一种钢厂超高温亚临界煤气发电系统及其运行方法与流程

本发明属于煤气发电，具体涉及一种钢厂超高温亚临界煤气发电系统及其运行方法。

背景技术：

1、随着钢铁产业的迅猛发展，在冶炼过程中产生了大量的副产品，高炉煤气就是其中的一种，高炉煤气是一种无色无味、无臭的混合气体，主要成分有co、co2、h2、ch4、n2等，其中co含量25%作为主要可燃成分，h2含量0.67%，ch4含量0.11%很少，对总发热量影响不大，另外，吸热成分n2含量55%、co2含量15%所占比例较大，既不参与燃烧产生热量，也不能助燃，相反，还会吸收大量燃烧过程中产生的热量，高炉煤气具有产量大、热值低、燃烧不稳定的特点。

2、超高温亚临界煤气发电技术是钢铁企业利用低热值煤气在锅炉中燃烧生产蒸汽，进而推动汽轮机进行发电的技术，该技术的实施具有建设投资少、发电能耗成本低、投资回收年限少、环保效果好等优点，是一种经济效益非常好的技术，钢铁企业中除了60%的高炉煤气作为生产原料被直接利用外，剩余的30%均用于发电。但目前的超高温亚临界煤气发电系统在实施的过程中还存在以下问题：一是高炉煤气在炉膛内的燃烧氛围不佳，燃烧效率不高，炉膛内烟气温度分布不均匀，各部位的温差较大，烟气排出时温度波动较大，影响到蒸汽的产生和锅炉的正常运行；二是由于炉膛出口两侧烟气流速和烟气温度偏差较大，致使烟温高、烟速大的那一侧过热器、再热器存在超温的危险，而过热器和再热器长期处于超温状态，既会影响使用寿命，又会影响煤气锅炉的安全稳定运行。因此，研制开发一种烟气温度波动小，不易产生超温问题，高效稳定的钢厂超高温亚临界煤气发电系统及其运行方法是客观需要的。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种烟气温度波动小，不易产生超温问题，高效稳定的钢厂超高温亚临界煤气发电系统及其运行方法。

2、本发明所述的钢厂超高温亚临界煤气发电系统，包括锅炉、汽包和发电机组，锅炉炉壁为水冷壁结构，锅炉包括依次连通的炉膛、水平烟道和尾部烟道，水平烟道内沿烟气流向依次设置有屏式过热器、高温再热器和高温过热器，尾部烟道内沿烟气流向依次设置有低温再热器、低温过热器、省煤器和空气预热器，炉膛的下部上下间隔设置有两对缩腰，每对缩腰均对称设置在炉膛相对的两个侧壁上，缩腰的截面形状为向炉膛内部收缩的拱形，两对缩腰将炉膛内部从下到上依次分隔为主燃烧室、副燃烧室和燃尽室，主燃烧室和副燃烧室的侧壁上分别设置有燃烧器，屏式过热器和高温再热器之间设置有扰流段，扰流段内交替设置有分流板和成对设置的聚流板，分流板位于扰流段的中部，聚流板对称设置在扰流段的两侧。

3、进一步的，发电机组包括连接的汽轮机和发电机，汽轮机的低压缸乏汽出口依次连接有冷凝器、凝结水泵和除氧器，除氧器的出口与省煤器的入口连通，省煤器的出口与汽包连通，汽轮机的高压缸蒸汽出口与低温再热器连通，低温再热器的蒸汽出口与高温再热器连通，高温再热器的蒸汽出口与汽轮机的蒸汽入口连通。

4、进一步的，主燃烧室侧壁上设置的燃烧器为双旋流燃烧器，副燃烧室侧壁上设置的燃烧器为直流燃烧器，且直流燃烧器的喷火口倾斜向下布置。

5、进一步的，水冷壁包括上部和下部，下部为螺旋管圈式结构，上部为垂直管圈式结构。

6、进一步的，水平烟道的截面面积大于炉膛的截面面积。

7、进一步的，每对缩腰伸入到炉膛内的总长度占炉膛长度的三分之一至二分之一。

8、本发明所述的钢厂超高温亚临界煤气发电系统的运行方法，包括以下步骤：

9、①、炉膛内的煤气燃烧：将高炉煤气和空气同时输送到各个燃烧器，由燃烧器分别喷入主燃烧室和副燃烧室内部并点火燃烧，产生的高温烟气以及部分没有充分燃烧的高炉煤气不断向上流动，在燃尽室内充分燃烧，产生的高温烟气流入水平烟道，汽包内的水流入水冷壁，水吸收炉膛内的热量形成水蒸汽后返流回汽包；

10、②、水平烟道内的蒸汽加热：经步骤①产生的高温流入水平烟道，同时汽包内的部分水流经屏式过热器，汽化后形成水蒸汽返流回汽包，汽包内的水蒸汽先送入低温过热器进行初步加热，再送入高温过热器进行加热产生过热蒸汽，过热蒸汽的温度不低于570℃，压力不低于17.3mpa；

11、③、发电：将步骤②产生的过热蒸汽输送到发电机组进行发电，同时高温烟气从尾部烟道的顶部向下流动，将发电机组高压缸输出的低压蒸汽输送到低温再热器内进行初步加热，再将加热后的蒸汽送入高温再热器进行加热产生再热蒸汽，再热蒸汽的温度不低于568℃，压力不低于3.8mpa，将其送入发电机组进行发电；

12、④、尾部烟道内的余热吸收：将发电机组排出的冷凝水送入省煤器进行初步加热，加热后的水送入汽包，同时将冷空气送入空气预热器进行预热，使空气温度达到200℃～300℃，预热后送入燃烧器；

13、⑤、烟气排放：烟气经步骤④的余热吸收后，烟气温度降至200℃以下后排出。

14、进一步的，在步骤③中，高温过热器的蒸汽出口和发电机组汽轮机的进汽口之间的管线上设置有蒸汽缓冲罐。

15、进一步的，在步骤④中，空气预热器下方的尾部烟道中设置有煤气预热器，煤气预热器的出气口与燃烧器的进气口连通，使得煤气预热后温度升高至160以上，同时将烟气温度降至140℃以下。

16、进一步的，在步骤②中，屏式过热器的吸热比为8.1%～8.8%，低温过热器的吸热比为10.5%～11.8%，高温过热器的吸热比为10.9％～12.1％。

17、本发明的有益效果为：

18、一、本发明对锅炉的炉膛结构进行了改进，在炉膛内设置了两对缩腰，每对缩腰均对称设置在炉膛相对的两个侧壁上，缩腰的截面形状为向炉膛内部收缩的拱形，利用两对缩腰将炉膛的内部空间分隔成了相对独立的主燃烧室、副燃烧室和燃尽室，其中主燃烧室的作用是使高炉煤气充分燃烧，副燃烧室的作用一方面是适当增加燃烧点，促进高炉煤气的燃烧，另一方面是将主燃烧室和燃尽室隔开，确保主燃烧室内部高温区的形成，保证低热值高炉煤气能够在主燃烧室内顺利着火和稳定燃烧，而燃尽室的作用则是保证未在主燃烧室和副燃烧室内充分燃烧的高炉煤气，尽可能地在燃尽室内燃尽。在本发明中设置的缩腰还能够形成辐射拱，使得热量能够集中到燃烧器喷口附近，对刚进入主燃烧室和副燃烧室的燃料进行加热，确保高炉煤气能够顺利着火；其次，当炉膛内的低热值高炉煤气上升通过两对缩腰时，还能够促使这些高炉煤气进行二次混合，既可以确保炉膛内部低热值煤气的顺利着火和燃烧的稳定，还可以提高炉膛内部烟气温度分布的均匀性，减小烟气排出时温度的波动，确保锅炉的正常高效运行，进而确保整个发电系统的稳定运行。

19、二、本发明对水平烟道的内部结构进行了改进，在屏式过热器和高温再热器之间设置有扰流段，高炉煤气在炉膛内部充分燃烧后产生大量高温烟气，高温烟气进入水平烟道内后，依次经过屏式过热器、扰流段、高温再热器和高温过热器，利用屏式过热器先一步吸收高温烟气中的热量，既能降低高温烟气的温度，也能利用这些热量产生蒸汽，随后高温烟气进入扰流段，依次经过分流板和聚流板，高温烟气不断分流、折流和碰撞，并在这一过程中不断混合，平均烟气温度，解决目前存在的烟气在水平烟道两侧温差大的问题，防止烟温高一侧的高温再热器和高温过热器产生超温的问题，确保锅炉的长期安全稳定运行，进而确保整个发电系统的稳定运行。

20、综上所述，本发明在炉膛内设置了两对缩腰，确保高炉煤气在主燃烧室内较好的燃烧氛围，提高高炉煤气的燃烧效率，并提高炉膛内烟气温度分布的均匀性，缩小各部位的温差，减小烟气排出时温度的波动，确保蒸汽稳定的产生、锅炉的正常运行以及整个发电系统的正常运行；其次，通过在水平烟道内设置扰流段，使得高温烟气在扰流段内能够相互碰撞、交汇以及混合，可平均水平烟道内各部的温度，缩小各部的温差，防止目前存在的水平烟道某一侧温度过高而导致该侧高温再热器和高温过热器出现超温的危险，确保整个发电系统能够长期安全稳定运行。本发明具有烟气温度波动小，高温再热器和高温过热器不易产生超温问题，运行高效稳定的优点。