CN104727872A - 焦炉煤气余热发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明给出了一种焦炉煤气余热发电系统，主要解决目前焦化行业荒煤气余热回收利用率低，造成部分余热浪费的问题。它将来自焦炉的荒煤气经气液分离后，气相通入串接的热管蒸发器将有机工质转化为工质蒸汽，利用工质蒸汽推动双螺杆膨胀机做工发电；降温后的工质蒸汽经所述双螺杆膨胀机低温出口端分别流入并联的第一冷凝器和第二冷凝器中进行冷却，冷却后的有机工质分别利用第一工质泵和第二工质泵返回至所述第一级热管蒸发器和第二级热管蒸发器，形成闭合循环。本发明以有机工质为载体，形成闭路循环，消耗少，成本低，有效的提高了煤气余热利用效率。

Description

焦炉煤气余热发电系统

技术领域

本发明提供了一种可广泛应用于焦化行业的焦炉煤气余热回收利用技术，属于焦化余热利用领域，具体的说是一种焦炉煤气余热发电系统。

背景技术

在炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的650至750℃荒煤气，在桥管和集气管内经循环氨水喷洒温度降至82～86℃。用循环氨水喷洒降温的过程中，荒煤气余热的约75％通过循环氨水水蒸汽蒸发，使煤气饱和而被煤气带走，约15％通过循环氨水温升传递给循环氨水，其中，荒煤气余热主要以水蒸汽形态进入煤气中。一般情况下，当入炉煤炭总水分为8～11％时，相应的煤气露点温度为65～70℃，即冷却煤气循环氨水中，水蒸发所吸收的焦炉荒煤气75％的热量，使煤气由65～70℃饱和成为82～86℃饱和。因此，从理论上来说，将煤气由82～86℃冷却至65～70℃就可回收荒煤气约75％的余热。可见，通过回收煤气中水蒸汽的冷凝热，也是回收焦炉荒煤气余热的一种有效方法。

目前循环氨水喷洒降温后的煤气，由集气管沿吸煤气主管经气液分离器流向煤气初冷器，在初冷器中用中低温循环水冷却煤气。目前最先进的是用双效热泵在夏季回收初冷器上段余热，用于制取低温水满足下段用水需要；在冬季以蒸汽驱动双效热泵机组，回收初冷器中段部分循环水余热，用于加热采暖水，使荒煤气余热得以部分回收利用。但是，此种利用方式最多有十个月时间对上段余热回收利用，且在南方由于不需要采暖，只能在制冷季回收煤气余热。一般初冷器采暖段设计是将煤气由82℃冷却至77℃，只回收利用了部分能量，热回收效率偏低，造成了能量的部分浪费。

本发明研究的焦炉煤气余热发电技术，是以有机工质为载体、利用双螺杆膨胀机回收煤气余热发电，实现焦炉荒煤气余热的全年的回收利用，提高了热回收效率，降低焦化能耗，推动焦化实现低碳绿色转型发展。

发明内容

针对上述现有技术问题，本发明旨在提供一种焦炉煤气余热发电技术，它将来自焦炉的荒煤气经气液分离后，气相通入热管蒸发器将有机工质转化为工质蒸汽，利用工质蒸汽推动双螺杆膨胀机做工发电，有效的提高了煤气余热利用效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案解决：

一种焦炉煤气余热发电系统，包括焦炉、上升管和吸收管，其特征是，

来自所述吸收管的荒煤气进入气液分离器，经分离后的液相流入机械化澄清槽，分离后的气相依次经过串接的第一级热管蒸发器和第二级热管蒸发器的吸热通道后进入旋液分离器，经所述旋液分离器分离后的气相进入初冷器，经所述旋液分离器分离后的液相流入所述机械化澄清槽；

所述第一级热管蒸发器和第二级热管蒸发器的放热通道中分别通有第一工质流和第二工质流，所述第一工质流和第二工质流的入口端分别对应第一工质泵和第二工质泵的泵出口，所述第一工质流和第二工质流分别在所述第一级热管蒸发器和第二级热管蒸发器内吸热汽化成工质蒸汽，并分别进入双螺杆膨胀机的两个高温端入口，推动所述双螺杆膨胀机做功发电；

降温后的工质蒸汽经所述双螺杆膨胀机低温出口端分别流入第一冷凝器和第二冷凝器中进行冷却，冷却后的有机工质分别利用第一工质泵和第二工质泵返回至所述第一级热管蒸发器和第二级热管蒸发器的放热通道。

进一步地，所述第一工质流和第二工质流为工质临界温度与余热温度相近，且略高于余热温度，工质标准气压对应的饱和温度应尽量接近环境温度，如氯乙烷、正丁烷、异丁烷等，此处有机工质的临界点控制在60℃至75℃即可。

进一步地，所述第一冷凝器和第二冷凝器中的冷媒为来自于冷却塔的冷水。

进一步地，所述第一级热管蒸发器和第二级热管蒸发器的吸热通道之间设有用于调节两蒸发器内工质液位的工质连通管。

本发明的有益效果是：

1、以有机工质为载体，以热管蒸发器回收焦炉煤气余热用于发电，可全年连续运行，运行时间长，热回收量大。

2、热管蒸发器采用两级，可将煤气冷却至68～70℃，几乎回收利用了焦炉荒煤气余热的75％，热回收效率高。

3、有机工质为闭路循环，消耗少，成本低。

4、热管蒸发器采用热管蒸发器，热效率高，冷热介质不接触，避免了因串漏造成的介质污染。

5、为两级串联运行，分别对应双螺杆膨胀机，两冷凝器并联运行，便于适应焦炉负荷调整对系统的影响。

6、降低了初冷器负荷，降低循环水用量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为热管蒸发器的原理图。

图中，1焦炉，11上升管，12吸收管，2气液分离器，3第一级热管蒸发器，3′第二级热管蒸发器，31吸热端，32放热端，33工质连通管，4旋液分离器，5机械化澄清槽,6初冷器,7双螺杆膨胀机,8第一冷凝器，8′第二冷凝器，9第一工质泵，9′第二工质泵，101冷却塔,102冷却水泵。

具体实施方式

本发明所提供的焦炉煤气余热发电系统，主要是通过热管蒸发器将荒煤气的部分余热传递给有机工质形成工质蒸汽，利用工质蒸汽驱动双螺杆膨胀机发电，有效的提高了煤气余热利用效率。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，焦炉1中炼焦过程生产的荒煤气经上升管11溢出，然后沿吸收管12,流至气液分离器2的气相进口。

荒煤气流经气液分离器2后，气相部分由气液分离器2气相出口流出并依次流经第一级热管蒸发器3和第二级热管蒸发器3′。其中，第一级热管蒸发器3可将煤气降至76～78℃间，第二级热管蒸发器3′可将煤气冷却至68～70℃，同时，水汽凝结之后流至机械化澄清槽5进行油水分离。在第一级热管蒸发器3和第二级热管蒸发器3′中，煤气将部分热量传递给第一级热管和第二级热管的吸热端，然后第一级热管和第二级热管放热端将热量释放给有机工质。

降温后的气相经旋液分离器4分离后，气相部分流入初冷器6，液相部分流入机械化澄清槽5进行油水分离。

具体实施例中，如图2所示，第一级热管蒸发器3和第二级热管蒸发器3′串联，它们的热管在吸热端31吸收煤气冷却释放的潜热与显热，为吸热通道，在放热端32释放给有机工质，使有机工质汽化，为放热通道，实现能量传递。该导热油一般为导热油或者类似的有机工质。其具有低温蒸发指标，一般在50至65度范围内可以汽化，然后在外界冷凝的作用下可以进行冷凝。

在第一级热管蒸发器3和第二级热管蒸发器3′的吸热通道之间设有用于调节两蒸发器内工质液位的工质连通管33。

热管蒸发器采用热管技术，热效率高，而且冷热介质不直接接触，避免了因串漏造成的介质污染；热管为现有技术，本技术领域的技术人员很容易实现，在此不再详细描述。

更具体地是，第一级热管蒸发器3和第二级热管蒸发器3′分别通有第一工质流和第二工质流，第一工质流和第二工质流的入口端分别对应第一工质泵9和第二工质泵9′的泵出口，所述第一工质流和第二工质流分别在第一级热管蒸发器3和第二级热管蒸发器3′内吸热汽化成工质蒸汽，并分别进入双螺杆膨胀机7的两个高温端入口，推动所述双螺杆膨胀机7做功发电。

两股有机工质蒸汽驱动双螺杆膨胀机7做工后降温形成有机工质蒸气和液态混合物，并分别流入第一冷凝器8和第二冷凝器8′中进行冷却，冷却后的有机工质分别利用第一工质泵9和第二工质泵9′返回至第一级热管蒸发器3和第二级热管蒸发器3′，进行重复吸热，再次转化为有机工质蒸汽。

具体实施例中，有机工质为闭路循环，具有消耗少、成本低的优点，本技术领域的技术人员很容易实现，在此不再详细描述。

除此之外，在热管蒸发器吸热端的底部设有工质连通管，由于调节两蒸发器内工质液位，其主要利用连通管原理，且连通管属于现有技术，对于本技术领域的技术人员可很容易实现，在此不再详细描述。

具体实施例中，如图1所示，第一冷凝器8和第二冷凝器8′并联，利用冷却水泵102分别使第一冷凝器8和第二冷凝器8′与冷却塔101之间形成闭合循环水路，来自冷却塔101的冷水不断流经第一冷凝器8和第二冷凝器8′，与有机工质进行热交换后再返回至冷却塔101，此过程重复进行，对有机工质持续降温冷却。

所述第一工质流和第二工质流为工质临界温度与余热温度相近，且略高于余热温度，工质标准气压对应的饱和温度应尽量接近环境温度，如氯乙烷、正丁烷、异丁烷等，此处有机工质的临界点控制在60℃至75℃即可。

综上所述，本发明利用热管蒸发器回收焦炉煤气余热使有机工质蒸发产生工质蒸汽，并驱动双螺杆膨胀机做功发电，从而实现煤气余热的回收利用。该技术采用热管蒸发器，可将煤气温度降至65～70℃，大约可回收荒煤气余热的75％上下，发电可全年连续运行，提高了热回收效率，有利于降低焦化工序能耗。

而且，热管蒸发器为两级串联运行，分别对应双螺杆膨胀机，热效率高；冷凝器并联运行，便于适应焦炉负荷调整对系统的影响。

由于双螺杆膨胀机、热管蒸发器和气液分离器等均为现有技术，根据上述描述，本领域技术人员可容易实现，在此不再详细赘述。

以上所述结合附图对本发明的优选实施方式和实施例作了详述，但是本发明并不局限于上述实施方式和实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种焦炉煤气余热发电系统，包括焦炉、上升管(11)和吸收管(12)，其特征是，

来自所述吸收管(12)的荒煤气进入气液分离器(2)，经分离后的液相流入机械化澄清槽(5)，分离后的气相依次经过串接的第一级热管蒸发器(3)和第二级热管蒸发器(3′)的吸热通道后进入旋液分离器(4)，经所述旋液分离器(4)分离后的气相进入初冷器(6)，经所述旋液分离器(4)分离后的液相流入所述机械化澄清槽(5)；

所述第一级热管蒸发器(3)和第二级热管蒸发器(3′)的放热通道中分别通有第一工质流和第二工质流，所述第一工质流和第二工质流的入口端分别对应第一工质泵(9)和第二工质泵(9′)的泵出口，所述第一工质流和第二工质流分别在所述第一级热管蒸发器(3)和第二级热管蒸发器(3′)内吸热汽化成工质蒸汽，并分别进入双螺杆膨胀机(7)的两个高温端入口，推动所述双螺杆膨胀机(7)做功发电；

降温后的工质蒸汽经所述双螺杆膨胀机(7)低温出口端分别流入第一冷凝器(8)和第二冷凝器(8′)中进行冷却，冷却后的有机工质分别利用第一工质泵(9)和第二工质泵(9′)返回至所述第一级热管蒸发器(3)和第二级热管蒸发器(3′)的放热通道。

2.根据权利要求1所述的焦炉煤气余热发电系统，其特征是，所述第一工质流和第二工质流为氯乙烷、正丁烷、异丁烷中的一种，且临界点控制在60℃至75℃之间。

3.根据权利要求1所述的焦炉煤气余热发电系统，其特征是，所述第一冷凝器(8)和第二冷凝器(8′)中的冷媒为来自于冷却塔(101)的冷水。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的焦炉煤气余热发电系统，其特征是，所述第一级热管蒸发器(3)和第二级热管蒸发器(3′)的吸热通道之间设有用于调节两蒸发器内工质液位的工质连通管。