CN110319708A - 放散煤气锅炉系统、其运行方法及包括其的转炉煤气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种放散煤气锅炉系统、其运行方法及包括其的转炉煤气系统，放散煤气锅炉系统包括第一化学链燃烧反应器，第一化学链燃烧反应器包括第一化学链燃烧反应室和第一热媒室，第一化学链燃烧反应室上部与第一放散煤气管道和空气管道连通，下部与烟气管道连通，第一化学链燃烧反应室充填有第一载氧体；当有煤气放散时将放散煤气导入第一化学链燃烧反应室进行第一载氧体的还原反应；当无煤气放散时将空气导入第一化学链燃烧反应室进行第一载氧体的氧化再生反应；第一热媒室的第一热媒吸收还原反应和氧化再生反应的反应热。本发明实现放散煤气的有效利用并减少环境污染，还具有系统简单可靠且造价低、载氧体寿命长、以及NOx零排放的优点。
Description
技术领域
本发明涉及放散煤气的利用技术领域，特别涉及一种放散煤气锅炉系统、其运行方法及包括其的转炉煤气系统。
背景技术
在钢铁、石化等工业领域，存在不少排放含有可燃成分的气体的情况。例如钢铁行业的转炉炼钢工艺，在转炉纯氧吹炼周期的前期和后期会由于转炉煤气成分不达标(例如CO的体积分数≤20％，O2的体积分数≥2％)而将煤气进行放散的情况，转炉放散煤气的有效利用关乎钢铁企业的经济效益与环境责任。可是，转炉放散煤气由于其间歇性产生、热值低以及热值波动大的特性而难以采用常规技术加以利用，因而通常将放散煤气直接向大气放散，或者通过使用热值较高的点火燃料和助燃燃料对其进行点火燃烧放散，由此带来了严重的能源浪费和大气污染问题。
图1是通常的转炉煤气处理系统的示意图。转炉101产生的转炉煤气经余热回收装置102进行热回收，通过除尘装置103进行除尘后，通过煤气风机104鼓入煤气成分分析仪105，之后通过煤气成分分析仪105对转炉煤气的成分进行分析，如果煤气成分达标(如，CO≥20％，O2≤2％)，开通三通阀106的回收侧而关闭放散侧，将转炉煤气送入煤气柜107进行回收利用；如果煤气不达标，则开通三通阀106的放散侧而关闭回收侧，将转炉放散煤气通过放散煤气管道115送入放散塔109点火燃烧放散或者直接放散。如果遇到煤气柜107已满或者分析仪105发生故障等多种突发情况，则需要将本来可以入柜回收的、大量且CO浓度极高的转炉煤气也放散掉，这种情况不仅存在着能源浪费和环境污染问题，还存在CO中毒和爆炸的危险。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种放散煤气锅炉系统、其运行方法及包括其的转炉煤气系统，主要目的是实现系统简单可靠且造价低、反应温度可控性好、能源利用效率高、载氧体使用寿命长、NOx零排放、且可处理突发性的量大且可燃成分浓度极高的放散煤气。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种放散煤气锅炉系统，包括第一化学链燃烧反应器，所述第一化学链燃烧反应器包括第一化学链燃烧反应室和第一热媒室，所述第一化学链燃烧反应室的上部与第一放散煤气管道和空气管道连通，第一化学链燃烧反应室的下部与烟气管道连通，第一化学链燃烧反应室内充填有第一载氧体；所述第一热媒室的下部连接有第一热媒导入管道，第一热媒室的上部连接有第一热媒导出管道。
进一步的，其中所述第一化学链燃烧反应器为第一管壳式化学链燃烧反应器，所述第一管壳式化学链燃烧反应器包括第一管程和第一壳程，所述第一管程为第一化学链燃烧反应室，所述第一壳程为第一热媒室。
进一步的，其中所述放散煤气锅炉系统还包括第一汽水分离器，所述第一热媒为水，所述第一汽水分离器的中部与所述第一热媒导出管道连接，所述第一汽水分离器的顶部设有第一饱和蒸汽导出管道，所述第一汽水分离器的底部设有第一水循环管道，所述第一水循环管道与所述第一热媒室的中部连接。
进一步的，其中所述第一化学链燃烧反应室包括第一载氧体充填床，所述第一载氧体充填床的下方充填有第二载氧体。
进一步的，其中所述第一管壳式化学链燃烧反应器的下方连接有第二管壳式化学链燃烧反应器，所述第二管壳式化学链燃烧反应器包括第二管程和第二壳程；所述第二管程为第二化学链燃烧反应室，所述第二化学链燃烧反应室内充填有第二载氧体，第二化学链燃烧反应室与所述第一化学链燃烧反应室相通；所述第二壳程为第二热媒室，所述第二热媒室的下部连接有第二热媒导入管道，第二热媒室的上部连接有第二热媒导出管道。
进一步的，其中所述放散煤气锅炉系统还包括第二汽水分离器，所述第二热媒为水，所述第二汽水分离器的中部与所述第二热媒导出管道连接，所述第二汽水分离器的顶部设有第二饱和蒸汽导出管道，所述第二汽水分离器的底部设有第二水循环管道，所述第二水循环管道与所述第二热媒室的中部连接。
进一步的，其中所述空气管道上设有空气风机和单向阀或者电磁阀。
进一步的，其中所述第一载氧体和第二载氧体为铜基载氧体或者包括铜基载氧体和铁基载氧体的多元载氧体。
另一方面，本发明实施例提供了一种上述放散煤气锅炉系统的运行方法，包括如下步骤：
S1.还原反应过程：当有煤气放散时，放散煤气经第一放散煤气管道通入第一化学链燃烧反应室中，放散煤气中的可燃组分与第一载氧体的氧化态反应生成还原反应产物气体，所述还原反应产物气体经所述烟气管道排出，同时第一载氧体的氧化态被还原为还原态；
S2.氧化再生反应过程：当无煤气放散时，启动空气风机，将空气经空气管道通入第一化学链燃烧反应室中，第一载氧体的还原态被空气中的氧气氧化再生为氧化态，氧化反应产物气体经烟气管道排出；
S3.反应热吸收过程：所述第一热媒室中，经第一热媒导入管道通入的第一热媒吸收所述还原反应和氧化再生反应的反应热，然后经第一热媒导出管道送出。
进一步的，其中所述放散煤气锅炉系统的运行方法，在所述步骤S2之后还包括如下步骤：
S4.第一饱和蒸汽产生过程：第一热媒为水，所述第一热媒经第一热媒导入管道通入第一热媒室的下部，第一热媒吸收所述还原反应和氧化再生反应的反应热并产生汽水混合物，所述汽水混合物经第一热媒导出管道从第一热媒室的上部通入第一汽水分离器的中部进行汽水分离，分离后的第一饱和蒸汽经第一饱和蒸汽导出管道送出，水经第一水循环管道回注到第一热媒室的中部；通过调节第一汽水分离器中第一饱和蒸汽的压力对第一载氧体的还原反应和氧化再生反应的反应温度进行控制，通过调节第一热媒的流量对第一汽水分离器的液位进行控制。
进一步的，其中所述放散煤气锅炉系统的运行方法，在所述步骤S4之后还包括如下步骤：
S5.第二饱和蒸汽产生过程：第二热媒为水，所述第二热媒经第二热媒导入管道通入第二热媒室的下部，第二热媒吸收进入第二化学链燃烧反应室的还原反应产物气体和氧化再生反应产物气体的热量并产生汽水混合物，所述汽水混合物经第二热媒导出管道从第二热媒室的上部通入第二汽水分离器的中部进行汽水分离，分离后的第二饱和蒸汽经第二饱和蒸汽导出管道送出，水经第二水循环管道回注到第二热媒室的中部；通过调节第二汽水分离器中饱和蒸汽的压力对第二化学链燃烧反应器出口的烟气温度进行控制，通过调节第二热媒的流量对第二汽水分离器的液位进行控制。
进一步的，其中所述还原反应过程中，当煤气的放散时间发生了延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度有了增加时，第一载氧体充填床出口的还原产物气体中未反应的可燃组分进入第二载氧体充填床与第二载氧体的氧化态反应生成还原反应产物气体，同时第二载氧体的氧化态被还原为还原态；
当上一个还原反应过程的煤气放散时间发生了延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度有了增加时，在接着的两个或两个以上的氧化再生反应过程中调高空气流量，使第二载氧体的还原态逐渐地被第一载氧体充填床出口的氧化再生反应产物中未反应的氧气氧化再生为氧化态；在所述第二载氧体的还原态被完全氧化再生为氧化态之后，再将所述空气流量调回原来的流量值。
进一步的，其中所述还原反应过程中，当煤气的放散时间发生了延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度有了增加时，在通入放散煤气的同时，启动所述空气风机，通入空气，使第二载氧体充填床的入口温度维持在250℃以上。
进一步的，其中所述的空气流量为所述放散煤气中可燃组分的流量的5～50％。
进一步的，其中所述第一载氧体和第二载氧体的还原反应和氧化再生反应的反应温度为250℃以上。
进一步的，其中所述还原反应过程中，当煤气的放散时间没有发生延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度没有增加时，所述第二载氧体或蓄热体起到强化氧化再生反应产物气体、还原反应产物气体与第一热媒或第二热媒换热的作用。
另一方面，本发明实施例提供了一种包括上述放散煤气锅炉系统的转炉煤气系统，所述转炉煤气系统还包括转炉煤气处理子系统；所述转炉煤气处理子系统包括转炉、余热回收装置、除尘装置、煤气风机、煤气成分分析仪、第一三通阀、煤气柜、第二三通阀及放散塔；所述转炉、余热回收装置、除尘装置、煤气风机、煤气成分分析仪、第一三通阀及煤气柜通过转炉煤气管道依次连接；所述第一三通阀、第二三通阀及放散塔通过第二放散煤气管道依次连接；所述第二三通阀与第一放散煤气管道连接，所述第二放散煤气管道在第二三通阀与放散塔之间的位置上与烟气管道连接。
进一步的，其中所述烟气管道上设有单向阀或电磁阀。
又一方面，本发明实施例提供了一种上述转炉煤气系统的运行方法，包括如下步骤：
S1.还原反应过程：转炉产生的转炉煤气经余热回收装置进行热回收，通过除尘装置进行除尘后，通过煤气风机鼓入煤气成分分析仪，通过煤气成分分析仪对转炉煤气的成分进行分析，如果煤气成分达标，开通第一三通阀的回收侧而关闭放散侧，将转炉煤气送入煤气柜进行回收利用；如果煤气成分不达标，则开通第一三通阀的放散侧而关闭回收侧，并开通第二三通阀的第一放散煤气管道侧而关闭放散塔侧，将转炉放散煤气经第一放散煤气管道通入化学链燃烧反应室中，放散煤气中的可燃组分分别与载氧体的氧化态反应生成还原反应产物气体，所述还原反应产物气体经所述烟气管道、第二放散煤气管道和放散塔进行排放，同时载氧体的氧化态分别被还原为还原态；
S2.氧化再生反应过程：当无煤气放散时，开通第二三通阀的放散塔侧而关闭第一放散煤气管道侧，并启动空气风机，将空气经空气管道通入化学链燃烧反应室中，载氧体的还原态被空气中的氧气氧化再生为氧化态，氧化反应产物气体经所述烟气管道、第二放散煤气管道和放散塔进行排放；
S3.反应热吸收过程：所述热媒室中，经热媒导入管道通入的热媒吸收所述还原反应和氧化再生反应的反应热，然后经热媒导出管道送出。
进一步的，其中所述化学链燃烧反应室为第一化学链燃烧反应室和/或第二化学链燃烧反应室；所述载氧体为第一载氧体和/或第二载氧体。
进一步的，其中所述热媒室为第一热媒室和/或第二热媒室；所述热媒导入管道为第一热媒导入管道和/或第二热媒导入管道；所述热媒导出管道为第一热媒导出管道和/或第二热媒导出管道。
进一步的，其中所述煤气成分达标的要求为CO的体积分数≥10％，O2的体积分数≤2％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明实施例的放散煤气化学链燃烧锅炉系统由于采用了管壳式化学链燃烧反应器和与该管壳式化学链燃烧反应器一体化的第二化学链燃烧反应室，系统简单可靠且造价低；
由于采用水作为热媒并设置了汽水分离器，通过将汽水分离器底部高温的水循环到热媒室的中部而将低温的补水导入热媒室的下部，使化学链燃烧反应室形成温度随高度增加而升高的温度分布，此外，通过控制饱和蒸汽的压力和温度(使第一饱和蒸汽的压力和温度高于第二饱和蒸汽的压力和温度)，可保证化学链燃烧反应所需的温度从而使放散煤气中的可燃成分得到了完全利用，同时实现了对反应产物气体更彻底的热回收。此外，还通过防止载氧体的温度飙升使载氧体的使用寿命得到了延长；
进而，通过在第一载氧体充填床的下方充填具有比第一载氧体更高的活性组分担载量的第二载氧体，或者设置充填有所述第二载氧体的第二化学链燃烧反应器，实现了对突发性的量大且可燃成分浓度极高的放散煤气的安全处理和利用。对于不存在突发性的量大且可燃成分浓度高的放散煤气的情况，可以采用廉价的蓄热体(例如蜂窝陶瓷蓄热体)替代第二载氧体。
还有，通过采用含有还原反应与氧化再生反应均为强放热反应的铜基载氧体或者包含铜基载氧体的多元载氧体，并利用载氧体本身所具有的蓄热作用，解决了放散煤气的间歇性与对供能连续性要求之间的矛盾；
以CO和铜基载氧体为例，其400℃下氧化态载氧体的还原反应和还原态载氧体的氧化再生反应的发热量如下：
CuO+CO(g)＝Cu+CO2(g)
△H＝-130.3kJ/mol
Cu+0.5O2(g)＝CuO
△H＝-153.1kJ/mol
此外，由于化学链燃烧反应温度较低因而在放散煤气的利用中不会产生NOX。
因此，本发明具有显著的经济与环境效益。
附图说明
图1是通常的转炉煤气处理系统的示意图。
图2是本发明实施例1的放散煤气化学链燃烧锅炉系统的示意图。
图3是本发明实施例2的放散煤气化学链燃烧锅炉系统的示意图。
图4是本发明实施例3的放散煤气化学链燃烧化学链燃烧锅炉系统的示意图。
图5是本发明实施例4的放散煤气化学链燃烧锅炉系统的示意图。
图6是本发明实施例5的放散煤气化学链燃烧锅炉系统的示意图。
图7是本发明实施例6的包括放散煤气化学链燃烧锅炉的转炉煤气系统的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
图2是本发明实施例1的放散煤气锅炉系统的结构示意图。参见图2，本实施例提供了一种放散煤气锅炉系统，包括第一化学链燃烧反应器1；
所述第一化学链燃烧反应器1包括第一化学链燃烧反应室5和第一热媒室13，所述第一化学链燃烧反应室5的上部与第一放散煤气管道6和空气管道8连通，第一化学链燃烧反应室5的下部与烟气管道9连通，第一化学链燃烧反应室5内充填有第一载氧体；所述第一热媒室13的下部连接有第一热媒导入管道10，第一热媒室13的上部连接有第一热媒导出管道11。
所述第一化学链燃烧反应器1为第一管壳式化学链燃烧反应器，所述第一管壳式化学链燃烧反应器包括第一管程2和第一壳程4，所述第一管程2为第一化学链燃烧反应室5，所述第一壳程4为第一热媒室13。
所述第一化学链燃烧反应室5包括第一载氧体充填床3。
所述第一载氧体为铜基载氧体或者包括铜基载氧体和铁基载氧体的多元载氧体，如铜铁基二元载氧体或铜铁镍基三元载氧体等。通过采用铜基载氧体或包含铜基载氧体的多元载氧体，尽管只有一个化学链燃烧反应器交替地进行氧化态载氧体的还原反应过程和还原态载氧体的氧化再生反应过程，也可以实现连续稳定的对外供热。
本实施例的载氧体中，铜基载氧体的还原反应和氧化再生反应均为强放热反应，该特性十分有利于以自身的反应热来维持还原过程所需的反应温度并实现对外供热。以燃气成分CH4、CO和H2为例，铜基、铁基、镍基载氧体的氧化态分别与CH4、CO和H2的还原反应、以及还原态分别与O2的氧化再生反应的反应方程式以及600℃下的反应热如下所示：
4CuO+CH4(g)＝4Cu+CO2(g)+2H2O(g) △H＝-194.7kJ/mol
CuO+CO(g)＝Cu+CO2(g) △H＝-131.9kJ/mol
CuO+H2(g)＝Cu+H2O(g) △H＝-95.5kJ/mol
12Fe2O3+CH4(g)＝8Fe3O4+CO2(g)+2H2O(g) △H＝190.3kJ/mol
3Fe2O3+CO(g)＝2Fe3O4+CO2(g) △H＝-29.6kJ/mol
3Fe2O3+H2(g)＝2Fe3O4+H2O(g) △H＝6.6kJ/mol
4NiO+CH4(g)＝4Ni+CO2(g)+2H2O(g) △H＝144.3kJ/mol
NiO+CO(g)＝Ni+CO2(g) △H＝-46.8kJ/mol
NiO+H2(g)＝Ni+H2O(g) △H＝-10.6kJ/mol
2Cu+O2(g)＝2CuO △H＝-302.5kJ/mol
4Fe3O4+O2(g)＝6Fe2O3 △H＝-494.9kJ/mol
2Ni+O2(g)＝2NiO △H＝-472.0kJ/mol
由以上反应式可见，在三种载氧体当中只有铜基载氧体的氧化态的还原反应为强放热反应。另外，本发明的放散煤气锅炉系统各实施例中未提及的根据需要应该设置的部件本领域技术人员应该知晓。如所述的空气管道8上设有空气风机7，以将空气送入燃烧反应器。
另一方面，本实施例还提供了一种放散煤气锅炉系统的运行方法，参见图2，本实施例的运行方法包括如下步骤：
S1.还原反应过程：当有煤气放散时，放散煤气经第一放散煤气管道6通入第一化学链燃烧反应室5中，放散煤气中的可燃组分与第一载氧体的氧化态反应生成还原反应产物气体，所述还原反应产物气体经所述烟气管道9排出，同时第一载氧体的氧化态被还原为还原态；如果放散煤气中含有氧气，该氧气会与生成的还原态载氧体反应生成氧化态载氧体；
S2.氧化再生反应过程：当无煤气放散时，启动空气风机7，将空气经空气管道8通入第一化学链燃烧反应室5中，第一载氧体的还原态被空气中的氧气氧化再生为氧化态，氧化反应产物气体经烟气管道9排出；
S3.反应热吸收过程：所述第一热媒室13中，经第一热媒导入管道10通入的第一热媒吸收所述还原反应和氧化再生反应的反应热，然后经第一热媒导出管道11送出。
具体实施时，所述第一载氧体的还原反应和氧化再生反应的反应温度为250℃以上。
实施例2
图3是本发明实施例2的放散煤气锅炉系统的结构示意图。参见图3，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例还包括：
所述放散煤气锅炉系统还包括第一汽水分离器30，所述第一热媒为水，所述第一汽水分离器30的中部与所述第一热媒导出管道11连接，所述第一汽水分离器30的顶部设有第一饱和蒸汽导出管道31，所述第一汽水分离器30的底部设有第一水循环管道33，所述第一水循环管道33与所述第一热媒室13的中部连接。所述第一饱和蒸汽导出管道31上设有第一饱和蒸汽压力调节阀32，以调节第一饱和蒸汽的压力。所述第一汽水分离器30的上部一侧设有第一饱和蒸汽压力传感器34。
另一方面，本实施例还提供了一种放散煤气锅炉系统的运行方法，参见图3，与实施例1的区别在于，本实施例的运行方法在所述步骤S2之后还包括如下步骤：
S4.第一饱和蒸汽产生过程：第一热媒为水，所述第一热媒经第一热媒导入管道10通入第一热媒室13的下部，第一热媒吸收所述还原反应和氧化再生反应的反应热并产生汽水混合物，所述汽水混合物经第一热媒导出管道11从第一热媒室13的上部通入第一汽水分离器30的中部进行汽水分离，分离后的第一饱和蒸汽经第一饱和蒸汽导出管道32送出，水经第一水循环管道33回注到第一热媒室13的中部；通过调节第一汽水分离器30中第一饱和蒸汽的压力对第一载氧体的还原反应和氧化再生反应的反应温度进行控制，通过调节第一热媒的流量对第一汽水分离器30的液位进行控制。
实施例3
图4是本发明实施例3的放散煤气锅炉系统的结构示意图。参见图4，本实施例与实施例2的区别在于，本实施例还包括：
所述第一化学链燃烧反应室5包括第一载氧体充填床3，所述第一载氧体充填床3的下方充填有第二载氧体或蓄热体。
所述空气管道8上还设有单向阀12或者电磁阀12。
所述第二载氧体为铜基载氧体或者包括铜基载氧体和铁基载氧体的多元载氧体，如铜铁基二元载氧体或铜铁镍基三元载氧体等，第二载氧体的活性组分担载量高于第一载氧体的活性组分担载量；其余情况与实施例1相同，在此不再赘述。在本实施例中，所述蓄热体可以为蜂窝陶瓷蓄热体。
另一方面，本实施例还提供了一种放散煤气锅炉系统的运行方法，参见图4，与实施例2的区别在于，本实施例的运行方法的步骤S1-S4分别为：
S1.还原反应过程：当有煤气放散时，放散煤气经第一放散煤气管道6通入第一化学链燃烧反应室5中，放散煤气中的可燃组分与第一载氧体的氧化态反应生成还原反应产物气体，所述还原反应产物气体经所述烟气管道9排出，同时第一载氧体的氧化态被还原为还原态；
S2.氧化再生反应过程：当无煤气放散时，启动空气风机7，将空气经空气管道8通入第一化学链燃烧反应室5中，第一载氧体、第二载氧体的还原态被空气中的氧气氧化再生为氧化态，氧化反应产物气体经烟气管道9排出；
S4.第一饱和蒸汽产生过程：第一热媒为水，所述第一热媒经第一热媒导入管道10通入第一热媒室13的下部，第一热媒吸收所述还原反应和氧化再生反应的反应热并产生汽水混合物，所述汽水混合物经第一热媒导出管道11从第一热媒室13的上部通入第一汽水分离器30的中部进行汽水分离，分离后的第一饱和蒸汽经第一饱和蒸汽导出管道32送出，水经第一水循环管道33回注到第一热媒室13的中部；通过调节第一汽水分离器30中第一饱和蒸汽的压力对第一载氧体、第二载氧体的还原反应和氧化再生反应的反应温度进行控制，通过调节第一热媒的流量对第一汽水分离器30的液位进行控制。
具体实施时，当煤气的放散时间发生了延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度有了增加时，第一载氧体充填床出口的还原产物气体中未反应的可燃组分进入第二载氧体充填床与第二载氧体的氧化态反应生成还原反应产物气体，同时第二载氧体的氧化态被还原为还原态；当上一个还原反应过程的煤气放散时间发生了延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度有了增加时，在接着的两个或两个以上的氧化再生反应过程中调高空气流量，使第二载氧体的还原态逐渐地被第一载氧体充填床出口的氧化再生反应产物中未反应的氧气氧化再生为氧化态；在所述第二载氧体的还原态被完全氧化再生为氧化态之后，再将所述空气流量调回原来的流量值。
具体实施时，所述还原反应过程中，当煤气的放散时间发生了延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度有了增加时，在通入放散煤气的同时，启动所述空气风机，通入空气，使第二载氧体充填床22的入口温度维持在250℃以上。
具体实施时，所述空气流量为所述放散煤气中可燃组分的流量的5～50％。
具体实施时，所述第一载氧体和第二载氧体的还原反应和氧化再生反应的反应温度为250℃以上。
具体实施时，所述还原反应过程中，当煤气的放散时间没有发生延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度没有增加时，所述第二载氧体或蓄热体起到强化氧化再生反应产物气体、还原反应产物气体与第一热媒或第二热媒换热的作用。
实施例4
图5是本发明实施例4的放散煤气锅炉系统的结构示意图。参见图5，本实施例与实施例3的区别在于，本实施例还包括：
所述第一管壳式化学链燃烧反应器的下方连接有第二管壳式化学链燃烧反应器；所述第二管壳式化学链燃烧反应器包括第二管程21和第二壳程23；所述第二管程21为第二化学链燃烧反应室24，所述第二化学链燃烧反应室24内充填有第二载氧体，所述第二化学链燃烧反应室24包括第二载氧体充填床22，所述第二化学链燃烧反应室24与所述第一化学链燃烧反应室5相通；所述第二壳程23为第二热媒室25，所述第二热媒室25的下部连接有第二热媒导入管道26，第二热媒室25的上部连接有第二热媒导出管道27。
另一方面，本实施例还提供了一种放散煤气锅炉系统的运行方法，参见图5，与实施例3的区别在于，本实施例的运行方法的步骤S4具体为：
第一饱和蒸汽产生过程：第一热媒为水，所述第一热媒、所述第二热媒分别经第一热媒导入管道10、第二热媒导入管道26通入第一热媒室13、第二热媒室25的下部，第一热媒、第二热媒分别吸收所述还原反应和氧化再生反应的反应热并产生汽水混合物，所述汽水混合物经第一热媒导出管道11从第一热媒室13的上部通入第一汽水分离器30的中部进行汽水分离，分离后的第一饱和蒸汽经第一饱和蒸汽导出管道32送出，水经第一水循环管道33回注到第一热媒室13的中部，或者所述汽水混合物经第二热媒导出管道27送出；通过调节第一汽水分离器30中第一饱和蒸汽的压力对第一载氧体、第二载氧体的还原反应和氧化再生反应的反应温度进行控制，通过调节第一热媒的流量对第一汽水分离器30的液位进行控制。
实施例5
图6是本发明实施例5的放散煤气锅炉系统的结构示意图。参见图6，本实施例与实施例4的区别在于，本实施例还包括：
所述的放散煤气锅炉系统还包括第二汽水分离器40，所述第二热媒为水，所述第二汽水分离器40的中部与所述第二热媒导出管道27连接，所述第二汽水分离器40的顶部设有第二饱和蒸汽导出管道41，所述第二汽水分离器40的底部设有第二水循环管道43，所述第二水循环管道43与所述第二热媒室的中部连接。
另一方面，本实施例还提供了一种放散煤气锅炉系统的运行方法，参见图6，与实施例4的区别在于，本实施例的运行方法在所述步骤S4之后还包括如下步骤：
S5.第二饱和蒸汽产生过程：第二热媒为水，所述第二热媒经第二热媒导入管道26通入第二热媒室25的下部，第二热媒吸收进入第二化学链燃烧反应室24的还原反应产物气体和氧化再生反应产物气体的热量并产生汽水混合物，所述汽水混合物经第二热媒导出管道27从第二热媒室25的上部通入第二汽水分离器40的中部进行汽水分离，分离后的第二饱和蒸汽经第二饱和蒸汽导出管道41送出，水经第二水循环管道43回注到第二热媒室25的中部；通过调节第二汽水分离器40中饱和蒸汽的压力对第二化学链燃烧反应器出口的烟气温度进行控制，通过调节第二热媒的流量对第二汽水分离器40的液位进行控制。
实施例6
图7是本发明实施例6的包括放散煤气化学链燃烧锅炉的转炉煤气系统的示意图。参见图7，本实施例与实施例5的区别在于，本实施例还包括：转炉煤气处理子系统，
所述转炉煤气处理子系统包括转炉101、余热回收装置102、除尘装置103、煤气风机104、煤气成分分析仪105、第一三通阀106、煤气柜107、第二三通阀110及放散塔109；所述转炉101、余热回收装置102、除尘装置103、煤气风机104、煤气成分分析仪105、第一三通阀106及煤气柜107通过转炉煤气管道108依次连接，所述第一三通阀106、第二三通阀110及放散塔109通过第二放散煤气管道112依次连接；所述第二三通阀110与第一放散煤气管道6连接，所述第二放散煤气管道112在第二三通阀110与放散塔109之间的位置上与烟气管道9连接，所述烟气管道9上设有单向阀111或电磁阀111。
另一方面，本实施例还提供了一种包括放散煤气化学链燃烧锅炉的转炉煤气处理系统的运行方法，参见图7，与实施例5的区别在于，本实施例的运行方法的步骤S1-S2分别为：
S1.还原反应过程：转炉101产生的转炉煤气经余热回收装置102进行热回收，通过除尘装置103进行除尘后，通过煤气风机104鼓入煤气成分分析仪105，之后通过煤气成分分析仪105对转炉煤气的成分进行分析，如果煤气成分达标(如，CO的体积分数≥10％，O2的体积分数≤2％)，开通第一三通阀106的回收侧而关闭放散侧，将转炉煤气送入煤气柜107进行回收利用；如果煤气成分不达标，则开通第一三通阀106的放散侧而关闭回收侧，并开通第二三通阀110的第一放散煤气管道侧而关闭放散塔侧，将转炉放散煤气经第一放散煤气管道6通入第一化学链燃烧反应室5、第二化学链燃烧反应室24中，放散煤气中的可燃组分分别与第一载氧体、第二载氧体的氧化态反应生成还原反应产物气体，所述还原反应产物气体经所述烟气管道9、第二放散煤气管道112排出到放散塔109进行排放，同时第一载氧体、第二载氧体的氧化态分别被还原为还原态；
S2.氧化再生反应过程：当无煤气放散时，开通第二三通阀110的放散塔侧而关闭第一放散煤气管道侧，并启动空气风机，将空气经空气管道8通入第一化学链燃烧反应室5、第二化学链燃烧反应室24中，第一载氧体、第二载氧体的还原态被空气中的氧气氧化再生为氧化态，氧化反应产物气体经所述烟气管道9、第二放散煤气管道112和放散塔109进行排放。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (20)
1.一种放散煤气锅炉系统，其特征在于，包括第一化学链燃烧反应器，所述第一化学链燃烧反应器包括第一化学链燃烧反应室和第一热媒室，所述第一化学链燃烧反应室的上部与第一放散煤气管道和空气管道连通，第一化学链燃烧反应室的下部与烟气管道连通，第一化学链燃烧反应室内充填有第一载氧体；所述第一热媒室的下部连接有第一热媒导入管道，第一热媒室的上部连接有第一热媒导出管道。
2.根据权利要求1所述的放散煤气锅炉系统，其特征在于，所述第一化学链燃烧反应器为第一管壳式化学链燃烧反应器，所述第一管壳式化学链燃烧反应器包括第一管程和第一壳程，所述第一管程为第一化学链燃烧反应室，所述第一壳程为第一热媒室。
3.根据权利要求1或2所述的放散煤气锅炉系统，其特征在于，还包括第一汽水分离器，所述第一热媒为水，所述第一汽水分离器的中部与所述第一热媒导出管道连接，所述第一汽水分离器的顶部设有第一饱和蒸汽导出管道，所述第一汽水分离器的底部设有第一水循环管道，所述第一水循环管道与所述第一热媒室的中部连接。
4.根据权利要求1～3任一项所述的放散煤气锅炉系统，其特征在于，所述第一化学链燃烧反应室包括第一载氧体充填床，所述第一载氧体充填床的下方充填有第二载氧体或蓄热体。
5.根据权利要求1～3任一项所述的放散煤气锅炉系统，其特征在于，所述的第一管壳式化学链燃烧反应器的下方连接有第二管壳式化学链燃烧反应器，所述第二管壳式化学链燃烧反应器包括第二管程和第二壳程；所述第二管程为第二化学链燃烧反应室，所述第二化学链燃烧反应室内充填有第二载氧体或蓄热体，第二化学链燃烧反应室与所述第一化学链燃烧反应室相通；所述第二壳程为第二热媒室，所述第二热媒室的下部连接有第二热媒导入管道，第二热媒室的上部连接有第二热媒导出管道。
6.根据权利要求5所述的放散煤气锅炉系统，其特征在于，还包括第二汽水分离器，所述第二热媒为水，所述第二汽水分离器的中部与所述第二热媒导出管道连接，所述第二汽水分离器的顶部设有第二饱和蒸汽导出管道，所述第二汽水分离器的底部设有第二水循环管道，所述第二水循环管道与所述第二热媒室的中部连接。
7.根据权利要求1～6任一项所述的放散煤气锅炉系统，其特征在于，所述空气管道上设有空气风机和单向阀或者电磁阀。
8.根据权利要求1～7任一项所述的放散煤气锅炉系统，其特征在于，所述第一载氧体和第二载氧体为铜基载氧体或者包括铜基载氧体和铁基载氧体的多元载氧体。
9.一种权利要求1～8任一项所述的放散煤气锅炉系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.还原反应过程：当有煤气放散时，放散煤气经第一放散煤气管道通入第一化学链燃烧反应室中，放散煤气中的可燃组分与第一载氧体的氧化态反应生成还原反应产物气体，所述还原反应产物气体经所述烟气管道排出，同时第一载氧体的氧化态被还原为还原态；
S2.氧化再生反应过程：当无煤气放散时，启动空气风机，将空气经空气管道通入第一化学链燃烧反应室中，第一载氧体的还原态被空气中的氧气氧化再生为氧化态，氧化反应产物气体经烟气管道排出；
S3.反应热吸收过程：所述第一热媒室中，经第一热媒导入管道通入的第一热媒吸收所述还原反应和氧化再生反应的反应热，然后经第一热媒导出管道送出。
10.根据权利要求9所述的放散煤气锅炉系统的运行方法，其特征在于，在所述步骤S2之后还包括如下步骤：
S4.第一饱和蒸汽产生过程：第一热媒为水，所述第一热媒经第一热媒导入管道通入第一热媒室的下部，第一热媒吸收所述还原反应和氧化再生反应的反应热并产生汽水混合物，所述汽水混合物经第一热媒导出管道从第一热媒室的上部通入第一汽水分离器的中部进行汽水分离，分离后的第一饱和蒸汽经第一饱和蒸汽导出管道送出，水经第一水循环管道回注到第一热媒室的中部；通过调节第一汽水分离器中第一饱和蒸汽的压力对第一载氧体的还原反应和氧化再生反应的反应温度进行控制，通过调节第一热媒的流量对第一汽水分离器的液位进行控制。
11.根据权利要求10所述的放散煤气锅炉系统的运行方法，其特征在于，在所述步骤S4之后还包括如下步骤：
S5.第二饱和蒸汽产生过程：第二热媒为水，所述第二热媒经第二热媒导入管道通入第二热媒室的下部，第二热媒吸收进入第二化学链燃烧反应室的还原反应产物气体和氧化再生反应产物气体的热量并产生汽水混合物，所述汽水混合物经第二热媒导出管道从第二热媒室的上部通入第二汽水分离器的中部进行汽水分离，分离后的第二饱和蒸汽经第二饱和蒸汽导出管道送出，水经第二水循环管道回注到第二热媒室的中部；通过调节第二汽水分离器中饱和蒸汽的压力对第二化学链燃烧反应器出口的烟气温度进行控制，通过调节第二热媒的流量对第二汽水分离器的液位进行控制。
12.根据权利要求10或11所述的放散煤气锅炉系统的运行方法，其特征在于，所述还原反应过程中，当煤气的放散时间发生了延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度有了增加时，第一载氧体充填床出口的还原产物气体中未反应的可燃组分进入第二载氧体充填床与第二载氧体的氧化态反应生成还原反应产物气体，同时第二载氧体的氧化态被还原为还原态；
当上一个还原反应过程的煤气放散时间发生了延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度有了增加时，在接着的两个或两个以上的氧化再生反应过程中调高空气流量，使第二载氧体的还原态逐渐地被第一载氧体充填床出口的氧化再生反应产物中未反应的氧气氧化再生为氧化态；在所述第二载氧体的还原态被完全氧化再生为氧化态之后，再将所述空气流量调回原来的流量值。
13.根据权利要求12所述的放散煤气锅炉系统的运行方法，其特征在于，所述还原反应过程中，当煤气的放散时间发生了延长和/或者放散煤气中的可燃组分浓度有了增加时，在通入放散煤气的同时，启动所述空气风机，通入空气，使第二载氧体充填床的入口温度维持在250℃以上。
14.根据权利要求13所述的放散煤气锅炉系统的运行方法，其特征在于，所述空气流量为所述放散煤气中可燃组分的流量的5～50％。
15.根据权利要求9～14任一项所述的放散煤气锅炉系统的运行方法，其特征在于，所述第一载氧体和第二载氧体的还原反应和氧化再生反应的反应温度为250℃以上。
16.一种包括权利要求1～8任一项所述的放散煤气锅炉系统的转炉煤气系统，其特征在于，所述转炉煤气系统还包括转炉煤气处理子系统；所述转炉煤气处理子系统包括转炉、余热回收装置、除尘装置、煤气风机、煤气成分分析仪、第一三通阀、煤气柜、第二三通阀及放散塔；所述转炉、余热回收装置、除尘装置、煤气风机、煤气成分分析仪、第一三通阀及煤气柜通过转炉煤气管道依次连接；所述第一三通阀、第二三通阀及放散塔通过第二放散煤气管道依次连接；所述第二三通阀与第一放散煤气管道连接，所述第二放散煤气管道在第二三通阀与放散塔之间的位置上与烟气管道连接。
17.根据权利要求16所述的转炉煤气系统，其特征在于，所述烟气管道上设有单向阀或电磁阀。
18.一种权利要求16或17所述的转炉煤气系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.还原反应过程：转炉产生的转炉煤气经余热回收装置进行热回收，通过除尘装置进行除尘后，通过煤气风机鼓入煤气成分分析仪，通过煤气成分分析仪对转炉煤气的成分进行分析，如果煤气成分达标，开通第一三通阀的回收侧而关闭放散侧，将转炉煤气送入煤气柜进行回收利用；如果煤气成分不达标，则开通第一三通阀的放散侧而关闭回收侧，并开通第二三通阀的第一放散煤气管道侧而关闭放散塔侧，将转炉放散煤气经第一放散煤气管道通入化学链燃烧反应室中，放散煤气中的可燃组分分别与载氧体的氧化态反应生成还原反应产物气体，所述还原反应产物气体经所述烟气管道、第二放散煤气管道和放散塔进行排放，同时载氧体的氧化态分别被还原为还原态；
S2.氧化再生反应过程：当无煤气放散时，开通第二三通阀的放散塔侧而关闭第一放散煤气管道侧，并启动空气风机，将空气经空气管道通入化学链燃烧反应室中，载氧体的还原态被空气中的氧气氧化再生为氧化态，氧化反应产物气体经所述烟气管道、第二放散煤气管道和放散塔进行排放；
S3.反应热吸收过程：所述热媒室中，经热媒导入管道通入的热媒吸收所述还原反应和氧化再生反应的反应热，然后经热媒导出管道送出。
19.根据权利要求18所述的转炉煤气系统的运行方法，其特征在于，所述化学链燃烧反应室为第一化学链燃烧反应室和/或第二化学链燃烧反应室；所述载氧体为第一载氧体和/或第二载氧体；所述热媒室为第一热媒室和/或第二热媒室；所述热媒导入管道为第一热媒导入管道和/或第二热媒导入管道；所述热媒导出管道为第一热媒导出管道和/或第二热媒导出管道。
20.根据权利要求18或19所述的转炉煤气系统的运行方法，其特征在于，所述煤气成分达标的要求为CO的体积分数≥10％，O2的体积分数≤2％。
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