CN113930252A - 一种干熄焦系统补燃工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干熄焦系统补燃工艺，在干熄焦系统中导入煤气燃料，将煤气燃料燃烧产生的高温烟气与干熄炉产生的高温惰性气体混合形成混合烟气后，再送入干熄焦锅炉。本发明通过在干熄焦系统中导入煤气燃料进行燃烧，可以提升干熄焦循环气量以及稳定干熄焦锅炉的入口温度，继而提升其发电效率，提高干熄焦系统设备的利用效率，进而解决了焦化生产低负荷运行带来的技术问题，降低生产设备直接投资，经济性好，技术可靠。
Description
技术领域
本发明是一种干熄焦系统补燃工艺，具体涉及一种应用于干熄焦余热发电系统的补燃工艺，属于干熄焦余热发电技术领域。
背景技术
干熄焦余热发电技术是利用低温惰性气体将干熄炉中的红焦在无氧环境下进行降温冷却，吸收红焦潜热后的高温惰性循环气体从干熄炉环形烟道排出后，进入干熄焦余热锅炉进行换热，换热产生的蒸汽再进入汽轮机带动发电机发电的过程。在干熄焦系统中，从干熄焦余热锅炉冷却后的低温惰性气体再由循环风机重新鼓入干熄炉，继续对红焦进行降温，冷却后的焦炭则由干熄炉底部排出。
目前焦化企业生产受到焦炉设备检修、环保限产等因素的影响，焦炉出焦产量呈现短时的不稳定，生产负荷在全天中呈现波浪式的变化曲线。因此干熄焦及余热发电系统也会出现负荷变化，干熄焦锅炉及发电设备的效率不能得到全部释放，效率偏离设计值，尤其采用全干熄模式的焦化企业。假定焦炉所需的红焦处理量为200t/h，进而采用2套200t/h干熄焦实现全干熄，正常运行时每套干熄焦处理100t/h，负荷率为50％，单台套的干熄焦利用率基本在50％及以下负荷运行，低负荷运行会导致干熄焦系统的粉尘沉积、设备热交换效率下降、干熄焦生产技术参数偏离、发电效率降低、除尘、水泵等辅机设备长期处于低效区间等一系列生产技术问题。少有企业采用多台套设计处理能力小的干熄焦设备，用以提升单台套干熄焦在正常生产时的负荷率，例如：焦炉所需的红焦处理量为200t/h，进而采用3套110t/h干熄焦实现全干熄，正常运行时每套干熄焦处理约66.7t/h，负荷率约60％，这样的系统配置一次投资较高，技术经济可行性较差。
现有技术中，为提升干熄焦系统的发电效率，公开号为CN106989611A的发明专利公开了一种焦炉煤气与干熄焦余热综合发电系统，该系统充分利用焦炉煤气燃烧释放的化学能与干熄焦内焦炭释放的显热所产生的蒸汽并共同驱动汽轮机做工，以提升系统的热效率。除此之外，公开号为CN105275515A的发明专利公开了一种焦炉烟气余热与干熄焦余热耦合发电系统及其耦合发电方法，该方法仍然涉及焦炉煤气余热和干熄焦余热的综合利用，将炼焦烟道排烟余热耦合进入干熄焦余热发电循环的耦合发电，从而提高干熄焦余热锅炉热效率。
综上所述，现有技术虽都是焦炉煤气余热产生的蒸汽与干熄焦余热产出的蒸汽，蒸汽混合后送发电，焦炉煤气发电系统和干熄焦余热系统完全独立的工艺系统，仅是将不同系统的蒸汽进行了混合。这样的分系统虽然煤气燃料和干熄焦余热得到的一定利用，但对于现有焦化企业所面临的干熄焦锅炉及发电设备效率不能得到全部释放的问题，仍然未得到解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种干熄焦系统补燃工艺，通过在干熄焦系统中导入煤气燃料进行燃烧，可以提升干熄焦循环气量以及稳定干熄焦锅炉的入口温度，继而提升其发电效率，提高干熄焦系统设备的利用效率，进而解决了焦化生产低负荷运行带来的技术问题，降低生产设备直接投资，经济性好，技术可靠。
本发明通过下述技术方案实现：一种干熄焦系统补燃工艺，在干熄焦系统中导入煤气燃料，将煤气燃料燃烧产生的高温烟气与干熄炉产生的高温惰性气体混合形成混合烟气后，再送入干熄焦锅炉。
在干熄炉的环形烟道内、干熄炉环形烟道出口处或干熄炉与干熄焦锅炉之间管道上的任一位置导入煤气燃料。
在导入煤气燃料的同时向干熄焦系统中导入助燃气体，使煤气燃料与助燃气体接触并燃烧产生高温烟气，控制煤气燃料与助燃气体的体积比为2∶1。
所述煤气燃料包括但不限于焦炉煤气或高炉煤气。
所述助燃气体包括但不限于氧气或空气。
控制干熄焦锅炉入口处混合烟气的温度为900～980℃。
所述干熄焦锅炉包括过热器和再热器，混合烟气依次对过热器和再热器进行换热，过热器换热后将过热蒸汽送至汽轮机高压缸，汽轮机高压缸排汽送入再热器，得到的再热蒸汽被送入汽轮机低压缸。
所述过热蒸汽的温度控制在540～570℃，所述再热蒸汽的温度控制在540～570℃。
所述汽轮机高压缸排汽压力控制在3.5～4.5Mpa；所述汽轮机低压缸进气压力控制在3.0～3.9Mpa。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明通过在常规干熄焦系统中引入煤气补燃工艺，利用煤气燃料燃烧产生的高温烟气与干熄焦系统产生的高温惰性气体混合后，可以稳定干熄焦锅炉入口温度，同时增加循环烟气流量，继而达到提升锅炉蒸汽产量的目的。
(2)本发明通过煤气补燃工艺的使用，可提升干熄焦系统中干熄焦锅炉设备负荷的20～30％，从而提高系统蒸汽产量和发电效率，由此增加的工程投资可以在系统运行6个月至1年内收回，设备成本低，且经济效益显著。
(3)本发明通过管道将煤气燃料引入干熄焦系统中，引入位置灵活，不限于干熄炉的环形烟道内、干熄炉环形烟道出口处或干熄炉与干熄焦锅炉之间管道上的任一位置。使用时，将引入的煤气燃料与系统补入的空气燃烧即可获得高温烟气，通过简单的管道结构改造即可实现，设备装置少，产品制造相对容易，工程投资远远低于增设一整套干熄焦装置，或为消耗富裕煤气而单独增设一整套煤气锅炉装置的成本。
(4)本发明通过合理控制煤气燃料与助燃气体的比例以控制高温烟气的流量，为实现混合烟气温度的自动化控制，可利用温度传感器与对应供给机构(包括煤气燃料、助燃气体及高温惰性气体的管道及相应调节阀)的控制器进行联锁，并实现干熄焦锅炉入口温度的提升。实际操作时，在检测温度低于设定温度范围下限值时，自动增加燃料供给量；当检测温度高于设定温度范围上限值时，则自动减少燃料供给量。
(5)本发明利用煤气补燃工艺可有效提高干熄焦锅炉气体的入口温度并稳定在900～980℃，通过提升的这部分高品位热能，可提高系统的整体循环热效率，当然，为充分利用干熄焦余热，提高余热发电经济性，可在干熄焦余热发电系统中可加入中间一次再热系统。中间一次再热系统是指锅炉产生的新蒸汽在汽轮机内并不一下膨胀到最低压力，而是在汽轮机高压缸膨胀到某个中间压力引出，再到再热器提高蒸汽过热温度，再热蒸汽出口温度与主蒸汽温度相当，然后送到汽轮机低压缸继续膨胀做功，直到蒸汽乏汽成冷凝水，完成蒸汽在汽轮机膨胀作功。其他过程与无再热系统相同。高温超高压/超高温超高压加中间一次再热汽轮机的内效率高，整体热力系统热效率高，该中间再热技术同时还能提升汽轮机末级叶片干度及机组稳定运行。
综上所述，本发明提供的干熄焦系统补燃技术是向干熄焦系统中导入煤气燃烧以提升干熄焦锅炉和发电负荷的工艺方法，在传统干熄焦系统的基础上能显著提高干熄焦锅炉的利用率和发电效率，进而提升干熄焦发电的经济效益，高效利用现有系统和设备挖掘更深层次的潜力和应用价值。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
其中，1—干熄炉，2—一次除尘器，3—干熄焦锅炉，4—过热器，5—再热器，6—汽轮机高压缸，7—汽轮机低压缸，8—二次除尘器，9—循环风机，10—给水预热器，11—煤气燃料管道，12—空气进风通道，13—空气导入风机。
具体实施方式
下面将本发明的发明目的、技术方案和有益效果作进一步详细的说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对所要求的本发明提供进一步的说明，除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
由于常规的干熄焦系统受环保限产、焦炉及机车设备检修等因素的影响，焦炉生产的红焦处理量会减少，进而干熄炉1的负荷会调整降低，导致干熄焦锅炉3产生蒸汽量减少和发电量的降低。现有技术中虽然通过焦炉煤气余热和干熄焦余热的综合利用，可以在一定程度上降低干熄焦系统的负荷，但并不能解决干熄焦锅炉3及发电设备效率充分利用的问题。为此，本发明提供了一种干熄焦系统补燃工艺。
本发明充分利用吸收红焦显热后的高温干熄焦循环气体的热量，在干熄焦系统中设计了煤气补燃工艺及干熄焦锅炉设备。在干熄焦负荷减少时可保证干熄焦锅炉3在较高负荷水平上运行，抑制干熄焦锅炉3受干熄焦处理量减少而带来的负面影响。另外，随着国家环保要求的不断提升，湿法熄焦设备作为干熄焦系统的备用装置也逐步被限制使用，湿法熄焦设备会逐步被淘汰，建设两套或多套干熄焦设备作为熄焦工艺装置成为发展的主流，全干熄模式在炼焦企业中得到推广和应用。但此全干熄模式会出现单台套的干熄焦装置基本维持在50％的处理负荷，甚至在设计负荷的50％以下。因此，本发明通过向干熄焦系统中导入煤气补燃可有效提升干熄焦锅炉3和发电的负荷及设备热效率，也是解决全干熄模式带来的生产问题的非常有效的技术工艺。
下面以几个典型实施例来列举说明本发明的具体实施方式，当然，本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
实施例1：
本实施例涉及干熄焦系统补燃工艺。
该工艺是在现有干熄焦系统中导入煤气燃料，将煤气燃料燃烧产生的高温烟气与干熄炉1产生的高温惰性气体混合形成混合烟气后，再送入干熄焦锅炉3的流程。
在具体实施时，可利用煤气燃料管道11将煤气燃料接入干熄焦系统中，煤气燃料包括但不限于焦炉煤气或高炉煤气，煤气燃料管道11上设快关阀、调节阀F0和惰性气体吹扫系统。其中，快关阀用于在干熄焦系统故障时，立即关闭煤气燃料管道11；调节阀F0用于调节煤气燃料管道11的气体流量；惰性气体吹扫系统用于煤气燃料通入前，吹扫管道内的空气，防止爆炸事故的发生。煤气燃料管道11的接入位置包括但不限于干熄炉1的环形烟道、干熄炉环形烟道出口处或干熄炉1与干熄焦锅炉3之间管道上的任一位置，例如图1所示，设于干熄炉环形烟道出口处。为实现干熄焦系统中煤气燃料的燃烧，在通入煤气燃料的同时，利用干熄炉1的空气进风通道12，将外界空气引入干熄焦系统，使煤气燃料与空气接触并燃烧产生高温烟气。空气进风通道12上设空气导入风机13和调节阀F1。
在本实施例中，通过高温烟气和高温惰性气体的配合使用，可以将干熄焦锅炉3入口温度稳定的控制在900～980℃，同时增加干熄焦系统内循环烟气流量，充分提高锅炉蒸汽产量，提升其发电效率。实际操作时，为实现干熄焦锅炉3入口温度的稳定控制，可以利用温度传感器实时检测干熄焦锅炉3到的入口温度，并预设标准温度，当检测温度低于或高于标准温度时，通过电器阀门的自动连锁控制，实现煤气燃料管道11上调节阀F0和空气进风通道12上调节阀F1的流量控制。当检测温度高于标准温度时，也可利用干熄焦系统的冷风通道，向干熄焦系统中引入冷风，使干熄焦锅炉3的入口温度保持稳定，继而保证干熄焦锅炉3的热负荷，提高发电效率。
在一个具体的实施例中，使用作温度为600～700℃的煤气，由煤气燃料管送入干熄炉环形烟道出口处，调节阀F0的流量控制在20000Nm3/h左右，同时开启空气导入风机13，调节阀F1的流量控制在10000Nm3/h左右。煤气和空气在干熄焦系统内接触并燃烧，产生高温烟气约20000Nm3/h，温度为900～980℃，干熄炉1产生的高温惰性气体的温度为900～980℃，将高温烟气和高温惰性气体的体积比控制在(1～2)：(6～7)时，可以将干熄焦锅炉3入口温度稳定的控制在900～980℃。
实施例2：
本实施例涉及设置有煤气补燃工艺的干熄焦系统。
在干熄焦系统中，由于煤气燃料引入后燃烧产生高温烟气进入干熄焦锅炉3，因此，煤气燃料作为补充燃料可提升干熄焦锅炉3的热负荷，干熄焦锅炉3产生的蒸汽继而推动汽轮机发电。
在一个具体的实施例中，如图1所示，干熄焦系统的工艺流程为：干熄炉1接收干熄焦锅炉3冷却后的惰性循环气体，惰性循环气体吸收焦炭显热后温度升高至850～980℃，高温惰性循环气体自干熄炉斜道区排出进入一次除尘器2中，经分离粗颗粒焦粉后进入干熄焦锅炉3；煤气导入干熄焦系统中燃烧产生高温烟气，提高干熄焦锅炉3入口的烟气温度，并与来自干熄炉1的惰性高温气体混合进入干熄焦锅炉3。干熄焦锅炉3内自上向下依次设有过热器4、蒸发器、再热器5、省煤器等换热设备，干熄焦锅炉3内的水经预热、蒸发、过热生成主蒸汽；干熄焦锅炉3排烟温度160～180℃，惰性循环气体通过二次除尘器8除尘后，经循环风机9进入给水预热器10，换热后的烟气温度降低至120～130℃的惰性循环气体送入干熄炉1；干熄焦锅炉3产生的蒸汽进入电站汽轮机高压缸6和汽轮机高压缸6膨胀做功，将热能转化为机械能和电能，汽轮机的乏汽冷凝成冷凝水回送至干熄焦除盐水箱，完成干熄焦锅炉3发电的汽水循环。
进一步的，可将干熄焦锅炉3中过热器4换热后的过热蒸汽(540～570℃)送至汽轮机高压缸6，汽轮机高压缸6排汽(排汽压力3.5～4.5Mpa)送入再热器5，得到的再热蒸汽(540～570℃)被送入汽轮机低压缸7(进气压力3.0～3.9Mpa)，可充分利用干熄焦余热，同时还能提升汽轮机末级叶片干度及机组的稳定运行。
干熄焦锅炉3中的汽水流程如下：
除盐水→除盐水箱→除氧器给水泵→副省煤器→除氧器→锅炉给水泵→省煤器→蒸发器→过热器4→过热蒸汽→汽轮机高压缸6→再热器5→再热蒸汽→汽轮机低压缸7→凝汽器→冷凝水→除盐水箱。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种干熄焦系统补燃工艺，其特征在于：在干熄焦系统中导入煤气燃料，将煤气燃料燃烧产生的高温烟气与干熄炉(1)产生的高温惰性气体混合形成混合烟气后，再送入干熄焦锅炉(3)。
2.根据权利要求1所述的一种干熄焦系统补燃工艺，其特征在于：在干熄炉(1)的环形烟道内、干熄炉环形烟道出口处或干熄炉(1)与干熄焦锅炉(3)之间管道上的任一位置导入煤气燃料。
3.根据权利要求1所述的一种干熄焦系统补燃工艺，其特征在于：在导入煤气燃料的同时向干熄焦系统中导入助燃气体，使煤气燃料与助燃气体接触并燃烧产生高温烟气，控制煤气燃料与助燃气体的体积比为2∶1。
4.根据权利要求1所述的一种干熄焦系统补燃工艺，其特征在于：所述煤气燃料包括但不限于焦炉煤气或高炉煤气。
5.根据权利要求3所述的一种干熄焦系统补燃工艺，其特征在于：所述助燃气体包括但不限于氧气或空气。
6.根据权利要求1所述的一种干熄焦系统补燃工艺，其特征在于：控制干熄焦锅炉(3)入口处混合烟气的温度为900～980℃。
7.根据权利要求1所述的一种干熄焦系统补燃工艺，其特征在于：所述干熄焦锅炉(3)包括过热器(4)和再热器(5)，混合烟气依次对过热器(4)和再热器(5)进行换热，过热器(4)换热后将过热蒸汽送至汽轮机高压缸(6)，汽轮机高压缸(6)排汽送入再热器(5)，得到的再热蒸汽被送入汽轮机低压缸(7)。
8.根据权利要求5所述的一种干熄焦系统补燃工艺，其特征在于：所述过热蒸汽的温度控制在540～570℃，所述再热蒸汽的温度控制在540～570℃。
9.根据权利要求5所述的一种干熄焦系统补燃工艺，其特征在于：所述汽轮机高压缸(6)排汽压力控制在3.5～4.5Mpa；所述汽轮机低压缸(7)进气压力控制在3.0～3.9Mpa。
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 五冶集团上海有限公司工业炉窑公司: "《干熄焦内衬检修技术》", vol. 1, 31 January 2011, 上海交通大学出版社, pages: 6 * |
| 宁述芹等: "干熄焦锅炉入口循环气体温度的调节操作", 《山东冶金》, vol. 27, 30 June 2005 (2005-06-30), pages 23 - 25 * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220114 |