亚临界煤气发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及高炉煤气发电领域，进一步的，涉及一种亚临界煤气发电系统，尤其涉及一种微型高效亚临界煤气发电系统。


背景技术：

2.当前，在钢铁联合企业中，炼铁工序碳排放占70％以上，其副产物为高炉煤气(主要成分为co)。其中，除了60％的高炉煤气作为生产原料可被直接利用外，剩余的30％已经用于发电，但仍有10％的高炉煤气未被利用而直接放散掉。另外，汽轮机领域，大型火力汽轮发电机组的全厂发电效率已经能够达到40％以上，但由于单一钢铁企业的高炉煤气产生量无法达到大型汽轮发电机组的需求量，同时存在并网灵活性的问题，所以无法选择大型火力发电的装机功率。在冶金行业里，煤气发电所采用的小型汽轮发电机组热效率仅有25％，近年来虽然出现了效率更高的亚临界发电技术，但是装机功率集中在80mw至150mw之间，针对一些中小型钢铁企业，依然无法达到该装机功率，因此急需一种热高效的、微型化的发电系统。
3.现有技术中虽然存在一些通过亚临界余温余热回收的发电系统，但是普遍未考虑煤气波动特性及微型亚临界发电技术的特异性：当高炉煤气富余量较小时，煤气量无法达到常规亚临界发电机组的需求量时，该如何处理。
4.针对相关技术中采用亚临界余温余热发电时，发电机组热效率不佳的问题，目前尚未给出有效的解决方案。
5.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种亚临界煤气发电系统，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种亚临界煤气发电系统，有效提高发电机组的热效率，同时兼具良好的经济效益和环保效果。
7.本实用新型的目的可采用下列方案来实现：
8.本实用新型提供了一种亚临界煤气发电系统，包括：
9.锅炉，其燃烧煤气并产生高温蒸汽，所述锅炉至少包括过热器和再热器；
10.汽轮机组，其接收所述锅炉的高温蒸汽，并将蒸汽热能转化为机械能，所述汽轮机组至少包括第一压力缸和第二压力缸；
11.发电机，其与所述汽轮机组连接，并将所述汽轮机组的机械能转化为电能；
12.所述过热器的蒸汽进口与所述锅炉的蒸汽出口连接，所述过热器的蒸汽出口与所述第一压力缸的蒸汽进口连接，所述第一压力缸的蒸汽出口与所述再热器的蒸汽进入连接，所述再热器的蒸汽出口与所述第二压力缸的蒸汽进口连接，所述第二压力缸的蒸汽出口与所述锅炉的凝结水进口连接。
13.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述过热器包括沿高温蒸汽的流向依次串联
的低温过热器、高温过热器和末级过热器，所述低温过热器与所述高温过热器之间以及所述高温过热器与所述末级过热器之间分别设置有第一降温装置。
14.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述再热器包括沿高温蒸汽的流向依次串联的低温再热器和高温再热器，所述低温再热器与所述高温再热器之间设置有第一降温装置。
15.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一压力缸为高压缸，所述第二压力缸包括中压缸和低压缸，所述中压缸的蒸汽进口与所述高温再热器的蒸汽出口连接，所述中压缸的蒸汽出口与所述低压缸的蒸汽进口连接，所述低压缸的蒸汽出口即为所述第二压力缸的蒸汽出口。
16.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第二压力缸的蒸汽出口与凝汽器的进口连接，所述凝汽器的出口与第一加热器的进口连接，所述第一加热器的出口与除氧器的进口连接，所述除氧器的出口与所述锅炉的凝结水进口连接；
17.所述凝汽器的出口与所述第一加热器的进口之间设置有凝结水泵和汽封加热器。
18.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述除氧器的出口与所述锅炉的凝结水进口之间设置有给水泵、第二加热器和省煤器。
19.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述锅炉中设置有水冷壁，所述锅炉的蒸汽出口和所述锅炉的凝结水进口均位于所述水冷壁上，所述锅炉的蒸汽出口与所述锅炉的凝结水进口之间设置有汽包，所述汽包与所述过热器的蒸汽进口连接。
20.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述锅炉的前墙和后墙上分别设置有多个燃烧器，位于所述前墙和所述后墙上的各燃烧器分别相对分布。
21.在本实用新型的一较佳实施方式中，各所述燃烧器通过热风管道和煤气管道分别与送风机和外部煤气管道连接。
22.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述热风管路包括至少一条热风主管道和多条热风分支管道，所述送风机与预热器的进口连接，所述预热器的出口与所述热风主管道的一端连接，所述热风主管道的另一端与各所述热风分支管道的一端连接，各所述热风分支管道的另一端分别与对应的所述燃烧器连接。
23.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述煤气管道包括至少一条煤气主管道和多条煤气分支管道，所述煤气主管道的一端与所述外部煤气管道连接，所述煤气主管道的另一端与各所述煤气分支管道的一端连接，各所述煤气分支管道的另一端分别与对应的所述燃烧器连接。
24.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述锅炉的烟气出口与烟囱连接，所述锅炉的烟气出口与所述烟囱之间依次设置有省煤器、第二降温装置、脱硫装置和引风机。
25.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述锅炉的烟气出口或者靠近所述锅炉的烟气出口处设置有对烟气中的热量进行回收的余热回收装置。
26.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述余热回收装置包括换热管、循环泵和调节阀，所述换热管位于所述锅炉的烟气出口的烟道内，所述换热管的两端分别与凝结水进管的一端和凝结水出管的一端连接，所述凝结水进管的另一端和所述凝结水出管的另一端分别与所述锅炉的水冷壁连接，所述凝结水进管与所述凝结水出管之间连接有循环水管，所述循环泵和所述调节阀均设置于所述循环水管上。
27.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述锅炉的烟气出口或靠近所述烟气出口的位置设置有脱硝反应器，所述锅炉的烟气出口与所述脱硫装置和除尘装置连接。
28.由上所述，本实用新型的亚临界煤气发电系统的特点及优点是：由于锅炉的蒸汽出口与过热器的蒸汽进口连接，锅炉内产生饱和蒸汽进入至过热器内而产生高效亚临界的过热蒸汽，过热器的蒸汽出口与汽轮机组的第一压力缸的蒸汽进口连接，第一压力缸的蒸汽出口与所述再热器的蒸汽进入连接，过热蒸汽会进入汽轮机组的第一压力缸做功，做工后压力降低的蒸汽返回锅炉内的再热器中继续加热，由于再热器的蒸汽出口与汽轮机组的第二压力缸的蒸汽进口连接，再次加热后的蒸汽进入汽轮机组的第二压力缸内继续做功，做功后的蒸汽冷却成凝结水并经过逐级加热后返回至锅炉内循环使用，使得锅炉产生的蒸汽能够循环多次做功，并且匹配汽轮机组中对应的压力缸，通过分级做功的方式有效降低焓降，有效提高发电机的热效率。
附图说明
29.以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
30.图1：为本实用新型亚临界煤气发电系统的结构示意图。
31.图2：为本实用新型亚临界煤气发电系统中锅炉和汽轮机组的连接结构框图。
32.图3：为本实用新型亚临界煤气发电系统中锅炉上燃烧器的设置位置示意图。
33.图4：为本实用新型亚临界煤气发电系统中锅炉的连接结构示意图。
34.图5：为本实用新型亚临界煤气发电系统中余热回收装置的结构示意图。
35.图6：为本实用新型亚临界煤气发电系统中除尘装置的结构示意图。
36.本实用新型中的附图标号为：
37.1、锅炉；101、前墙；
38.102、后墙；103、燃烧器；
39.2、汽轮机组；201、第一压力缸；
40.202、第二压力缸；3、发电机；
41.4、引风机；5、烟囱；
42.6、送风机；7、第一降温装置；
43.8、省煤器；9、预热器；
44.10、热风主管道；11、热风分支管道；
45.12、煤气主管道；13、煤气分支管道；
46.15、第二降温装置；16、脱硫装置；
47.17、外部煤气管道；18、脱硝反应器；
48.19、除尘装置；20、换热管；
49.21、循环泵；22、调节阀；
50.23、凝结水进管；24、凝结水出管；
51.25、循环水管；26、凝汽器；
52.27、凝结水泵；28、汽封加热器；
53.29、第一加热器；30、除氧器；
54.31、给水泵；32、第二加热器；
55.33、汽包；34、低温过热器；
56.35、高温过热器；36、末级过热器；
57.37、低温再热器；38、高温再热器。
具体实施方式
58.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
59.如图1、图2所示，本实用新型提供了一种亚临界煤气发电系统，该亚临界煤气发电系统包括锅炉1、汽轮机组2和发电机3，锅炉1用于燃烧煤气并产生高温蒸汽，汽轮机组2用于接收锅炉的高温蒸汽并将蒸汽热能转化为机械能，发电机3与汽轮机组2连接，发电机3用于将汽轮机组2的机械能转化为电能。其中，锅炉1至少包括过热器和再热器；汽轮机组2至少包括第一压力缸201和第二压力缸202；过热器的蒸汽进口与锅炉1的蒸汽出口连接，过热器的蒸汽出口与第一压力缸201的蒸汽进口连接，第一压力缸201的蒸汽出口与再热器的蒸汽进入连接，再热器的蒸汽出口与第二压力缸202的蒸汽进口连接，第二压力缸202的蒸汽出口与锅炉1的凝结水进口连接。
60.本实用新型中，由于锅炉1的蒸汽出口与过热器的蒸汽进口连接，锅炉1内产生饱和蒸汽进入至过热器内而产生高效亚临界的过热蒸汽，过热器的蒸汽出口与汽轮机组2的第一压力缸201的蒸汽进口连接，第一压力缸201的蒸汽出口与再热器的蒸汽进入连接，过热蒸汽会进入汽轮机组2的第一压力缸201做功，做工后压力降低的蒸汽返回锅炉1内的再热器中继续加热，由于再热器的蒸汽出口与汽轮机组2的第二压力缸202的蒸汽进口连接，再次加热后的蒸汽进入汽轮机组2的第二压力缸202内继续做功，做功后的蒸汽冷却成凝结水并经过逐级加热后返回至锅炉1内循环使用，使得锅炉1产生的蒸汽能够循环多次做功，并且匹配汽轮机组2中对应的压力缸，通过分级做功的方式有效降低焓降，有效提高发电机3的热效率。
61.在本实用新型的一个可选实施例中，如图2所示，过热器包括沿高温蒸汽的流向依次串联的低温过热器34、高温过热器35和末级过热器36，低温过热器34与高温过热器35之间以及高温过热器35与末级过热器36之间分别设置有第一降温装置7。通过低温过热器34、高温过热器35和末级过热器36相配合将蒸汽由饱和温度加热至过热温度，从而产生高效亚临界的过热蒸汽。
62.在本实用新型的一个可选实施例中，如图2所示，再热器包括沿高温蒸汽的流向依次串联的低温再热器37和高温再热器38，低温再热器37与高温再热器38之间设置有第一降温装置7。通过低温再热器37与高温再热器38相配合，把作过功的蒸汽再进行加热并使蒸汽达到一定温度，通过低温再热器37与高温再热器38可进一步提高发电系统的热效率，并且可将蒸汽的温度控制在允许的范围内。
63.具体的，如图2所示，第一压力缸201为高压缸，第二压力缸202包括中压缸和低压缸，中压缸的蒸汽进口与高温再热器的蒸汽出口连接，中压缸的蒸汽出口与低压缸的蒸汽进口连接，低压缸的蒸汽出口即为第二压力缸的蒸汽出口。过热蒸汽首先进入汽轮机组2的高压缸做功，做功后的中压蒸汽返回锅炉1内依次经低温再热器37和高温再热器38继续加
热，然后加热后的蒸汽在依次进入汽轮机组2的中压缸和低压缸继续做功，做功后的蒸汽冷却成凝结水，凝结水经过逐级加热后返回至锅炉1内循环使用，可有效降低焓降，汽轮机组2通流设计的级效率可提高2％左右。
64.在本实用新型的一个可选实施例中，如图2所示，第二压力缸202的蒸汽出口与凝汽器26的进口连接，凝汽器26的出口与第一加热器29的进口连接，第一加热器29的出口与除氧器30的进口连接，除氧器30的出口与锅炉1的凝结水进口连接；凝汽器26的出口与第一加热器29的进口之间依次设置有凝结水泵 27和汽封加热器28。其中，凝汽器26、凝结水泵27、汽封加热器28、第一加热器29和除氧器30组成汽轮机组2的凝结水系统。凝结水由凝汽器26引出，然后分二路至二台全容量凝结水泵27(凝结水泵27的数量为两台，其中一台为备用)，凝结水泵27采用变频调节，凝结水再经汽封加热器28和第一加热器29 至除氧器30，去除凝结水中的溶氧后可进行后续的逐级加热处理。
65.其中，除氧器30采用滑压运行方式，除氧器30具有两路汽源：一路为正常运行汽源；另一路为与汽轮机组2的汽源管道相连向除氧器30供汽，当压力上升到预设的规定压力后汽源自动切换到正常运行气源，除氧器30的运行压力随汽轮机组2的负荷变化而变化。
66.进一步的，凝汽器26包括抽真空系统，抽真空系统包括真空泵以及配合管路，真空泵用于对凝汽器26进行抽真空。其中，真空泵的数量为两台，一台为备用。
67.进一步的，第一加热器29可为但不限于低压加热器。
68.进一步的，如图2所示，除氧器30的出口与锅炉1的凝结水进口之间依次设置有给水泵31、第二加热器32和省煤器8。凝结水经过第二加热器32和省煤器8的逐级加热，由给水泵31泵回至锅炉1中循环使用。
69.在本实用新型的一个可选实施例中，如图2所示，锅炉1中设置有水冷壁，锅炉1的蒸汽出口和锅炉1的凝结水进口均位于水冷壁上，锅炉1的蒸汽出口与锅炉1的凝结水进口之间设置有汽包33，汽包33与低温过热器34的蒸汽进口连接。汽包33可进行汽水分离和蒸汽净化，同时接纳凝结水，进行汽水分离和向循环回路供水，向过热器输送饱和蒸汽。汽包中存有一定水量，在工况变动时可减缓汽压变化速度，当给水与负荷短时间不协调时起一定的缓冲的作用。
70.在本实用新型的一个可选实施例中，如图3、图4所示，锅炉1所采用的燃料为煤气(如：高炉煤气和/或转炉煤气)，煤气具有热值低且着火温度高的特点，锅炉1的前墙101和后墙102上分别设置有多个燃烧器103，位于前墙上的各燃烧器103与位于后墙102上的各燃烧器103相对分布，从而形成对冲燃烧，保证高炉煤气燃烧所需的温度场及燃烧工况。燃烧器103上设有点火装置、火焰监控装置、自动点火装置以及灭火保护装置，由于燃烧器103以及其上设置的各功能装置均为现有产品，在此不做赘述。
71.进一步的，如图4所示，各燃烧器103通过热风管道与送风机6连接，各燃烧器103还通过煤气管道与外部煤气管道17连接，从而提供锅炉1燃烧所需的空气和煤气，确保锅炉1的正常燃烧。其中，点火燃料可为但不限于液化石油气。
72.具体的，如图4所示，热风管路包括至少一条热风主管道10和多条热风分支管道11，送风机6与预热器9的进口连接，预热器9的出口与热风主管道10 的一端连接，热风主管道10的另一端与各热风分支管道11的一端连接，各热风分支管道11的另一端分别与对应的燃烧器103连接。锅炉1燃烧所需的空气由送风机6提供，送风机6输送的空气经预热器9进行
预热后进入炉膛内。其中，送风机6可为但不限于高效离心送风机，送风机6的数量为两台，且两台送风机6的风量调节方式为变频调节。
73.具体的，如图4所示，煤气管道包括至少一条煤气主管道12和多条煤气分支管道13，煤气主管道12的一端与外部煤气管道17连接，煤气主管道12的另一端与各煤气分支管道13的一端连接，各煤气分支管道13的另一端分别与对应的燃烧器103连接，锅炉1燃烧所需的煤气由外部煤气管道17提供，外部煤气管道17与高炉连接。其中，煤气为高炉的副产物-高炉煤气，或转炉的副产物
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转炉煤气。
74.进一步的，如图4所示，锅炉1的烟气出口与烟囱5连接，锅炉1的烟气出口与烟囱5之间依次设置有省煤器8、第二降温装置15、脱硫装置16和引风机4。其中，第二降温装置15可为但不限于水媒式热管加热器，通过第二降温装置15 可降低锅炉排出的烟气温度，提高经济性。其中，脱硫装置16可采用多种脱硫方法和除尘器相组合的方式，达到排放要求。引风机4可为但不限于高效离心引风机，引风机4的数量为两台，且两台引风机4的负荷调节方式为变频调节，脱硫除尘后的烟气经引风机4升压后由烟囱5排出。
75.进一步的，如图4、图6所示，锅炉1的烟气出口或靠近烟气出口的位置设置有脱硝反应器18，脱硝反应器18的设置位置可节约空间和占地，锅炉1的烟气出口与脱硫装置16和除尘装置19连接。其中，优选烟气污染物控制系统工艺组合为：低氮燃烧、钠脱硝反应器18、基干法脱硫与布袋除尘器相结合，或者低氮燃烧、钠脱硝反应器18、石灰石半干法脱硫与布袋除尘器相结合，或者低氮燃烧、钠脱硝反应器18、湿法脱硫与湿式电除尘器相结合。脱硫装置16和除尘装置19对烟气除尘脱硫后，能够满足so2浓度≤35mg/nm3，粉尘浓度≤5mg/nm3的超净排放要求。
76.在本实用新型的一个可选实施例中，如图5所示，锅炉1的烟气出口或者靠近锅炉1的烟气出口处设置有对烟气中的热量进行回收的余热回收装置。余热回收装置包括换热管20、循环泵21和调节阀22，换热管20的数量可为并排设置的多根，各换热管20位于锅炉1的烟气出口的烟道内，换热管20的一端与凝结水进管23的一端连接，换热管20的另一端与凝结水出管24的一端连接，凝结水进管23的另一端和凝结水出管24的另一端分别与锅炉1的水冷壁连接，凝结水进管23与凝结水出管24之间连接有循环水管25，循环泵21和调节阀22均设置于循环水管25上。通过换热管20对烟气进行换热，可进一步利用锅炉1的烟气余热降低排烟温度，在实际操作过程中，可通过控制调节阀22的开度来控制经过换热管20的凝结水的流量，从而达到控制锅炉1排烟温度的目的，使得锅炉1排烟温度恒定在酸露点以上，从而达到防腐的目的。当然，也可对换热管20 的数量进行调整，通过调节换热面积达到控制锅炉1排烟温度的目的。
77.在本实用新型的一个可选实施例中，可设置连续排污扩容器(未示出)和定期排污扩容器(未示出)，连续排污扩容器和定期排污扩容器分别与锅炉1的排污口连接，可在发电厂内设置排水降温池(未示出)，连续排污扩容器和定期排污扩容器可将污水排入排水降温池。
78.本实用新型的整体工作流程为：将高炉的副产物(高炉煤气)通过管道输送至锅炉1，煤气与通过送风机6送入锅炉1内的空气混合燃烧，锅炉1排出处的烟气与煤气进行换热，并在引风机4的作用下依次通过脱硝反应器18、脱硫装置 16和除尘装置19，烟气中的二氧化硫和颗粒物经过脱硫和除尘后经烟囱5排入大气，燃烧产生的热量加热锅炉1给水，给水
吸收烟气热量后汽化变成超高温超高压蒸汽，蒸汽进入汽轮机组2做功将热能转化为机械能，从而带动发电机3发电，发电机3输出电能，所输出的电能可经过升压器并网至总降变电所母线。
79.在整个控制过程中，可实现对锅炉1各种工况下的全自动控制(如：通过智能仿人工控制策略、预测控制、模糊控制、自动寻优和反馈校正等技术)，在实现最高能源利用效率的同时，极大的降低了人工成本，并可对运行数据和设备进行远程在线监测及故障预警，实现发电机的智能化运行。
80.本实用新型中，锅炉1采用小型化设计，减小锅炉1的炉膛尺寸，减少锅炉 1的水冷壁换热面积，保证炉膛出口的排烟温度。对流受热面考虑采用逆流布置，增加对流换热量。燃烧器103呈相对布置，形成对冲燃烧，保证了煤气燃烧所需的温度场及燃烧工况。锅炉1的烟气出口或者靠近锅炉1的烟气出口处设置有余热回收装置，可利用锅炉烟气余热加热凝结水，通过调节凝结水的流量或者换热面积达到控制锅炉1排烟温度的目的，使排烟温度能够由140℃降低至115℃左右。
81.本实用新型中，锅炉1的蒸发量优选150t/h-300t/h，汽轮机组2优选 40mw-80mw，由锅炉1直接产生高效亚临界的过热蒸汽(即：主蒸汽)的压力优选167mpa-17.5mpa，温度优选566℃-571℃；经过再热器中继续加热的蒸汽 (即：再热蒸汽)的温度优选566℃-569℃，发电机3的容量优选50mw-90mw。
82.本实用新型的亚临界煤气发电系统的特点及优点是：
83.一、该亚临界煤气发电系统能够有效提升发电机3的热效率，使发电机3的热效率达到40％左右，实现煤气的高效利用，具有良好的经济效益。
84.二、该亚临界煤气发电系统中，设置有对于锅炉1的低温烟气的热量进行回收的余热回收装置，能够对烟气的余热进行回收利用，进一步提升发电效率。
85.三、该亚临界煤气发电系统中，对于烟气进行脱硝、脱硫以及除尘等处理，保证烟气达到外排的标准。
86.四、该亚临界煤气发电系统中，锅炉1采用小型化设计，尤其适用于中小钢厂，并网、调峰灵活。
87.以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。