[發明專利]利用高爐煤氣的鋼鐵企業分布式能源系統及工作方法

有效

• 申請號: 201910033815.2
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109779694B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 周樂;張衛軍;劉石;李依擎;劉馨;曹琬
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: F01C13/00
• 分類號: F01C13/00;F01C1/16;F02C7/143;F02C7/18;F02C7/00;F02C6/18;F01D15/10;F24F5/00;F25B29/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 李曉光

本發明涉及一種利用高爐煤氣的鋼鐵企業分布式能源系統及工作方法，膨脹機的高爐煤氣出口依次與高爐煤氣?冷媒換熱器、空氣冷卻器、燃燒室的高爐煤氣入口相連，燃燒室的燃氣出口與燃氣透平的入口相連；燃氣透平的煙氣出口分別與高溫煙氣?冷媒換熱器、熱水儲罐、高溫煙氣?熱媒水換熱器的煙氣入口相連；高爐煤氣?冷媒換熱器的冷媒出口經冷媒儲罐分別與蓄冰槽、冷媒?冷媒水換熱器以及高溫煙氣?冷媒換熱器的冷媒入口相連，蓄冰槽、冷媒?冷媒水換熱器的冷媒出口分別與高溫煙氣?冷媒換熱器的冷媒入口相連。本發明通過對高爐煤氣的合理利用實現了冷、熱、電的聯產聯供提高了能源利用效率、節約了資源。

技術領域

本發明涉及一種分布式能源系統，具體為一種利用高爐煤氣的鋼鐵企業分布式能源系統及工作方法。

背景技術

隨著世界經濟的快速發展，環境保護問題也日益引起人們的注意。2015年在法國巴黎舉行的國際氣候大會上，中國提出了實現2030 年二氧化碳排放達到峰值、碳排放強度比2005年下降60％-65％的目標，隨著時間的臨近，國內低碳發展任務迫在眉睫，我國將逐步實現碳排放強度、排放總量“雙控”的目標，在適當的地區和行業率先實施，重點行業企業試行碳排放許可配額制度。鋼鐵行業作為“高耗能”產業，每年所消耗的能源數量占全國總能源消耗量的 1/6，因此實現鋼鐵企業節能減排，對于實現我國2030碳排放目標至關重要。

鋼鐵企業在進行產品生產時會產生一系列煤氣副產品，這其中包括高爐煤氣、焦爐煤氣及轉爐煤氣等，在各種煤氣副產品中，高爐煤氣所占比重最大。高爐煤氣因含有大量的N₂和CO₂(約占63％-70％)，所以其熱值不高，只有3762-4180kJ/m³，約為天然氣的1/10，但由于其產量巨大，因此實現對高爐煤氣的充分利用依然對鋼鐵企業節能減排目標的實現具有重大意義。

目前鋼鐵企業對高爐煤氣利用主要包括高爐煤氣余壓透平發電、燃燒高爐煤氣驅動鍋爐熱電機組發電以及作為鋼鐵企業內其他用能設備(如熱風爐、加熱爐等)的燃料等幾種利用方式。其中，高爐煤氣余壓透平發電雖然利用了高爐煤氣的壓能，但并未對高爐煤氣膨脹做功后所產生的冷能加以回收利用；而燃燒高爐煤氣驅動鍋爐熱電機組發電雖然對高爐煤氣的燃燒熱能加以利用，但該發電方式效率較低，且設備笨重、響應速度較慢、自動化程度較低。

申請號為201610240711.5的專利公開了一種高爐煤氣分布式能源系統，該系統的高爐煤氣鍋爐產生的蒸汽先通過背壓式汽輪機驅動高爐鼓風機做功，然后驅動凝汽式汽輪機帶動發電機工作輸出電能，并對高爐煤氣鍋爐煙氣余熱進行回收利用輸出熱源的同時帶動熱水型吸收式制冷機組工作為制冷用戶提供冷源。該系統雖然對高爐煤氣燃燒所排放的煙氣中余熱進行了回收利用，但并未對高爐煤氣余壓進行有效利用，且需要單獨購置吸收式制冷機組增加了系統的初投資。

綜合以上分析，當前高爐煤氣回收利用主要存在以下幾個方面的缺陷：(1)高爐煤氣的余壓未能得到充分的利用；(2)高爐煤氣膨脹做功后所產生的冷能未能得到合理的利用；(3)鍋爐發電機組效率不高且響應速度較慢；(4)高爐煤氣分布式能源系統中制冷功能的實現多依賴于吸收式制冷機組或電制冷機組，增加了系統的初投資及電力消耗量。

發明內容

針對現有技術中高爐煤氣的余壓未能得到充分利用、高爐煤氣膨脹做功后所產生的冷能未能得到合理利用等不足，本發明要解決的問題是提供一種通過對高爐煤氣及其及其余壓余能的回收及利用，提高系統能源利用效率的利用高爐煤氣的鋼鐵企業分布式能源系統及工作方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

本發明一種利用高爐煤氣的鋼鐵企業分布式能源系統，包括膨脹機、第一發電機、壓氣機、燃燒室、燃氣透平、第二發電機、空氣冷卻器以及高爐煤氣-冷媒換熱器，其中膨脹機與第一發電機同軸相連，燃氣透平與第二發電機同軸相連，膨脹機的高爐煤氣出口通過管道依次與高爐煤氣-冷媒換熱器、空氣冷卻器、燃燒室的高爐煤氣入口相連，燃燒室的燃氣出口與燃氣透平的入口相連；