CN110075651A - 炭黑尾气内燃机发电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于节能领域，具体公开了一种炭黑尾气内燃机发电方法，包括以下步骤：步骤A、对炭黑尾气进行冷却，使得炭黑尾气的温度降到40℃以下；步骤B、除去炭黑尾气中的炭黑颗粒和灰尘杂质，并对炭黑尾气进行干燥；步骤C、将净化后的炭黑尾气输送至燃气发电机组，炭黑尾气作为燃气进行燃烧发电，产生的电能经变压器后输送至电网。采用本发明的工艺，利用炭黑尾气进行发电，减少能源浪费。

Description

炭黑尾气内燃机发电方法
技术领域
本发明属于节能领域，具体涉及了一种炭黑尾气内燃机发电方法。
背景技术
炭黑是指指煤化工的剩余产品煤焦油、蒽油等，在高温下不完全燃烧、裂解后产生的一种无定形碳。炭黑尾气是从炭黑烟气中将炭黑分离出去后的气体，炭黑尾气的成分包括3％CO2、14％CO、28％H20、13％H2、0.2％O2、0.4％CH4、42％N2，每生产一吨炭黑可以产生尾气8000m3-13000m3，而每立方烟气的热值为700Kcal，炭黑厂产生的炭黑尾气大部分都直接外排了，其中蕴含的大量能源也就因此浪费了，甚至造成环境污染，既不经济也不环保。
为此，为此，我司对炭黑尾气内燃机发电方法以及发电系统进行了研究，以便利用炭黑尾气中蕴含的大量能源，本申请中着重阐述炭黑尾气内燃机发电方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炭黑尾气内燃机发电方法，以减少能源浪费。
为达到上述目的，本发明的基础方案为：炭黑尾气内燃机发电方法，包括以下步骤：
步骤A、冷却
对炭黑尾气进行冷却，使得炭黑尾气的温度降到40℃以下；
步骤B、净化
除去炭黑尾气中的炭黑颗粒和灰尘杂质；
步骤C、发电
将净化后的炭黑尾气输送至燃气发电机组，炭黑尾气作为燃气进行燃烧发电，产生的电能经变压器后输送至电网。
本基础方案的工作原理以及有益效果在于：
1、炭黑尾气排出时的温度为260℃左右，且尾气的相对湿度为40％以上，尾气中还存留有一定量的炭黑颗粒，炭黑颗粒的含量为50-150mg/N m3左右。由于可用于发电的尾气要求是可燃气体，不能存在炭黑颗粒，因此一般需要将尾气中含有的炭黑颗粒除去，但由于尾气易燃易爆，去除炭黑颗粒的过程较为危险，属于现有的技术难点。步骤A中对排出的炭黑尾气进行降温，温度降低后的炭黑尾气在进行除杂时，就可降低燃爆的危险性。
2、炭黑尾气通过引风机驱动，经过换热筒冷却后，再经过除尘塔除去炭黑颗粒，进而干净的炭黑尾气进入到燃气发电机组内，炭黑尾气在燃气发电机组内燃烧进行发电，减少炭黑尾气直接排放所造成的环境污染，同时炭黑尾气用来发电，将炭黑尾气中的能源转化为电能，提高了经济性。
进一步，步骤B中，对炭黑尾气净化使用除尘塔，将炭黑尾气从除尘塔底部通入到除尘塔内，并通过除尘塔上部的负压风扇向上抽取炭黑尾气，使得炭黑尾气依次经过喷淋的冷却水、滤板以及吸水层。
有益效果：炭黑尾气在除尘塔内经过层层的除尘，喷淋的冷却水一方面进一步对炭黑尾气进行冷却，同时将炭黑尾气中含有的灰尘杂质冲刷掉，相当于对炭黑尾气进行清洗，但向上运动的炭黑尾气中难免还会裹挟杂质，炭黑尾气经过滤板进一步过滤。炭黑尾气过滤后经过吸水层，降低炭黑尾气的湿度，避免后续燃烧时燃烧不稳定。
进一步，步骤A中，对炭黑尾气冷却使用换热筒，换热筒包括内筒和固定在内筒外的外筒，将炭黑尾气通入在内筒内，将热交换介质通入到内筒和外筒之间的空间，炭黑尾气通过内筒后利用引风机将炭黑尾气输送至除尘塔。
有益效果：若是尾气通过内层筒、外层筒之间输送，而热交换介质通过内层筒输送，一方面冷却通道的体积较大，需要较多的热交换介质参与循环，提高企业成本；另一方面，由于炭黑颗粒具有一定的粘着力，容易粘附在筒壁上，若是经过内层筒和外层筒之间输送，粘附在内层筒外壁和外层筒内壁上，不易清理。本申请中使得炭黑尾气通过内层筒输送，即使炭黑颗粒粘附在内筒内壁上，也比较容易清理。
进一步，步骤A中，将吸收热量后的热交换介质输送至换热器进行余热利用。
有益效果：通过余热利用，减少热量浪费。
进一步，步骤B中，定时清理滤板，将粘附在滤板上的炭黑颗粒清理下来并收集。
有益效果：炭黑颗粒具有一定的粘着力，容易粘附在滤孔内，长时间不清理可能堵塞滤孔。
进一步，步骤C中，燃气发电机组内设置吸热组件，吸热组件吸收燃气发电机组工作过程中产生的热量，并将该部分热量通过热交换介质输送至换热器进行利用。
有益效果：燃气发电机组在长时间的运行过程中，会产生大量的热量，可能造成过热损坏，通过吸热组件的设置，可以对燃气发电机组进行换热冷却，并回收利用这部分热量
进一步，冷却水喷淋使用喷淋水管，喷淋水管呈网格状，喷淋管的网格交叉处均连通有用于喷淋冷却水的喷淋头。
有益效果：喷淋水管呈网格状，则喷淋水管相当于形成了一个网状的滤网，炭黑尾气向上运动时经过网状的喷淋水管，则可进行初步的过滤，同时也可以对炭黑尾气进行初步分流。
进一步，滤板设有两块，两块在竖向上平行，上层的滤板竖向滑动连接在除尘塔内，上层的滤板下端固定有顶针，顶针在竖向的投影和下层的滤板滤孔重合。
有益效果：在工作过程中，通过上层的滤板带动顶针滑动，顶针可插入下层滤板的滤孔内，将粘附在滤孔内的炭黑颗粒推下去，实现自动清理。
进一步，负压风扇包括转动连接在除尘塔顶部的转轴以及沿转轴周向均布的若干扇叶；转轴下端圆心处设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有往复丝杆，往复丝杆下端固定在下层的滤板上。
有益效果：转轴和往复丝杆组成丝杆副，转轴转动时，带动往复丝杆竖向运动，进而实现下层滤板的上下滑动。
附图说明
图1为本发明实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例中使用的炭黑尾气内燃机发电系统的结构示意图；
图3为实施例2除尘塔的正向剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：尾气通道1、冷却通道2、进液孔3、出液孔4、喷淋水管5、喷淋头6、第一滤板7、第二滤板8、顶针9、往复丝杆10、扇叶11、转轴12、螺纹孔13、尾气出口14、尾气进口15、燃气发电机组16、换热器17、除尘布袋18、转盘19、连杆20、限位盘21。
实施例基本如附图1和图2所示：炭黑尾气内燃机发电方法，使用炭黑尾气内燃机发电系统辅助实施，现对炭黑尾气内燃机发电系统进行阐述。
炭黑尾气内燃机发电系统，包括换热机构、净化机构、燃气发电机组16以及引风机。燃气发电机组16可根据厂家的实际情况选用现有的400GFT型或800GFT型燃气发电机组16，燃气发电机组16的工作原理及过程均为现有技术，本实施例中不做赘述。
换热机构包括换热筒、吸热组件以及换热器17，换热筒包括内层筒和外层筒，内层筒形成尾气通道1，炭黑尾气从尾气通道1的左侧进入，右侧排出。内层筒和外层筒之间形成供热交换介质流通的冷却通道2，冷却通道2的两端均封闭，外层筒的侧壁设有与冷却通道2连通的进液孔3和出液孔4。本实施例中，热交换介质选用冷却水。吸热组件包括缠绕在燃气发电机组16内的吸热管。
换热机构中，冷却水循环通路设有两条，分别为通路Ⅰ“换热器17-冷却通道2-换热器17”，通路Ⅰ用于对炭黑尾气进行降温；通路Ⅱ“换热器17-吸热管-换热器17”，通路Ⅱ用于吸收燃气发电机组16工作过程中产生的热量，通路Ⅰ和通路Ⅱ中均安装有驱动冷却水循环的水泵。
净化机构包括除尘塔，除尘塔包括从上至下依次设置的干燥段、过滤段以及喷淋段，除尘塔底部设有尾气进口15，除尘塔顶部设有尾气出口14，即炭黑尾气在除尘塔内从下向上运动。引风机设置在换热机构和净化机构之间，引风机的进气端和尾气通道1的右端连通，引风机的出气端和尾气进口15连通。
喷淋段包括呈网格状的喷淋水管5，喷淋水管5的网格交叉处均连通有喷淋头6。喷淋水管5连通在冷却水供应处，冷却水供应处可以是车间内的冷却水箱也可以连通在车间的冷水管上，此外，由于本实施例中的热交换介质采用的是冷却水，冷却水供应处也可以是换热器17，本实施例中的具体设置为：喷淋水管5和换热器17通过管道连通，且喷淋水管5和换热器17之间也安装有水泵。除尘塔底部设有冷却水出口，冷却水出口内安装有阀门，冷却水出口连通有冷却水管，冷却水管连通在换热器17上。
过滤段包括固定在除尘塔内壁的第一滤板7以及竖向滑动连接在第一滤板7上方的第二滤板8，具体的，除尘塔内壁设有竖向的滑槽，第二滤板8上固定有滑动连接在滑槽内的滑块。第二滤板8下端固定有多根顶针9，顶针9在竖向的投影和第一滤板7的滤孔重合，第一滤板7和第二滤板8的滤孔在竖向的投影不重合。
干燥段内壁固定有吸水层，吸水层选用高吸水性树脂。干燥段还包括负压风扇，负压风扇包括转动连接在除尘塔顶部的转轴12以及沿转轴12周向均布的若干扇叶11，转轴12上端贯穿伸出除尘塔顶部，除尘塔外设有用于驱动转轴12转动的电机，电机输出轴和转轴12固定。转轴12下端圆心处设有螺纹孔13，螺纹孔13内螺纹连接有往复丝杆10，往复丝杆10下端固定在第二滤板8上。
本方法的步骤为：
步骤A、冷却
启动引风机，引风机抽取炭黑尾气进入尾气通道1内，冷却水循环通路Ⅰ在冷却通道2内的循环吸收炭黑尾气中的热量，对炭黑尾气进行降温，使得炭黑尾气的温度降低至40℃以下。
步骤B、净化
冷却后的炭黑尾气通过尾气进口15进入到除尘塔内。启动电机，电机驱动负压风扇转动，负压风扇对炭黑尾气有向上的抽取力，使得炭黑尾气向上运动，即炭黑尾气依次经过喷淋段、过滤段以及干燥段。喷淋段喷出的冷却水对炭黑尾气进一步进行冷却，同时将炭黑尾气中含有的灰尘杂质冲刷掉，相当于对炭黑尾气进行清洗，但向上运动的炭黑尾气中难免还会裹挟杂质，喷淋水管5呈网格状，则喷淋水管5相当于形成了一个网状的滤网，炭黑尾气向上运动时经过网状的喷淋水管5，则可进行初步的过滤，同时也可以使得炭黑尾气初步分散开，进而使得炭黑尾气分散的从多个方向均匀的通过第一滤板7，避免大量炭黑尾气集中在某处通过第一滤板7，更容易使得该处的第一滤板7堵塞。
当除尘塔底部的冷却水较多时，冷却水堆积容易影响尾气的进入，可以打开阀门，将除尘塔内的冷却水排出。此外，为减少操作人员的操作难度，可以设置控制器控制阀门间歇启闭，即冷却水间歇性排出，排出的冷却水通过冷却水管重新回到换热器17内参与循环。
炭黑尾气继续经过过滤段的第一滤板7和第二滤板8进一步过滤，炭黑尾气经过滤后流动至干燥段，负压风扇转动一方面使得除尘塔上部的炭黑尾气分散开，使得炭黑尾气向靠近干燥段内壁方向运动，从而使得炭黑尾气中含有的水分被吸水层吸收，保证干燥的均匀性。同时，负压风扇的转轴12转动时，转轴12和往复丝杆10组成丝杆副，往复丝杆10下端固定在第二滤板8上，受第二滤板8限位作用无法转动，转轴12带动往复丝杆10竖向运动，进而实现第二滤板8的上下滑动。炭黑尾气在经过第一滤板7后，炭黑颗粒可能粘附在第一滤板7的滤孔内甚至堵塞滤孔，长时间使用后需要停车清理。而第二滤板8带动顶针9上下滑动，顶针9可插入第一滤板7的滤孔内，将粘附在滤孔内的炭黑颗粒推下去。
步骤C、发电
净化后的炭黑尾气从尾气出口14排出，通过管道输送至燃气发电机组16，炭黑尾气作为燃气进行燃烧发电，燃烧后产生的废气可直接排出。燃烧产生的电能经变压器后输送至电网，电网包括家用电网和主线路电网。
实施例2
本实施例和实施例1的区别仅在于：除尘塔的设置不同。结合图3所示，除尘塔顶部设有负压风扇，负压风扇包括转动连接在除尘塔顶部的转轴12以及均布在转轴12上的扇叶11，除尘塔外设有用于驱动转轴12转动的电机，电机输出轴和转轴12固定。除尘塔内位于负压风扇下方固定有除尘布袋18，除尘塔底部设有尾气进口15，除尘塔顶部设有尾气出口14。除尘布袋18上端固定有转盘19，转盘19转动连接在除尘塔内，转盘19上端和转轴12之间固定有连杆20；转轴12下端设有螺纹孔13，螺纹孔13内螺纹连接有往复丝杆10，往复丝杆10下部设有光滑段，光滑段贯穿除尘布袋18底部，光滑段和除尘布袋18无连接关系，光滑段上设有竖向的滑槽，除尘塔内壁固定有竖向滑动连接在滑槽内的滑块，通过滑块和滑槽的限位作用，往复丝杆10无法转动，光滑段上固定有限位盘21，限位盘21的外径等于除尘布袋18的外径。
采用本实施例中的除尘塔，和实施例1中的操作步骤一样，冷却后的炭黑尾气通过尾气进口15进入到除尘塔内后，操作人员启动电机，电机驱动负压风扇转动，负压风扇转动对尾气有向上的引导作用，尾气在向上运动过程中通过除尘布袋18，通过除尘布袋18对尾气进行过滤处理。同时，通过转轴12转动带动转盘19转动，由于除尘布袋18为柔性材质，转盘19带动除尘布袋18转动时，除尘布袋18上下部分的转速不同，除尘布袋18整体呈现扭曲的转动效果。同时，除尘布袋18在相对往复丝杆10的光滑段转动时，转轴12转动带动往复丝杆10上下运动，往复丝杆10带动限位盘21上下运动，限位盘21带动除尘布袋18的底部上下振动，抖落粘附在除尘布袋18上的炭黑颗粒。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (9)

1.炭黑尾气内燃机发电方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、冷却
对炭黑尾气进行冷却，使得炭黑尾气的温度降到40℃以下；
步骤B、净化
除去炭黑尾气中的炭黑颗粒和灰尘杂质；
步骤C、发电
将净化后的炭黑尾气输送至燃气发电机组，炭黑尾气作为燃气进行燃烧发电，产生的电能经变压器后输送至电网。
2.根据权利要求1所述的炭黑尾气内燃机发电方法，其特征在于：所述步骤B中，对炭黑尾气净化使用除尘塔，将炭黑尾气从除尘塔底部通入到除尘塔内，并通过除尘塔上部的负压风扇向上抽取炭黑尾气，使得炭黑尾气依次经过喷淋的冷却水、滤板以及吸水层。
3.根据权利要求1所述的炭黑尾气内燃机发电方法，其特征在于：所述步骤A中，对炭黑尾气冷却使用换热筒，换热筒包括内筒和固定在内筒外的外筒，将炭黑尾气通入在内筒内，将热交换介质通入到内筒和外筒之间的空间，炭黑尾气通过内筒后利用引风机将炭黑尾气输送至除尘塔。
4.根据权利要求3所述的炭黑尾气内燃机发电方法，其特征在于：所述步骤A中，将吸收热量后的热交换介质输送至换热器进行余热利用。
5.根据权利要求2所述的炭黑尾气内燃机发电方法，其特征在于：所述步骤B中，定时清理滤板，将粘附在滤板上的炭黑颗粒清理下来并收集。
6.根据权利要求1所述的炭黑尾气内燃机发电方法，其特征在于：所述步骤C中，燃气发电机组内设置吸热组件，吸热组件吸收燃气发电机组工作过程中产生的热量，并将该部分热量通过热交换介质输送至换热器进行利用。
7.根据权利要求2所述的炭黑尾气内燃机发电方法，其特征在于：冷却水喷淋使用喷淋水管，喷淋水管呈网格状，喷淋管的网格交叉处均连通有用于喷淋冷却水的喷淋头。
8.根据权利要求2所述的炭黑尾气内燃机发电方法，其特征在于：所述滤板设有两块，两块在竖向上平行，上层的滤板竖向滑动连接在除尘塔内，上层的滤板下端固定有顶针，顶针在竖向的投影和下层的滤板滤孔重合，在步骤B中，驱动上层的滤板做竖向往复滑动。
9.根据权利要求8所述的炭黑尾气内燃机发电方法，其特征在于：所述负压风扇包括转动连接在除尘塔顶部的转轴以及沿转轴周向均布的若干扇叶；转轴下端圆心处设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有往复丝杆，往复丝杆下端固定在下层的滤板上。
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