CN107014217B - 焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统及其处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统及其处理方法，焦炉的荒煤气出口通过管道与煤气处理装置相连，煤气处理装置的煤气出口通过管道与焦炉煤气锅炉连通；焦炉的烟气出口通过焦炉废气烟道一与烟囱连通，焦炉的烟气出口还通过焦炉废气烟道二与焦炉煤气锅炉的高温烟道连通；以及焦炉煤气锅炉的高温烟道通过管道依次与脱硝装置、余热回收烟道、引风机、脱硫装置以及烟囱连通；本发明还提供利用此系统处理烟气的方法。本发明在高效利用焦炉煤气的同时又有效控制了SO2和NOX的排放，并克服焦炉烟道气的几大处理难点，保证了焦炉的安全运行。

Description

焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统及其处理方法
技术领域
本发明涉及焦化行业节能减排技术领域，更为具体地，涉及一种焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统及其处理方法。
背景技术
在焦化厂炼焦过程中，产生了大量的副产焦炉煤气，除去焦炉自身加热消耗掉部分煤气外，仍有大量富余，如何将这部分焦炉煤气高效利用，是焦化厂相关技术人员比较关心的问题。
另一方面，由于焦炉煤气热值高，燃烧温度高，且含有H2S等成分，导致焦炉煤气燃烧后的烟气中含有大量的NOX和SO2。近年来，随着雾霾情况不断加重和空气质量不断恶化，国家对大气污染物排放指标的控制越来越严，相关规范也明确了焦化行业排放烟气中SO2、NOX的排放浓度指标。所以，如何控制烟气中的SO2和NOX排放量也是焦化生产必须考虑的问题。
此外，对于焦炉自身加热产生烟道气的处理，目前存在如下几个难点：(1)焦炉废气气温度较低，一般在220-280℃之间，而当前最成熟的催化还原法(SCR)脱硝催化剂的适用温度是320-400℃，焦炉烟道气的温度偏低导致使用常规SCR脱硝技术时脱硝效率低下，无法满足排放要求，为此很多焦化厂采用加热炉将焦炉烟道气加热至320℃以上再送入常规SCR脱硝装置，但是单独设置一座加热炉为加热热源又存在能源浪费，而且会增加一次投资及运行费用；(2)炼焦工艺要求焦炉烟囱必须始终保持热备状态，以保证焦炉安全生产；(3)脱硫脱硝净化后的焦炉烟道气温度必须高于烟气露点温度，且不宜低于130℃。
因此，若能设计一种焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统，在高效利用焦化厂副产物焦炉煤气的同时又能有效控制焦炉煤气燃烧产生的SO2和NOX，并克服焦炉烟道气脱硫脱硝系统的几大难点，必然能带来可观的经济收益和环境效益，具有十分重要的实用意义。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统，以解决目前焦化厂焦炉废气温度较低不宜直接进入脱硝装置中进行脱硝处理的问题。
为了实现上述目的，本发明通过以下的技术方案来实现的：
一种焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统，其特征在于，至少包括焦炉、煤气处理装置、焦炉煤气锅炉、焦炉废气烟道一、焦炉废气烟道二、脱硝装置、余热回收烟道、引风机、脱硫装置以及烟囱，
焦炉的荒煤气出口通过管道与所述煤气处理装置相连；
煤气处理装置的煤气出口通过管道与焦炉煤气锅炉连通；
焦炉的烟气出口通过所述焦炉废气烟道一与所述烟囱连通，所述焦炉的烟气出口还通过所述焦炉废气烟道二与焦炉煤气锅炉的高温烟道连通以将焦炉废气混入焦炉煤气锅炉的高温烟道中；以及
所述焦炉煤气锅炉的高温烟道通过管道依次与所述脱硝装置、所述余热回收烟道、所述引风机、所述脱硫装置以及所述烟囱连通。
优选的是，所述焦炉煤气锅炉的高温烟道中设置有高温段省煤器，所述焦炉煤气锅炉的高温烟道上还设置有旁路烟道，所述旁路烟道的烟气进口位于所述高温段省煤器的烟气侧上游，所述焦炉煤气锅炉的高温烟道还通过所述旁路烟道与所述焦炉废气烟道二连通。
优选的是，所述旁路烟道上设置有烟气调节阀。
优选的是，所述煤气处理装置和所述焦炉煤气锅炉之间的管路上还设置有焦炉煤气柜，焦炉煤气柜的煤气出口通过管道分别与焦炉煤气锅炉的煤气进口和焦炉的加热煤气进口连通。
优选的是，还包括烟气加热器，烟气加热器的烟道进口与所述脱硫装置连通，烟气加热器的烟道出口与所述烟囱连通。
优选的是，所述余热回收烟道中设置有低温段省煤器、闭式循环水加热器以及空气预热器；
低温段省煤器的进水口与外部锅炉的给水接口相连，焦炉煤气锅炉低温省煤器的出水口与所述焦炉煤气锅炉的高温烟道中高温段省煤器的进水口相连；
所述闭式循环水加热器与所述烟气加热器之间通过管道连接形成闭式循环，所述闭式循环水加热器的循环水进、出口分别与所述烟气加热器的循环水出、进口相连，形成的闭式循环管路上还设置有循环水泵；
所述空气预热器的出风口与所述焦炉煤气锅炉的燃烧器相连。
优选的是，所述焦炉废气烟道一和所述焦炉废气烟道二上均设置有阀门，所述焦炉废气烟道二上还设置有除尘器。
本发明还有一个目的是提供一种焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统的处理方法，包括如下步骤：
S1：所述焦炉产生的荒煤气进入所述煤气处理装置进行降温和净化处理，从所述煤气处理装置出来的焦炉煤气送入所述焦炉煤气锅炉作为所述焦炉煤气锅炉的主燃料；
S2：焦炉产生的焦炉废气通过所述焦炉废气烟道二送入所述焦炉煤气锅炉的高温烟道中；
S3：所述焦炉煤气锅炉高温烟道中的锅炉烟气与所述焦炉废气烟道二中的焦炉废气进行混合，以提高焦炉废气烟道二中的焦炉废气温度；
S4：混合后的烟气先进入所述脱硝装置进行脱硝，然后在所述余热回收烟道中进行换热降温，再通过所述引风机升压后进入至所述脱硫装置进行脱硫处理，最后从所述烟囱中排出。
优选的是，所述脱硝装置采用选择性催化还原法烟气脱硝工艺，进入脱硝装置的混合废气温度控制在320-400℃，所述脱硫装置采用半干法烟气脱硫工艺。
优选的是，进入所述烟囱的废气温度控制在120-140℃。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明将焦炉废气烟道二与焦炉煤气锅炉的高温烟道进行连通，这样可以将温度较高的锅炉烟气与温度较低的焦炉废气进行混合，混合后的烟气温度可以控制在脱硝工艺要求的温度范围内，这样混合后的烟气就可以直接进入脱硝装置，无需另行设置辅助加热炉对低温焦炉废气进行加热就可以满足SCR法脱硝的要求，从而降低建设成本且减小占地和空间；
(2)焦炉煤气锅炉的高温烟道上设置有旁路烟道，该旁路烟道的烟气进口位于高温段省煤器烟气侧上游的高温烟道上，并在旁路烟道上设置烟气调节阀，通过调节旁路烟道内的高温烟气流量来控制混合烟气温度，进而使得脱硝反应处于最佳温度，实现高效脱硝；
(3)将焦炉炼焦产生的焦炉煤气一部分用于自身加热，另一部分用于焦炉煤气锅炉产生蒸汽并拖动汽轮机发电，实现了焦炉煤气的就地完全利用；同时，将焦炉烟道产生的焦炉废气混入焦炉煤气锅炉的高温烟道中然后将混合的两股废气共同完成烟气脱硫和脱硝净化处理，与焦炉煤气锅炉烟气和焦炉烟道气分别通过两套独立的系统进行烟气处理相比，大大减小了工程投资和占地面积；
(4)利用脱硫装置前的烟气热量来加热脱硫装置后的烟气，通过烟气系统的自身换热实现了脱硫装置后烟气温度的提升，相当于无需外来热源的消耗却使得焦炉烟道气排放烟囱长期处于安全热备状态；
(5)本发明对脱硝装置后的中温烟气进行深度余热利用，将烟气显热用于焦炉煤气锅炉的给水预热、空气预热以及脱硫后净化烟气的加热，本余热回收烟道的设计充分考虑了烟气温度高和废气量大(焦炉煤气锅炉产生锅炉烟气和焦炉产生的焦炉废气的总和)的特点，如果按照常规锅炉中单纯通过预热空气的方式无法将近乎双倍流量的烟气温度降低200℃左右，因此本发明在余热回收烟道中设置三级受热面，即设置锅炉给水预热、空气预热以及脱硫后废气的加热来吸收废气热能，不仅高效利用了废气余热，又使得废气温度降低至脱硫系统要求条件从而满足脱硫要求；此外，所有受热面的设置均基于从热力学第二定律，通过换热系统的能级匹配实现了废气热能的梯级高效利用。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为本发明一种实施例的结构流程示意图。
图1中：焦炉1，煤气处理装置2，焦炉煤气柜3，焦炉煤气锅炉4，焦炉废气烟道一5，焦炉废气烟道二6，脱硝装置7，余热回收烟道8，低温段省煤器80，闭式循环水加热器81，空气预热器82，引风机9，脱硫装置10，烟囱11，高温段省煤器12，旁路烟道13，烟气调节阀130，除尘器14，烟气加热器15，循环水泵16。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
见图1，一种焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统，至少包括焦炉1、煤气处理装置2、焦炉煤气锅炉4、焦炉废气烟道一5、焦炉废气烟道二6、脱硝装置7、余热回收烟道8、引风机9、脱硫装置10以及烟囱11，
焦炉1的荒煤气出口通过管道与煤气处理装置2相连；
煤气处理装置2的煤气出口通过管道与焦炉煤气锅炉4连通；
焦炉1的烟气出口通过焦炉废气烟道一5与烟囱11连通，焦炉1的烟气出口还通过焦炉废气烟道二6与焦炉煤气锅炉4的高温烟道连通以将焦炉1烟道废气混入焦炉煤气锅炉4的尾部烟道中；以及
焦炉煤气锅炉4的高温烟道通过管道依次与脱硝装置7、余热回收烟道8、引风机9、脱硫装置10以及烟囱11连通。
在上述技术方案中，焦炉1中产生的荒煤气通过管道进入煤气处理装置2进行降温和净化处理，经过煤气处理装置2处理后的焦炉煤气被送入焦炉煤气锅炉4作为焦炉煤气锅炉4的主燃料。焦炉1产生的废气通过焦炉废气烟道二6送入焦炉煤气锅炉4的高温烟道中。焦炉煤气锅炉4的高温烟道中的烟气温度高，超过脱硝装置7的脱硝温度要求，而焦炉废气的温度则偏低，一般在220-280℃之间，无法满足常规SCR脱硝法的温度要求，将高温的锅炉烟气和低温的焦炉废气进行混合，使得混合后的废气温度不低于320℃，达到脱硝工序的工艺要求，烟气可以直接送入脱硝装置7中进行脱硝反应，与传统方法相比，无需另行设置辅助加热炉对焦炉废气进行加热就可以满足SCR脱硝的要求。脱硝后的烟气先进入余热回收烟道8中，由于脱硝后的烟气温度仍然较高，故设置余热回收烟道8对烟气热量进行回收。烟气在余热回收烟道8中放热降温以达到下游脱硫工艺所需的较佳温度，余热烟气回收烟道8出来的烟气进入引风机9，通过引风机9升压后进入脱硫装置10中进行脱硫处理，最后再从烟囱11中排出。
在另一种技术方案中，焦炉煤气锅炉4的高温烟道中设置有高温段省煤器12，焦炉煤气锅炉4的高温烟道上还设置有旁路烟道13，旁路烟道13的烟气进口位于高温段省煤器12的烟气侧上游，焦炉煤气锅炉的高温烟道通过旁路烟道13与焦炉废气烟道二6连通，焦炉废气烟道二6与焦炉煤气锅炉4的高温烟道的连接点设置在脱硝装置7的烟气侧上游，这样先将旁路烟道13中的高温烟气与焦炉废气烟道二6的焦炉废气混合，初步提高焦炉废气的温度，再与高温段省煤器12出口的锅炉烟气混合然后一同进入脱硝装置。
在另一种技术方案中，旁路烟道13上设置有烟气调节阀130。烟气调节阀130用于控制旁路烟道13中的高温烟气流量以调节脱硝装置7前的混合烟气温度，将脱硝装置7前的混合废气温度控制在350℃左右，以保证脱硝装置7的高效运行。
在另一种技术方案中，所述煤气处理装置和所述焦炉煤气锅炉之间的管路上还设置有焦炉煤气柜3，焦炉煤气柜3的煤气出口通过管道分别与焦炉煤气锅炉4的煤气进口和焦炉1的加热煤气进口连通。焦炉煤气柜可以将煤气进行缓存，减弱煤气产量和成分波动对后续用户的不利影响，在焦炉煤气柜3中缓存的煤气一部分被送入焦炉煤气锅炉4中作为焦炉煤气锅炉4的主燃料，另一部分被送入焦炉1中作为焦炉1的加热燃料，这样可以实现焦炉副产煤气的就地完全利用。
在另一种技术方案中，还包括烟气加热器15，烟气加热器15的进气口与脱硫装置10连通，烟气加热器15的出气口与烟囱11连通。由于经过脱硫处理后的烟气温度约为90-110℃，而烟气排放烟囱11要求的热备温度一般为130℃，因此在脱硫装置10的出口烟道上设置烟气加热器15，将脱硫后的烟气加热至130℃左右再送往烟囱11，最后通过烟囱11排向大气。
在另一种技术方案中，余热回收烟道8中设置有低温段省煤器80、闭式循环水加热器81以及空气预热器82；
低温段省煤器80的进水口与外部锅炉的给水接口相连，低温段省煤器80的出水口与焦炉煤气锅炉4的高温烟道中高温段省煤器12的进水口相连；
闭式循环水加热器81与烟气加热器15之间通过管道连接形成闭式循环，闭式循环水加热器81的循环水进、出口分别与烟气加热器15的循环水出、进口相连，形成的闭式循环管路上还设置有循环水泵16，以克服闭式循环管路上的阻力；
空气预热器82的出风口与焦炉煤气锅炉4的燃烧器相连。
在上述技术方案中，低温段省煤器80用于对经过除氧后的锅炉给水进行预热，在低温段省煤器80中经过预热后的给水被送至位于焦炉煤气锅炉4的尾部烟道中的高温段省煤器12；闭式循环水加热器81与脱硫装置10的出口烟道上设置的烟气加热器15之间通过管道连接形成闭式循环，闭式循环水加热器81的循环水进、出口分别与烟气加热器15的循环水出、进口相连，将余热回收烟道8中的热量转移至烟气加热器15中，以加热脱硫后的烟气；循环水泵16的设置可以克服闭式循环管路上的阻力；空气预热器82则用于将冷空气预热至焦炉煤气锅炉设计风温。这种设计方案可以对脱硝装置7后的中温烟气余热进行深度回收利用，将烟气显热用于焦炉煤气锅炉的给水预热、空气预热以及脱硫后净化废气的加热。本余热回收烟道8的设计充分考虑了烟气温度高和烟气量大(焦炉煤气锅炉产生的锅炉烟气和焦炉产生的焦炉废气的总和)的特点，如果按照常规锅炉中单纯通过预热空气的方式无法将近乎双倍流量的烟气温度降低200℃左右，因此本发明在余热回收烟道中设置三级受热面，即设置锅炉给水预热、空气预热以及脱硫后烟气的加热来吸收烟气热能，不仅高效利用了烟气余热，又使得烟气温度降低至脱硫系统要求条件从而满足脱硫要求；此外，所有受热面的设置均基于从热力学第二定律，通过换热系统的能级匹配实现了烟气热能的梯级高效利用。
在另一种技术方案中，焦炉废气烟道一5和焦炉废气烟道二6上均设置有阀门，正常情况下焦炉废气烟道一5上的阀门关闭，焦炉废气烟道二6上的阀门开启，焦炉出来的废气从焦炉废气烟道二6进入焦炉煤气锅炉4的高温烟道中；系统出现异常情况时，焦炉废气烟道二6上的阀门关闭，焦炉废气烟道一5上的阀门开启，焦炉废气不再进入焦炉煤气锅炉4的高温烟道并不进行脱硝和脱硫处理，而是直接从烟囱11排出。焦炉废气烟道二6上还设置有除尘器14，以对焦炉废气烟道二6中的焦炉废气进行除尘处理，防止影响下游工序的效果。
本发明还提供一种焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统的处理方法，包括如下步骤：
S1：焦炉1产生的荒煤气进入煤气处理装置2进行降温和净化处理，从煤气处理装置2出来的焦炉煤气被送入焦炉煤气锅炉4作为焦炉煤气锅炉4的主燃料；
S2：焦炉1产生的焦炉废气通过焦炉废气烟道二6送入焦炉煤气锅炉4的高温烟道中；
S3：焦炉煤气锅炉4的高温烟道中的高温烟气与焦炉废气烟道二6中的焦炉废气进行混合，以提高焦炉废气烟道二6中的焦炉废气温度；
S4：混合后的烟气先进入脱硝装置7进行脱硝，然后在余热回收烟道8中进行热量回收从而降温，再通过引风机9升压后进入脱硫装置10进行脱硫处理，最后从烟囱11中排出。
在上述技术方案中，焦炉1中产生的荒煤气通过煤气管道进入煤气处理装置2进行降温和净化处理，经过煤气处理装置2处理的焦炉煤气被送入焦炉煤气锅炉4作为焦炉煤气锅炉的主燃料。焦炉1产生的焦炉废气通过焦炉废气烟道二6送入焦炉煤气锅炉4的高温烟道中，焦炉废气与锅炉烟气混合后温度提高至脱硝装置7的工艺要求温度，然后进入脱硝装置7中进行脱硝处理。脱硝后的烟气先进入余热回收烟道8中进行热量回收，在余热回收烟道8中放热降温至130-150℃以达到下游脱硫工艺所需的较佳温度，然后进入引风机9，通过引风机9升压后进入脱硫装置10中进行脱硫处理，最后从烟囱11中排出。
在另一种技术方案中，脱硝装置7采用选择性催化还原法烟气脱硝工艺，进入脱硝装置的混合废气温度控制在320-400℃，脱硫装置10采用半干法烟气脱硫工艺。SCR脱硝催化剂的活性温度是320-400℃，混合烟气温度控制在此温度范围可以使得脱硝反应处于高效区间，从而保证混合烟气中的氮氧化物在脱硝装置7中得到高效脱除。
在另一种技术方案中，进入烟囱11的废气温度控制在120-140℃。炼焦工艺要求焦炉烟囱11必须始终保持热备状态，以保证焦炉安全生产，烟气排放烟囱要求的热备温度一般为120-140℃，因此将进入烟囱11的烟气温度控制在120-140℃，以满足焦炉的运行要求。
如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (6)

1.一种焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统，其特征在于，至少包括焦炉、煤气处理装置、焦炉煤气锅炉、焦炉废气烟道一、焦炉废气烟道二、脱硝装置、余热回收烟道、引风机、脱硫装置以及烟囱，焦炉的荒煤气出口通过管道与所述煤气处理装置相连；煤气处理装置的煤气出口通过管道与焦炉煤气锅炉连通；
焦炉的烟气出口通过所述焦炉废气烟道一与所述烟囱连通，所述焦炉的烟气出口还通过所述焦炉废气烟道二与焦炉煤气锅炉的高温烟道连通以将焦炉废气混入所述焦炉煤气锅炉的高温烟道中；以及所述焦炉煤气锅炉的高温烟道通过管道依次与所述脱硝装置、所述余热回收烟道、所述引风机、所述脱硫装置以及所述烟囱连通，
所述焦炉煤气锅炉的高温烟道中设置有高温段省煤器，所述焦炉煤气锅炉的高温烟道上还设置有旁路烟道，所述旁路烟道的烟气进口位于所述高温段省煤器的烟气侧上游，所述焦炉煤气锅炉的高温烟道还通过旁路烟道与所述焦炉废气烟道二连通，
所述旁路烟道上设置有烟气调节阀，
还包括烟气加热器，烟气加热器的烟气进口与所述脱硫装置连通，烟气加热器的烟气出口与所述烟囱连通，
所述余热回收烟道中设置有低温段省煤器、闭式循环水加热器以及空气预热器；低温段省煤器的进水口与外部的锅炉给水接口相连，低温段省煤器的出水口与所述焦炉煤气锅炉的高温烟道中高温段省煤器的进水口相连；
所述闭式循环水加热器与所述烟气加热器之间通过管道连接形成闭式循环，所述闭式循环水加热器的循环水进、出口分别与所述烟气加热器的循环水出、进口相连，形成的闭式循环管路上还设置有循环水泵；
空气预热器的出风口与所述焦炉煤气锅炉的燃烧器连通。
2.如权利要求1所述的焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统，其特征在于，所述煤气处理装置和所述焦炉煤气锅炉之间的管路上还设置有焦炉煤气柜，焦炉煤气柜的煤气出口通过管道分别与焦炉煤气锅炉的煤气进口和焦炉的加热煤气进口连通。
3.如权利要求1所述的焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统，其特征在于，所述焦炉废气烟道一和所述焦炉废气烟道二上均设置有阀门，所述焦炉废气烟道二上还设置有除尘器。
4.一种如权利要求1-3中任意一项所述的焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：所述焦炉产生的荒煤气进入所述煤气处理装置进行降温和净化处理，从所述煤气处理装置出来的焦炉煤气被送入所述焦炉煤气锅炉中作为所述焦炉煤气锅炉的主燃料；
S2：焦炉产生的焦炉废气通过所述焦炉废气烟道二送入所述焦炉煤气锅炉的高温烟道中；
S3：所述焦炉煤气锅炉高温烟道中的锅炉烟气与所述焦炉废气烟道二中的焦炉废气进行混合，以提高焦炉废气烟道二中的焦炉废气温度；
S4：混合后的烟气先进入所述脱硝装置进行脱硝，然后在所述余热回收烟道中进行换热降温，再通过所述引风机升压后进入所述脱硫装置进行脱硫处理，最后从所述烟囱中排出。
5.如权利要求4所述的焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统的处理方法，其特征在于，所述脱硝装置采用选择性催化还原法烟气脱硝工艺，进入脱硝装置的混合废气温度控制在320-400℃，所述脱硫装置采用半干法烟气脱硫工艺。
6.如权利要求4所述的焦化厂焦炉煤气利用与烟气处理系统的处理方法，其特征在于，进入所述烟囱的废气温度控制在120-140℃。
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