钢铁企业伴生能源联合循环发电系统及发电方法技术方案

本发明专利技术公开了一种钢铁企业伴生能源联合循环发电系统，包括燃料气制备子系统、化学链燃烧子系统和热气-蒸汽联合循环发电子系统。本发明专利技术还公开了采用该发电系统的发电方法，由高炉煤气和/或焦炉煤气中提取出的混合气作为燃料反应器的供应气，载氧体在燃料反应器中与燃料气发生还原反应，生成CO2和水蒸气，载氧体还原产物通过返料通道，在空气反应器中再生；空气反应器和燃料反应器排气及冷却机热废气进入热气-蒸汽联合循环发电系统发电。该发电系统不仅可以缓解当前钢铁企业CO2减排压力，而且可使钢铁企业余热余能得以发挥其最大潜能，发电方法简单易操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及冶金和钢铁等企业余热余能回收利用领域，特别涉及一种。
技术介绍
我国钢铁工业的能源消耗占全国总能耗的10% 15%，其中炼铁工序(烧结、高炉)对钢铁企业的整体能耗和粉尘、S02、C02等污染物的排放影响很大，约占50%以上。炼铁生产过程产生大量的二次能源和余热余能。炼铁产生的煤气，相当于总能耗的20% 25%，炼焦、烧结与高炉产生的余热余能相当于总能耗的12% 15%。若能将煤气有效利用，余热余能充分回收，则利用和回收的能量可达总能耗的1/3。钢铁企业伴生能源种类繁多，包括高炉煤气、焦炉煤气、烧结烟气、冷却机热废气及高炉渣显热等。高炉煤气(blast furnace gas, BFG)是炼铁过程产生的伴生气，因其受热值低、含尘含水量大、压力波动大等因素的影响，在钢铁企业中难以适应生产的需要。而随着全烧高炉煤气锅炉发电、燃气蒸汽联合循环发电和高温蓄热燃烧等技术的出现，为高炉煤气的有效利用提供了良好的途径。焦炉煤气(coke oven gas,COG)是在炼焦过程中产出焦炭和焦油的同时所得到的可燃气体，是炼焦过程的副产品，因其热值较高，故可用作燃料、制备化工原料(如制取氢气、甲醇等)、直接还原铁等。烧结机主烟道气和冷却机热废气是烧结工序中产生的伴生余热，其基本特点为热源品质整体较低，热废气温度波动大， 热源的连续性难以保证。早在20世纪80年中期，日本烧结厂的余热回收技术已得到广泛应用。2005年，马钢第二炼铁总厂在两台300m2烧结机上建成了国内第一套余热发电系统并网发电。2007年，济钢第二烧结厂320m2烧结机余热发电工程运行投产。高炉渣显热属高品质余热，其出炉温度在1400 1550°C之间，每吨渣含(1260 1880) X 103kJ的显热， 相当于60kg标准煤的热值。炉渣热能回收方法可概括为两大类介质换热法和化学反应法。前者是利用高炉渣与介质接触或辐射进行热交换，然后利用高温介质能量发电或它用， 其主要有日本的内冷转鼓法、转轮粒化法、风淬法及英国的离心转盘法等；后者是利用高炉渣显热能量促使化学反应进行，以回收利用高炉渣余热。我国高炉渣余热回收利用仅限于冲渣水余热供暖，且受时间和地域限制，在夏季和无取暖设施的南方地区，其推广应用难以展开。由(X)2等温室气体弓I发的全球气候变化已成为国际社会关注的焦点，其中(X)2减排应成为钢铁企业必须关注和解决的重大环境问题。从全球来看，工业生产所产生的CO2占全球排放量的20%以上，而钢铁生产产生的(X)2占工业总排放的15% 20%。近年来，(X)2 捕捉和存储(carbon dioxide capture and storage, CCS)技术在电力行业已受到广泛关注，而其在钢铁行业所受的关注程度也正在提升。目前，实现温室气体减排的主要手段包括调整能源结构、提高能源利用效率及能源系统分离并回收C02。而当前，CO2分离的焦点集中在“零排放”上，忽视了其带来的巨大能耗及对经济和政策的影响。以大型燃煤电厂为例， 600MW、1000MW等级的机组，利用超超临界蒸汽参数，其效率为43 % 45 %，若采用尾部烟气脱除CO2，效率将下降11个百分点。因此，CO2减排的革新技术应当是建立在系统创新基础上的低能耗甚至是“零能耗”的分离co2。以“零能耗”的思路取代“零排放”是CO2减排的主要途径。化学链燃烧的能源环境系统是能源科学与环境科学交叉的新兴领域，它具有零能耗分离(X)2和提高系统效率的特点，被认为是同时解决能源利用与环境协调问题的重要突破口。剖析钢铁企业伴生能源回收利用现状后，不难发现虽然钢铁企业伴生能源均不同程度地被回收利用，但是禁锢于传统回收技术与方法，各项伴生能源因分散回收利用，其效果不显著，且未从钢铁企业整体角度考虑，需要考虑如何将不同种类不同品位的钢铁企业伴生能源高效、综合、梯级利用，从而摆脱传统钢铁企业余热余能回收方法的束缚。
技术实现思路
本专利技术提供了一种钢铁企业伴生能源联合循环发电系统，其不仅可以缓解当前钢铁企业(X)2减排的压力，而且可使钢铁企业余热余能发挥出最大潜能，能够充分利用钢铁企业余热余能。本专利技术还提供了一种基于化学链燃烧的钢铁企业伴生能源联合循环发电系统的发电方法，该方法易于控制，便于应用。一种钢铁企业伴生能源联合循环发电系统，包括燃料气制备子系统、化学链燃烧子系统和热气-蒸汽联合循环发电子系统；所述的燃料气制备子系统包括用于处理高炉煤气和/或焦炉煤气的燃料气处理装置及燃料气混合器；所述的燃料气处理装置包括依次通过管道连接的压缩设备、净化设备、变压吸附设备和负变压吸附设备；其中，所述的变压吸附设备设有用于导出变压吸附设备分离出的气体的第一出口以及用于导出变压吸附设备中剩余气体的第二出口，第一出口与燃料气混合器的入口连通，第二出口与负变压吸附设备的入口连通，负变压吸附设备的出口与燃料气混合器的入口连通；所述的化学链燃烧子系统包括燃料反应器、空气压缩机、空气反应器、载氧体给料通道、载氧体返料通道和载氧体循环密封装置；其中，载氧体给料通道一端与空气反应器连通，另一端与燃料反应器连通；载氧体循环密封装置一端通过载氧体返料通道与燃料反应器连通，另一端通过载氧体返料通道与空气反应器连通；所述的热气-蒸汽联合循环发电子系统包括第一热气体透平、第二热气体透平、 蒸汽透平、余热锅炉及发电机；其中，所述的余热锅炉中设有用绝热隔板隔开的第一换热空间和第二换热空间；所述的燃料反应器的入口与燃料气混合器的出口连通，燃料反应器的出口与第二热气体透平连通，第二热气体透平的出口与第二换热空间的入口连通；空气反应器的入口与空气压缩机的出口连通，空气反应器的出口与第一热气体透平连通，第一热气体透平的出口与第一换热空间的入口连通；第一换热空间的蒸汽出口和第二换热空间的蒸汽出口均与蒸汽透平的入口连通，蒸汽透平的出口连接凝汽器；所述的空气压缩机与第一热气体透平、第二热气体透平、蒸汽透平及发电机分别通过第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器及第四联轴器依次连接。所述的燃料气处理装置可根据实际需要如待处理的燃料气的来源以及处理量设置一套或多套，可包括一套或多套用于处理高炉煤气的燃料气处理装置，以及一套或多套用于处理焦炉煤气的燃料气处理装置。所述的空气压缩机、第一热气体透平、第二热气体透平、蒸汽透平及发电机优选同轴布置，以简化设备构成，节省投资，同时避免能量反复转换，提高机组热效率。所述的载氧体循环密封装置采用队密封，以防止燃料反应器中生成的CO2和水蒸汽的混合气与空气反应器中的空气掺混。所述的空气反应器设有用于引入高炉渣显热的入口，以进一步利用高炉渣显热， 促使化学反应发生。所述的燃料反应器设有用于引入高炉渣显热的入口，以进一步利用高炉渣显热， 促使化学反应发生。为了进一步循环利用能源，优选所述的余热锅炉的第二换热空间连有用于回收余热锅炉第二换热空间排出的CO2 的(X)2回收装置；所述的(X)2回收装置包括冷凝器、CO2压缩机和(X)2储气罐；冷凝器的入口与余热锅炉的第二换热空间的出口通过管道相连，冷凝器底部出口用于排出液态水，冷凝器顶部出口与(X)2压缩机的入口连接，CO2压缩机的出口与(X)2储气罐相连。所述的热气-蒸汽联合循环发电子系统包本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种钢铁企业伴生能源联合循环发电系统，其特征在于，包括燃料气制备子系统、化学链燃烧子系统和热气－蒸汽联合循环发电子系统；所述的燃料气制备子系统包括用于处理高炉煤气和／或焦炉煤气的燃料气处理装置及燃料气混合器；所述的燃料气处理装置包括依次通过管道连接的压缩设备、净化设备、变压吸附设备和负变压吸附设备；其中，所述的变压吸附设备设有用于导出变压吸附设备分离出的气体的第一出口以及用于导出变压吸附设备中剩余气体的第二出口，第一出口与燃料气混合器的入口连通，第二出口与负变压吸附设备的入口连通，负变压吸附设备的出口与燃料气混合器的入口连通；所述的化学链燃烧子系统包括燃料反应器、空气压缩机、空气反应器、载氧体给料通道、载氧体返料通道和载氧体循环密封装置；其中，载氧体给料通道一端与空气反应器连通，另一端与燃料反应器连通；载氧体循环密封装置一端通过载氧体返料通道与燃料反应器连通，另一端通过载氧体返料通道与空气反应器连通；所述的热气－蒸汽联合循环发电子系统包括第一热气体透平、第二热气体透平、蒸汽透平、余热锅炉及发电机；其中，所述的余热锅炉中设有用绝热隔板隔开的第一换热空间和第二换热空间；所述的燃料反应器的入口与燃料气混合器的出口连通，燃料反应器的出口与第二热气体透平连通，第二热气体透平的出口与第二换热空间的入口连通；空气反应器的入口与空气压缩机的出口连通，空气反应器的出口与第一热气体透平连通，第一热气体透平的出口与第一换热空间的入口连通；第一换热空间的蒸汽出口和第二换热空间的蒸汽出口均与蒸汽透平的入口连通，蒸汽透平的出口连接凝汽器；所述的空气压缩机与第一热气体透平、第二热气体透平、蒸汽透平及发电机分别通过第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器及第四联轴器依次连接。...

【技术特征摘要】
1.一种钢铁企业伴生能源联合循环发电系统，其特征在于，包括燃料气制备子系统、化学链燃烧子系统和热气-蒸汽联合循环发电子系统；所述的燃料气制备子系统包括用于处理高炉煤气和/或焦炉煤气的燃料气处理装置及燃料气混合器；所述的燃料气处理装置包括依次通过管道连接的压缩设备、净化设备、变压吸附设备和负变压吸附设备；其中，所述的变压吸附设备设有用于导出变压吸附设备分离出的气体的第一出口以及用于导出变压吸附设备中剩余气体的第二出口，第一出口与燃料气混合器的入口连通，第二出口与负变压吸附设备的入口连通，负变压吸附设备的出口与燃料气混合器的入口连通；所述的化学链燃烧子系统包括燃料反应器、空气压缩机、空气反应器、载氧体给料通道、载氧体返料通道和载氧体循环密封装置；其中，载氧体给料通道一端与空气反应器连通，另一端与燃料反应器连通；载氧体循环密封装置一端通过载氧体返料通道与燃料反应器连通，另一端通过载氧体返料通道与空气反应器连通；所述的热气-蒸汽联合循环发电子系统包括第一热气体透平、第二热气体透平、蒸汽透平、余热锅炉及发电机；其中，所述的余热锅炉中设有用绝热隔板隔开的第一换热空间和第二换热空间；所述的燃料反应器的入口与燃料气混合器的出口连通，燃料反应器的出口与第二热气体透平连通，第二热气体透平的出口与第二换热空间的入口连通；空气反应器的入口与空气压缩机的出口连通，空气反应器的出口与第一热气体透平连通，第一热气体透平的出口与第一换热空间的入口连通；第一换热空间的蒸汽出口和第二换热空间的蒸汽出口均与蒸汽透平的入口连通，蒸汽透平的出口连接凝汽器；所述的空气压缩机与第一热气体透平、第二热气体透平、蒸汽透平及发电机分别通过第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器及第四联轴器依次连接。2.根据权利要求1所述的钢铁企业伴生能源联合循环发电系统，其特征在于，所述的空气压缩机、第一热气体透平、第二热气体透平、蒸汽透平及发电机同轴布置。3.根据权利要求1所述的钢铁企业伴生能源联合循环发电系统，其特征在于，所述的空气反应器设有用于引入高炉渣显热的入口 ；所述的燃料反应器设有用于引入高炉渣显热的入口。4.根据权利要求1所述的钢铁企业伴生能源联合循环发电系统，其特征在于，所述的载氧体循环密封装置采用队密封。5.根据权利要求1所述的钢铁企业伴生能源联合循环发电系统，其特征在于，所述的余热锅炉的第二换热空间连有用于回收余热锅炉第二换热空间排出的CO2的(X)2回收装置；所述的(X)2回收装置包括冷凝器、CO2压缩机和(X)2储气罐；所述的冷凝器的入口与余热锅炉的第二换热空间的出口通过管道相连，冷凝器底部出口用于排出液态水，冷凝器顶部出口与CO2压缩机的入口连接，CO2压缩机的出口与(X)2储气罐相连。6.根据权利要求1所述的钢铁企业伴生能源联合循环发电系统，其特征在于，所述的热气-蒸汽联合循环发电子系统包括用于将所述的蒸汽透平中做功后的蒸汽回收循环至余热锅炉的蒸汽透平水循环装置；所述的蒸汽透平水循环装置包括凝汽器、凝结水泵、除氧器和给水泵，凝汽器的入口与蒸汽透平的出口相连，凝汽器的出口与凝结水泵的入口相连，凝结水泵的出口与除氧器的入口相连，除氧器的出口与给水泵的入口相连，给水泵的出口与余热锅炉的第一换热空间和第二换热空间的进水口相连，使蒸汽透平中做...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛德仁，姚华，陈坚红，李蔚，洪荣华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86