CN113897204A

CN113897204A - 炼焦系统及炼焦方法

Info

Publication number: CN113897204A
Application number: CN202111277342.4A
Authority: CN
Inventors: 徐列; 张立新; 印文宝
Original assignee: Huatai Yongchuang Beijing Technology Co ltd
Current assignee: Huatai Yongchuang Beijing Technology Co ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-01-07

Abstract

本公开实施例提供了一种炼焦系统及炼焦方法。炼焦系统包括：炼焦装置、空气分离单元、燃气分离单元、第一掺混单元和第二掺混单元，所述空气分离单元用于分离空气得到纯氧；所述燃气分离单元用于分离燃气得到燃料气；所述第一掺混单元用于将纯氧和所述排气管道排出的烟道废气掺混，得到炼焦装置生产用助燃气体；所述第二掺混单元用于将燃料气和所述排气管道排出的烟道废气掺混，得到炼焦装置生产用燃料。在本公开实施例中，烟道废气中的二氧化碳和水蒸气被再次回收用于炼焦，从而能够减少二氧化碳的排放，实现了“碳减排”，将纯氧和烟道废气掺混用于炼焦也能从源头上解决焦炉废气中氮氧化物超标的问题。

Description

炼焦系统及炼焦方法

技术领域

本公开涉及炼焦及废气处理技术领域，特别是涉及一种炼焦系统及炼焦方法。

背景技术

在焦炉炼焦过程中，燃气与助燃空气在焦炉内燃烧后排放大量的废气，废气主要由氮气、二氧化碳、饱和水蒸汽、氮氧化物、固体颗粒物等组成，其中二氧化碳和饱和水蒸汽是温室气体，其排放到大气中导致温室效应，致使全球气候变暖，破坏生态环境；氮氧化物是酸性气体，其排放到大气后形成酸雨降落到地面，腐蚀地面上的建构筑物和农作物，引起土壤酸化，在光线的作用下氮氧化物在大气中会发生复杂的光化学反应，与大气中的细小的固体颗粒物等结合形成气溶胶，导致大气PM2.5严重超标，影响人体健康。

所以，相关炼焦生产技术中，均存在未能解决废气排放的问题，因此，为了解决炼焦过程中的废气排放问题，开发一种能够减少二氧化碳排放的炼焦系统是十分有必要的。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种能够减少二氧化碳排放的炼焦系统及炼焦方法。具体技术方案如下：

本公开第一方面的实施例提出了一种炼焦系统，包括：具有供气管道、排气管道的炼焦装置，其中供气管道包括第一供气管道和第二供气管道；沿所述第一供气管道的供气方向，依次设置在所述第一供气管道上的空气分离单元和第一掺混单元；沿所述第二供气管道的供气方向，依次设置在所述第二供气管道上的燃气分离单元和第二掺混单元；连接在所述排气管道和所述第一掺混单元、所述第二掺混单元之间的回收管道；所述空气分离单元用于分离空气得到纯氧；所述燃气分离单元用于分离燃气得到燃料气；所述第一掺混单元用于将纯氧和所述排气管道排出的烟道废气掺混，以调节氧气的浓度，得到炼焦装置生产用助燃气体；所述第二掺混单元用于将燃料气和所述排气管道排出的烟道废气掺混，以调节燃料气的热值，得到炼焦装置生产用燃料；其中，所述烟道废气包括二氧化碳和水蒸气。

根据本公开实施例的炼焦系统，空气在空气分离单元内经过气体分离后得到纯氧，纯氧通过第一供气管道进入第一掺混单元，燃气在燃气分离单元内经过气体分离后得到燃料气，燃料气通过第二供气管道进入第二掺混单元，排气管道排出的烟道废气经回收管道分别进入第一掺混单元和第二掺混单元，在第一掺混单元内纯氧和烟道废气掺混后得到助燃气体，在第二掺混单元内燃料气和烟道废气掺混后得到燃料，其中，所述烟道废气包括二氧化碳和水蒸气，助燃气体和燃料通入炼焦装置内燃烧供热进行炼焦，在本公开实施例中，烟道废气中的二氧化碳和水蒸气被再次回收用于炼焦，从而能够减少二氧化碳的排放，实现了“碳减排”，将纯氧和烟道废气掺混用于炼焦也能从源头上解决焦炉废气中氮氧化物超标的问题，同时，采用纯氧燃烧，燃烧后废气中二氧化碳富集，有利于二氧化碳的捕集和利用。

另外，根据本公开实施例的一种炼焦系统，还可具有如下附加的技术特征：

在本公开的一些实施例中，所述燃气分离单元的数量为至少一个，所述第二掺混单元的数量与所述燃气分离单元的数量相同。

在本公开的一些实施例中，所述系统还包括：气体处理装置，所述气体处理装置设置在所述排气管道和所述回收管道之间，所述气体处理装置用于分离烟道废气得到二氧化碳和水蒸气。

在本公开的一些实施例中，所述系统还包括：两个惰性气体收集装置，所述空气分离单元和所述燃气分离单元分别连接一个惰性气体收集装置，用于收集气体分离得到的惰性气体。

在本公开的一些实施例中，所述系统还包括：空气供应单元和燃气供应单元，所述空气供应单元通过所述第一供气管道与所述空气分离单元连接，所述燃气供应单元通过所述第二供气管道与所述燃气分离单元连接。

在本公开的一些实施例中，所述炼焦装置为常规焦炉。

本公开第二方面的实施例提出了一种炼焦方法，其应用上述第一方面的实施例中的炼焦系统而实施，炼焦方法包括：提供空气，并将空气引入空气分离单元进行分离，以得到纯氧；使纯氧与炼焦装置排放的一部分烟道废气掺混，以得到助燃气体，其中，所述烟道废气包括二氧化碳和水蒸气；提供燃气，并将燃气引入燃气分离单元进行分离，以得到燃料气；使燃料气与炼焦装置排放的另一部分烟道废气掺混，以得到燃料；将燃料和助燃气体通入炼焦装置内燃烧供热，进行炼焦。

另外，根据本公开第二方面的实施例的一种炼焦方法，还可具有如下附加的技术特征：

在本公开的一些实施例中，所述燃气为高炉煤气、转炉煤气和发生炉煤气中的一种，或者，所述燃气为天然气、液化石油气中的一种。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本公开一种实施例的炼焦系统；

图2为本公开另一种实施例的炼焦系统。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1所示，本公开第一方面的实施例提出了一种炼焦系统，包括：具有供气管道a、排气管道b的炼焦装置1，其中供气管道a包括第一供气管道a1和第二供气管道a2；沿所述第一供气管道a1的供气方向，依次设置在所述第一供气管道a1上的空气分离单元2和第一掺混单元3；沿所述第二供气管道a2的供气方向，依次设置在所述第二供气管道a2上的燃气分离单元4和第二掺混单元5；连接在所述排气管道b和所述第一掺混单元3、所述第二掺混单元5之间的回收管道c；所述空气分离单元2用于分离空气得到纯氧；所述燃气分离单元4用于分离燃气得到燃料气；所述第一掺混单元3用于将纯氧和所述排气管道b排出的烟道废气掺混，以调节氧气的浓度，得到炼焦装置1生产用助燃气体；所述第二掺混单元5用于将燃料气和所述排气管道b排出的烟道废气掺混，以调节燃料气的热值，得到炼焦装置1生产用燃料；其中，所述烟道废气包括二氧化碳和水蒸气。

根据本公开实施例的炼焦系统，空气在空气分离单元2内经过气体分离后得到纯氧，纯氧通过第一供气管道a1进入第一掺混单元3，燃气在燃气分离单元4内经过气体分离后得到燃料气，燃料气通过第二供气管道a2进入第二掺混单元5，炼焦装置1内产生的焦炉烟气经过烟道进入排气管道b，排气管道b排出的烟道废气经回收管道c分别进入第一掺混单元3和第二掺混单元5，在第一掺混单元3内纯氧和烟道废气掺混后得到助燃气体，在第二掺混单元5内燃料气和烟道废气掺混后得到燃料，其中，所述烟道废气包括二氧化碳和水蒸气，助燃气体和燃料通入炼焦装置1内燃烧供热进行炼焦，在本公开实施例中，烟道废气中的二氧化碳和水蒸气被再次回收用于炼焦，从而能够减少二氧化碳的排放，实现了“碳减排”，将纯氧和烟道废气掺混用于炼焦也能从源头上解决焦炉废气中氮氧化物超标的问题，同时，采用纯氧燃烧，燃烧后废气中二氧化碳富集，有利于二氧化碳的捕集和利用。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，所述炼焦装置1由焦炉11、焦炉12以及设置在两个焦炉中间的煤塔和炉间台13组成。在实际炼焦过程中，掺混后得到的助燃气体和燃料可以分别经第一供气管道a1和第二供气管道a2以及煤塔和炉间台13通入焦炉11、焦炉12中。

在本公开的一些实施例中，在回收管道b上还可设置分支管道及烟道废气收集设备，收集的烟道废气可以应用于活性炭、干熄焦、氢冶金工业中，从而实现“碳中和”。

在本公开的一些实施例中，所述空气分离单元2是由多种机械和设备组成的成套设备。

例如，采用深冷分离技术的设备，包括空气压缩系统、杂质净化和换热系统、制冷系统和液化精馏系统等组成，将空气液化、精馏，最终分离为氧、氮和其他气体。

采用变压吸附分离技术PSA的设备，包括鼓风机、吸附塔、贮氧罐和真空泵等组成，利用吸附剂对空气中的氧气和氮气等气体具有选择性吸附能力，而且吸附容量随压力改变的特性，达到氧气与氮气等气体分离的目的。

在本公开的一些实施例中，燃气分离单元4是由多种机械和设备组成的成套设备，可以包括净化和吸附设备，如脱硫装置和变压吸附分离装置，燃气先经过脱硫装置完成脱硫后，进入变压吸附分离装置内进行气体分离，可得到包含氢、一氧化碳、甲烷、硫化氢以及各种碳氢化合物的燃料气，以及惰性气体，如氮气。

其中，空气分离单元2和燃气分离单元4可以采用现有的任何气体分离设备，包括但不限于采用深冷分离技术、变压吸附分离技术PSA、变温吸附分离技术TSA和膜分离技术等的设备均可。

在本公开的一些实施例中，第一掺混单元3包括氧气浓度检测元件、流量调节阀和自动控制系统组成，氧气浓度检测元件、流量调节阀分别与自动控制系统连接，氧气浓度检测元件用于监测氧气浓度，流量调节阀用于控制纯氧进入第一掺混单元3，自动控制系统根据氧气含量监测数据控制流量调节阀的开关，进而控制纯氧和烟道废气进入第一掺混单元3的量，进而控制氧气浓度，使氧气浓度达到15～99.6％(体积比)，得到助燃气体。

在本公开的一些实施例中，第二掺混单元5包括热值仪、气体成分监测原件、流量调节阀以及自动控制系统等，热值仪、气体成分监测原件、流量调节阀分别与自动控制系统连接，热值仪用于检测燃料气的热值，气体成分监测原件用于监测气体成分的浓度，流量调节阀用于控制气体进入第二掺混单元5，自动控制系统根据热值仪、气体成分监测原件监测到的数据控制流量调节阀的开度，以控制燃料气和烟道废气进入第二掺混单元5的量，进而调节燃料气的热值，得到燃料。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，所述燃气分离单元4的数量为至少一个，所述第二掺混单元5的数量与所述燃气分离单元4的数量相同。由于燃气可为高炉煤气、转炉煤气和发生炉煤气等贫煤气，燃气也可以为天然气、液化石油气等富煤气。因此，当燃气分离单元4的数量为一个时，本申请实施例中的炼焦系统仅用于对一种燃气进行分离。当燃气分离单元4的数量为多个时，则可供使用的燃气种类会更加丰富，从而使炼焦系统具有更广泛的应用场景。以炼焦系统具有四个燃气分离单元4为例，四个燃气分离单元4可分别为用于分离高炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气和天然气得到对应燃料气，并相应设置四个第二掺混单元5，分别用于将高炉煤气分离出的燃料气与烟道废气进行掺混，将转炉煤气分离出的燃料气与烟道废气进行掺混，将发生炉煤气分离出的燃料气与烟道废气进行掺混，将天然气分离出的燃料气与烟道废气进行掺混。这样，在实际生产中，有高炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气和天然气中的任何一种燃气时，都可以进行燃气分离得到燃料气，然后将燃料气和烟道废气进行掺混，生产更为便捷。其中，每一种燃气的燃气分离单元4和第一掺混单元5以及二者之间连接的管道均为专用设备，可以根据燃气种类、工况进行设计，当炼焦系统中设置有四个燃气分离单元4和对应的第二掺混单元5时，可以根据现场的煤气种类选择一组对应的燃气分离单元4和对应的第二掺混单元5进行气体分离和掺混，掺混后的气体分别通入两个焦炉中，或者选择一组对应的燃气分离单元4和对应的第二掺混单元5进行气体分离和掺混，掺混后的气体通入一个焦炉中，选择另一组对应的燃气分离单元4和对应的第二掺混单元5进行气体分离和掺混，掺混后的气体通入另一个焦炉中，即每次只能有与焦炉对应数量的燃气分离单元4和对应的第二掺混单元5处于工作状态。

在本公开的一些实施例中，所述系统还包括：气体处理装置6，所述气体处理装置6设置在所述排气管道b和所述回收管道c之间，所述气体处理装置6用于分离烟道废气得到二氧化碳和水蒸气。气体处理装置6可以净化烟道废气，并将烟道废气中的二氧化碳和水蒸气分离出来，这样分离出来的二氧化碳和水蒸气可以通过回收管道c分别进入第一掺混单元3和第二掺混单元5中。

在本公开的一些实施例中，所述系统还包括：事故烟囱9，所述事故烟囱9通过管道与气体处理装置6连接，在系统发生故障以至于不能回收烟道废气时，排气管道b排出的烟道废气可以直接经过气体处理装置6、事故烟囱9排出。

所述气体处理装置6是由多种机械和设备组成的成套设备，可以包括净化和吸附设备，如脱硫装置和变压吸附分离装置，烟道废气先经过脱硫装置完成脱硫后，进入变压吸附分离装置内进行气体分离，可得到二氧化碳和水蒸气，分离出来的二氧化碳和水蒸气可以通过回收管道c分别进入第一掺混单元3和第二掺混单元5中。

在本公开的一些实施例中，所述系统还包括：两个惰性气体收集装置(图中未示出)，所述空气分离单元和所述燃气分离单元分别连接一个惰性气体收集装置，用于收集气体分离得到的惰性气体，其中，惰性气体主要为氮气，收集的氮气可用于工业氮气、合成树脂、合成纤维、合成橡胶等。

在本公开的一些实施例中，所述系统还包括：空气供应单元7和燃气供应单元8，所述空气供应单元7通过所述第一供气管道a1与所述空气分离单元2连接，所述燃气供应单元8通过所述第二供气管道a2与所述燃气分离单元4连接。空气供应单元7用于供应空气分离单元2分离空气所需要的助燃气体，燃气供应单元8用于供应燃气分离单元4分离燃气所需要的燃气。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，燃气供应单元8可以为多个，例如分别供应高炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气和天然气。

在本公开的一些实施例中，所述炼焦装置为常规焦炉，所述常规焦炉由炉顶，炭化室，燃烧室，蓄热室，烟道等组成。

本公开第二方面的实施例提出了一种炼焦方法，其应用上述第一方面的实施例中的炼焦系统而实施。炼焦方法包括：提供空气，并将空气引入空气分离单元2进行分离，以得到纯氧；使纯氧与炼焦装置1排放的一部分烟道废气掺混，以得到助燃气体，其中，所述烟道废气包括二氧化碳和水蒸气；提供燃气，并将燃气引入燃气分离单元4进行分离，以得到燃料气；使燃料气与炼焦装置1排放的另一部分烟道废气掺混，以得到燃料；将燃料和助燃气体通入炼焦装置1内燃烧供热，进行炼焦。在本公开实施例中，烟道废气中的二氧化碳和水蒸气被再次回收用于炼焦，从而能够减少二氧化碳的排放，实现了“碳减排”，将纯氧和烟道废气掺混用于炼焦也能从源头上解决焦炉废气中氮氧化物超标的问题，同时，采用纯氧燃烧，燃烧后废气中二氧化碳富集，有利于二氧化碳的捕集和利用。

在本公开的一些实施例中，所述燃气为高炉煤气、转炉煤气和发生炉煤气中的一种，或者，所述燃气为天然气、液化石油气中的一种，这样，在实际生产中，有高炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气和天然气中的任何一种燃气时，都可以进行燃气分离得到燃料气，然后将燃料气和烟道废气进行掺混，生产更为便捷。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本公开的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本公开的较佳实施例，并非用于限定本公开的保护范围。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本公开的保护范围内。

Claims

1.一种炼焦系统，其特征在于，包括：

具有供气管道、排气管道的炼焦装置，其中供气管道包括第一供气管道和第二供气管道；

沿所述第一供气管道的供气方向，依次设置在所述第一供气管道上的空气分离单元和第一掺混单元；沿所述第二供气管道的供气方向，依次设置在所述第二供气管道上的燃气分离单元和第二掺混单元；

连接在所述排气管道和所述第一掺混单元、所述第二掺混单元之间的回收管道；

所述空气分离单元用于分离空气得到纯氧；所述燃气分离单元用于分离燃气得到燃料气；所述第一掺混单元用于将纯氧和所述排气管道排出的烟道废气掺混，以调节氧气的浓度，得到炼焦装置生产用助燃气体；所述第二掺混单元用于将燃料气和所述排气管道排出的烟道废气掺混，以调节燃料气的热值，得到炼焦装置生产用燃料；其中，所述烟道废气包括二氧化碳和水蒸气。

2.根据权利要求1所述的炼焦系统，其特征在于，所述燃气分离单元的数量为至少一个，所述第二掺混单元的数量与所述燃气分离单元的数量相同。

3.根据权利要求1所述的炼焦系统，其特征在于，所述系统还包括：气体处理装置，所述气体处理装置设置在所述排气管道和所述回收管道之间，所述气体处理装置用于分离烟道废气得到二氧化碳和水蒸气。

4.根据权利要求1所述的炼焦系统，其特征在于，所述系统还包括：两个惰性气体收集装置，所述空气分离单元和所述燃气分离单元分别连接一个惰性气体收集装置，用于收集气体分离得到的惰性气体。

5.根据权利要求1所述的炼焦系统，所述系统还包括：空气供应单元和燃气供应单元，所述空气供应单元通过所述第一供气管道与所述空气分离单元连接，所述燃气供应单元通过所述第二供气管道与所述燃气分离单元连接。

6.根据权利要求1所述的炼焦系统，其特征在于，所述炼焦装置为常规焦炉。

7.一种炼焦方法，应用权利要求1-6中任一项所述的炼焦系统而实施，其特征在于，所述炼焦方法包括：

提供空气，并将空气引入空气分离单元进行分离，以得到纯氧；

使纯氧与炼焦装置排放的一部分烟道废气掺混，以得到助燃气体，其中，所述烟道废气包括二氧化碳和水蒸气；

提供燃气，并将燃气引入燃气分离单元进行分离，以得到燃料气；

使燃料气与炼焦装置排放的另一部分烟道废气掺混，以得到燃料；

将燃料和助燃气体通入炼焦装置内，进行炼焦。

8.根据权利要求7所述的炼焦方法，其特征在于，所述燃气为高炉煤气、转炉煤气和发生炉煤气中的一种，或者，所述燃气为天然气、液化石油气中的一种。