本发明涉及能源高效利用技术领域，具体地说，涉及一种基于工业拖动的煤气增效利用系统。
背景技术：
在钢铁、焦化等领域的生产工序中，存在大量的大功率、高能耗旋转机械，包括风机、压缩机、水泵等,作为工艺装置的辅助设施，这些旋转机械是导致企业厂用电率居高不下的主要因素。另一方面，钢铁、焦化生产过程中会产生副产煤气，如高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气等。近几年来，随着各工厂节能减排意识的提高和技术能力的提升，大量的工厂采用汽轮机拖动代替传统的电机拖动方式，用于驱动这些大功率旋转机械，将上述副产煤气送入锅炉进行燃烧，产生的蒸汽用于驱动汽轮机，并带动旋转机械做功，较传统的电机驱动方式具有明显的经济效益。
近年来，随着工厂产能的逐步扩大，在电动改汽动的潮流下，许多工厂出现全厂陆续分期建设并最终形成多台低参数(如中温中压)锅炉+低参数(如中温中压)工业汽轮机的装机模式。然而，低参数锅炉和低参数汽轮机均具有效率偏低、热耗偏高等缺点，导致工厂副产煤气资源未得到充分利用。例如，某钢厂陆续建设了十余台中温中压汽轮机，蒸汽由多台中温中压煤气锅炉供应，这些中温中压小容量锅炉的实际运行效率只有82％，远低于高参数大容量锅炉的热效率，此外，中温中压汽轮机的效率也远低于高参数汽轮机，这就导致全厂的热效率较低，对副产煤气的热能利用率严重不足。为此，相关技术人员一直在寻求提升机组整体热效率的有效改造途径，但是，由于工业拖动汽轮机为上游最核心的工艺装置供能，必须保证其安全稳定运行，这一点有别于常规机组改造，因此，如何在原系统不改变的基础上，构建一套煤气增效利用方案，提高煤气资源利用效率，是当前各工厂普遍关心的问题，具有重要的实用意义。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是提供一种基于工业拖动的煤气增效利用系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于工业拖动的煤气增效利用系统，包括煤气管网、第一煤气增效利用系统和第二煤气增效利用系统，其中，第一煤气增效利用系统包括低参数煤气锅炉、低参数汽轮机，第二煤气增效利用系统包括高参数煤气锅炉、高参数汽轮机、高参数发电机、再热器，煤气管网分别与所有低参数煤气锅炉和所有高参数煤气锅炉的煤气进口连通，为低参数煤气锅炉和/或高参数煤气锅炉供应燃料；低参数煤气锅炉的主蒸汽出口与低参数汽轮机的进汽口连通；高参数煤气锅炉的主蒸汽出口与高参数汽轮机的进汽口连通，且该高参数汽轮机的排汽口与再热器的进汽口连通；所述再热器设置于所述高参数煤气锅炉的高温烟道中，所述再热器的出汽口与各低参数汽轮机的蒸汽进口连通，所述高参数汽轮机与所述高参数发电机相连，驱动所述高参数发电机发电，所述高参数汽轮机为背压式汽轮机。
优选地，在第一煤气增效利用系统中，还包括低参数凝汽器、低参数凝结水泵，在每一第二煤气增效利用子系统中，还包括低压省煤器、除氧器、给水泵，所述煤气增效利用系统还包括凝结水箱和凝结水增压泵，其中，各低参数汽轮机的排汽口与对应的低参数凝汽器、对应的低参数凝结水泵沿汽水流向顺次连通，汇集进入凝结水箱的进水口，所述凝结水箱的出水口经所述凝结水增压泵分别与各第二煤气增效利用子系统中的低压省煤器、除氧器的进水口依次连通；在每一第二煤气增效利用子系统中，除氧器的出水口通过所述给水泵与高参数煤气锅炉的进水口连通，向高参数煤气锅炉供水；所述低压省煤器设置于所述高参数煤气锅炉的尾部烟道中，以所述尾部烟道的烟气余热为热源，对低压省煤器中的凝结水进行加热。
优选地，所述煤气增效利用系统还包括凝结水预热器，所述凝结水预热器在汽水流程上设置于所述凝结水增压泵和所述低压省煤器之间，用于对凝结水箱来的凝结水进行预热；所述凝结水预热器的蒸汽进口与厂内低压蒸汽管道连通，所述凝结水预热器以厂区蒸汽管道来的蒸汽作为热源。
优选地，还包括再热蒸汽汇集母管、凝结水汇集母管，其中，各所述低参数凝结水泵的出水口先与所述凝结水汇集母管连通，再通过所述凝结水汇集母管与所述凝结水箱的进水口连通；各所述再热器的出汽口先与所述再热蒸汽汇集母管连通，再通过所述再热蒸汽汇集母管与各所述低参数汽轮机的进汽口连通。
优选地，在每一第二煤气增效利用子系统中，还包括除氧蒸发器，所述除氧蒸发器安装于所述高参数煤气锅炉的尾部烟道中，位于省煤器之后，空气预热器之前；所述除氧器为高压除氧器，由除氧头和汽包组成，所述汽包具有汽水分离功能，且同时又作为除氧水箱；所述除氧器中的汽包通过下降管与所述除氧蒸发器的进水口连通，所述除氧蒸发器的出汽口通过上升管与所述汽包的上升管口连通，形成一个汽水循环回路；所述上升管中的汽水混合物进入汽包后先进行汽水分离，其中饱和水部分向下落入汽包水空间，蒸汽部分则进入除氧头，对进入除氧器的凝结水进行热力除氧，从而完成锅炉给水的自除氧过程。
优选地，在每一第二煤气增效利用子系统中，还包括低压省煤器旁路，所述低压省煤器旁路的进水口和出水口分别与低压省煤器的进水口和出水口连通，所述低压省煤器旁路上设置有流量调节阀，以控制通过低压省煤器旁路的凝结水流量。
优选地，所述高参数煤气锅炉与所述高参数汽轮机之间的主蒸汽系统采用单元制，即各台高参数煤气锅炉的主蒸汽出口与对应高参数汽轮机的进汽口之间均通过单独的蒸汽管道连通；所述高参数煤气锅炉与所述高参数汽轮机之间的再热蒸汽系统也采用单元制，即各台高参数煤气锅炉的再热器的蒸汽进口与对应的高参数汽轮机的排汽口之间均通过单独的蒸汽管道连通。
优选地，所述第一煤气增效利用系统为工厂原有系统，所述第二煤气增效利用系统为工厂新建系统，正常运行时，原有系统中的低参数煤气锅炉停运，置换出煤气供应给新建的高参数煤气锅炉，高参数煤气锅炉产生的蒸汽经过高参数汽轮机利用并经再热器后送至原有系统中的低参数汽轮机，所述原有系统中的低参数汽轮机基本保持原状运行；当新建系统中的高参数汽轮机出现故障时，高参数煤气锅炉产生的蒸汽经过汽轮机旁路系统减温减压处理后送至原有系统中的低参数汽轮机，所述原有系统中的低参数汽轮机基本保持原状运行；当新建系统中的高参数煤气锅炉出现故障时，新建的高参数煤气锅炉停运，原有系统中的低参数煤气锅炉投运，原有系统中的低参数煤气锅炉产生的蒸汽供应原有系统中的低参数汽轮机，整套第一煤气增效利用系统恢复原状运行。
优选地，低参数汽轮机包括用于驱动作业设备的工业拖动机组和用于驱动发电机的发电机组之一或两者，其中，工业拖动机组用于保证上游工艺设施的正常运行，而发电机组则用于平衡富余蒸汽量；高参数煤气锅炉的选型容量大于低参数工业拖动机组的容量；当供应煤气锅炉的煤气量偏大时，再热母管中的蒸汽量大于低参数的工业拖动机组的消耗量，此时多余的蒸汽送入发电机组，用于发电。
优选地，所述低参数煤气锅炉和高参数煤气锅炉的蒸汽参数存在对应关系，若低参数煤气锅炉为次高温次高压锅炉、中温中压锅炉或更低参数的锅炉，则高参数煤气锅炉是高温高压锅炉、高温超高压锅炉、超高温超高压锅炉或更高参数的锅炉。
本发明的基于工业拖动的煤气增效利用系统具有以下有益效果：
1)构建了基于工业拖动的煤气增效利用系统，在不增加任何能耗的条件下，通过提升锅炉参数以及增设背压式汽轮发电机组，实现了机组整体热效率的大幅提升，保证了工厂原有的低参数工业拖动汽轮机维持原状运行，而新建的高参数背压式汽轮发电机组的发电量即为本系统主要新增收益。
2)本发明提出的系统还充分考虑了实际运行工况的变化，以减少能源浪费并保证工业拖动汽轮机的正常运行，当新建的高参数锅炉入口煤气量过高时，可供工业拖动汽轮机的蒸汽量大于其实际需求，此时多余的蒸汽通过原有的低参数汽轮机中的发电机组进行消化；而当新建的高参数锅炉入口煤气量过低时，可供工业拖动汽轮机的蒸汽量小于其实际需求，此时通过关停本系统外煤气用户或减少其用气量来保证本系统新建的高参数煤气锅炉的进气量，进而保证工业拖动汽轮机的正常运行。
3)对锅炉受热面进行了优化设计，较常规煤气锅炉，本系统在新建的高参数煤气锅炉中增设了再热器、除氧蒸发器、低压省煤器，其中再热器完成了对背压式汽轮机排汽的再热，保证了原有的低参数工业汽轮机的进汽条件保持原状，除氧蒸发器则实现了锅炉给水的自除氧，无需外来汽源，简化了除氧汽源获取方式，此外，除氧蒸发器的参数设计和除氧器的参数相匹配，与常规的减温减压获取最终除氧蒸汽的方式相比，大大减小了能源损失，热经济性大幅提升；而低压省煤器的设置则合理利用了锅炉尾部烟气的余热，实现了凝结水的预热，减少了除氧系统的耗热量，从而减少锅炉燃料消耗量，达到“省煤”的目的。
4)通过设置凝结水预热器，利用厂内低压蒸汽管道中的低压蒸汽来加热凝汽器出口的低温凝结水，以提高低压省煤器入口的凝结水温度，使得低压省煤器壁面不会出现低温酸腐蚀，保证低压省煤器的安全运行。
5)通过设置低压省煤器旁路，并在低压省煤器旁路上设置有流量调节阀来控制通过低压省煤器旁路的凝结水流量，进而调节进入除氧器的凝结水温度，以控制除氧器的蒸汽耗量，主要用于避免一些运行工况下，可能出现的由于除氧蒸发器产汽量大于除氧器实际蒸汽需求量从而导致的蒸汽放散现象。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的基于工业拖动的煤气增效利用系统的工艺流程图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的基于工业拖动的煤气增效利用系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
在本发明的基于工业拖动的煤气增效利用系统中，低参数、高参数是指第一煤气增效利用系统与第二煤气增效利用系统相对来说的。低参数煤气锅炉是相对高参数煤气锅炉来说的，相应的，与低参数煤气锅炉对应的是低参数汽轮机和低参数发电机。与高参数锅炉对应的是高参数汽轮机和高参数发电机。低参数煤气锅炉和高参数煤气锅炉的蒸汽参数可以存在一定的对应关系，例如，若低参数煤气锅炉为次高温次高压锅炉或中温中压锅炉甚至参数更低的锅炉，则高参数煤气锅炉可以是高温高压锅炉、高温超高压锅炉或超高温超高压锅炉甚至参数更高的锅炉。
下面结合附图1来说明基于工业拖动的煤气增效利用系统，其包括煤气管网5、第一煤气增效利用系统和第二煤气增效利用系统，其中，
第一煤气增效利用系统包括多个第一煤气增效利用子系统，每个第一煤气增效利用子系统均包括低参数煤气锅炉、低参数汽轮机。如图1中，第一煤气增效利用系统包含低参数煤气锅炉1.1、低参数汽轮机2.1直至低参数煤气锅炉1.n、低参数汽轮机2.n的n个第一煤气增效利用子系统。在任一第一煤气增效利用子系统中，低参数煤气锅炉的主蒸汽出口与对应的低参数汽轮机的进汽口连通。如图1中，低参数煤气锅炉1.1的主蒸汽出口与低参数汽轮机2.1的进汽口连通。以上仅是示例性说明，实际上，第一煤气增效利用子系统也可以是各不相同的，例如，有的第一煤气增效利用子系统仅有低参数煤气锅炉，有的第一煤气增效利用子系统仅有低参数汽轮机，有的则同时有低参数煤气锅炉和低参数汽轮机。也就是说，低参数煤气锅炉和低参数汽轮机并不是一一对应的。第一煤气增效利用系统既可以采用母管制，即多台煤气锅炉的出口蒸汽先汇集到一起，再分别与各台汽轮机的进汽口连通。也可以是单元制，即低参数煤气锅炉与低参数汽轮机一一对应连接。
第二煤气增效利用系统包括多个第二煤气增效利用子系统，图1中是以两个第二煤气增效利用子系统为例进行说明，但本发明并不限于此。每个第二煤气增效利用子系统均包括高参数煤气锅炉、高参数汽轮机、高参数发电机，其中，所述高参数汽轮机为背压式汽轮机。如图1中，第二煤气增效利用系统包含两个第二煤气增效利用子系统，一个第二煤气增效利用子系统包括高参数煤气锅炉6.1、高参数汽轮机7.1以及与其连接的高参数发电机8.1。另一个第二煤气增效利用子系统包括高参数煤气锅炉6.2、高参数汽轮机7.2以及与其连接的高参数发电机8.2。
在每一第二煤气增效利用子系统中，高参数煤气锅炉的主蒸汽出口与高参数汽轮机的进汽口连通，且该高参数汽轮机的排汽口与各低参数汽轮机的进汽口连通。优选地，在高参数煤气锅炉的高温烟道中还设置有再热器，高参数汽轮机的排汽口先与所述再热器的进汽口连通，所述再热器的出汽口再与各低参数汽轮机的进汽口连通。如图1所示，在高参数煤气锅炉6.1的高温烟道内设置有再热器9.1，高参数汽轮机7.1的排汽口先与再热器9.1的进汽口连通，再热器9.1的出汽口再与各低参数汽轮机的进汽口连通。同样地，在高参数煤气锅炉6.2的高温烟道内设置有再热器9.2，高参数汽轮机7.2的排汽口先与再热器9.2的进汽口连通，再热器9.2的出汽口再与各低参数汽轮机的进汽口连通。
煤气管网分别与所有低参数煤气锅炉和所有高参数煤气锅炉的煤气进口连通，为低参数煤气锅炉和/或高参数煤气锅炉供应燃料。
本实施例在不增加任何能耗的条件下，通过提升锅炉参数以及增设背压式汽轮发电机组，构建了一种基于工业拖动的煤气增效利用系统，可以应用在当前采用低参数煤气锅炉的系统改造上。
下面简单说明一下第二煤气增效利用系统应用在对第一煤气增效利用系统(即采用低参数煤气锅炉的系统)的改造上。第一煤气增效利用系统为工厂原有系统，第二煤气增效利用系统为工厂新建系统，正常运行时，原有系统中的低参数煤气锅炉停运，置换出煤气供应给新建的高参数煤气锅炉，高参数煤气锅炉产生的蒸汽经过高参数汽轮机利用并经再热后送至原有系统中的低参数汽轮机，原有系统中的低参数汽轮机基本保持原状运行；当新建系统中的高参数汽轮机出现故障时，高参数煤气锅炉产生的蒸汽经过汽轮机旁路系统减温减压处理后送至原有系统中的低参数汽轮机，原有系统中的低参数汽轮机基本保持原状运行；当新建系统中的高参数煤气锅炉出现故障时，新建的高参数煤气锅炉停运，原有系统中的低参数煤气锅炉投运，原有系统中的低参数煤气锅炉产生的蒸汽供应原有系统中的低参数汽轮机，整套第一煤气增效利用系统恢复原状运行。
在一个可选实施例中，在第一煤气增效利用系统中，还包括低参数凝汽器、低参数凝结水泵，如图1所示，有低参数凝汽器3.1至3.n，低参数凝结水泵4.1至4.n。在每一第二煤气增效利用子系统中，还包括低压省煤器、除氧器、给水泵，如图1所示，低压省煤器16.1设置于高参数煤气锅炉6.1的尾部烟道中，以尾部烟道的烟气余热为热源，对低压省煤器16.1中的凝结水进行预热。同样地，低压省煤器16.2设置于高参数煤气锅炉6.2的尾部烟道中，以尾部烟道的烟气余热为热源，对低压省煤器16.2中的凝结水进行加热。
煤气增效利用系统还设置有凝结水箱12和凝结水增压泵13，其中，各低参数汽轮机的排汽口与对应的低参数凝汽器、对应的低参数凝结水泵、凝结水箱12的进水口沿汽水流向顺次连通，而凝结水箱12的出水口则经所述凝结水增压泵13分为多个支路，每个支路都与对应的低压省煤器、除氧器的进水口依次连通。每个除氧器的出水口通过各自的给水泵与对应的高参数煤气锅炉的进水口连通，向高参数煤气锅炉供水。如图1所示，除氧器17.1通过给水泵19.1给高参数锅炉6.1供水，除氧器17.2通过给水泵19.2给高参数锅炉6.2供水。
在一个可选实施例中，在每个高参数煤气锅炉中还设置有省煤器，每个除氧器的出水口通过各自的给水泵与对应的高参数煤气锅炉中的省煤器的进水口连通。如图1所示，给水泵19.1的出水口与高参数煤气锅炉6.1中的省煤器20.1的进水口连通。给水泵19.2的出水口与高参数煤气锅炉6.2中的省煤器20.2的进水口连通。
在一个可选实施例中，在每一第二煤气增效利用子系统中，还包括除氧蒸发器，所述除氧蒸发器安装于所述高参数煤气锅炉的尾部烟道中，位于省煤器之后，空气预热器之前。如图1所示，除氧蒸发器18.1安装在省煤器20.1和空气预热器21.1之间的尾部烟道中。除氧蒸发器18.2安装在省煤器20.2和空气预热器21.2之间的尾部烟道中。所述除氧器为高压除氧器，由除氧头和汽包组成，所述汽包具有汽水分离功能，且同时又作为除氧水箱；所述除氧器中的汽包通过下降管与所述除氧蒸发器的进水口连通，所述除氧蒸发器的出汽口通过上升管与所述汽包的上升管口连通，形成一个汽水循环回路；所述上升管中的汽水混合物进入汽包后先进行汽水分离，其中饱和水部分向下落入汽包水空间，蒸汽部分则进入除氧头，对进入除氧器的凝结水进行热力除氧，从而完成锅炉给水的自除氧过程。
在一个可选实施例中，在每一第二煤气增效利用子系统中，还包括低压省煤器旁路，所述低压省煤器旁路的进水口和出水口分别与低压省煤器的进水口和出水口连通，所述低压省煤器旁路上设置有流量调节阀，以控制通过低压省煤器旁路的凝结水流量，进而控制除氧器的进水温度，最终控制除氧器的蒸汽耗量。如图1所示，低压省煤器旁路22.1的进水口和出水口分别与低压省煤器16.1的进水口和出水口连通，所述低压省煤器旁路22.1上设置有流量调节阀23.1，以控制通过低压省煤器旁路22.1的凝结水流量，进而控制除氧器17.1的进水温度，以避免系统运行工况变化时，可能出现的由于除氧蒸发器产汽量大于除氧器实际蒸汽需求量从而导致的蒸汽放散现象。
在一个可选实施例中，所述煤气增效利用系统还包括凝结水预热器，所述凝结水预热器在汽水流程上设置于所述凝结水增压泵和所述低压省煤器之间，用于对凝结水箱来的凝结水进行预热。凝结水预热器的蒸汽进口与厂内低压蒸汽管道连通，凝结水预热器以厂内低压蒸汽管道来的蒸汽作为热源。如图1所示，凝结水预热器14利用厂内低压蒸汽管道15的蒸汽来对凝结水加热。
在一个可选实施例中，还包括再热蒸汽汇集母管10、凝结水汇集母管11。每个低参数凝结水泵的出水口先与凝结水汇集母管11连通，再通过凝结水汇集母管11与凝结水箱12的进水口连通。各个再热器的出汽口先与再热蒸汽汇集母管10连通，再通过再热蒸汽汇集母管10与各个低参数汽轮机的进汽口连通。
在一个可选实施例中，高参数煤气锅炉与对应的高参数汽轮机之间的主蒸汽系统采用单元制，各台高参数煤气锅炉的主蒸汽出口与对应高参数汽轮机的进汽口之间均通过单独的蒸汽管道连通。
高参数煤气锅炉与高参数汽轮机之间的再热蒸汽系统也采用单元制，各台高参数煤气锅炉的再热器的蒸汽进口与对应的高参数汽轮机的排汽口之间均通过单独的蒸汽管道连通。
在一个可选实施例中，所述低参数汽轮机包括用于驱动作业设备的工业拖动机组和用于驱动发电机的发电机组两种类型。低参数汽轮机包括用于驱动作业设备的工业拖动机组和用于驱动发电机的发电机组之一或两者。其中，工业拖动机组用于保证上游工艺设施的正常运行，而发电机组则用于平衡富余蒸汽量；高参数煤气锅炉的选型容量大于低参数工业拖动机组的容量；当供应煤气锅炉的煤气量偏大时，再热母管中的蒸汽量大于低参数的工业拖动机组的消耗量，此时多余的蒸汽送入发电机组，用于发电。
本发明的基于工业拖动的煤气增效利用系统具有以下有益效果：
1)构建了基于工业拖动的煤气增效利用系统，在不增加任何能耗的条件下，通过提升锅炉参数以及增设背压式汽轮发电机组，实现了机组整体热效率的大幅提升，保证了工厂原有的低参数工业拖动汽轮机维持原状运行，而新建的高参数背压式汽轮发电机组的发电量即为本系统主要新增收益。
2)本发明提出的系统还充分考虑了实际运行工况的变化，以减少能源浪费并保证工业拖动汽轮机的正常运行，当新建的高参数锅炉入口煤气量过高时，可供工业拖动汽轮机的蒸汽量大于其实际需求，此时多余的蒸汽通过原有的低参数汽轮机中的发电机组进行消化；而当新建的高参数锅炉入口煤气量过低时，可供工业拖动汽轮机的蒸汽量小于其实际需求，此时通过关停本系统外煤气用户或减少其用气量来保证本系统新建的高参数煤气锅炉的进气量，进而保证工业拖动汽轮机的正常运行。
3)对锅炉受热面进行了优化设计，较常规煤气锅炉，本系统在新建的高参数煤气锅炉中增设了再热器、除氧蒸发器、低压省煤器，其中再热器完成了对背压式汽轮机排汽的再热，保证了原有的低参数工业汽轮机的进汽条件保持原状，除氧蒸发器则实现了锅炉给水的自除氧，无需外来汽源，简化了除氧汽源获取方式，此外，除氧蒸发器的参数设计和除氧器的参数相匹配，与常规的减温减压获取最终除氧蒸汽的方式相比，大大减小了能源损失，热经济性大幅提升；而低压省煤器的设置则合理利用了锅炉尾部烟气的余热，实现了凝结水的预热，减少了除氧系统的耗热量，从而减少锅炉燃料消耗量，达到“省煤”的目的。
4)通过设置凝结水预热器，利用厂内低压蒸汽管道中的低压蒸汽来加热凝汽器出口的低温凝结水，以提高低压省煤器入口的凝结水温度，使得低压省煤器壁面不会出现低温酸腐蚀，保证低压省煤器的安全运行。
5)通过设置低压省煤器旁路，并在低压省煤器旁路上设置有流量调节阀来控制通过低压省煤器旁路的凝结水流量，进而调节进入除氧器的凝结水温度，以控制除氧器的蒸汽耗量，主要用于避免一些运行工况下，可能出现的由于除氧蒸发器产汽量大于除氧器实际蒸汽需求量从而导致的蒸汽放散现象。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。