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CN110439638B - 工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统及方法 - Google Patents

工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统及相应的方法，包括回收余热提供高温水的工业余热回收子系统以及制备高品位的低压饱和蒸汽的蒸汽提质子系统，该系统可以利用冲渣水和烟气的余热提供高温水、并利用该高温水经过两次提质获得较高品位的低压饱和蒸汽，蒸汽应用子系统可以利用该低压饱和蒸汽输出高品质的电能，同时发电后的低压蒸汽还可以供给驱动、制冷及供热用户使用。由此，可以大大提高低温余热资源的利用率，并且一年四季均可运行，从而增加企业自发电量，并实现了低压饱和蒸汽的电热冷联供目的，有效地降低了成本、提高了产能。

Description

工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统及方法
技术领域
本发明属于工业余热深度利用领域，特别涉及一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统及方法。
背景技术
我国钢铁企业各生产工艺中均存在较为丰富的工业低温余热资源，主要包括烧结机大烟道余热资源、烧结环冷机余热资源、球团竖炉余热资源、转炉烟道汽化冷却余热资源以及轧钢加热炉汽化冷却余热资源等。不同的余热资源可以通过不同的方式进行回收，对于中低温余热资源，通常采用余热锅炉制取蒸汽；而对于低温余热资源，通常采用热泵机组或溴化锂吸收式制冷机组回收余热。工业生产中往往会产生大量的低温热水，由于温度品位较低而很难被利用；如果能对低品位热水进一步提升温度、制造蒸汽，就可以用于工艺过程加热、供给生活热水或空调热水。我国北方地区钢厂对所产生蒸汽的普遍应用方式为冬季采暖、夏季发电，这样导致全年发电量降低，并且冬季不发电的时候需要增加汽轮机的维护，因此也增加了大量的额外维护成本。另外，目前钢厂一般通过余热回收装置回收蒸汽，但回收时容易发生放散，会造成水资源和热能资源的浪费，严重影响了蒸汽资源的充分利用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统及方法。
本发明具体技术方案如下：
本发明一方面提供了一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统，包括依次连接的工业余热回收子系统、蒸汽提质子系统、除氧子系统以及蒸汽应用子系统，
所述工业余热回收子系统至少包括污水换热器，用于利用污水的余热加热中介水，并将获得的高温水作为热源提供给所述蒸汽提质子系统；
所述除氧子系统用于对所述蒸汽提质子系统内的水进行升温和除氧处理；
所述蒸汽提质子系统至少包括依次连接的第一闪蒸罐、第二类热泵和第二闪蒸罐，用于利用所述高温水获得较高品位的余热蒸汽，其中所述第一闪蒸罐用于利用所述高温水获得低品位乏汽，所述第二类热泵用于利用所述低品位乏汽的余热产生更高温度的高温水，提供给所述第二闪蒸罐，所述第二闪蒸罐用于对所述第二类热泵产生的所述高温水进行二次提质、获得较高品位的低压饱和蒸汽，并提供给所述蒸汽应用子系统进行使用；
所述第一闪蒸罐的输入端和输出端均与所述工业余热回收子系统连接；所述第二闪蒸罐的输入端和输出端均与所述第二类热泵连接。
进一步地，所述除氧子系统的输出端分别与所述第一闪蒸罐和所述第二闪蒸罐连接、输入端分别与所述第二类热泵和所述工业余热回收子系统连接，用于对即将进入所述第一闪蒸罐和所述第二闪蒸罐的水进行升温及除氧处理，同时对所述第二闪蒸罐产生的蒸汽进行收集备用。
进一步地，所述工业余热回收子系统包括相互连接的污水换热器和烟气换热器，所述第一闪蒸罐的输入端和输出端分别与所述烟气换热器的输出端和所述污水换热器的输入端连接。
进一步地，所述工业余热回收子系统仅包括污水换热器，所述第一闪蒸罐的输入端和输出端分别与所述污水换热器的输出端和输入端连接；所述第一闪蒸罐的输入端还设有抽真空设备。
进一步地，所述第二闪蒸罐输出的较高品位的低压饱和蒸汽的压力不低于0.6MPa。
本发明另一方面提供了一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽方法，包括如下步骤：
S1：工业余热回收子系统收集污水，并利用所述污水的余热加热中介水、获得高温水；
S2：第一闪蒸罐利用所述高温水进行闪蒸、获得低品位乏汽；
S3：所述第二类热泵对所述低品位乏汽进行初步提质、获得更高温度的高温水；
S4：所述第二闪蒸罐对所述更高温度的高温水进行二次提质，获得较高品位的余热蒸汽，并提供给蒸汽应用子系统进行使用。
进一步地，所述工业余热回收子系统包括相互连接的污水换热器和烟气换热器，此时步骤S1的具体方法如下：
首先通过污水换热器利用污水对中介水进行初步加热、得到一定温度的热水，然后通过烟气换热器利用高品位的烟气对所述一定温度的热水进行二次加热，得到高温水。
进一步地，所述工业余热回收子系统仅包括污水换热器，由所述污水换热器利用所述污水的余热加热中介水、获得高温水；所述第一闪蒸罐的输入端还设有抽真空设备，此时步骤S2的具体方法如下：第一闪蒸罐在所述抽真空设备制造的低压条件下，利用所述高温水进行闪蒸，获得低品位乏汽。
进一步地，所述第二闪蒸罐输出的较高品位的低压饱和蒸汽的压力不低于0.6MPa。
本发明的有益效果如下：本发明提供了一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统及相应的方法，包括回收余热提供高温水的工业余热回收子系统以及制备高品位的低压饱和蒸汽的蒸汽提质子系统，该系统可以利用污水和烟气的余热提供高温水、并利用该高温水经过两次提质获得较高品位的低压饱和蒸汽，蒸汽应用子系统可以利用该低压饱和蒸汽输出高品质的电能，同时发电后的低压蒸汽还可以供给驱动、制冷及供热用户使用。由此，可以大大提高低温余热资源的利用率，并且一年四季均可运行，从而增加企业自发电量，并实现了低压饱和蒸汽的电热冷联供目的，有效地降低了成本、提高了产能。
附图说明
图1为实施例1所述的一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统的结构示意图；
图2为实施例2所述的一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统的结构示意图；
图3为实施例3所述的一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽方法的流程图；
图4为实施例4所述的一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽方法的流程图；
图5为应用实例中工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统的运行状态图。
具体实施方式
下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1提供了一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统，工业余热回收子系统、蒸汽提质子系统、除氧子系统以及蒸汽应用子系统；
工业余热回收子系统包括相互连接的污水换热器1和烟气换热器 2，第一闪蒸罐3的输入端和输出端分别与烟气换热器2的输出端和污水换热器1的输入端连接，在回收污水余热的基础上，通过较高品位的烟气对换热后的高温水进一步升温，达到闪蒸所需的温度；
蒸汽提质子系统包括依次连接的第一闪蒸罐3、第二类热泵4和第二闪蒸罐5，用于利用高温水获得较高品位的余热蒸汽，其中第一闪蒸罐3用于利用高温水获得低品位乏汽，第二类热泵4用于对低品位乏汽进行初步提质、获得更高温度的高温水，第二闪蒸罐5用于对初步提质的高温水进行二次提质、获得较高品位的低压饱和蒸汽，并提供给蒸汽应用子系统进行使用；
第一闪蒸罐3的输入端和输出端均与工业余热回收子系统连接；第二闪蒸罐5的输入端和输出端均与第二类热泵4连接；
除氧子系统具体包括除氧器6和软化水储水箱7，除氧器6的输出端分别与第一闪蒸罐3和第二闪蒸罐5连接、输入端分别与第二类热泵4和工业余热回收子系统连接，用于对即将进入第一闪蒸罐3和第二闪蒸罐5的水进行升温及除氧处理，同时第二类热泵4和工业余热回收子系统产生的蒸汽进行收集备用；
蒸汽应用子系统包括低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机8、凝汽器9以及发电机10，其中低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机8利用较高品位的低压饱和蒸汽做功，并通过发电机10输出电能，剩余的蒸汽进入凝汽器9凝结成水后被输送给软化水储水箱7，并通过除氧器6除氧后提供给蒸汽提质子系统进行重复利用。此外，低压饱和蒸汽抽凝式汽轮机8还可以将多余的低压饱和蒸汽应用于蒸汽驱动、供热及制冷。
第二闪蒸罐5输出的较高品位的低压饱和蒸汽的压力不低于 0.6MPa，从而使低压饱和蒸汽满足余热发电的要求。
本实施例提供了一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽系统，可以利用污水和烟气的余热提供高温水、并利用该高温水经过两次提质获得较高品位的低压饱和蒸汽，蒸汽应用子系统可以利用该低压饱和蒸汽输出高品质的电能，同时发电后的低压蒸汽还可以供给驱动、制冷及供热用户使用。由此，可以大大提高低温余热资源的利用率，并且一年四季均可运行，从而增加企业自发电量，并实现了低压饱和蒸汽的电热冷联供目的，有效地降低了成本、提高了产能。
实施例2
如图2所示，本实施例2提供了一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统，该实施例2与实施例1的区别在于，工业余热回收子系统仅包括污水换热器1，第一闪蒸罐3的输入端和输出端分别与所述污水换热器1的输出端和输入端连接；第一闪蒸罐3的输入端还设有抽真空设备11。
该系统中没有对烟气余热进行利用，仅仅利用污水余热获得高温水，此时水温可能达不到闪蒸的要求，因此需要抽真空设备11在第一闪蒸罐3内制造低压条件进行闪蒸。
实施例3
如图3所示，本实施例3提供了一种应用实施例1提供的工艺系统的工业废水提质产生低压饱和蒸汽方法，包括如下步骤：
S1：首先通过污水换热器1利用污水对中介水进行初步加热、得到一定温度的热水，然后通过烟气换热器2利用高品位的烟气对所述热水进行二次加热，得到高温水；
S2：第一闪蒸罐3在抽真空系统的作用下利用高温水进行闪蒸、获得低品位乏汽；
S3：第二类热泵4对低品位乏汽进行初步提质、获得更高温度的余热蒸汽；
S4：第二闪蒸罐5对初步提质获得的更高温度的高温水进行二次提质，获得不低于0.6MPa较高品位的余热蒸汽，并提供给蒸汽应用子系统进行使用。
实施例4
如图4所示，本实施例4提供了一种应用实施例2提供的工艺系统的工业废水提质产生低压饱和蒸汽方法，包括如下步骤：
S1：污水换热器1利用污水的余热加热中介水、获得高温水；
S2：第一闪蒸罐3在抽真空设备制造的低压条件下，利用高温水进行闪蒸，获得低品位乏汽；
S3：第二类热泵4利用低品位乏汽进行初步提质、获得更高温度的高温水；
S4：第二闪蒸罐5对初步提质产生的更高温度的高温水进行二次提质，获得不低于0.6MPa较高品位的余热蒸汽，并提供给蒸汽应用子系统进行使用。
应用实例
应用实施例3提供的方法对某厂区产生的低温余热资源进行利用。如图5所示，污水换热器1收集90℃的高炉污水，将中介水加热到85℃后输出给烟气换热器2，进一步加热到110℃；将110℃的高温水汽输送到第一闪蒸罐3中，经过闪蒸后输出110℃、0.15MPa的低品位乏汽 (工艺乏蒸汽)给第二类热泵(升温型热泵)4，经过一次提质(加热) 后再输送给第二闪蒸罐5进行二次提质，最后输出158.8℃、0.6MPa 的高品质蒸汽给蒸汽应用子系统进行发电等应用。经汽轮机发电后的乏汽压力降低至0.007MPa(此时对应的乏汽温度为45.8℃)，进入凝汽器9凝结成水，输送到软化水储水箱7中，经除氧器6进行除氧处理后可以再返回到第一闪蒸罐3和第二闪蒸罐5重复利用。由此，即完成了上述方法的一个完整的循环，从而可以实现能源和水资源利用的最大化。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统，其特征在于，包括依次连接的工业余热回收子系统、蒸汽提质子系统、除氧子系统以及蒸汽应用子系统，
所述工业余热回收子系统至少包括污水换热器(1)，用于利用污水的余热加热中介水，并将获得的高温水作为热源提供给所述蒸汽提质子系统；
所述除氧子系统用于对所述蒸汽提质子系统内的水进行升温和除氧处理；
所述蒸汽提质子系统包括依次连接的第一闪蒸罐(3)、第二类热泵(4)和第二闪蒸罐(5)，用于利用所述高温水获得较高品位的余热蒸汽，其中所述第一闪蒸罐(3)用于利用所述高温水获得低品位乏汽，所述第二类热泵(4)用于利用所述低品位乏汽的余热产生更高温度的高温水、提供给所述第二闪蒸罐(5)，所述第二闪蒸罐(5)用于对所述第二类热泵(4)产生的所述高温水进行二次提质、获得较高品位的低压饱和蒸汽，并提供给所述蒸汽应用子系统进行使用；
所述第一闪蒸罐(3)的输入端和输出端分别与所述污水换热器(1)的输出端和输入端连接；所述第二闪蒸罐(5)的输入端和输出端均与所述第二类热泵(4)连接；所述第一闪蒸罐(3)的输出端还与所述第二类热泵(4)的输入端连接；
所述除氧子系统包括除氧器(6)和软化水储水箱(7)，所述除氧器(6)的输出端分别与所述第一闪蒸罐(3)和所述第二闪蒸罐(5)连接、输入端分别与所述第二类热泵(4)和所述工业余热回收子系统连接，用于对即将进入所述第一闪蒸罐(3)和所述第二闪蒸罐(5)的水进行升温及除氧处理，同时对所述第二闪蒸罐(5)产生的蒸汽进行收集备用。
2.如权利要求1所述的工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统，其特征在于，所述工业余热回收子系统包括相互连接的污水换热器(1)和烟气换热器(2)，所述第一闪蒸罐(3)的输入端和输出端分别与所述烟气换热器(2)的输出端和所述污水换热器(1)的输入端连接。
3.如权利要求1所述的工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统，其特征在于，所述工业余热回收子系统仅包括污水换热器(1)，所述第一闪蒸罐(3)的输入端和输出端分别与所述污水换热器(1)的输出端和输入端连接；所述第一闪蒸罐(3)的输入端还设有抽真空设备。
4.如权利要求1～3中任一项所述的工业废水提质产生低压饱和蒸汽工艺系统，其特征在于，所述第二闪蒸罐(5)输出的较高品位的低压饱和蒸汽的压力不低于0.6MPa。
5.一种应用权利要求1所述系统的工业废水提质产生低压饱和蒸汽方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：工业余热回收子系统收集污水，并利用所述污水的余热加热中介水、获得高温水；
S2：第一闪蒸罐(3)利用所述高温水进行闪蒸、获得低品位乏汽；
S3：所述第二类热泵(4)对所述低品位乏汽进行初步提质、获得更高温度的高温水；
S4：所述第二闪蒸罐(5)对所述更高温度的高温水进行二次提质，获得较高品位的余热蒸汽，并提供给蒸汽应用子系统进行使用。
6.如权利要求5所述的工业废水提质产生低压饱和蒸汽方法，其特征在于，所述工业余热回收子系统包括相互连接的污水换热器(1)和烟气换热器(2)，此时步骤S1的具体方法如下：
首先通过污水换热器(1)利用污水对中介水进行初步加热、得到一定温度的热水，然后通过烟气换热器(2)利用高品位的烟气对所述一定温度的热水进行二次加热，得到高温水。
7.如权利要求5所述的工业废水提质产生低压饱和蒸汽方法，其特征在于，所述工业余热回收子系统仅包括污水换热器(1)，由所述污水换热器(1)利用所述污水的余热加热中介水、获得高温水；所述第一闪蒸罐(3)的输入端还设有抽真空设备，此时步骤S2的具体方法如下：第一闪蒸罐(3)在所述抽真空设备制造的低压条件下，利用所述高温水进行闪蒸，获得低品位乏汽。
8.如权利要求5～7中任一项所述的工业废水提质产生低压饱和蒸汽方法，其特征在于，所述第二闪蒸罐(5)输出的较高品位的低压饱和蒸汽的压力不低于0.6MPa。
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