CN106989611A - 一种焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，包括焦炉、焦炉煤气锅炉、干熄炉、干熄焦余热锅炉、汽轮机、发电机，焦炉产生的荒煤气经过处理后进入焦炉煤气锅炉内燃烧，焦炉煤气锅炉的出汽口与汽轮机连通，焦炉的排焦口与干熄炉的装焦口连通，干熄炉的循环气体出口与干熄焦余热锅炉的烟气进口相连，干熄焦余热锅炉的烟气出口与干熄炉的循环气体进口相连，形成干熄炉冷却气体的循环过程，干熄焦余热锅炉的出汽口也与汽轮机连通，干熄焦余热锅炉与焦炉煤气锅炉产生的高温蒸汽用于驱动同一汽轮机做功，汽轮机带动发电机发电。本发明与传统的焦炉煤气发电与干熄焦余热发电各自独立的模式相比，系统更加集成，投资成本大幅降低。
Description
技术领域
本发明涉及焦化行业热能利用技术领域，尤其涉及一种焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统。
背景技术
在焦炉生产中，会产生大量的余能余热资源，其中品位最高的是焦炉煤气的化学能和高温焦炭的显热。对于焦炉煤气，当前主要利用途径是作为焦炉自身加热燃料，以及通过煤气锅炉进行发电，也有部分焦化厂将焦炉煤气作为化工原料生产甲醇、合成氨等化工产品。对于焦炭显热，主要是采用干熄焦技术对高温红焦的显热进行回收，产生蒸汽用于驱动汽轮机发电。
目前的技术方案均将焦炉煤气利用和焦炭显热回收分成各自独立的系统来实施，而未考虑两种热能资源的耦合集成。各自独立的热力发电系统，不仅造成系统复杂甚至冗余，而且存在厂房占地面积大、工程造价和总投资大、运行成本高等问题。
为此，如果能将焦炉煤气和焦炭显热资源进行耦合集成利用，优化热力系统，必然可以产生较为可观的经济收益，具有重要的实用意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，包括焦炉、焦炉煤气锅炉、干熄炉、干熄焦余热锅炉、汽轮机、发电机，其中，所述焦炉的荒煤气出口与所述焦炉煤气锅炉的煤气进口连通，所述焦炉产生的荒煤气经过净化和冷却处理后进入所述焦炉煤气锅炉内燃烧，所述焦炉煤气锅炉的出汽口与所述汽轮机连通；所述焦炉的排焦口与所述干熄炉的装焦口通过焦炭运输装置连通；所述干熄炉的气体出口与所述干熄焦余热锅炉的进气口连通，所述干熄焦余热锅炉的排气口与干熄炉的气体进口连通，从而形成干熄炉冷却气体的循环过程；所述干熄焦余热锅炉的出汽口与所述汽轮机连通，所述干熄焦余热锅炉与所述焦炉煤气锅炉产生的蒸汽均用于驱动所述汽轮机做功，所述汽轮机驱动所述发电机发电。
优选地，所述焦炉煤气锅炉内设置有煤气锅炉过热器；所述干熄焦余热锅炉中设置有第二过热器；所述汽轮机具有高压缸、中压缸和低压缸，其中，所述焦炉煤气锅炉的煤气锅炉过热器的出汽口与所述高压缸的进汽口连通，所述高压缸的排汽口与所述干熄焦余热锅炉的第二过热器的进汽口连通，所述第二过热器兼作所述高压缸排汽的再热器，所述干熄焦余热锅炉的第二过热器的出汽口与所述中压缸的进汽口连通，所述中压缸的排汽口与所述低压缸连通。
优选地，所述综合发电系统还具有第一锅筒、第二锅筒、第一给水泵，所述干熄焦余热锅炉中还具有第一过热器、第二省煤器，其中，所述第二锅筒的压力比第一锅筒的压力高，第二过热器的温度比第一过热器的温度高；所述第一锅筒的第一出水口通过第一给水泵依次与所述第二省煤器、所述第二锅筒的进水口连通，向所述第二省煤器供水；所述第二锅筒的出汽口与所述第一过热器的进汽口连通，所述第一过热器的出汽口也与所述第二过热器的进汽口连通。
优选地，所述干熄焦余热锅炉中还设置有第一省煤器，所述第一锅筒上方设置有除氧头，汽轮机的排汽口与凝汽器、凝结水泵、所述第一省煤器、所述除氧头的进水口连通，所述第二省煤器的压力比所述第一省煤器的压力高。
优选地，所述干熄焦余热锅炉中还设置有第一蒸发器、第二蒸发器，所述第二蒸发器比第一蒸发器的压力高，所述第一锅筒通过第一下降管与所述第一蒸发器的进水口连通，所述第一蒸发器的出汽口通过第一上升管与所述第一锅筒的上升管口连通，形成自然循环回路；所述第二锅筒通过第二下降管与所述第二蒸发器的进水口连通，所述第二蒸发器的出汽口通过第二上升管与所述第二锅筒的上升管口连通，形成自然循环回路。
优选地，在干熄焦余热锅炉中，第二过热器、第一过热器、第二蒸发器、第二省煤器、第一蒸发器、第一省煤器沿烟气流程顺次布置。
优选地，所述综合发电系统还设置有第二给水泵和给水加热器，所述焦炉煤气锅炉内还设置有煤气锅炉省煤器，所述第一锅筒的第二出水口通过所述第二给水泵依次与所述给水加热器、所述煤气锅炉省煤器的进水口连通，向所述煤气锅炉省煤器供水，所述中压缸通过回热抽汽口与所述给水加热器的加热蒸汽进口相连。
优选地，所述综合发电系统还具有一次除尘器、二次除尘器，所述干熄炉的气体出口通过一次除尘器与所述干熄焦余热锅炉的进气口相连，所述干熄焦余热锅炉的排气口通过二次除尘器、循环风机与干熄炉的气体进口相连，从而形成干熄炉冷却气体的循环过程。
优选地，所述综合发电系统还具有煤气净化系统和焦炉煤气柜，所述焦炉产生的煤气经煤气净化系统净化后进入焦炉煤气柜缓存，再进入焦炉煤气锅炉的燃烧器。
优选地，所述除氧头上设置有辅助加热蒸汽接口，与外界辅助汽源连通。
本实施例构建了一种基于焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，优化了常规煤气发电和干熄焦余热发电并存的模式，不仅省去了一套汽轮发电机组，而且对焦炉煤气发电机组和干熄焦余热利用机组的蒸汽系统、给水预热和除氧系统进行高度耦合，大大简化了机组回热系统，相当于省去了一套常规煤气发电机组单独配置的低压加热器和除氧器，使得系统更为简洁，工程占地面积和建设总成本均大幅降低；此外，将干熄焦余热锅炉的高温段过热器分为两级，将干熄焦余热锅炉的末级过热器兼做煤气锅炉产生蒸汽的再热器，不仅提高了整套发电系统的整体热效率，而且提高了汽轮机末级叶片的干度，改善了汽轮机低压缸末级叶片的工作条件，提高了汽轮机的运行安全性和稳定性。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统的工艺流程图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，包括焦炉1、干熄炉2、焦炉煤气锅炉9、干熄焦余热锅炉4、汽轮机10、发电机11。需要说明的是，下文中所说的高压、中压、低压是为了区分汽水系统的压力等级而进行的区分命名，并非绝对高压、绝对中压、绝对低压，并且，以下汽水流动方向均按图中箭头所示方向流动。
如图1所示，焦炉1产生的荒煤气经过处理后进入焦炉煤气锅炉9内燃烧，焦炉煤气锅炉9的出汽口与所述汽轮机10连通。从焦炉碳化室(焦炉1的一部分，附图中并未示出)推出的热焦炭送入干熄炉2冷却，焦炉1的排焦口通过焦炭输送装置与干熄炉2顶部的装焦口连通，干熄炉2内通过循环气体对焦炭进行冷却，冷却后的焦炭从干熄炉2的底部排出，而从干熄炉2出来的高温循环气体则进入干熄焦余热锅炉4进行热交换，经干熄焦余热锅炉4吸热降温后排出的低温循环气体又通过循环风机6加压并送回至干熄炉2，继续用于冷却干熄炉2内的热焦炭，形成一个循环冷却过程。干熄焦余热锅炉4可以将循环气体从900℃左右降温至150℃左右。
干熄焦余热锅炉4的出汽口也与所述汽轮机10连通，干熄焦余热锅炉4产生的过热蒸汽和焦炉煤气锅炉9产生的过热蒸汽共同用于驱动汽轮机10做功，汽轮机10与发电机11同轴相连，带动发电机11旋转发电。
在一个可选实施例中，在焦炉煤气锅炉9内设置有煤气锅炉过热器901，汽轮机10具有高压缸1001、中压缸1002和低压缸1003，干熄焦余热锅炉4中设置有第二过热器401。焦炉煤气锅炉过热器901出来的过热蒸汽，作为主蒸汽进入汽轮机10的高压缸1001内，驱动汽轮机10做功。高压缸1001的排汽口与干熄焦余热锅炉4的第二过热器401的进汽口连通，该第二过热器401的出汽口与汽轮机的中压缸1002的进汽口连通，中压缸1002的出汽口与低压缸1003顺次连通。
焦炉煤气燃烧释放的化学能与干熄炉内焦炭释放的显热均用于产生蒸汽并共同驱动汽轮机做功，并且，高压缸排出的蒸汽送入干熄焦余热锅炉的第二过热器进行二次过热(再热)处理后再进入中压缸，不仅提高了整个系统的热效率，而且提高了汽轮机末级叶片的干度，改善了汽轮机低压缸末级叶片的工作条件，提高了汽轮机的运行安全性和稳定性。省去了一套汽轮发电机组及配套辅助设施，工程占地面积和建设总成本均大幅降低。
在一个可选实施例中，焦炉1产生的荒煤气先进入煤气净化系统7进行净化处理，去除荒煤气中的杂质并进行冷却降温，经过处理的焦炉煤气再进入焦炉煤气柜8进行缓存，然后再送至焦炉煤气锅炉，具体地说，是焦炉1的上升管101依次与煤气净化系统7、焦炉煤气柜8相连，而焦炉煤气柜8通过煤气管道与所述焦炉煤气锅炉9的燃烧器(未示出)进口相连。
在一个可选实施例中，还具有第一锅筒15、第二锅筒17、第一给水泵15，所述第二锅筒的压力比第一锅筒的压力高。在干熄焦余热锅炉4中还设置有第一过热器402、第二省煤器404，第二过热器401的温度比第一过热器402的温度高。所述第一锅筒15的第一出水口151通过第一给水泵16经所述第二省煤器404向第二锅筒17供水。所述第二锅筒17的出汽口与所述第一过热器402的进汽口连通，所述第一过热器402的出汽口与所述第二过热器401的进汽口连通。所述第二过热器401既作为干熄焦余热锅炉4高压段蒸汽的第二级过热器，又作为高压缸1001排汽的再热器。
在一个可选实施例中，在干熄焦余热锅炉4中还设置有第一省煤器406，第一锅筒15上设置有除氧头14，即第一锅筒15兼具有除氧水箱的作用。所述第二省煤器404的压力比第一省煤器406的压力高。所述汽轮机10的低压缸1003的排汽口与凝汽器12、凝结水泵13、所述干熄焦余热锅炉4中的第一省煤器406、除氧头14的进水口沿着汽水流程顺次连通。具体地说，汽轮机低压缸1003的排汽进入凝汽器进行冷凝，凝汽器12热井中的凝结水通过凝结水泵13进行加压并送至干熄焦余热锅炉4中的第一省煤器406中预热，然后进入除氧头14。
在一个可选实施例中，干熄焦余热锅炉中还设置有第一蒸发器405、第二蒸发器403，所述第二蒸发器403比第一蒸发器405的压力高，第一锅筒15通过第一下降管153与所述第一蒸发器405的进水口连通，所述第一蒸发器405的出汽口通过第一上升管154与所述第一锅筒15的上升管口连通，形成自然循环回路。第一蒸发器405产生的汽水混合物在第一锅筒15内进行汽水分离，产生的饱和蒸汽进入除氧头14，对第一省煤器406来的凝结水进行热力除氧。除氧后的水落入设置在除氧头14下方的第一锅筒15内。
所述第二锅筒17通过第二下降管171与所述第二蒸发器403的进水口连通，所述第二蒸发器403的出汽口通过第二上升管172与所述第二锅筒17的上升管口连通，形成自然循环回路。第二蒸发器403产生的汽水混合物在第二锅筒内进行汽水分离，产生的饱和蒸汽依次进入第一过热器402和第二过热器401进行两级过热。
在一个可选实施例中，综合发电系统还具有第二给水泵18和给水加热器19，所述焦炉煤气锅炉内还设置有煤气锅炉省煤器。汽轮机10的中压缸1002通过回热抽汽口与给水加热器19的加热蒸汽进口相连，第一锅筒15的第二出水口152经第二给水泵18和给水加热器19向所述焦炉煤气锅炉9的煤气锅炉省煤器902供水，给水加热器19利用汽轮机的回热抽汽对给水进行预热。
在一个可选实施例中，干熄炉2出来的高温循环气体还经过一次除尘器3分离粗颗粒焦粉后，进入干熄焦余热锅炉4进行热交换，余热锅炉吸热降温后排出的低温循环气体经过二次除尘器5进一步分离细颗粒焦粉后，通过循环风机6加压然后送回至干熄炉底部进风口。
在一个可选实施例中，在干熄焦余热锅炉4中，第二过热器、第一过热器、第二蒸发器、第二省煤器、第一蒸发器、第一省煤器烟气流程顺次布置，能够充分利用烟气余热，保证干熄焦余热锅炉4的高热效率。
在一个可选实施例中，所述除氧头上设置有辅助加热蒸汽接口，与外界辅助汽源连通，该辅助气源可以作为整套综合发电系统的启动蒸汽或者作为干熄焦余热锅炉故障时的备用汽源。
综上所述，本发明的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统具有以下有益效果：
1)优化了常规焦炉煤气发电和干熄焦余热发电并存的模式，省去了一套汽轮发电机组及配套辅助设施，工程占地面积和建设总成本均大幅降低；
2)对焦炉煤气发电机组和干熄焦余热利用机组的蒸汽系统、给水系统和除氧系统进行高度耦合集成，在不影响机组整体热经济性的条件下简化了机组回热系统，相当于省去了一套常规焦炉煤气发电机组单独配置的低压回热系统和除氧系统，使得整体热力系统更为简洁，工程占地面积和建设总成本均大幅降低；
3)将干熄焦余热锅炉的高温段过热器分为第二过热器和第一过热器，将第二过热器兼做汽轮机高压缸排汽的再热器，与常规的独立设置的焦炉煤气锅炉和干熄焦余热锅炉热力系统相比，没有增设任何换热面，却实现了蒸汽的再热，不仅提高了系统的整体热效率，而且提高了汽轮机末级叶片的干度，改善了汽轮机低压缸末级叶片的工作条件，提高了汽轮机的运行安全性和稳定性。
4)本发明的热力系统是基于热力学第二定律下的优化设计，整套换热系统均根据烟气热源的品质和换热介质(汽水)的品位高低进行匹配，高温热源用于加热高品位汽水，低温热源用于加热低品位汽水，不仅从“量”上保证了热能的利用，从“质”上保证了整套系统的综合换热效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，其特征在于，包括焦炉、焦炉煤气锅炉、干熄炉、干熄焦余热锅炉、汽轮机、发电机，其中，
所述焦炉的荒煤气出口与所述焦炉煤气锅炉的煤气进口连通，所述焦炉产生的荒煤气经过净化和冷却处理后进入所述焦炉煤气锅炉内燃烧，所述焦炉煤气锅炉的出汽口与所述汽轮机连通；
所述焦炉的排焦口与所述干熄炉的装焦口通过焦炭运输装置连通；
所述干熄炉的气体出口与所述干熄焦余热锅炉的进气口连通，所述干熄焦余热锅炉的排气口与干熄炉的气体进口连通，从而形成干熄炉冷却气体的循环过程；
所述干熄焦余热锅炉的出汽口与所述汽轮机连通，所述干熄焦余热锅炉与所述焦炉煤气锅炉产生的蒸汽均用于驱动所述汽轮机做功，所述汽轮机驱动所述发电机发电。
2.根据权利要求1所述的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，其中，所述焦炉煤气锅炉内设置有煤气锅炉过热器；
所述干熄焦余热锅炉中设置有第二过热器；
所述汽轮机具有高压缸、中压缸和低压缸，
其中，所述焦炉煤气锅炉的煤气锅炉过热器的出汽口与所述高压缸的进汽口连通，所述高压缸的排汽口与所述干熄焦余热锅炉的第二过热器的进汽口连通，所述第二过热器兼作所述高压缸排汽的再热器，所述干熄焦余热锅炉的第二过热器的出汽口与所述中压缸的进汽口连通，所述中压缸的排汽口与所述低压缸连通。
3.根据权利要求2所述的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，所述综合发电系统还具有第一锅筒、第二锅筒、第一给水泵，所述干熄焦余热锅炉中还具有第一过热器、第二省煤器，其中，
所述第二锅筒的压力比第一锅筒的压力高，第二过热器的温度比第一过热器的温度高；
所述第一锅筒的第一出水口通过第一给水泵依次与所述第二省煤器、所述第二锅筒的进水口连通，向所述第二省煤器供水；
所述第二锅筒的出汽口与所述第一过热器的进汽口连通，所述第一过热器的出汽口也与所述第二过热器的进汽口连通。
4.根据权利要求3所述的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，其中，所述干熄焦余热锅炉中还设置有第一省煤器，所述第一锅筒上方设置有除氧头，汽轮机的排汽口与凝汽器、凝结水泵、所述第一省煤器、所述除氧头的进水口连通，
所述第二省煤器的压力比所述第一省煤器的压力高。
5.根据权利要求4所述的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，其中，所述干熄焦余热锅炉中还设置有第一蒸发器、第二蒸发器，所述第二蒸发器比第一蒸发器的压力高，
所述第一锅筒通过第一下降管与所述第一蒸发器的进水口连通，所述第一蒸发器的出汽口通过第一上升管与所述第一锅筒的上升管口连通，形成自然循环回路；
所述第二锅筒通过第二下降管与所述第二蒸发器的进水口连通，所述第二蒸发器的出汽口通过第二上升管与所述第二锅筒的上升管口连通，形成自然循环回路。
6.根据权利要求5所述的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，其中，在干熄焦余热锅炉中，第二过热器、第一过热器、第二蒸发器、第二省煤器、第一蒸发器、第一省煤器沿烟气流程顺次布置。
7.根据权利要求2所述的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，其中，所述综合发电系统还设置有第二给水泵和给水加热器，所述焦炉煤气锅炉内还设置有煤气锅炉省煤器，所述第一锅筒的第二出水口通过所述第二给水泵依次与所述给水加热器、所述煤气锅炉省煤器的进水口连通，向所述煤气锅炉省煤器供水，所述中压缸通过回热抽汽口与所述给水加热器的加热蒸汽进口相连。
8.根据权利要求1所述的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，其中，所述综合发电系统还具有一次除尘器、二次除尘器，
所述干熄炉的气体出口通过一次除尘器与所述干熄焦余热锅炉的进气口相连，所述干熄焦余热锅炉的排气口通过二次除尘器、循环风机与干熄炉的气体进口相连，从而形成干熄炉冷却气体的循环过程。
9.根据权利要求1所述的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，其中，所述综合发电系统还具有煤气净化系统和焦炉煤气柜，所述焦炉产生的煤气经煤气净化系统净化后进入焦炉煤气柜缓存，再进入焦炉煤气锅炉的燃烧器。
10.根据权利要求4所述的焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，其中，所述除氧头上设置有辅助加热蒸汽接口，与外界辅助汽源连通。
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