[发明专利]利用高炉煤气的钢铁企业分布式能源系统及工作方法

说明书

本发明涉及一种利用高炉煤气的钢铁企业分布式能源系统及工作方法，膨胀机的高炉煤气出口依次与高炉煤气‑冷媒换热器、空气冷却器、燃烧室的高炉煤气入口相连，燃烧室的燃气出口与燃气透平的入口相连；燃气透平的烟气出口分别与高温烟气‑冷媒换热器、热水储罐、高温烟气‑热媒水换热器的烟气入口相连；高炉煤气‑冷媒换热器的冷媒出口经冷媒储罐分别与蓄冰槽、冷媒‑冷媒水换热器以及高温烟气‑冷媒换热器的冷媒入口相连，蓄冰槽、冷媒‑冷媒水换热器的冷媒出口分别与高温烟气‑冷媒换热器的冷媒入口相连。本发明通过对高炉煤气的合理利用实现了冷、热、电的联产联供提高了能源利用效率、节约了资源。

技术领域

本发明涉及一种分布式能源系统，具体为一种利用高炉煤气的钢铁企业分布式能源系统及工作方法。

背景技术

随着世界经济的快速发展，环境保护问题也日益引起人们的注意。2015年在法国巴黎举行的国际气候大会上，中国提出了实现2030 年二氧化碳排放达到峰值、碳排放强度比2005年下降60％-65％的目标，随着时间的临近，国内低碳发展任务迫在眉睫，我国将逐步实现碳排放强度、排放总量“双控”的目标，在适当的地区和行业率先实施，重点行业企业试行碳排放许可配额制度。钢铁行业作为“高耗能”产业，每年所消耗的能源数量占全国总能源消耗量的 1/6，因此实现钢铁企业节能减排，对于实现我国2030碳排放目标至关重要。

钢铁企业在进行产品生产时会产生一系列煤气副产品，这其中包括高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气等，在各种煤气副产品中，高炉煤气所占比重最大。高炉煤气因含有大量的N₂和CO₂(约占63％-70％)，所以其热值不高，只有3762-4180kJ/m³，约为天然气的1/10，但由于其产量巨大，因此实现对高炉煤气的充分利用依然对钢铁企业节能减排目标的实现具有重大意义。

目前钢铁企业对高炉煤气利用主要包括高炉煤气余压透平发电、燃烧高炉煤气驱动锅炉热电机组发电以及作为钢铁企业内其他用能设备(如热风炉、加热炉等)的燃料等几种利用方式。其中，高炉煤气余压透平发电虽然利用了高炉煤气的压能，但并未对高炉煤气膨胀做功后所产生的冷能加以回收利用；而燃烧高炉煤气驱动锅炉热电机组发电虽然对高炉煤气的燃烧热能加以利用，但该发电方式效率较低，且设备笨重、响应速度较慢、自动化程度较低。

申请号为201610240711.5的专利公开了一种高炉煤气分布式能源系统，该系统的高炉煤气锅炉产生的蒸汽先通过背压式汽轮机驱动高炉鼓风机做功，然后驱动凝汽式汽轮机带动发电机工作输出电能，并对高炉煤气锅炉烟气余热进行回收利用输出热源的同时带动热水型吸收式制冷机组工作为制冷用户提供冷源。该系统虽然对高炉煤气燃烧所排放的烟气中余热进行了回收利用，但并未对高炉煤气余压进行有效利用，且需要单独购置吸收式制冷机组增加了系统的初投资。

综合以上分析，当前高炉煤气回收利用主要存在以下几个方面的缺陷：(1)高炉煤气的余压未能得到充分的利用；(2)高炉煤气膨胀做功后所产生的冷能未能得到合理的利用；(3)锅炉发电机组效率不高且响应速度较慢；(4)高炉煤气分布式能源系统中制冷功能的实现多依赖于吸收式制冷机组或电制冷机组，增加了系统的初投资及电力消耗量。

发明内容

针对现有技术中高炉煤气的余压未能得到充分利用、高炉煤气膨胀做功后所产生的冷能未能得到合理利用等不足，本发明要解决的问题是提供一种通过对高炉煤气及其及其余压余能的回收及利用，提高系统能源利用效率的利用高炉煤气的钢铁企业分布式能源系统及工作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种利用高炉煤气的钢铁企业分布式能源系统，包括膨胀机、第一发电机、压气机、燃烧室、燃气透平、第二发电机、空气冷却器以及高炉煤气-冷媒换热器，其中膨胀机与第一发电机同轴相连，燃气透平与第二发电机同轴相连，膨胀机的高炉煤气出口通过管道依次与高炉煤气-冷媒换热器、空气冷却器、燃烧室的高炉煤气入口相连，燃烧室的燃气出口与燃气透平的入口相连；