CN102816574A - 一种焦炉荒煤气余热发电装置 - Google Patents

Abstract

一种焦炉荒煤气余热发电装置，包括取热子系统和发电子系统，取热子系统进一步包括上升管内设置过热器，桥管内设置蒸发器，液态工质经取热子系统后形成过热蒸汽，过热蒸汽将发电子系统内的工质加热并带动发电子系统内的动力发电机组发电。本发明通过在上升管和桥管内设置换热装置，充分吸收荒煤气的余热，并利用余热进行发电，达到降低焦炉工序能耗，节约能源，减少排放，产生良好的经济和社会效益。

Description

一种焦炉荒煤气余热发电装置

技术领域

    本发明涉及工业余热回收利用的技术领域，特别涉及一种焦炉荒煤气余热发电装置。

背景技术

焦化行业作为高能耗行业备受关注。焦炉炼焦过程中，焦炉上升管内的荒煤气温度高达750℃，含有大量的显热，为降低焦炉荒煤气温度便于后续焦化工艺处理，传统工艺采用喷氨水急冷的工艺冷却高温荒煤气，通过桥管与集气管喷洒循环氨水与荒煤气直接接触，靠循环氨水大量气化，使荒煤气急剧降温至80-85℃，降温后荒煤气在初冷器中再用冷却水间接冷却至常温。该工艺流程不仅浪费了大量荒煤气的显热，消耗大量的氨水、而且浪费了大量的水资源和电力，增加污水了排放。焦炉排出的750℃左右的荒煤气由于其成分复杂，且随着温度的降低有焦油等组分的析出，同时由于焦炉每孔生产具有周期性，至今没有很好的方案对其进行回收。因此，对焦炉荒煤气显热回收的研究一直是焦化行业节能减排的热点之一。

在现有技术中，申请号为201010199879.9的中国专利申请中公开了一种回收焦炉荒煤气余热的方法及装置，该装置采用半导体模块发电模式，吸收上升管中荒煤气的热量。但是，该装置的半导体模块发电所能承受的温度和吸收的热量有限，导致荒煤气的热量没有得到充分利用。申请号为200910230821.3的中国专利申请中公开了一种焦炉荒煤气余热利用技术，该技术将焦炉在各个碳化室的高温荒煤气汇总进入余热锅炉换热，换热后的荒煤气经氨水喷淋降温后，送化产回收系统。该系统通过集中换热取热，具有较高的效率，但是通过余热锅炉换热存在安全隐患，如果整个系统密封不严密，则容易引起系统中氧含量过高，引发爆炸。

总体而言，焦炉荒煤气余热回收目前主要有两种研究模式：一是采用带有余热回收功能的上升管装置，但由于其空间结构狭小，受热面布置受到影响，无法充分回收和利用荒煤气余热资源，导致难以推广；二是采用将荒煤气集中引出，另外设置集中的余热回收系统，此种结构模式由于其系统复杂、荒煤气的可燃性、焦油析出结焦等因素，导致系统的气密性要求很高，系统安全运行受到很大挑战。

发明内容

本发明目的在于提供一种焦炉荒煤气余热发电装置，以解决现有技术中的焦炉荒煤气余热回收装置一般采用带有余热回收功能的上升管装置，但由于其空间结构狭小，受热面布置受到影响，无法充分回收和利用荒煤气余热资源，导致难以推广的技术性问题。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种焦炉荒煤气余热发电装置，包括取热子系统和发电子系统，

取热子系统进一步包括设置在焦炉上升管段内的上升管过热器，设置在桥管内的桥管蒸发器，并且，桥管与焦炉上升管连接，桥管蒸发器通过管路与汽包连接，所述汽包通过管路与所述上升管过热器连接，上升管过热器通过饱和蒸汽出口和发电子系统相连；

水经过桥管蒸发器形成汽水混合物进入汽包，汽水混合物在汽包内由汽水分离装置分离成水和饱和蒸汽、饱和蒸汽经上升管过热器换热后形成过热蒸汽，过热蒸汽通过发电装置蒸发器换热后重新回到桥管蒸发器，所述桥管蒸发器、汽包、上升管过热器和发电装置蒸发器依次形成水汽流通通道；

焦炉产生的荒煤气经设置有蒸汽过热器的上升管、设置有蒸发器的桥管依次形成荒煤气流通通道。

发电子系统，包括工质泵、发电装置蒸发器、动力发电机组和冷凝器，工质泵、发电装置蒸发器、动力发电机组和冷凝器通过管路依次首尾连接，工质由工质泵送入发电装置蒸发器，工质在发电装置蒸发器内与从上升管过热器输出的过热蒸汽换热，工质由液态转化为汽态，汽态工质通过动力发电机组发电后在冷凝器内冷却成冷凝水，冷凝水由工质泵重新送入发电装置蒸发器继续加热。

所述发电子系统还包括电力输出装置，所述电力输出装置与所述动力发电机组连接。

所述发电装置蒸发器上设有冷凝水出口。

所述除氧除盐水供给装置包括除氧器和水泵，所述除氧器与除盐水给水入口连接，所述除氧器的出口与水泵入口连接，水泵出口与所述蒸发器的除氧除盐水入口连接。

所述除氧器与除氧用蒸汽的入口连接，所述除氧器还与所述发电装置蒸发器上的冷凝水出口连接。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1、在保持焦炉主要工艺不变的前提下，利用焦炉桥管作为主要热量回收装置，回收荒煤气余热产生的饱和蒸汽，再与上升管荒煤气温度高、受热面小、过热用热量少的特点相结合，利用高温荒煤气余热通过上升管余热回收装置进行过热，从而产生过热蒸汽，并利用过热蒸汽作为热源、采用低沸点工质进行循环发电，将回收蒸汽充分利用，可便于推广；

2、在桥管处设置余热回收装置充分利用了焦炉上部的空间，结合上部空间适当增加受热面可最大限度地回收余热；

3、主要受热面布置在桥管可便于焦油析出后的清洗，避免或减缓因荒煤气温度降低后焦油析出而导致受热面换热能力下降、甚至失效；

4、充分利用上升管荒煤气温度高、受热面小的特点，采用上升管与桥管组合的方式，对桥管回收饱和蒸汽进行过热，提高了蒸汽品质，还可防止上升管内荒煤气温度过低导致上升管内部结焦难以处理的难题发生；

5、通过回收余热能够明显降低焦炉工序能耗，节约能源，减少排放，产生良好的经济和社会效益；

6、除氧除盐水通过蒸发器、过热器吸收焦炉荒煤气余热形成过热蒸汽用于发电，回收了荒煤气余热资源，同时减少原系统冷却用氨水数量，降低氨水附属系统的电耗，实现了焦炉节能减排。

附图说明

图1为本发明的焦炉荒煤气余热发电装置的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，详细说明本发明。

请参阅图1，本发明的焦炉荒煤气余热发电装置，包括取热子系统和发电子系统，取热子系统包括过热器3、桥管蒸发器4、汽包5和除氧除盐水供给装置，过热器3设置在焦炉8的上升管1中，桥管蒸发器4设置在桥管2内，上升管1的出口11通过管道与桥管2的荒煤气入口41连接，除氧除盐水供给装置的出口与蒸发器4的除氧除盐水入口连接，桥管蒸发器的汽水出口42与汽包5的汽水混合物入口连接，汽包的饱和蒸汽出口51与过热器3的蒸汽入口31连接，过热器3上设置有蒸汽出口32，蒸汽出口32与发电子系统连接。

发电子系统包括发电装置蒸发器91、工质泵95、动力发电机组92和冷凝器94，发电装置蒸发器91分别与过热器3的蒸汽出口32和工质泵95连接，工质泵95与冷凝器94连接，动力发电机组92分别与冷凝器94和发电装置蒸发器91连接。发电子系统还包括电力输出装置93，电力输出装置93用于输出电力，其与动力发电机组92连接，发电装置蒸发器91上设有冷凝水出口911，过热蒸汽换热后形成的冷凝水可从冷凝水出口911流入除氧器6。冷凝器94上设有冷却水入口941和冷却水出口942。

在本实例中，高温荒煤气与桥管蒸发器4换热后从进入集气管43。除氧除盐水供给装置用于提供除氧除盐水，其包括除氧器6和水泵7，除氧器6与除盐水给水入口10连接，除氧器6与除氧用蒸汽的入口62连接，除氧用蒸汽可去除除盐水中的氧气。除氧器6的出口与水泵入口连接，水泵出口与蒸发器的除氧除盐水入口连接，除氧器6还与发电装置蒸发器91上的冷凝水出口911连接。

在本实例中，汽包上设有定期排污管52和连续排污管53，可用于将汽包内的污水排出。

本发明的焦炉荒煤气余热发电装置的工作过程如下：

1）、取热子系统的余热回收过程：除盐水经除氧器6除氧后通过水泵7进入桥管蒸发器4，除盐水在桥管蒸发器4与荒煤气换热后形成汽水混合物，经蒸发器汽水混合物出口42进入汽包5，在汽包5内经汽水分离后产生饱和蒸汽，饱和蒸汽从过热器蒸汽入口31进入过热器3，饱和蒸汽在过热器3内再次与荒煤气换热后产生过热蒸汽，产生的过热蒸汽从过热器出口32输出，送入发电装置蒸发器91，将热量传递给低沸点工质后形成冷凝水，冷凝水送入除氧器6；焦炉荒煤气经过过热器3、桥管蒸发器4后，温度下降，适当喷洒氨水后送入焦炉集气管。

2）、发电子系统的发电过程：工质经工质泵95加压后送入发电装置蒸发器91，与过热蒸汽换热后工质由液态变为汽态，汽态工质通过动力发电机组92做功发电，后经电力输出装置93输出电力，汽态工质经冷凝器94被循环冷却水冷凝后又成为液态工质，液态工质再次通过工质泵95送入发电装置蒸发器91继续加热，形成低沸点工质郎肯循环发电子系统。

本发明的焦炉荒煤气余热发电系统在保持焦炉主要工艺不变的前提下，利用焦炉桥管作为主要热量回收装置，回收荒煤气余热产生的饱和蒸汽，再与上升管荒煤气温度高、受热面小、过热用热量少的特点相结合，利用高温荒煤气余热通过上升管余热回收装置进行过热，从而产生过热蒸汽，并利用过热蒸汽作为热源、采用低沸点工质进行循环发电，将回收蒸汽充分利用，可便于推广。

本发明的焦炉荒煤气余热发电系统在桥管处设置余热回收装置充分利用了焦炉上部的空间，结合上部空间适当增加受热面可最大限度地回收余热。主要受热面布置在桥管可便于焦油析出后的清洗，避免或减缓因荒煤气温度降低后焦油析出而导致受热面换热能力下降、甚至失效。还充分利用上升管荒煤气温度高、受热面小的特点，采用上升管与桥管组合的方式，对桥管回收饱和蒸汽进行过热，提高了蒸汽品质，还可防止上升管内荒煤气温度过低导致上升管内部结焦难以处理的难题发生。

本发明的焦炉荒煤气余热发电系统使除氧除盐水通过蒸发器、过热器吸收焦炉荒煤气余热形成过热蒸汽用于发电，回收了荒煤气余热资源，同时减少原系统冷却用氨水数量，降低氨水附属系统的电耗，实现了焦炉节能减排。还通过回收余热能够明显降低焦炉工序能耗，节约能源，减少排放，产生良好的经济和社会效益。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (3)

1.一种焦炉荒煤气余热发电装置，其特征在于，包括取热子系统和发电子系统；取热子系统进一步包括设置在焦炉上升管内的上升管过热器，设置在桥管内的桥管蒸发器，并且，桥管与焦炉上升管连接，桥管蒸发器通过管路与汽包连接，所述汽包通过管路与所述上升管过热器连接，上升管过热器通过饱和蒸汽出口和发电子系统相连。

2.如权利要求1所述的一种焦炉荒煤气余热发电装置，其特征在于，发电子系统进一步包括工质泵、发电装置蒸发器、动力发电机组和冷凝器，工质泵、发电装置蒸发器、动力发电机组和冷凝器通过管路依次首尾连接。

3.如权利要求1所述的一种焦炉荒煤气余热发电装置，其特征在于，所述发电子系统还包括电力输出装置，所述电力输出装置与所述动力发电机组连接。