一种钢铁企业富裕煤气高效利用系统
技术领域
本实用新型涉及一种钢铁企业富裕煤气高效利用系统。
背景技术
高炉鼓风机是钢铁企业的主要耗能设备之一，它的驱动方式大多采用电动或汽动，其驱动方式的选择对钢铁企业自备电厂的发电量有较大影响，是钢铁企业富裕煤气是否高效利用的关键因素之一。高炉鼓风机与钢铁企业自备电厂紧密相关，如何更加高效的利用富裕煤气，应对两者统一考虑。
近年来，随着钢厂自备电厂发电参数的提高，蒸汽参数依次经历了中温中压、次高压、高温高压、高温超高压一次再热的几个发展历程。在高温高压蒸汽参数为主流的时期，自备电厂普遍采用母管制运行，即两台锅炉配套一台高炉汽动鼓风机+一台汽轮发电机，汽动鼓风机可以根据高炉运行工况随时调整负荷，同一母管并联的汽轮发电机可以跟随汽动鼓风机工况调整发电负荷，从而保证锅炉运行工况的稳定。而现在自备电厂煤气发电普遍采用高温超高压带一次再热，均采用一台锅炉配备一台汽轮机的单元制热力系统，并无母管制的中间再热机组存在。缺少母管并联的汽轮发电机对高炉汽动鼓风机的支援，单元制的高温超高压带一次再热锅炉很难适应高炉汽动鼓风机组的负荷变化，因此现在钢厂普遍采用高温超高压带一次再热自备电厂+电动高炉鼓风机的模式建设和运行。
高炉鼓风机采用电动是导致钢铁企业电耗无法大幅降低的主要因素，输配电系统升压、降压以及能源转换环节的增多也增加了能源损失。高炉鼓风机采用汽动，由于无法采用单元制高温超高压带一次再热系统，这样汽轮机效率远低于高参数发电汽轮机，会导致全厂热效率较低，无法高效利用钢铁企业的副产煤气。
实用新型内容
为了提高钢铁企业富裕煤气利用的热效率，本实用新型提供了一种钢铁企业富裕煤气高效利用系统，该钢铁企业富裕煤气高效利用系统既能满足高炉鼓风机安全稳定的运行，又可以提高煤气的利用效率、减少能源损失、降低钢铁企业电耗。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢铁企业富裕煤气高效利用系统，包括第一锅炉、第一蒸汽流量分配器、第二蒸汽流量分配器、第一鼓风汽轮机、发电汽轮机、第一凝汽器和第二凝汽器；第一锅炉的过热器出口与主蒸汽母管连通，第一锅炉的过热器入口能够与主给水母管连通；主蒸汽母管与第一蒸汽流量分配器的主蒸汽入口连通，第一蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出口与第一鼓风汽轮机的高压缸入口连通，第一鼓风汽轮机的高压缸出口与低温再热蒸汽母管连通，第一蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口与低温再热蒸汽母管连通；主蒸汽母管与第二蒸汽流量分配器的主蒸汽入口连通，第二蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出与发电汽轮机的高压缸入口连通，发电汽轮机的高压缸出口与低温再热蒸汽母管连通，第二蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口与低温再热蒸汽母管连通；低温再热蒸汽母管能够与第一锅炉的再热器入口连通，第一锅炉的再热器出口与高温再热蒸汽母管连通；高温再热蒸汽母管与第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口连通，第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口与第一鼓风汽轮机的中低压缸入口连通，第一鼓风汽轮机的中低压缸出口与第一凝汽器的第一入口连通，第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口与第一凝汽器的第二入口连通；高温再热蒸汽母管与第二蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口连通，第二蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口与发电汽轮机的中低压缸入口连通，发电汽轮机的中低压缸出口与第二凝汽器的第一入口连通，第二蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口与第二凝汽器的第二入口连通。
所述钢铁企业富裕煤气高效利用系统还包括第二锅炉和给水流量分配器，第二锅炉的过热器出口与主蒸汽母管连通，第二锅炉的再热器出口与高温再热蒸汽母管连通，给水流量分配器的入口与主给水母管连通，给水流量分配器的第一出口与第一锅炉的过热器入口连通，给水流量分配器的第二出口与第二锅炉的过热器入口连通。
所述钢铁企业富裕煤气高效利用系统还包括第二锅炉和低温再热蒸汽流量分配器，第二锅炉的过热器出口与主蒸汽母管连通，第二锅炉的再热器出口与高温再热蒸汽母管连通，低温再热蒸汽流量分配器的入口与低温再热蒸汽母管连通，低温再热蒸汽流量分配器的第一出口与第一锅炉的再热器入口连通，低温再热蒸汽流量分配器的第二出口与第二锅炉的再热器入口连通。
第一凝汽器的出口通过第一管线与凝结水母管连接，第一管线上依次设有凝结水泵和低压加热器；第二凝汽器的出口通过第二管线与凝结水母管连接，第二管线上依次设有凝结水泵和低压加热器。
主给水母管与凝结水母管之间连接有第三管线，第三管线上依次设有除氧器、给水泵和高压加热器。
主给水母管与凝结水母管之间连接有第四管线，第四管线上依次设有除氧器、给水泵和高压加热器。
所述钢铁企业富裕煤气高效利用系统还包括第三蒸汽流量分配器、第二鼓风汽轮机和第三凝汽器；主蒸汽母管与第三蒸汽流量分配器的主蒸汽入口连通，第三蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出口与第二鼓风汽轮机的高压缸入口连通，第二鼓风汽轮机的高压缸出口与低温再热蒸汽母管连通，第三蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口与低温再热蒸汽母管连通；高温再热蒸汽母管与第三蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口连通，第三蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口与第二鼓风汽轮机的中低压缸入口连通，第二鼓风汽轮机的中低压缸出口与第三凝汽器的第一入口连通，第三蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口与第三凝汽器的第二入口连通。
第三凝汽器的出口通过第五管线与凝结水母管连接，第五管线上依次设有凝结水泵和低压加热器。
第一蒸汽流量分配器的构造和第二蒸汽流量分配器的构造相同，第一蒸汽流量分配器能够调节从第一蒸汽流量分配器的主蒸汽入口进入并且从第一蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出口和第一蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口排出的主蒸汽的流量，第一蒸汽流量分配器还能够调节从第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口进入并且从第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口和第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口排出的高温再热蒸汽的流量。
第一锅炉为燃气锅炉，第一鼓风汽轮机连接有鼓风机，发电汽轮机连接有发电机，鼓风机能够给高炉鼓风。
本实用新型的有益效果是：可以利用母管并联的汽轮发电机实现对高炉汽动鼓风机的支援，使得锅炉可以适应高炉汽动鼓风机组的负荷变化，又采用高温超高压带一次再热的蒸汽系统，大幅提升了能源转换的效率。该钢铁企业富裕煤气高效利用系统还采用了蒸汽流量分配器和给水流量分配器可以随时调整锅炉和机组的负荷，以适应富裕煤气、高炉工况的波动。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1是本实用新型所述钢铁企业富裕煤气高效利用系统的主视图。
图2是第一蒸汽流量分配器与第一鼓风汽轮机连接的示意图。
图3是第二蒸汽流量分配器与发电汽轮机连接的示意图。
图4是第三蒸汽流量分配器与第二鼓风汽轮机连接的示意图。
图5是蒸汽流量分配器的示意图。
图6是给水流量分配器的示意图。
1、第一锅炉；2、第一鼓风汽轮机；3、鼓风机；4、发电汽轮机；5、发电机；61、第一凝汽器；62、第二凝汽器；63、第三凝汽器；7、凝结水泵；8、低压加热器；9、除氧器；10、给水泵；11、高压加热器；121、第一蒸汽流量分配器；122、第二蒸汽流量分配器；123、第三蒸汽流量分配器；13、给水流量分配器；14、低温再热蒸汽流量分配器；15、主蒸汽母管；16、高温再热蒸汽母管；17、低温再热蒸汽母管；18、主给水母管；19、凝结水母管；20、第二锅炉；21、第二鼓风汽轮机；
1211、第一蒸汽流量分配器的主蒸汽入口；1212、第一蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出口；1213、第一蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口；1214、第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口；1215、第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口；1216、第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口；
1221、第二蒸汽流量分配器的主蒸汽入口；1222、第二蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出口；1223、第二蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口；1224、第二蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口；1225、第二蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口；1226、第二蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口；
1231、第三蒸汽流量分配器的主蒸汽入口；1232、第三蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出口；1233、第三蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口；1234、第三蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口；1235、第三蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口；1236、第三蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口；
201、第一管线；202、第二管线；203、第三管线；204、第四管线；205、第五管线；206、流量调节阀门。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
一种钢铁企业富裕煤气高效利用系统，包括第一锅炉1、第一蒸汽流量分配器121、第二蒸汽流量分配器122、第一鼓风汽轮机2、发电汽轮机4、第一凝汽器61和第二凝汽器62；第一锅炉1的过热器出口与主蒸汽母管15连通，第一锅炉1的过热器入口能够与主给水母管18连通；主蒸汽母管15与第一蒸汽流量分配器的主蒸汽入口1211连通，第一蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出口1212与第一鼓风汽轮机2的高压缸入口连通，第一鼓风汽轮机2的高压缸出口与低温再热蒸汽母管17连通，第一蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口1213与低温再热蒸汽母管17连通；主蒸汽母管15与第二蒸汽流量分配器的主蒸汽入口1221连通，第二蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出口1222与发电汽轮机4的高压缸入口连通，发电汽轮机4的高压缸出口与低温再热蒸汽母管17连通，第二蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口1223与低温再热蒸汽母管17连通；低温再热蒸汽母管17能够与第一锅炉1的再热器入口连通，第一锅炉1的再热器出口与高温再热蒸汽母管16连通；高温再热蒸汽母管16与第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口1214连通，第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口1215与第一鼓风汽轮机2的中低压缸入口连通，第一鼓风汽轮机2的中低压缸出口与第一凝汽器61的第一入口连通，第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口1216与第一凝汽器61的第二入口连通；高温再热蒸汽母管16与第二蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口1224连通，第二蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口1225与发电汽轮机4的中低压缸入口连通，发电汽轮机4的中低压缸出口与第二凝汽器62的第一入口连通，第二蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口1226与第二凝汽器62的第二入口连通，如图1至图4所示。
在钢铁企业富裕煤气高效利用系统中，采用母管制煤气发电+高炉汽动鼓风机系统，既可以利用母管并联的发电汽轮机4和发电机5实现对高炉汽动鼓风机的支援，使得锅炉可以适应高炉汽动鼓风机组的负荷变化，又采用高温超高压带一次再热的蒸汽系统，大幅提升了能源转换的效率。第一蒸汽流量分配器121和第二蒸汽流量分配器122可以随时调整第一鼓风汽轮机2和发电汽轮机4的负荷，以适应富裕煤气、高炉工况的波动。
本实用新型所述钢铁企业富裕煤气高效利用系统本不限于一个锅炉对一个汽轮发电机和一个汽轮鼓风机。本实用新型所述钢铁企业富裕煤气高效利用系统也可以包含2台锅炉、1台汽轮发电机和2台汽轮鼓风机，上述一个锅炉对一个汽轮发电机和一个汽轮鼓风机仅为示例性实施例。本实用新型所述钢铁企业富裕煤气高效利用系统还可以是2个锅炉对2个汽轮发电机和1个汽轮鼓风机。例如，所述钢铁企业富裕煤气高效利用系统还包括第二锅炉20、给水流量分配器13和低温再热蒸汽流量分配器14。
在本实施例中，第二锅炉20的过热器出口与主蒸汽母管15连通，第二锅炉20的再热器出口与高温再热蒸汽母管16连通，给水流量分配器13的入口与主给水母管18连通，给水流量分配器13的第一出口与第一锅炉1的过热器入口连通，给水流量分配器13的第二出口与第二锅炉20的过热器入口连通。第二锅炉20的过热器出口与主蒸汽母管15连通，第二锅炉20的再热器出口与高温再热蒸汽母管16连通，低温再热蒸汽流量分配器14的入口与低温再热蒸汽母管17连通，低温再热蒸汽流量分配器14的第一出口与第一锅炉1的再热器入口连通，低温再热蒸汽流量分配器14的第二出口与第二锅炉20的再热器入口连通。给水流量分配器13和低温再热蒸汽流量分配器14可以随时调整锅炉(第一锅炉2和第二锅炉20)的负荷，以适应富裕煤气、高炉工况的波动。
在本实施例中，第一凝汽器61的出口通过第一管线201与凝结水母管19连接，第一管线201上依次设有凝结水泵7和低压加热器8；第二凝汽器62的出口通过第二管线202与凝结水母管19连接，第二管线202上依次设有凝结水泵7和低压加热器8。主给水母管18与凝结水母管19之间连接有第三管线203，第三管线203上依次设有除氧器9、给水泵10和高压加热器11。主给水母管18与凝结水母管19之间连接有第四管线204，第四管线204上依次设有除氧器9、给水泵10和高压加热器11，如图1所示。
在本实施例中，所述钢铁企业富裕煤气高效利用系统还可以包括第三蒸汽流量分配器123、第二鼓风汽轮机21和第三凝汽器63；主蒸汽母管15与第三蒸汽流量分配器的主蒸汽入口1231连通，第三蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出口1232与第二鼓风汽轮机21的高压缸入口连通，第二鼓风汽轮机21的高压缸出口与低温再热蒸汽母管17连通，第三蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口1233与低温再热蒸汽母管17连通；高温再热蒸汽母管16与第三蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口1234连通，第三蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口1235与第二鼓风汽轮机21的中低压缸入口连通，第二鼓风汽轮机21的中低压缸出口与第三凝汽器63的第一入口连通，第三蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口1236与第三凝汽器63的第二入口连通。第三凝汽器63的出口通过第五管线205与凝结水母管19连接，第五管线205上依次设有凝结水泵7和低压加热器8。
在本实施例中，第一蒸汽流量分配器121的构造、第二蒸汽流量分配器122的构造和第三蒸汽流量分配器123的构造完全相同，第一蒸汽流量分配器121的构造如图5所示。第一蒸汽流量分配器121能够通过流量调节阀门206调节从第一蒸汽流量分配器的主蒸汽入口1211进入并且从第一蒸汽流量分配器的主蒸汽第一出口1212和第一蒸汽流量分配器的主蒸汽第二出口1213排出的主蒸汽的流量，第一蒸汽流量分配器121还能够通过流量调节阀门206调节从第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽入口1214进入并且从第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第一出口1215和第一蒸汽流量分配器的高温再热蒸汽第二出口1216排出的高温再热蒸汽的流量。
在本实施例中，给水流量分配器13的构造和低温再热蒸汽流量分配器14的构造完全相同，给水流量分配器13的构造与三通基本相同，给水流量分配器13内设有流量调节阀门206，如图6所示。给水流量分配器13的下部设有入口，给水流量分配器13的右侧设有第一出口，给水流量分配器13的左侧设有第二出口。低温再热蒸汽流量分配器14的下部设有入口，低温再热蒸汽流量分配器14的右侧设有第一出口，低温再热蒸汽流量分配器14的左侧设有第二出口。给水流量分配器13包含每台锅炉的100％容量流量调节装置和50％容量流量调节装置，以适应锅炉不同的负荷变化。低温再热蒸汽流量分配器14包含每台锅炉的流量调节装置，以适应锅炉不同的负荷变化。
在本实施例中，第一锅炉1和第二锅炉20均为高温超高压带一次再热煤气锅炉，第一锅炉1和第二锅炉20的燃料均为高炉富余煤气，第一鼓风汽轮机2为高温超高压带一次再热鼓风汽轮机，发电汽轮机4为高温超高压带一次再热发电汽轮机。图1中，第一锅炉1和第二锅炉20的左侧部分为过热器，第一锅炉1和第二锅炉20的右侧部分为再热器。第一鼓风汽轮机2连接有鼓风机3，发电汽轮机4连接有发电机5，鼓风机3能够给高炉鼓风，发电机5用于平衡富余煤气量，即富裕煤气产生的蒸汽首先保证鼓风机的出力后，剩余的蒸汽供给发电机5，以平衡富裕煤气量。
下面介绍该钢铁企业富裕煤气高效利用系统的工作过程。
第一锅炉1和第二锅炉20的过热器产生是主蒸汽(540℃，13.7MPa.g)并入主蒸汽母管15，主蒸汽母管15分别接支管接入发电汽轮机4的高压缸入口和第一鼓风汽轮机2的高压缸入口。主蒸汽在高压缸内做功后，所述发电汽轮机4的高压缸和所述鼓风汽轮机2的高压缸分别排出低温再热蒸汽(330℃，2.52MPa.a)并入低温再热蒸汽母管17，低温再热蒸汽母管17与第一锅炉1和第二锅炉20的再热器入口联通，低温再热蒸汽进入第一锅炉1和第二锅炉20的再热器加热。第一锅炉1和第二锅炉20的再热器产生的高温再热蒸汽(540℃，2.27MPa.a)并入高温再热蒸汽母管16，高温再热蒸汽母管16分别接支管接入所述发电汽轮机4的中低压缸入口和所述第一鼓风汽轮机2的中低压缸入口。高温再热蒸汽在汽轮机内膨胀做功，并在凝汽器6内换热冷却凝结成水，通过凝结水泵7增压、低压加热器8换热进一步提高温度后进入凝结水母管19，凝结水母管19与除氧器9的凝结水入口联通。所述除氧器9对凝结水进行加热并除氧处理后，凝结水进入除氧器9的除氧水箱。所述除氧水箱出水进入给水泵10增压、并经过高压加热器11换热升温后进入主给水母管18，主给水母管18与第一锅炉1和第二锅炉20的省煤器入口联通。主给水进入锅炉(第一锅炉1和第二锅炉20)的省煤器，再经过锅炉内部升温汽化，再从第一锅炉1和第二锅炉20的过热器排出，至此形成汽水循环，如图1所示。
鼓风机组(第一鼓风汽轮机2和第二鼓风汽轮机21)与高炉鼓风机连接，从而向高炉鼓风机提供运行的能量，用于保证高炉的正常运行。而汽轮发电机(发电汽轮机4和发电机5)组则用于平衡钢铁企业的富余煤气量。在富裕煤气量不变的情况下，当高炉鼓风机组跟随高炉运行工况增加负荷时，需相应调整蒸汽流量分配器(第一蒸汽流量分配器121、第二蒸汽流量分配器122和第三蒸汽流量分配器123)，调大高炉鼓风机组入口的主蒸汽的流量，调小汽轮发电机组入口的主蒸汽流量；当高炉鼓风机组跟随高炉运行工况减小负荷时，需相应调整蒸汽流量分配器(第一蒸汽流量分配器121、第二蒸汽流量分配器122和第三蒸汽流量分配器123)，调小高炉鼓风机组的入口主蒸汽流量，调大汽轮发电机组的入口主蒸汽流量。蒸汽流量分配器在再热蒸汽流量30％流量以下时，可以调节再热蒸汽流量，以维持再热器内必要的最低压力；再热蒸汽流量大于30％时，蒸汽流量分配器仅调节主蒸汽流量。当锅炉(第一锅炉1和第二锅炉20)和汽轮机(第一鼓风汽轮机2和第二鼓风汽轮机21)、发电汽轮机4的运行情况不相匹配时，即锅炉产生的主蒸汽量大于汽轮机、汽轮机所需要的主蒸汽量时，多余主蒸汽不经过汽轮机(第一鼓风汽轮机2和第二鼓风汽轮机21)、发电汽轮机4的高压缸而直接通过蒸汽流量分配器减温减压进入低温再热蒸汽母管17。当锅炉(第一锅炉1和第二锅炉20)产生的再热蒸汽量大于汽轮机(第一鼓风汽轮机2和第二鼓风汽轮机21)、发电汽轮机4所需要的再热蒸汽量时，锅炉(第一锅炉1和第二锅炉20)产生的多余再热蒸汽不经过汽轮机(第一鼓风汽轮机2和第二鼓风汽轮机21)、发电汽轮机4的中低压缸而直接通过蒸汽流量分配器减温减压进入凝汽器。
所述给水流量分配器13是保证锅炉(第一锅炉1和第二锅炉20)的汽包维持在正常水位，在锅炉(第一锅炉1和第二锅炉20)汽包水位降低至允许最低水位时，所述给水流量分配器13开度需要增加；在锅炉汽包水位升高至允许最高水位时，所述给水流量分配器13开度需要减小。
所述低温再热蒸汽流量分配器14是保证锅炉出口的高温再热蒸汽维持在正常范围，当锅炉(第一锅炉1和第二锅炉20)产生的高温再热蒸汽温度降低至允许最低温度时，所述低温再热蒸汽流量分配器14开度需要减小；当锅炉产生的高温再热蒸汽温度升高至允许最高温度时，所述低温再热蒸汽流量分配器14开度需要增大。
该钢铁企业富裕煤气高效利用系统主要通过综合考虑高炉炼铁的能源大户以及全厂自备煤气电站的布局优化，以钢铁企业富裕煤气为燃料实现发电和高炉鼓风的联合供应。本实用新型采用高温超高压带再热的高炉煤气锅炉产生的蒸汽，通过母管制运行以及流量调节装置，分别给高炉汽动鼓风机和汽轮发电机供蒸汽，既可以满足高炉鼓风机不同的运行工况，又可以适应钢铁企业富裕煤气的波动。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
