система утилизации энергии доменного газа

Формула изобретения

СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ДОМЕННОГО ГАЗА, содержащая подключенный на входе к сети доменного газа компрессор, турбину, использующую сжатый доменный газ в качестве рабочего тела, и установленный на одном валу с турбиной воздушный нагнетатель, причем выходной трубопровод компрессора подключен посредством обводного канала с задвижкой к входу турбины, отличающаяся тем, что вал турбины жестко связан с валом компрессора, система дополнительно содержит установленный на валу электродвигатель, трубопровод с дросселем, подключенный к трубопроводу подвода газа на входе в турбину и к трубопроводу подвода газа в компрессор, при этом обводной канал снабжен эжектором, установленным на входе в турбину, а выходной канал компрессора дополнительно подключен к трубопроводу потребителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам утилизации потенциальной энергии доменного газа.

Широко известно устройство утилизации потенциального давления доменного газа, в котором часть газа по параллельному с доменной газоочисткой газопроводу подают на газовую утилизационную бескомпрессорную турбину (ГУБТ) для выработки электроэнергии на установленном совместно с ней генераторе [1]

Недостатком этого устройство является низкий КПД установки, связанный с жесткими требованиями к параметрам газа по давлению, расходу, температуре, регламентируемыми условиями работы генератора (обороты, нагрузка); низкая пропускная способность турбины при переходе печи на низкое давление и в моторном режиме и, как следствие, увеличение нагрузок на основные аппараты газоочистки; сложность оборудования электрической части, необходимость использования высококвалифицированного обслуживающего персонала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является газовая турбина с использованием сжатого доменного газа в качестве рабочего тела [2] В устройстве содержатся последовательно включенные в газовый тракт компрессорная турбина высокого давления и свободная турбина низкого давления (ГУБТ), газовый тракт дополнительно снабжен обводным каналом, по которому часть рабочего тела поступает в турбину низкого давления, минуя турбину высокого давления.

В устройстве предусмотрен обводной канал, по которому часть рабочего тела поступает в турбину низкого давления, минуя турбину высокого давления.

Недостатком описанного устройства является то, что при работе печи на низком давлении турбина не в состоянии пропустить весь объем газа, проходящий по трубопроводу. В этом случае необходимо увеличивать нагрузку на аппараты газоочистки, что снижает качество очистки. Низкая эффективность использования сжатого воздуха и его отсутствие при работе печи на низком давлении. Для обеспечения процесса работы всей установки и турбины высокого давления требуются дополнительные энергозатраты и сжигание топлива.

Сущность изобретения заключается в том, что система утилизации потенциальной энергии доменного газа, содержащая установленные на одном валу газовую утилизационную бескомпрессорную турбину (ГУБТ) и воздуходувку, компрессор и газовый тракт турбины, снабженный обводным каналом с регулируемым клапаном, соединяющим ГУБТ с компрессором, причем компрессор установлен на одном валу с турбиной, а обводной канал соединяет газопровод подвода к турбине с входом компрессора, а выходной газопровод компрессора соединен с входным патрубком турбины посредством эжектора и с трубопроводом потребителя, кроме того, на одном валу с турбиной, компрессором и воздуходувкой дополнительно установлен электродвигатель со стороны воздуходувки.

Соединение обводным каналом входного газопровода турбины с входом компрессора позволяет отбирать часть газа перед турбиной и компремировать его в компрессоре.

Дополнительно установленный на валу электродвигатель периодически включается в работу (при работе печи на низком давлении) и вращает воздуходувку, компрессор и турбину, за счет чего дополнительно увеличивается пропускная способность турбины, компрессора и обеспечивается постоянная производительность воздуходувки.

Соединение входного патрубка турбины и обводного канала посредством эжектора обеспечивает автоматическое регулирование параметров поступающего на турбину газа по давлению и расходу для создания оптимальных режимов ее эксплуатации.

Таким образом совокупность заявленных признаков позволяет получить технический эффект, т.е. стабилизировать работу турбины при работе печи на высоком давлении без дополнительных энергетических затрат и обеспечить пропускную способность турбины при работе печи на низком давлении, одновременно сохранив постоянную нагрузку на аппараты доменной газоочистки без значительного увеличения энергозатрат на нее.

На чертеже представлена система утилизации потенциальной энергии доменного газа.

На одном валу с турбиной 1 установлены компрессор 2, воздуходувка 3 и дополнительно установленный электродвигатель 4 через муфту 5. Газовый тракт 6 соединен обводным каналом 7 с дроссельным клапаном 8 с компрессором 2. Выходной газопровод 9 соединен через задвижку 10 и эжектор 11 с входным патрубком турбины 1. Выходной газопровод 12 турбины 1 служит для подачи газа потребителю. Газопровод 13 соединяет компрессор 2 с турбиной и трубопроводом потребителя (технологическими аппаратами газоочистки). Газопровод 14 служит для подачи газа потребителю через задвижку 15.

Система работает следующим образом.

При работе печи на высоком давлении часть газа поступает на турбину 1 (ГУБТ), а другая часть по обводному каналу 7 через дроссельный клапан 8 поступает в компрессор 2. Задвижка 15 в это время закрыта. Компремированный газ после компрессора 2 поступает потребителю, требующему газ с повышенным давлением, например для выравнивания давления в межконусном пространстве печи, пылеподавления, для использования в инжекционных горелках, а часть газа возвращается в турбину 1 через открытую задвижку 10 и эжектор 11 для стабилизации ее работы. Газ после турбины 1 поступает по газопроводу 12 потребителю. Воздуходувка работает с постоянной нагрузкой, электродвигатель 4 отключен.

При переходе печи на низкое давление возрастают объемы газа, которые должны поступить на турбину 1. В это время задвижка 10 закрыта, а электродвигатель 4 включается в работу, задвижка 15 открыта. Электродвигатель 4 вращает вал, на котором установлены воздуходувка 3, компрессор 2 и турбина 1. Часть газа из печи поступает в турбину 1, а другая часть по обводному каналу 7 поступает в компрессор 2. Компремированный газ поступает потребителю по газопроводам 9, 13 и 14. Газ, проходящий через турбину 1, также подается потребителю по газопроводу 12. Воздуходувка 3, не снижая своей производительности, продолжает подавать сжатый воздух на нужды производства.

Таким образом обеспечиваются постоянная работа системы (все устройства работают с постоянной производительностью), снабжение производства газом и сжатым воздухом при минимальных энергетических затратах.