CN109464896B - 一种焦炉除硫余热回收装置及方法 - Google Patents

一种焦炉除硫余热回收装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种焦炉除硫余热回收装置，包括余热回收装置(1)、除硫装置(2)、汽包(3)、第一辅助加热器(4)、汽轮机(5)、换热器(6)、工质泵(7)、第一除硫液泵(9)、除硫液池(10)、第二除硫液泵(11)、第二辅助加热器(12)。本发明还提供了一种焦炉除硫余热回收方法，利用上述的装置。该焦炉除硫余热回收装置在回收余热时将余热分品级利用，将高品级的烟气余热回收用于汽轮机发电或做功，将低品级的烟气余热用于加热除硫液，从而大大提高了余热利用效率和效果。

Description

一种焦炉除硫余热回收装置及方法
技术领域
本发明属于焦炉设备领域，特别涉及一种焦炉除硫余热回收装置及方法。
背景技术
近年来北方多地尤其是京津冀地区经常出现的重度雾霾天气，这种愈演愈烈的大气污染已经受到了国家和全社会的广泛关注，有效治理大气污染已经成为各界的共识和期待。十二五至十三五期间，我国出台和修改了大量的现行环保法规，使得各领域大气污染排放标准都日趋严格。在这种大背景之下，之前基本处在无序排放状态的焦化行业也受到了特别多的关注。环保部在2012年颁布了新的《炼焦化学工业污染排放标准》 (GB16171-2012)，新标准中规定，从2015年1月1日起，所有企业均应当按照新的大气排放标准执行。这就要求各焦化企业建设新的除硫脱硝设施以保证烟气的达标排放。
目前，国内焦炉烟气的除硫脱硝处理尚处在起步阶段，绝大多数焦化厂、钢厂的焦炉烟气仍然不经处理直接排放到大气中。这样的做法严重影响了当地的大气环境，给人们的健康也带来很大的隐患。随着更严格的焦炉烟气排放标准GB16171-2012的出台，焦炉烟气的除硫、脱硝将成为国内所有焦化生产厂的必备工艺。可以预见，未来烟气的排放标准会向更严格的国际环保标准靠拢，以适应国际化的节能环保趋势。所以，必须有一种可靠的系统及工艺来实现焦炉烟气的除硫脱硝及余热回收的目的。
焦炉能对煤炭做高温干馏处理，将其高效地转换为焦炭、焦炉煤气、煤焦油、粗苯等产物，是高效的能量转换窑炉。在焦炉支出热中，650℃-700℃荒煤气的带出热约占36％，具有极高的回收利用价值。目前，通常采用降温处理工艺来实现荒煤气的工业应用，传统工艺为：向高温荒煤气喷洒大量70℃-75℃循环氨水使其降温，实现余热回收，然而，这会导致高温荒煤气带出热因循环氨水的大量蒸发而浪费。
在20世纪80年代，日本大部分焦化厂曾将导热油用于上升管回收荒煤气带出热：他们将上升管做成夹套管，导热油通过夹套管与高温荒煤气间接换热，被加热的高温导热油可用于多种用途，例如蒸氨、蒸馏煤焦油、干燥入炉煤等等。后来，我国济钢曾在五孔上升管进行了类似的试验；我国武钢、马钢、鞍钢、涟钢、北京焦化厂、沈阳煤气二厂、本钢一铁、平顶山焦化厂等多家企业曾在上升管采用水汽化冷却技术回收这部分热量；此外，也有企业采用以氮气为介质、与高温荒煤气间接换热的方法。
现有焦炉上升管荒煤气余热回收取热装置的结构，总体分内、中、外三层基本结构。内层为耐高温、耐腐蚀的合金钢材质的圆筒，荒煤气在圆筒内自下而上流过。中间为核心传热层，具有高导热能力的、一定厚度的耐高温固体介质层紧密附着于内筒的外壁，传热管穿过固体介质层，且与该固体介质层紧密接触，传热管内流过的为取热介质，其在流动过程中吸收了内筒内荒煤气的放热量，在自下而上的流动过程中温度升高。传热管或螺旋上升盘旋在该固体介质内，或自下而上直立布置于该固体介质层，固体介质层需覆盖整个传热管的外表面；外层为保温保护层，金属材质筒体，内壁面上贴有保温材料，对内筒和中间核心传热层起到保温和保护的作用，减少热损失，不受冲击。
然而，现有现有焦炉上升管荒煤气余热回收取热装置或多或少存在以下问题：传热过程的结构设计不合理、循环不够通畅、换热效率低、荒煤气侧壁面焦油粘结导致堵塞荒煤气通道、导热油结焦堵塞导热油通道、易被介质等腐蚀或不能有效解决开停车和运行过程的热胀冷缩问题,这使得以上方法或者难以成功实施，或者难以实现令人满意的效果。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种焦炉除硫余热回收装置及方法。
技术方案：本发明提供的一种焦炉除硫余热回收装置，包括余热回收装置(1)、除硫装置(2)、汽包(3)、第一辅助加热器(4)、汽轮机(5)、换热器(6)、工质泵(7)、第一除硫液泵(9)、除硫液池(10)、第二除硫液泵(11)、第二辅助加热器(12)；所述余热回收装置(1)包括烟气管道(21)和工质管道(25)，所述汽包(3)包括工质进口管道、液相出口管道和气相出口管道，所述换热器 (6)包括工质管道和除硫液管道；所述余热回收装置(1)的烟气管道(21)与除硫装置(2)的中部连接；所述余热回收装置(1)的工质管道与汽包(3)的工质进口管道连接，所述汽包(3)的气相出口管道、第一辅助加热器(4)、汽轮机(5)依次连接，所述汽包(3)的液相出口管道与所述换热器(6)的工质管道连接，所述汽轮机(5)的工质出口与换热器(6)的工质管道连接后再与工质泵(7)、余热回收装置(1)的工质管道依次连接，形成余热回收利用回路；所述除硫装置(2)底部为浆液罐(8)、顶部设有除硫液喷头(13)，所述浆液罐(8)底部与第一除硫液泵(9)连接，所述除硫液池(10)与第二除硫液泵(11) 连接，第一除硫液泵(9)出液口与第二除硫液泵(11)出液口分别与换热器(6) 的除硫液管道、第二辅助加热器(12)、除硫液喷头(13)依次连接。
作为改进，所述余热回收装置(1)包括烟气管道(21)和工质管道(25)，所述烟气管道(21)的侧壁自外而内依次包括外筒壁(22)、保温层(23)、固体介质层(24)、内筒壁(26)，所述工质管道(25)呈螺旋形设置于固体介质层(24) 内，所述内筒壁(26)内设有一组翅片(27)，所述烟气管道(21)内设有一组扰流环(28)，所述外筒壁(22)的中部设有膨胀节(29)。
作为改进，所述除硫液池(10)内设有除硫剂悬浊液。
作为改进，所述除硫剂包括以下重量份的组份：氧化铝20-30份，氧化镁10-20 份，凹凸棒石20-30份，活性炭10-20份，沸石分子筛4-10份，二氧化硅微粉4-10 份，过氧化钙10-20份，羟甲基纤维素钠4-10份，乙酸钙6-12份。
作为改进，所述除硫剂包括以下重量份的组份：氧化铝24-26份，氧化镁14-16 份，凹凸棒石24-26份，活性炭14-16份，沸石分子筛6-8份，二氧化硅微粉6-8 份，过氧化钙14-16份，羟甲基纤维素钠6-8份，乙酸钙8-10份。
作为改进，所述除硫剂包括以下重量份的组份：氧化铝25份，氧化镁15份，凹凸棒石25份，活性炭15份，沸石分子筛7份，二氧化硅微粉7份，过氧化钙 15份，羟甲基纤维素钠7份，乙酸钙9份。
本发明还提供了一种焦炉除硫余热回收方法，利用上述的装置，包括以下步骤：
(1)利用第二除硫液泵(11)将除硫液池(10)内的除硫剂悬浊液泵入换热器(6)的除硫液管道内，再泵入第二辅助加热器(12)内加热，再泵入除硫液喷头(13)内喷出；
(2)向余热回收装置(1)的烟气管道(21)内通入烟气，烟气在余热回收装置(1)内与余热回收装置(1)的工质管道内的工质换热，从而回收烟气余热；
(3)烟气继续通入除硫装置(2)内，在除硫装置(2)内与除硫液喷头(13) 内喷出的除硫剂悬浮液反应，实现除硫；
(4)余热回收装置(1)的工质管道内的工质被加热后，进入汽包(3)内，高温的气体进入第一辅助加热器(4)内，温度不足时开启第一辅助加热器(4)，温度足够时关闭第一辅助加热器(4)，高温的气体再进入汽轮机(5)内做功，形成乏汽或液体；稍低温的液体进入换热器(6)的工质管道内与换热器(6)的除硫液管道内的除硫剂悬浮液换热，对除硫剂悬浮液加热，当加热的温度足够时，关闭第二辅助加热器(12)；换热后的乏汽或液体经工质泵(7)泵入余热回收装置(1)的工质管道内。
有益效果：本发明提供的焦炉除硫余热回收装置在回收余热时将余热分品级利用，将高品级的烟气余热回收用于汽轮机发电或做功，将低品级的烟气余热用于加热除硫液，从而大大提高了余热利用效率和效果。
同时，本发明方法使用特殊的除硫剂，该除硫剂原料来源丰富，成本低廉，通过物理吸附和化学除硫的方法脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物，而且经脱附后易再生可再生重复使用，大大减少吸附剂的消耗。
由于氧化钙、氧化铝、氧化镁难溶于水，脱硫效率较低；本发明的脱硫吸附剂中利用氧化铝、凹凸棒石、活性炭、沸石分子、二氧化硅微粉对烟气中二氧化硫和氮氧化物的不同吸附作用，协同工作大大提高了烟气中二氧化硫和氮氧化物的吸附率，吸附后在水中释放；同时过氧化钙一方面缓慢释放氧气使亚硫酸氧化为硫酸，另一方面生成氧化钙参与反应；硫酸盐与氧化铝、氧化镁反应形成易溶于水的硫酸铝和硫酸镁；液相中的乙酸钙使整个液相呈弱碱性，加速了反应；加入羟甲基纤维素钠，能够使各组份在液相中配合反应，如果pH过低则粘度较高，也可用于指示反应体系；剩下固体为凹凸棒石、活性炭、沸石分子、二氧化硅微粉。
附图说明
图1为焦炉除硫余热回收装置的结构示意图。
图2为余热回收装置的结构示意图。
图3为余热回收装置的局部放大图。
具体实施方式
下面对本发明作出进一步说明。
实施例1
焦炉烟气除硫剂，包括以下重量份的组份：氧化铝20份，氧化镁20份，凹凸棒石20份，活性炭20份，沸石分子筛4份，二氧化硅微粉10份，过氧化钙10 份，羟甲基纤维素钠10份，乙酸钙6份。
将该烟气除硫剂用于湿法脱硫，n(2/3Al+Mg)：S为1.2时，脱硫效率为99.1％。
实施例2
焦炉烟气除硫剂，包括以下重量份的组份：氧化铝30份，氧化镁10份，凹凸棒石30份，活性炭10份，沸石分子筛10份，二氧化硅微粉4份，过氧化钙20 份，羟甲基纤维素钠4份，乙酸钙12份。
将该烟气除硫剂用于湿法脱硫，n(2/3Al+Mg)：S为1.2时，脱硫效率为97.4％。
实施例3
焦炉烟气除硫剂包括以下重量份的组份：氧化铝24份，氧化镁16份，凹凸棒石24份，活性炭16份，沸石分子筛6份，二氧化硅微粉8份，过氧化钙14份，羟甲基纤维素钠8份，乙酸钙8份。
将该烟气除硫剂用于湿法脱硫，n(2/3Al+Mg)：S为1.2时，脱硫效率为97.6％。
实施例4
焦炉烟气除硫剂包括以下重量份的组份：氧化铝26份，氧化镁14份，凹凸棒石26份，活性炭14份，沸石分子筛8份，二氧化硅微粉6份，过氧化钙16份，羟甲基纤维素钠6份，乙酸钙10份。
将该烟气除硫剂用于湿法脱硫，n(2/3Al+Mg)：S为1.2时，脱硫效率为95.9％。
实施例5
焦炉烟气除硫剂包括以下重量份的组份：氧化铝25份，氧化镁15份，凹凸棒石25份，活性炭15份，沸石分子筛7份，二氧化硅微粉7份，过氧化钙15份，羟甲基纤维素钠7份，乙酸钙9份。
将该烟气除硫剂用于湿法脱硫，n(2/3Al+Mg)：S为1.2时，脱硫效率为95.8％。
对比例1
焦炉烟气除硫剂，包括以下重量份的组份：氧化铝20份，氧化镁20份。
将该烟气除硫剂用于湿法脱硫，n(2/3Al+Mg)：S为1.2时，脱硫效率为89.1％。
对比例2
焦炉烟气除硫剂，包括以下重量份的组份：凹凸棒石20份，活性炭20份，沸石分子筛4份，二氧化硅微粉10份。
将该烟气除硫剂用于湿法脱硫，n(2/3Al+Mg)：S为1.2时，脱硫效率为88.2％。
实施例6
焦炉除硫余热回收装置，包括余热回收装置(1)、除硫装置(2)、汽包(3)、第一辅助加热器(4)、汽轮机(5)、换热器(6)、工质泵(7)、第一除硫液泵(9)、除硫液池(10)、第二除硫液泵(11)、第二辅助加热器(12)；所述余热回收装置(1)包括烟气管道(21)和工质管道(25)，所述汽包(3)包括工质进口管道、液相出口管道和气相出口管道，所述换热器(6)包括工质管道和除硫液管道；所述余热回收装置(1)的烟气管道(21)与除硫装置(2)的中部连接；所述余热回收装置(1)的工质管道与汽包(3)的工质进口管道连接，所述汽包(3) 的气相出口管道、第一辅助加热器(4)、汽轮机(5)依次连接，所述汽包(3) 的液相出口管道与所述换热器(6)的工质管道连接，所述汽轮机(5)的工质出口与换热器(6)的工质管道连接后再与工质泵(7)、余热回收装置(1)的工质管道依次连接，形成余热回收利用回路；所述除硫装置(2)底部为浆液罐(8)、顶部设有除硫液喷头(13)，所述浆液罐(8)底部与第一除硫液泵(9)连接，所述除硫液池(10)与第二除硫液泵(11)连接，第一除硫液泵(9)出液口与第二除硫液泵(11)出液口分别与换热器(6)的除硫液管道、第二辅助加热器 (12)、除硫液喷头(13)依次连接。
所述余热回收装置(1)包括烟气管道(21)和工质管道(25)，所述烟气管道 (21)的侧壁自外而内依次包括外筒壁(22)、保温层(23)、固体介质层(24)、内筒壁(26)，所述工质管道(25)呈螺旋形设置于固体介质层(24)内，所述内筒壁(26)内设有一组翅片(27)，所述烟气管道(21)内设有一组扰流环(28)，所述外筒壁(22)的中部设有膨胀节(29)。
所述除硫液池(10)内设有实施例1至5的除硫剂悬浊液。
采用水作为余热回收工质。
利用上述装置对烟气余热回收并脱硫，包括以下步骤：
(1)利用第二除硫液泵(11)将除硫液池(10)内的除硫剂悬浊液泵入换热器(6)的除硫液管道内，再泵入第二辅助加热器(12)内加热，再泵入除硫液喷头(13)内喷出；
(2)向余热回收装置(1)的烟气管道(21)内通入烟气，烟气在余热回收装置(1)内与余热回收装置(1)的工质管道内的工质换热，从而回收烟气余热；
(3)烟气继续通入除硫装置(2)内，在除硫装置(2)内与除硫液喷头(13) 内喷出的除硫剂悬浮液反应，实现除硫；
(4)余热回收装置(1)的工质管道内的工质被加热后，进入汽包(3)内，高温的气体进入第一辅助加热器(4)内，温度不足时开启第一辅助加热器(4)，温度足够时关闭第一辅助加热器(4)，高温的气体再进入汽轮机(5)内做功，形成乏汽或液体；稍低温的液体进入换热器(6)的工质管道内与换热器(6)的除硫液管道内的除硫剂悬浮液换热，对除硫剂悬浮液加热，当加热的温度足够时，关闭第二辅助加热器(12)；换热后的乏汽或液体经工质泵(7)泵入余热回收装置(1)的工质管道内。
经处理后，烟气中99％以上的硫被脱除。

Claims (5)

1.一种焦炉除硫余热回收装置，其特征在于：包括余热回收装置（1）、除硫装置（2）、汽包（3）、第一辅助加热器（4）、汽轮机（5）、换热器（6）、工质泵（7）、第一除硫液泵（9）、除硫液池（10）、第二除硫液泵（11）、第二辅助加热器（12）；所述余热回收装置（1）包括烟气管道（21）和工质管道（25），所述汽包（3）包括工质进口管道、液相出口管道和气相出口管道，所述换热器（6）包括工质管道和除硫液管道；所述余热回收装置（1）的烟气管道（21）与除硫装置（2）的中部连接；所述余热回收装置（1）的工质管道与汽包（3）的工质进口管道连接，所述汽包（3）的气相出口管道、第一辅助加热器（4）、汽轮机（5）依次连接，所述汽包（3）的液相出口管道与所述换热器（6）的工质管道连接，所述汽轮机（5）的工质出口与换热器（6）的工质管道连接后再与工质泵（7）、余热回收装置（1）的工质管道依次连接，形成余热回收利用回路；所述除硫装置（2）底部为浆液罐（8）、顶部设有除硫液喷头（13），所述浆液罐（8）底部与第一除硫液泵（9）连接，所述除硫液池（10）与第二除硫液泵（11）连接，第一除硫液泵（9）出液口与第二除硫液泵（11）出液口分别与换热器（6）的除硫液管道、第二辅助加热器（12）、除硫液喷头（13）依次连接；
所述除硫液池（10）内设有除硫剂悬浊液；
所述除硫剂包括以下重量份的组份：氧化铝20-30份，氧化镁10-20份，凹凸棒石20-30份，活性炭10-20份，沸石分子筛4-10份，二氧化硅微粉4-10份，过氧化钙10-20份，羟甲基纤维素钠4-10份，乙酸钙6-12份。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉除硫余热回收装置，其特征在于：所述余热回收装置（1）包括烟气管道（21）和工质管道（25），所述烟气管道（21）的侧壁自外而内依次包括外筒壁（22）、保温层（23）、固体介质层（24）、内筒壁（26），所述工质管道（25）呈螺旋形设置于固体介质层（24）内，所述内筒壁（26）内设有一组翅片（27），所述烟气管道（21）内设有一组扰流环（28），所述外筒壁（22）的中部设有膨胀节（29）。
3.根据权利要求1所述的一种焦炉除硫余热回收装置，其特征在于：所述除硫剂包括以下重量份的组份：氧化铝24-26份，氧化镁14-16份，凹凸棒石24-26份，活性炭14-16份，沸石分子筛6-8份，二氧化硅微粉6-8份，过氧化钙14-16份，羟甲基纤维素钠6-8份，乙酸钙8-10份。
4.根据权利要求1所述的一种焦炉除硫余热回收装置，其特征在于：所述除硫剂包括以下重量份的组份：氧化铝25份，氧化镁15份，凹凸棒石25份，活性炭15份，沸石分子筛7份，二氧化硅微粉7份，过氧化钙15份，羟甲基纤维素钠7份，乙酸钙9份。
5.一种焦炉除硫余热回收方法，其特征在于：利用权利要求1至4任一项所述的装置，包括以下步骤：
（1）利用第二除硫液泵（11）将除硫液池（10）内的除硫剂悬浊液泵入换热器（6）的除硫液管道内，再泵入第二辅助加热器（12）内加热，再泵入除硫液喷头（13）内喷出；
（2）向余热回收装置（1）的烟气管道（21）内通入烟气，烟气在余热回收装置（1）内与余热回收装置（1）的工质管道内的工质换热，从而回收烟气余热；
（3）烟气继续通入除硫装置（2）内，在除硫装置（2）内与除硫液喷头（13）内喷出的除硫剂悬浮液反应，实现除硫；
（4）余热回收装置（1）的工质管道内的工质被加热后，进入汽包（3）内，高温的气体进入第一辅助加热器（4）内，温度不足时开启第一辅助加热器（4），温度足够时关闭第一辅助加热器（4），高温的气体再进入汽轮机（5）内做功，形成乏汽或液体；稍低温的液体进入换热器（6）的工质管道内与换热器（6）的除硫液管道内的除硫剂悬浮液换热，对除硫剂悬浮液加热，当加热的温度足够时，关闭第二辅助加热器（12）；换热后的乏汽或液体经工质泵（7）泵入余热回收装置（1）的工质管道内。
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