统。

本发明提供的热水电联产系统，包括：一燃气轮机子系统，所述燃气轮机子系统与发电机组连接，用于将混合煤气进行燃烧产生高温烟气，并将所述高温烟气中的热能转换为机械能后驱动所述发电机组进行发电，所述燃气轮机子系统的与余热锅炉连接，用于将混合煤气进行燃烧产生的烟气输入所述余热锅炉获得蒸汽；

一余热锅炉，所述所述余热锅炉与蒸汽轮机连接，用于将所述蒸汽输送至所述蒸汽轮机，所述余热锅炉与低温多效蒸发器连接，用于将所述蒸汽输送至所述低温多效蒸发器；

一蒸汽轮机，所述蒸汽轮机与所述发电机组连接，用于将所述蒸汽中的热能转换为机械能后驱动所述发电机组进行发电，所述蒸汽轮机与所述低温多效蒸发器连接，用于将所述蒸汽轮机将所述蒸汽中的热能转换为机械能时产生的乏汽传输至所述低温多效蒸发器；

一低温多效蒸发器，用于将所述蒸汽和所述乏汽进行蒸馏获得冷凝水、除盐水及浓盐水，所述冷凝水经处理后输送至所述余热锅炉进行循环使用。

进一步地，所述燃气轮机子系统包括：

一煤气压缩机，所述煤气压缩机与燃烧室连接，用于将混合煤气压缩后输送至所述燃烧室；

一空气压缩机，所述空气压缩机与燃烧室连接，用于将空气压缩后输送至所述燃烧室；

一燃烧室，用于将压缩后的混合煤气和空气进行燃烧后产生的高温烟气输送至燃气轮机；

一燃气轮机，所述燃气轮机与所述发电机组连接，用于将所述高温烟气中的热能转换为机械能，并将所述机械能输送至所述发电机组，所述燃气轮机与所述余热锅炉连接，用于将所述燃气轮机出口的烟气直接输送至所述余热锅炉进行热交换产生蒸汽。

进一步地，所述煤气压缩机出口管道包括主路管道及旁路管道，所述煤气压缩机通过所述主路管道将煤气直接输送至所述燃气轮机进行燃烧。

进一步地，所述的热水电联产系统，还包括：

一调节阀，所述调节阀设置在所述旁路管道上，用于当燃机负荷发生变化或启动调节时，调节所述调节阀，将多余煤气通过旁路管道输送至所述煤气回流冷却器，

一回流冷却器，所述煤气回流冷却器设置在所述旁路管道上，用于将多余煤气进行减温减压后送回到所述煤气压缩机中进行循环利用。

进一步地，所述的热水电联产系统，还包括：

一第一级气水分离器，所述第一级气水分离器设置在所述旁路管道上，且位于所述煤气回流冷却器及所述煤气压缩机之间，所述第一级气水分离器用于将所述煤气回流冷却器减温减压后的多余煤气进行气水分离后，再将分离后的多余煤气输送至所述煤气压缩机中进行循环利用。

进一步地，所述的热水电联产系统，还包括：

一高压旁路减温减压装置，所述高压旁路减温减压装置设置在所述余热锅炉及所述低温多效蒸发器之间，所述高压旁路减温减压装置用于将所述余热锅炉中产生的高压蒸汽减温减压后输送至所述低温多效蒸发器；

一低压旁路减温减压装置，所述低压旁路减温减压装置设置在所述余热锅炉及所述低温多效蒸发器之间，所述低压旁路减温减压装置用于将所述余热锅炉中产生的低压蒸汽减温减压后输送至所述低温多效蒸发器。

本发明提供的一种热水电联产系统，利用钢铁厂富余煤气进行燃气轮机联合循环发电，同时燃气轮机排出的烟气回收热量供给余热锅炉利用，产生蒸汽进行蒸汽轮机发电，汽轮机排放的乏汽可作为动力热源用于低温多效蒸馏海水淡化生产除盐水，从而使本系统形成了一种资源综合利用的环保型联产循环经济链条，不但能源利用形式多样，且资源利用程度高，实现了节能减排、循环经济的目标。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种热水电联产系统结构示意图。

具体实施方式

本发明采用CCPP与低温多效蒸馏技术耦合，既可解决高炉煤气的放散问题，又可对发电乏汽进行回收利用，生产除盐水，供企业各个主工序使用。下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明提供了一种热水电联产系统，包括：燃气轮机子系统、余热锅炉6、蒸汽轮机7、低温多效蒸发器9及发电机组5；燃气轮机子系统与发电机组5连接，燃气轮机子系统用于将混合煤气进行燃烧产生高温烟气12，并将高温烟气12中的热能转换为机械能后驱动发电机组5进行发电；燃气轮机子系统通过余热锅炉6及蒸汽轮机7与发电机组5连接，燃气轮机子系统将混合煤气进行燃烧产生烟气13输入余热锅炉6获得蒸汽14，余热锅炉6将蒸汽14输送至蒸汽轮机7，蒸汽轮机7将蒸汽14中的热能转换为机械能后驱动发电机5组进行发电；燃气轮机子系统通过余热锅炉6与低温多效蒸发器9连接，余热锅炉6将蒸汽输送至低温多效蒸发器9进行蒸馏获得冷凝水16、除盐水20及浓盐水21，冷凝水16经处理后输送至余热锅炉6进行循环使用；蒸汽轮机7将蒸汽中的热能转换为机械能时产生的乏汽15输入低温多效蒸发器9中进行蒸馏获得冷凝水16、除盐水20及浓盐水21，冷凝水16经处理后输送至余热锅炉6进行循环使用。

燃气轮机子系统包括：空气压缩机3、燃烧室2、煤气压缩机1及燃气轮机4；

空气压缩机3通过燃烧室2与燃气轮机4连接，煤气压缩机1通过燃烧室2与燃气轮机4连接，混合煤气10通过煤气压缩机1进行压缩后输入燃烧室2，空气11通过空气压缩机3进行压缩后输入燃烧室2，经过压缩的混合煤气10及经过压缩过后的空气在燃烧室2内燃烧后产生高温烟气12输入燃气轮机4，燃气轮机用于将高温烟气12中的热能转换为机械能，并将机械能输送至发电机5组。燃气轮机4出口的烟气13直接进入余热锅炉6，与余热锅炉6中的汽水介质进行热交换，产生蒸汽14。

本发明提供的一种热水电联产系统，还包括：调节阀(图中未示出)、煤气回流冷却器(图中未示出)、第一级气水分离器(图中未示出)、高压旁路减温减压装置(图中未示出)及低压旁路减温减压装置(图中未示出)；

其中，煤气压缩机1出口管道包括主路管道及旁路管道，煤气压缩机1通过主路管道将混合煤气10直接输送至燃气轮机4进行燃烧；调节阀及煤气回流冷却器设置在旁路管道上，调节阀用于当燃气轮机4负荷发生变化或启动调节时，调节调节阀，将多余煤气通过旁路管道输送至煤气回流冷却器，煤气回流冷却器用于将多余煤气进行减温减压后送回到煤气压缩机1中进行循环利用。

第一级气水分离器设置在旁路管道上，且位于煤气回流冷却器及煤气压缩机1之间，第一级气水分离器用于将经煤气回流冷却器减温减压后的多余煤气进行气水分离后，再将分离后的多余煤气输送至煤气压缩机1中进行循环利用。

高压旁路减温减压装置设置在余热锅炉6及低温多效蒸发器9之间，高压旁路减温减压装置用于将余热锅炉6中产生的高压蒸汽18减温减压后输送至低温多效蒸发器9。低压旁路减温减压装置设置在余热锅炉6及低温多效蒸发器9之间，低压旁路减温减压装置用于将余热锅炉6中产生的低压蒸汽19减温减压后输送至低温多效蒸发器9。

在使用本发明提供的热水电联产系统工作时，混合煤气10通过掺氮、热值调整、预处理后进入煤气压缩机1，混合煤气10通过煤气压缩机1加压到一定压力和温度后进入燃烧室2；燃烧用空气11经预处理后经空气压缩机3加压至一定压力和温度后进入燃烧室2，混合煤气10与燃烧用空气在燃烧室2中，混合煤气10以较大的过剩空气系数进行燃烧，产生高温高压烟气12，并将高温高压烟气12输送至燃气轮机4，燃气轮机4将高温高压烟气12中的热能转换为机械能驱动发电机组5做功产生电17。燃气轮机4的出口排烟温度约500℃，烟气13直接进入余热锅炉6，与余热锅炉6中的汽水介质进行热交换，产生蒸汽14，并将蒸汽14输送至蒸汽轮机7，蒸汽轮机7将蒸汽14中的热能转换为机械能驱动发电机组5作功产生电17。作功后的乏汽进入低温多效蒸发器9中进行蒸馏获得冷凝水16、除盐水20、浓盐水21，最后冷凝水16被输送至余热锅炉6，作为余热锅炉6补充水。低温多效蒸发器9内部被隔断成几个部分，叫做“效”。乏汽首先进入第一效内，乏汽将自身热量传递给海水补给水，并将一部分海水补给水蒸发获得第二次蒸汽，乏汽自身放热形成冷凝水16，冷凝水16经处理后通过冷凝水泵再送回到余热锅炉6的低压省煤器中，作为余热锅炉6补充水，实现能源的循环利用。所产生的第二次蒸汽进入第二效，在以后的每一效间都重复这一过程，直到最后一效。蒸馏水冷凝器内置于低温多效蒸发器内，最后一效产生的蒸汽在蒸馏水冷凝器中被冷却水冷凝获得除盐水20，产生的除盐水20最后被输送至除盐水储罐，供钢铁生产的各个主工序使用，完成一个除盐水20的生产流程。

本发明提供的一种热水电联产系统有益效果具体如下：

1.该集成技术首先是一种资源循环利用、能源综合利用模式，然后是一种产业盈利模式。

2.与传统燃气锅炉相比，本发明采用余热锅炉，能够通过煤气直接引燃技术减少混合煤气热值调节时在电除尘器、煤气压缩机、冷却器间的循环时间，实现CCPP发电机组快速启停，增强机组负荷适应能力。

3.CCPP机组采用双轴布置，当蒸汽轮机故障时，燃气轮机可持续发电，并且余热锅炉产生的高、低压蒸汽分别通过高、低压旁路减温减压装置后进入低温多效海水淡化装置，可实现低温多效海水淡化装置连续生产。

4.CCPP发电机组中产生的乏汽满足低温多效海水淡化装置动力热源需要，可直接用于生产除盐水，实现能源的梯级利用。

5.低温多效海水蒸发器产生的蒸汽冷凝水由凝结水泵送回到余热锅炉的低压省煤器中，既利用冷凝水余热，又实现能源的循环利用。

6.燃气轮机发电可利用钢铁厂富余煤气，并能利用廉价天然气资源，既利用了烟气的做功能力发电，又利用了蒸汽的做功能力发电，提高热电转换效率，降低发电成本。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种热水电联产系统，其特征在于，包括：

一燃气轮机子系统，所述燃气轮机子系统与发电机组连接，用于将混合煤气进行燃烧产生高温烟气，并将所述高温烟气中的热能转换为机械能后驱动所述发电机组进行发电，所述燃气轮机子系统的与余热锅炉连接，用于将混合煤气进行燃烧产生的烟气输入所述余热锅炉获得蒸汽；

一余热锅炉，所述所述余热锅炉与蒸汽轮机连接，用于将所述蒸汽输送至所述蒸汽轮机，所述余热锅炉与低温多效蒸发器连接，用于将所述蒸汽输送至所述低温多效蒸发器；

一蒸汽轮机，所述蒸汽轮机与所述发电机组连接，用于将所述蒸汽中的热能转换为机械能后驱动所述发电机组进行发电，所述蒸汽轮机与所述低温多效蒸发器连接，用于将所述蒸汽轮机将所述蒸汽中的热能转换为机械能时产生的乏汽传输至所述低温多效蒸发器；

一低温多效蒸发器，用于将所述蒸汽和所述乏汽进行蒸馏获得冷凝水、除盐水及浓盐水，所述冷凝水经处理后输送至所述余热锅炉进行循环使用。

2.如权利要求1所述的热水电联产系统，其特征在于，所述燃气轮机子系统包括：

一煤气压缩机，所述煤气压缩机与燃烧室连接，用于将混合煤气压缩后输送至所述燃烧室；

一空气压缩机，所述空气压缩机与燃烧室连接，用于将空气压缩后输送至所述燃烧室；

一燃烧室，用于将压缩后的混合煤气和空气进行燃烧后产生的高温烟气输送至燃气轮机；

一燃气轮机，所述燃气轮机与所述发电机组连接，用于将所述高温烟气中的热能转换为机械能，并将所述机械能输送至所述发电机组，所述燃气轮机与所述余热锅炉连接，用于将所述燃气轮机出口的烟气直接输送至所述余热锅炉进行热交换产生蒸汽。

3.如权利要求2所述的热水电联产系统，其特征在于：

所述煤气压缩机出口管道包括主路管道及旁路管道，所述煤气压缩机通过所述主路管道将煤气直接输送至所述燃气轮机进行燃烧。

4.如权利要求3所述的热水电联产系统，其特征在于，还包括：

一调节阀，所述调节阀设置在所述旁路管道上，用于当燃机负荷发生变化或启动调节时，调节所述调节阀，将多余煤气通过旁路管道输送至所述煤气回流冷却器；

一回流冷却器，所述煤气回流冷却器设置在所述旁路管道上，用于将多余煤气进行减温减压后送回到所述煤气压缩机中进行循环利用。

5.如权利要求4所述的热水电联产系统，其特征在于，还包括：

一第一级气水分离器，所述第一级气水分离器设置在所述旁路管道上，且位于所述煤气回流冷却器及所述煤气压缩机之间，所述第一级气水分离器用于将所述煤气回流冷却器减温减压后的多余煤气进行气水分离后，再将分离后的多余煤气输送至所述煤气压缩机中进行循环利用。

6.如权利要求1所述的热水电联产系统，其特征在于，还包括：

一高压旁路减温减压装置，所述高压旁路减温减压装置设置在所述余热锅炉及所述低温多效蒸发器之间，所述高压旁路减温减压装置用于将所述余热锅炉中产生的高压蒸汽减温减压后输送至所述低温多效蒸发器；

一低压旁路减温减压装置，所述低压旁路减温减压装置设置在所述余热锅炉及所述低温多效蒸发器之间，所述低压旁路减温减压装置用于将所述余热锅炉中产生的低压蒸汽减温减压后输送至所述低温多效蒸发器。