本發(fā)明屬于余熱鍋爐蒸汽的利用領(lǐng)域，尤其涉及余熱鍋爐多余蒸汽驅(qū)動負(fù)載設(shè)備及發(fā)電的系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

我國在2016年的水泥總產(chǎn)量為24億噸，較去年呈增長趨勢。水泥生產(chǎn)耗能巨大，部分企業(yè)在采用富氧燃燒技術(shù)后此狀況有所改善，但從水泥生產(chǎn)工藝來看，為了減少能耗和增加效益,水泥熟料經(jīng)常出現(xiàn)超產(chǎn)現(xiàn)象;特別是采用富氧燃燒技術(shù)改造后，余熱鍋爐的蒸汽產(chǎn)量有所增加，此過量蒸汽有時(shí)不得不排放,未被充分利用，仍具有進(jìn)一步的節(jié)能潛力。

在水泥熟料生產(chǎn)線上，通過余熱鍋爐將回轉(zhuǎn)窯窯頭、窯尾排放的廢煙氣分別進(jìn)入窯頭余熱鍋爐（aqc余熱鍋爐）和窯尾余熱鍋爐（sp余熱鍋爐），與管道中的換熱介質(zhì)進(jìn)行熱傳遞，通過產(chǎn)生的過熱蒸汽來推動汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)，將熱能最終轉(zhuǎn)化為電能。

富氧燃燒技術(shù)是將燃料置于含氧濃度高（高于20.947%）的空氣環(huán)境中進(jìn)行燃燒，因其火焰燃燒快、溫度高、燃點(diǎn)低、污染物排放量少、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)被應(yīng)用。該技術(shù)用于水泥熟料生產(chǎn)可提高煤種的使用范圍，提高低質(zhì)煤的使用比率，提高水泥熟料產(chǎn)量與品質(zhì)、降低能耗、減少污染，同時(shí)由于燃燒環(huán)境的溫度提高，使得進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣溫度上升，而在余熱鍋爐中產(chǎn)生的多余蒸汽并沒有其配套設(shè)置進(jìn)行完全利用，這造成了能源的浪費(fèi)和熱污染。

現(xiàn)有技術(shù)中，公布了在煉鋼行業(yè)利用轉(zhuǎn)爐煙氣來拖動轉(zhuǎn)爐煙氣的引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以及利用汽輪機(jī)電機(jī)混合驅(qū)動轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機(jī)余熱利用系統(tǒng)，但這些均屬煉鋼領(lǐng)域，對于水泥生產(chǎn)行業(yè)中的除塵系統(tǒng)，絕大部分專利是關(guān)于除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的控制和除塵能力方面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了余熱鍋爐多余蒸汽驅(qū)動負(fù)載設(shè)備及發(fā)電的系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。采取在余熱鍋爐系統(tǒng)的蒸汽管道加裝旁路，在不影響原來余熱發(fā)電以及正常生產(chǎn)的情況下，將多余蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化的動能驅(qū)動風(fēng)機(jī)或者電機(jī)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了能量的更合理利用，降低了能耗，節(jié)約了燃煤，減少了排放。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：

一種余熱鍋爐多余蒸汽驅(qū)動負(fù)載設(shè)備及發(fā)電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括余熱鍋爐（1）、汽包（2）、第一汽輪機(jī)（3）、發(fā)電機(jī)（4）、冷凝器（5）、冷卻塔（6）、冷卻水泵（7）、除氧器（8）、水泵（9）、第二汽輪機(jī)（10）、減速器（11）、收塵器（12）、負(fù)載設(shè)備（13）和煙囪（14），其特征在于，

所述第一汽輪機(jī)（3）和第二汽輪機(jī)（10）通過蒸汽管路并聯(lián)在汽包（2）和冷凝器（5）之間；

所述冷凝器（5）、冷卻塔（6）和冷卻水泵（7）通過水汽管道依次相連接，完成水汽循環(huán)；

所述除氧器（8）和水泵（9）通過換熱介質(zhì)管道依次串聯(lián)在汽包（2）和冷凝器（5）之間；

所述余熱鍋爐（1）、收塵器（12）、負(fù)載設(shè)備（13）和煙囪（14）通過煙氣管道依次相連接；

所述減速器（11）連接在第二汽輪機(jī)（10）和負(fù)載設(shè)備（13）之間；

所述第一汽輪機(jī)（3）連接著發(fā)電機(jī)（4）。

進(jìn)一步地，所述負(fù)載設(shè)備（13）為高溫除塵風(fēng)機(jī)、窯頭排風(fēng)機(jī)、窯尾排風(fēng)機(jī)和水泥磨機(jī)的任一種設(shè)備。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括n個汽輪機(jī)、n個發(fā)電機(jī),其中n≥1；

所述n個汽輪機(jī)和所述第一汽輪機(jī)（3）、第二汽輪機(jī)（10）通過蒸汽管路并聯(lián)在汽包（2）和冷凝器（5）之間；

所述n個發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)（4）之間并聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括n個汽輪機(jī)、n個減速器和n個風(fēng)機(jī)或者其他負(fù)載設(shè)備,其中n≥1；

所述n個汽輪機(jī)和所述第一汽輪機(jī)（3）、第二汽輪機(jī)（10）通過蒸汽管路并聯(lián)在汽包（2）和冷凝器（5）之間；

所述n個減速器和所述減速器（11）之間并聯(lián)；

所述n個風(fēng)機(jī)或者其他負(fù)載設(shè)備和所述負(fù)載設(shè)備（13）并聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述余熱鍋爐（1）包括aqc和sp余熱鍋爐。

進(jìn)一步地，所述蒸汽管道選用有較低的導(dǎo)熱系數(shù)和發(fā)射率、耐高溫的材料，包括碳錳鋼鍋爐管，即sa-210c。

一種余熱鍋爐多余蒸汽驅(qū)動負(fù)載設(shè)備及發(fā)電的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

（s1）換熱介質(zhì)在余熱鍋爐（1）中吸收煙氣熱量；

（s2）產(chǎn)生的高溫蒸汽從汽包（2）中流出進(jìn)入第一汽輪機(jī)（3）和第二汽輪機(jī)（10）做功；

（s3）第一汽輪機(jī)（3）產(chǎn)生動能，通過發(fā)電機(jī)（4）將動能轉(zhuǎn)化為電能；

同時(shí)，第二汽輪機(jī)（10）通過減速器（11）變速帶動負(fù)載設(shè)備（13），收塵器（12）將煙氣中的絕大部分煙氣顆粒吸收，除塵后的煙氣經(jīng)負(fù)載設(shè)備（13）進(jìn)入煙囪(14)，再排到大氣中；

（s4）從兩組汽輪機(jī)出來的乏汽在冷凝器（5）中被冷卻塔（6）產(chǎn)生的冷卻水冷凝，再進(jìn)入除氧器（8）除氧，經(jīng)過除氧后的冷凝水經(jīng)過水泵（9）增壓并輸送到汽包（2）。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供了余熱鍋爐多余蒸汽驅(qū)動負(fù)載設(shè)備及發(fā)電的系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，一方面，采用富氧燃燒技術(shù)后，在不改裝原有設(shè)備的情況下，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽熱量可以被更充分利用，改裝成本較??；另一方面，與傳統(tǒng)電力驅(qū)動風(fēng)機(jī)等設(shè)備不同，使用蒸汽余熱來拖動風(fēng)機(jī)或者其他負(fù)載設(shè)備，避免了能量在轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的損失，能量能夠被更高效利用。

同時(shí)，本發(fā)明采取在余熱鍋爐系統(tǒng)的蒸汽管道加裝旁路，在不影響原來余熱發(fā)電以及正常生產(chǎn)的情況下，將多余蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化的動能驅(qū)動風(fēng)機(jī)或者負(fù)載設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了能量的更合理利用，降低能耗。

附圖說明

圖1是余熱鍋爐多余蒸汽驅(qū)動負(fù)載設(shè)備及發(fā)電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是余熱鍋爐多余蒸汽驅(qū)動負(fù)載設(shè)備及發(fā)電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（多個風(fēng)機(jī)或者其他負(fù)載設(shè)備并聯(lián)）。

圖中，1-余熱鍋爐，2-汽包，3-第一汽輪機(jī)，4-發(fā)電機(jī)，5-冷凝器，6-冷卻塔，7-冷卻水泵，8-除氧器，9-水泵，10-第二汽輪機(jī)，11-減速器，12-收塵器，13-負(fù)載設(shè)備，14-煙囪，15-第三汽輪機(jī)，16-第二減速器，17-風(fēng)機(jī)或者其他負(fù)載設(shè)備。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方案作詳細(xì)的闡述。具體實(shí)施方式僅供敘述而并非用來限定本發(fā)明的范圍或?qū)嵤┰瓌t，本發(fā)明的保護(hù)范圍仍以權(quán)利要求為準(zhǔn)，包括在此基礎(chǔ)上所作出的顯而易見的變化或變動等。

圖1是余熱鍋爐多余蒸汽驅(qū)動負(fù)載設(shè)備及發(fā)電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如附圖1所示，所述系統(tǒng)包括余熱鍋爐1、汽包2、第一汽輪機(jī)3、發(fā)電機(jī)4、冷凝器5、冷卻塔6、冷卻水泵7、除氧器8、水泵9、第二汽輪機(jī)10、收塵器12、減速器11、負(fù)載設(shè)備13和煙囪14。

所述第一汽輪機(jī)3和第二汽輪機(jī)10通過蒸汽管路并聯(lián)在汽包2和冷凝器5之間；所述冷凝器5、冷卻塔6和冷卻水泵7通過水汽管道依次相連接，完成水汽循環(huán)；所述除氧器8和水泵9通過換熱介質(zhì)管道依次串聯(lián)在汽包2和冷凝器5之間。所述減速器11連接在第二汽輪機(jī)10和負(fù)載設(shè)備13之間；所述第一汽輪機(jī)3連接著發(fā)電機(jī)4。

冷凝設(shè)備中，在冷凝器5中對兩汽輪機(jī)排出的乏汽進(jìn)行冷凝，冷凝器5依次冷卻塔6和冷卻水泵7通過水汽管道串聯(lián)，完成水汽循環(huán)，換熱介質(zhì)管道依次連接汽包2、兩并聯(lián)的第二汽輪機(jī)10和第一汽輪機(jī)3、冷凝設(shè)備以及除氧器8和水泵9；余熱鍋爐1、收塵器12、負(fù)載設(shè)備13和煙囪14通過煙氣管道依次相連接；第一汽輪機(jī)3產(chǎn)生動能帶動發(fā)電機(jī)4發(fā)電，第二汽輪機(jī)10直接經(jīng)減速器11拖動負(fù)載設(shè)備13。

所述負(fù)載設(shè)備13為除塵風(fēng)機(jī)、窯頭排風(fēng)機(jī)、窯尾排風(fēng)機(jī)和水泥磨機(jī)中的任一種設(shè)備。

在余熱鍋爐系統(tǒng)中開設(shè)的旁路蒸汽管道，所選用材料應(yīng)有較低的導(dǎo)熱系數(shù)和發(fā)射率，以減小在蒸汽輸送過程中產(chǎn)生熱量損失，同時(shí)應(yīng)耐高溫，如碳錳鋼鍋爐管（sa-210c）等；在管道布置上，盡量減少沿程阻力損失和局部阻力損失，降低加裝成本，并且應(yīng)不影響其他設(shè)備工作環(huán)境。

余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫蒸汽部分通過管路引出，在旁路管道上可設(shè)置開度調(diào)節(jié)閥（如截止閥），可根據(jù)需要將部分熱蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)或者電機(jī)設(shè)備，也可以進(jìn)行供熱、供電，以及拖動其他風(fēng)機(jī)使用。

經(jīng)汽輪機(jī)拖動的負(fù)載設(shè)備可以是單個線路，如圖1所示；也可以并聯(lián)多個線路，如圖2所示。在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的修改或等同變形，仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。

本發(fā)明通過工質(zhì)的循環(huán)過程利用，通過在水泥廠剖析研究，提供了一種余熱鍋爐多余蒸汽驅(qū)動負(fù)載設(shè)備及發(fā)電的系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。所述方法包括如下步驟：

（s1）換熱介質(zhì)（如水）在余熱鍋爐1中吸收煙氣熱量；

（s2）產(chǎn)生的高溫蒸汽從汽包2中流出進(jìn)入第一汽輪機(jī)3和第二汽輪機(jī)10做功；

（s3）第一汽輪機(jī)3產(chǎn)生動能，通過發(fā)電機(jī)4將動能轉(zhuǎn)化為電能；

同時(shí)，第二汽輪機(jī)10通過減速器11變速帶動負(fù)載設(shè)備13（如除塵風(fēng)機(jī)），收塵器12將煙氣中的絕大部分煙氣顆粒吸收，除塵后的煙氣經(jīng)負(fù)載設(shè)備13（如除塵風(fēng)機(jī)）進(jìn)入煙囪14，再排到大氣中；

（s4）從兩組汽輪機(jī)出來的乏汽在冷凝器5中被冷卻塔6產(chǎn)生的冷卻水冷凝，再進(jìn)入除氧器8除氧，經(jīng)過除氧后的冷凝水經(jīng)過水泵9增壓并輸送到汽包2。

本發(fā)明余熱鍋爐多余蒸汽驅(qū)動負(fù)載設(shè)備及發(fā)電的系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，由余熱鍋爐加熱的部分過熱蒸汽經(jīng)旁路管道通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化為軸功，部分軸功用于驅(qū)動風(fēng)機(jī)或者電機(jī)設(shè)備或等同設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能量的合理利用和分配。

基于以上思路，本發(fā)明的思路技術(shù)原理：

1）理想氣體從狀態(tài)1（ｐ1，ｖ1，ｔ1）等溫膨脹到狀態(tài)2（ｐ2，ｖ2，ｔ2），再從狀態(tài)2絕熱膨脹到狀態(tài)3（ｐ3，ｖ3，ｔ3），此后，從狀態(tài)3等溫壓縮到狀態(tài)4（ｐ4，ｖ4，ｔ4），最后從狀態(tài)4絕熱壓縮回到狀態(tài)1，這種由兩個等溫過程和兩個絕熱過程所構(gòu)成的循環(huán)成為熱力學(xué)的卡諾循環(huán)。兩個恒溫?zé)嵩粗g的準(zhǔn)靜態(tài)過程，其高溫?zé)嵩吹臏囟葹椋?，低溫?zé)嵩吹臏囟葹椋?，工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等溫壓縮過程。

卡諾循環(huán)的效率(如下公式)與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個熱源的溫度有關(guān)，兩熱源的溫差越大（高溫?zé)嵩吹臏囟龋?愈高，低溫?zé)嵩吹臏囟龋?愈低），則卡諾循環(huán)的效率越高。要想提高熱循環(huán)的效率，應(yīng)努力提高高溫?zé)嵩吹臏囟群徒档偷蜏責(zé)嵩吹臏囟?，低溫?zé)嵩赐ǔＪ侵車h(huán)境，降低環(huán)境的溫度難度大、成本高，實(shí)際過程中不可取。所以現(xiàn)代熱電廠等場合要盡量提高水蒸氣的溫度來推動汽輪機(jī)獲得更高的效率。

火力發(fā)電廠中蒸汽動力裝置的基本熱力循環(huán)設(shè)備是由蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器和給水泵組成的。工質(zhì)在熱力設(shè)備中不斷地進(jìn)行吸熱、膨脹、放熱、壓縮等四個過程，使熱能不斷的轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；整個循環(huán)過程為：作為工質(zhì)的凝結(jié)水用凝結(jié)水泵和給水泵將其從凝汽器打入鍋爐省煤器內(nèi)，這個過程為工質(zhì)的絕熱壓縮過程；水在省煤器內(nèi)預(yù)熱，然后進(jìn)入爐膛水冷壁內(nèi)，被加熱汽化成飽和蒸汽，再進(jìn)入過熱器內(nèi)過熱變成過熱蒸汽，這個過程是定壓吸熱過程；從鍋爐出來的過熱蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)中，在其中膨脹做功（汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)出電能），這個過程是絕熱膨脹過程；在汽輪機(jī)內(nèi)作完功的乏汽，排入凝汽器內(nèi)，在循環(huán)水的冷卻下放出它的汽化潛熱，定壓凝結(jié)成飽和水，這個過程是定壓放熱過程凝汽器內(nèi)的凝結(jié)水重又通過凝結(jié)水泵和給水泵送入鍋爐加熱蒸發(fā)從而完成了循環(huán)。