一种焦化系统余热回收综合利用发电系统及方法

技术领域

本发明涉及焦化工程技术领域的综合余热回收利用，具体的是一种焦化系统余热回收综合利用发电系统及方法。

背景技术

焦化系统余热回收综合利用发电系统最终将焦化行业各生产环节产生的余热余能有效的转化为电能，能显著降低企业的能耗，并能带来很大的经济效益。

焦化行业的炼焦过程是一个较完善的能量转换过程，该过程产生了不同品质的多种二次能源。焦炉烟道外排的高温热废气、焦炉上升管中的高温荒煤气、干熄焦系统的高温循环气体及炼焦的副产物焦炉煤气等，这几种二次能源几乎占据了焦化行业所有可利用的二次能源。

焦炉烟道气及上升管的荒煤气热能当前基本是利用余热锅炉换热回收低压饱和蒸汽，由于所产的低压饱和蒸汽热能品位低且量较少一直没有得到有效利用；焦炉煤气作为炼焦过程的副产物总量不大，单独建煤气发电项目投资高回收期长，外供市政用又因焦炉煤气含尘量高输送距离长等因素导致价格偏低，因此焦炉煤气一直没有一个成熟的利用方案；干熄焦系统的高温循环气体的回收方案比较成熟，利用干熄焦锅炉产生蒸汽进行发电。

焦化系统余热回收综合利用发电系统是利用热能梯级利用原理，将不同品级的热能在合适的位置进行有效利用。首先利用低品位热能的低压蒸汽来加热锅炉给水除去给水中的溶解氧；再利用高品位热能的高温超高压蒸汽进高效率的高参数汽轮机拖动发电机进行发电。焦化系统余热回收综合利用发电系统中低品位热能的低压蒸汽在除氧器中进行高效的利用，没有不同形式能源间的转换也没有冷源损失，全部的热能完全转移至锅炉给水中；高品位热能的高温超高压蒸汽集中用于高参数汽轮发电机组进行发电不再降低蒸汽的热能品位进行其他利用。该系统较原来的各个余热回收系统单独利用的热效率有大幅提高。

用于发电的循环工质的初参数越高，单位质量工质携带能量越高，系统的效率越高。用于给水除氧的蒸汽对参数的高低要求不高，只要含有的热能总量达标即可。因此在焦化各系统的余热回收利用过程中不能要求每个点的余热回收都具有多功能性，要综合考虑各个点所回收的热能等级进行综合的高效利用。

在焦化行业各生产环节的余热余能回收方案日趋完善的背景下，焦化系统余热回收综合利用发电系统已具备实施条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种焦化系统余热回收综合利用发电系统及方法，以便进一步提焦化系统各生产换热余热回收的热效率，有效地促进节能降耗。

本发明的技术方案是：一种焦化系统余热回收综合利用发电系统，其特征：至少包括焦炉煤气锅炉、干熄焦锅炉、煤气上升管余热锅炉、焦炉烟道气余热锅炉、大气式除氧器、高压除氧器、高压锅炉给水泵、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸、发电机、凝汽器、凝结水泵、凝结水箱、除氧器给水泵、低压锅炉给水泵；焦炉煤气锅炉和干熄焦锅炉分别通过焦炉煤气蒸汽出口管路和干熄焦锅炉蒸汽出口管路与汽轮机高压缸连接，焦炉煤气锅炉和干熄焦锅炉产生的高温超高压蒸汽在汽轮机高压缸内膨胀做功后排出；

汽轮机高压缸通过汽轮机高压缸排汽管路与焦炉煤气锅炉连接，汽轮机高压缸排出的蒸汽在焦炉煤气锅炉的再热器内进行再热后外供；

焦炉煤气锅炉通过再热蒸汽管路与汽轮机低压缸连接，再热蒸汽在汽轮机低压缸内膨胀做功好排出；

汽轮机高压缸和汽轮机低压缸通过轴与发电机连接，汽轮机高压缸和汽轮机低压缸将蒸汽的热能转化为机械能，机械能通过轴传递给发电机，发电机将机械能转换为电能；

汽轮机低压缸通过排气管路与凝汽器连接，凝汽器通过凝结水管路与凝结水泵连接，凝结水泵通过凝结水泵出口管路与凝结水箱连接；

凝结水箱通过除氧器给水泵入口管路与除氧器给水泵的入口管路连接；除氧器给水泵有两条输出管路，除氧器给水泵一路通过高压除氧器高压除氧器进水管路到高压除氧器，另一路通过大气式除氧器进水管路到大气式除氧器的顶部；使大气式除氧器进水管路与大气式除氧器连接；

汽轮机低压缸排出的蒸汽在凝汽器内凝结成凝结水，凝结水通过凝结水泵加压后送至凝结水箱，凝结水箱储存凝结水的同时设一路除盐水管路作为补充水，凝结水箱内的凝结水经过锅炉除氧器给水泵加压后分别送至高压除氧器和大气式除氧器内进行除氧；

高压除氧器通过高压除氧器出水管路与高压锅炉给水泵连接，高压锅炉给水泵出口分两路，一路通过焦炉煤气锅炉给水管路与焦炉煤气锅炉连接，另一炉通过干熄焦锅炉给水管路与干熄焦锅炉连接；

锅炉给水在高压除氧器内去除水内的溶解氧后经过高压锅炉给水泵加压后分别送至焦炉煤气锅炉和干熄焦锅炉内进行换热，高压锅炉给水在焦炉煤气锅炉和干熄焦锅炉内加热成为高温超高压蒸汽并外供。

所述的大气式除氧器通过大气式除氧器出水管路与低压锅炉给水泵连接，低压锅炉给水泵出口分两路，一路通过煤气上升管余热锅炉给水管路与煤气上升管余热锅炉连接，另一路通过焦炉烟道气余热锅炉给水管路与焦炉烟道气余热锅炉连接；所述的煤气上升管余热锅炉和焦炉烟道气余热锅炉给水在大气式除氧器内去除水内的溶解氧后经过低压锅炉给水泵加压后分别送至煤气上升管余热锅炉和焦炉烟道气余热锅炉内进行换热，低压锅炉给水在煤气上升管余热锅炉和焦炉烟道气余热锅炉内加热成为低压饱和蒸汽并外供。

所述的焦炉烟道气余热锅炉和煤气上升管余热锅炉并联运行，低压给水进焦炉烟道气余热锅炉和煤气上升管余热锅炉进行换热产生低压饱和蒸汽，焦炉烟道气余热锅炉和煤气上升管余热锅炉产生的低压饱和蒸汽通过蒸汽出口管路合并至低压饱和蒸汽母管，低压饱和蒸汽母管分别与高压除氧器进汽管路和低压除氧器进汽管路连接，来自焦炉烟道气余热锅炉和煤气上升管余热锅炉的低压饱和蒸汽作为除氧加热蒸汽进两台除氧器与凝结水换热。

所述的焦炉煤气余热锅炉与干熄焦锅炉并联运行，焦炉煤气余热锅炉与干熄焦锅炉的高温超高压蒸汽通过出口管路合并至汽轮机高压缸入口，在高压缸做功后的蒸汽通过高压缸排汽管路回焦炉煤气锅炉再热器再次过热，再热后的再热蒸汽通过再热蒸汽管路进低压缸做功，所述的高压缸、低压缸用于接收焦炉煤气锅炉和干熄焦锅炉的高温超高压蒸汽，并将蒸汽的热能转化为机械能，同时拖动发电机，所述发电机将机械能转换电能。

所述汽轮机低压缸排出的蒸汽经凝汽器凝结为水，凝汽器内凝结水通过凝结水泵输送至凝结水箱储存，凝结水箱内凝结水通过除氧器给水泵输送至高压除氧器和大气式除氧器，高压除氧器和大气式除氧器并联运行，凝结水经高压除氧器和大气式除氧器加热去除水中的溶解氧，高压锅炉给水泵将高压除氧器内的除氧水作为高压给水输送至焦炉煤气锅炉和干熄焦余热锅炉进行换热，低压锅炉给水泵将大气式除氧器内的除氧水作为低压给水疏水至焦炉烟道气余热锅炉和煤气上升管余热锅炉进行换热。

一种焦化系统余热回收综合利用发电方法，至少包括焦炉煤气锅炉、干熄焦锅炉、煤气上升管余热锅炉、焦炉烟道气余热锅炉、大气式除氧器、高压除氧器、高压锅炉给水泵、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸、发电机、凝汽器、凝结水泵、凝结水箱、除氧器给水泵、低压锅炉给水泵；焦炉煤气锅炉和干熄焦锅炉分别通过管路与汽轮机高压缸连接，焦炉煤气锅炉和干熄焦锅炉产生的高温超高压蒸汽在汽轮机高压缸内膨胀做功后排出；汽轮机高压缸和汽轮机低压缸通过轴与发电机连接，汽轮机高压缸和汽轮机低压缸将蒸汽的热能转化为机械能，机械能通过轴传递给发电机，发电机将机械能转换为电能；汽轮机低压缸通过排气管路与凝汽器连接，凝汽器通过凝结水管路与凝结水泵连接，凝结水泵通过凝结水泵出口管路与凝结水箱连接，

具体按如下步骤工作：

1）凝结水箱内的水经除氧器给水泵加压分别进入高压除氧器和大气式除氧器；

2）低压饱和蒸汽母管内饱和蒸汽作为高压除氧器和大气式除氧器5的加热蒸汽汽源进除氧器加热除氧器来水；

3）高压除氧器内除氧水由高压锅炉给水泵加压后分别送入焦炉煤气锅炉和干熄焦锅炉进行换热；

4）大气式除氧器内除氧水由低压锅炉给水泵加压后分别送入焦炉烟道气余热锅炉和煤气上升管余热锅炉进行换热；

5）高压锅炉给水在焦炉煤气锅炉和干熄焦锅炉内换热后产生高温超高压参数的过热蒸汽；

6）低压给水在焦炉烟道气余热锅炉和煤气上升管余热锅炉换热后产生低压饱和蒸汽；

7）高温超高蒸汽进汽轮机高压缸内做功后的排出低参数过热蒸汽；

8）汽轮机高压缸排出低参数过热蒸汽进焦炉煤气锅炉进行再热；

9）经焦炉煤气锅炉再热后高的温蒸汽进汽轮机低压缸做功；

10）高温超高压蒸汽和高温再热蒸汽分别在汽轮机高压缸和汽轮机低压缸膨胀做功，带动通过转轴连接的发电机发电；

11）汽轮机低压缸排汽经凝汽器回收为凝结水经凝结水泵加压后送至凝结箱。

与已有技术相比，本发明的效果是：

本发明采用高温超高压参数，由于效率的提高，在回收同等余热余能的情况下，高温超高压参数机组要比高温高压机组产生更多的电量。在运行成本基本一致的条件下，工厂增加了经济效益；通过采用余热锅炉生产低压饱和蒸汽用来作为除氧器用蒸汽，提高整个余热回收系统的蒸汽热回收效率，降低了工厂的综合能耗。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明的实施例焦化系统余热回收综合利用发电工艺流程示意图。

图中：1、焦炉煤气锅炉，2、干熄焦锅炉，3、煤气上升管余热锅炉，4、焦炉烟道气余热锅炉，5、大气式除氧器，6、高压除氧器，7、高压锅炉给水泵，8、汽轮机高压缸，9、汽轮机低压缸，10、发电机，11、凝汽器，12、凝结水泵，13、凝结水箱，14、除氧器给水泵，15、低压锅炉给水泵，16、焦炉煤气蒸汽出口管路，17、干熄焦锅炉蒸汽出口管路，18、汽轮机高压缸排汽管路 ，19、再热蒸汽管路，20、汽轮机低压排汽管路，21、凝汽水管路，22、凝结水泵出水管路，23、除氧器给水泵入口管路，24、高压除氧器进水管路，25、大气式除氧器进水管路，26、大气式除氧器出水管路，27、煤气上升管余热锅炉给水管路，28、焦炉烟道气余热锅炉给水管路，29、焦炉烟道气余热锅炉低压饱和蒸汽出口管路，30、煤气上升管余热锅炉低压饱和蒸汽出口管路，31、低压饱和蒸汽母管，32、高压除氧器蒸汽进口管路，33、大气式除氧器蒸汽进口管路，34、高压除氧器出水管路，35、焦炉煤气锅炉给水管路，36、干熄焦锅炉给水管路。

具体实施方式

如图1所示，一种焦化系统余热回收综合利用发电系统，至少包括焦炉煤气锅炉1、干熄焦锅炉2、煤气上升管余热锅炉3、焦炉烟道气余热锅炉4、大气式除氧器5、高压除氧器6、高压锅炉给水泵7、汽轮机高压缸8、汽轮机低压缸9、发电机10、凝汽器11、凝结水泵12、凝结水箱13、除氧器给水泵14、低压锅炉给水泵15；焦炉煤气锅炉1和干熄焦锅炉2分别通过焦炉煤气蒸汽出口管路16和干熄焦锅炉蒸汽出口管路17与汽轮机高压缸8连接，焦炉煤气锅炉1和干熄焦锅炉2产生的高温超高压蒸汽在汽轮机高压缸8内膨胀做功后排出；

汽轮机高压缸8通过汽轮机高压缸排汽管路18与焦炉煤气锅炉1连接，汽轮机高压缸8排出的蒸汽在焦炉煤气锅炉1的再热器内进行再热后外供；

焦炉煤气锅炉1通过再热蒸汽管路19与汽轮机低压缸9连接，再热蒸汽在汽轮机低压缸9内膨胀做功好排出；

汽轮机高压缸8和汽轮机低压缸9通过轴与发电机10连接，汽轮机高压缸8和汽轮机低压缸9将蒸汽的热能转化为机械能，机械能通过轴传递给发电机10，发电机10将机械能转换为电能；

汽轮机低压缸9通过排气管路20与凝汽器11连接，凝汽器11通过凝结水管路21与凝结水泵12连接，凝结水泵12通过凝结水泵出口管路22与凝结水箱13连接；

凝结水箱13通过除氧器给水泵入口管路23与除氧器给水泵14的入口管路连接；除氧器给水泵14有两条输出管路，除氧器给水泵14一路通过高压除氧器6进水管路24到高压除氧器6，另一路通过进水管路25到大气式除氧器5的顶部；使大气式除氧器进水管路25与大气式除氧器5连接；

汽轮机低压缸9排出的蒸汽在凝汽器11内凝结成凝结水，凝结水通过凝结水泵12加压后送至凝结水箱13，凝结水箱储存凝结水的同时设一路除盐水管路作为补充水，凝结水箱13内的凝结水经过锅炉给水泵14加压后分别送至高压除氧器6和大气式除氧器5内进行除氧；

高压除氧器6通过高压除氧器出水管路34与高压锅炉给水泵7连接，高压锅炉给水泵7出口分两路，一路通过焦炉煤气锅炉给水管路35与焦炉煤气锅炉1连接，另一炉通过干熄焦锅炉给水管路36与干熄焦锅炉2连接。

锅炉给水在高压除氧器6内去除水内的溶解氧后经过高压锅炉给水泵7加压后分别送至焦炉煤气锅炉1和干熄焦锅炉2内进行换热，高压锅炉给水在焦炉煤气锅炉1和干熄焦锅炉2内加热成为高温超高压蒸汽并外供。

大气式除氧器5通过大气式除氧器出水管路26与低压锅炉给水泵15连接，低压锅炉给水泵15出口分两路，一路通过煤气上升管余热锅炉给水管路27与煤气上升管余热锅炉3连接，另一路通过焦炉烟道气余热锅炉给水管路28与焦炉烟道气余热锅炉4连接。

锅炉给水在大气式除氧器5内去除水内的溶解氧后经过低压锅炉给水泵15加压后分别送至煤气上升管余热锅炉3和焦炉烟道气余热锅炉4内进行换热，低压锅炉给水在煤气上升管余热锅炉3和焦炉烟道气余热锅炉4内加热成为低压饱和蒸汽并外供。

所述的焦炉烟道气余热锅炉4和煤气上升管余热锅炉3并联运行，低压给水进焦炉烟道气余热锅炉4和煤气上升管余热锅炉3进行换热产生低压饱和蒸汽，焦炉烟道气余热锅炉4和煤气上升管余热锅炉3产生的低压饱和蒸汽通过蒸汽出口管路合并至低压饱和蒸汽母管，低压饱和蒸汽母管分别与高压除氧器进汽管路和低压除氧器进汽管路连接，来自焦炉烟道气余热锅炉和煤气上升管余热锅炉的低压饱和蒸汽作为除氧加热蒸汽进两台除氧器与凝结水换热。

所述的焦炉煤气余热锅炉4与干熄焦锅炉2并联运行，焦炉煤气余热锅炉4与干熄焦锅炉2的高温超高压蒸汽通过出口管路合并至汽轮机高压缸入口，在高压缸做功后的蒸汽通过高压缸排汽管路回焦炉煤气锅炉再热器再次过热，再热后的再热蒸汽通过再热蒸汽管路进低压缸做功，所述的高压缸、低压缸用于接收焦炉煤气锅炉和干熄焦锅炉的高温超高压蒸汽，并将蒸汽的热能转化为机械能，同时拖动发电机，所述发电机将机械能转换电能。

所述汽轮机低压缸9排出的蒸汽经凝汽器11凝结为水，凝汽器11内凝结水通过凝结水泵12输送至凝结水箱13储存，凝结水箱13内凝结水通过除氧器给水泵14输送至高压除氧器6和大气式除氧器5，高压除氧器6和大气式除氧器5并联运行，凝结水经高压除氧器6和大气式除氧器5加热去除水中的溶解氧，高压锅炉给水泵7将高压除氧器6内的除氧水作为高压给水输送至焦炉煤气锅炉1和干熄焦余热锅炉2进行换热，低压锅炉给水泵15将大气式除氧器5内的除氧水作为低压给水疏水至焦炉烟道气余热锅炉1和煤气上升管余热锅炉3进行换热。

如图1所示，一种焦化系统余热回收综合利用发电方法，至少包括焦炉煤气锅炉1、干熄焦锅炉2、煤气上升管余热锅炉3、焦炉烟道气余热锅炉4、大气式除氧器5、高压除氧器6、高压锅炉给水泵7、汽轮机高压缸8、汽轮机低压缸9、发电机10、凝汽器11、凝结水泵12、凝结水箱13、除氧器给水泵14、低压锅炉给水泵15；焦炉煤气锅炉1和干熄焦锅炉2分别通过管路与汽轮机高压缸8连接，焦炉煤气锅炉1和干熄焦锅炉2产生的高温超高压蒸汽在汽轮机高压缸8内膨胀做功后排出；汽轮机高压缸8和汽轮机低压缸9通过轴与发电机10连接，汽轮机高压缸8和汽轮机低压缸9将蒸汽的热能转化为机械能，机械能通过轴传递给发电机10，发电机10将机械能转换为电能；汽轮机低压缸9通过排气管路20与凝汽器11连接，凝汽器11通过凝结水管路21与凝结水泵12连接，凝结水泵12通过凝结水泵出口管路22与凝结水箱13连接，

具体按如下步骤工作：

1）凝结水箱13内的水经除氧器给水泵14加压分别进入高压除氧器6和大气式除氧器5；

2）低压饱和蒸汽母管31内饱和蒸汽作为高压除氧器6和大气式除氧器5的加热蒸汽汽源进除氧器加热除氧器来水；

3）高压除氧器6内除氧水由高压锅炉给水泵7加压后分别送入焦炉煤气锅炉1和干熄焦锅炉2进行换热；

4）大气式除氧器5内除氧水由低压锅炉给水泵15加压后分别送入焦炉烟道气余热锅炉4和煤气上升管余热锅炉3进行换热；

5）高压锅炉给水在焦炉煤气锅炉1和干熄焦锅炉2内换热后产生高温超高压参数的过热蒸汽；

6）低压给水在焦炉烟道气余热锅炉4和煤气上升管余热锅炉3换热后产生低压饱和蒸汽；

7）高温超高蒸汽进汽轮机高压缸8内做功后的排出低参数过热蒸汽；

8）汽轮机高压缸8排出低参数过热蒸汽进焦炉煤气锅炉1进行再热；

9）经焦炉煤气锅炉1再热后高的温蒸汽进汽轮机低压缸9做功；

10）高温超高压蒸汽和高温再热蒸汽分别在汽轮机高压缸8和汽轮机低压缸9膨胀做功，带动通过转轴连接的发电机10发电；

11）汽轮机低压缸9排汽经凝汽器11回收为凝结水经凝结水泵12加压后送至凝结箱13。

与已有技术相比，本发明的效果是：

本发明采用高温超高压参数，由于效率的提高，在回收同等余热余能的情况下，高温超高压参数机组要比高温高压机组产生更多的电量。在运行成本基本一致的条件下，工厂增加了经济效益；通过采用余热锅炉生产低压饱和蒸汽用来作为除氧器用蒸汽，提高整个余热回收系统的蒸汽热回收效率，降低了工厂的综合能耗。