CN116904226A - 一种闭合式烟气变煤气系统 - Google Patents
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Abstract
一种闭合式烟气变煤气系统，涉及节能降碳与碳中和，包括热能装备，燃气器或喷头，热风管，热能空预器，自动热烟阀，热烟管，烟气测控、调配与除尘器，高温风机，烟气加热炉，加热燃气器，加热空预器，高温烟管，固体燃料处理装置，还原气化炉，煤气/烟气预热器，煤气监控与除尘器，煤气管。该系统通过闭合回路将热能生产中的较高温烟气作为气化剂并经加热成为高温烟气和储蓄热量后输入碳源及固体燃料层进行以还原为主氧化为辅的高温反应，致使烟气转化为煤气而循环使用及其它利用；该闭合循环式烟气转化煤气系统，既最大化的减少各类炉窑及燃机碳排放，又比同容量煤气则节省约一半固体燃料，还将煤气中可燃性气体含量及单位热值提高约两倍。
Description
技术领域
本发明涉及生产过程中的节能降碳及其烟气的碳中和技术领域，具体是一种闭合式烟气变煤气系统。
背景技术
若将热能过程产生的烟气既简化又高效地转化为煤气，这对目前的节能降碳和碳中无疑是作用巨大。
具体地说，若将各类炉窑及燃机的高温烟气及低温烟气，通过烟气及热量调配先输入加热装置升温及储热后，再输入碳源进行以还原为主的高温反应而将烟气转化成以一氧化碳为主煤气，这不但在科学技术的底层逻辑完全可行，尤其可最大化的减少各类炉窑及燃机碳排放，还可合理规避当前常规气化过程复杂的氧化还原高温反应置于一体而极难操作之顽疾。
目前，以空气为主作气化剂的常规气化过程，普遍以不充分的氧化反应而为苛刻的还原反应提供高温条件及热量保障故此难以平稳运行，因此既难以解决潜在的热量平衡，还受到固体燃料消耗大而煤气可燃性气体含量低及热值低的因素困扰和严重制约。
为此，如何科学合理地将热能过程中各类窑炉及燃机所产生的烟气既作气化剂又当碳源而制备煤气，则是本发明的研究目标。
发明内容
基于上述，本发明提出了所述一种闭合式烟气变煤气系统。
本发明所述的一种闭合式烟气变煤气系统，为热能生产中的闭合与联合循环技术，核心是通过闭合回路将热能生产中的较高温烟气及其热量作为气化剂并经加热成为高温烟气和储蓄热量后输入碳源及固体燃料层进行以还原为主氧化为辅的高温反应，致使烟气转化为煤气而循环使用以及其它利用；
为实现闭合与联合循环运行，所述闭合式烟气变煤气系统包括热能装备，燃气器或喷头，热风管，热能空预器，自动热烟阀，热烟管，烟气测控、调配与除尘器，高温风机，烟气加热炉，加热燃气器，加热空预器，高温烟管，固体燃料处理装置，还原气化炉，煤气/烟气预热器，煤气监控与除尘器，煤气管，以及还配套有相关的蒸汽气化剂源、净化装置、储气柜、煤气应用、风机、保温、管道、阀门、缆线、仪表、控制及人工智能；其中，所述热能装备的炉膛或燃烧窒连通所述燃气器或喷头的火焰口；所述燃气器或喷头的进空气口经所述热风管连通所述热能空预器的热风口；所述热能装备炉膛或燃机出烟口的所述自动热烟阀经所述热烟管连通所述烟气测控、调配与除尘器的高温烟气进口；所述热能装备尾部或余热设备尾部的排烟口经所述热烟管连通所述烟气测控、调配与除尘器的低温烟气进口；所述烟气测控、调配与除尘器的较高温烟气出口经所述热烟管及所述高温风机串联而连通所述烟气加热炉冷端的低温烟气进口；所述烟气加热炉冷端的加热烟气出口连通所述加热空预器热端的热烟气进口；所述加热空预器的热风口经所述热风管连通所述加热燃气器的空气进口；所述烟气加热炉的炉腔连通所述加热燃气器的火焰口；所述烟气加热炉热端的高温烟气出口经所述高温烟管连通所述还原气化炉热端的气化剂进口；所述还原气化炉冷端的煤气出口连通所述煤气/烟气预热器热端的煤气进口；所述煤气/烟气预热器冷端的煤气出口连通所述煤气监控与除尘器的煤气进口；所述煤气监控与除尘器的煤气出口经所述煤气管分别连通所述燃气器或喷头及所述加热燃气器各自的燃气进口；所述还原气化炉冷端的碳源进口连通所述固体燃料处理装置热端的燃料出口；所述固体燃料处理装置热端的加热烟进口经所述热烟管连通所述加热空预器冷端的冷烟气出口；所述固体燃料处理装置冷端的冷烟气出口经所述热烟管连通所述煤气/烟气预热器冷端的冷烟气进口；所述煤气/烟气预热器热端的高温烟气出口经所述热烟管连通所述烟气测控、调配与除尘器的另一高温烟气进口；所述自动热烟阀，所述烟气测控、调配与除尘器，所述高温风机及所述煤气监控与除尘器通过有线或无线联通系统集控中心。
进一步的，所述热能装备为各类锅炉或窑炉或燃气轮机或内燃机或外燃机之装备。
进一步的，所述热能空预器、所述加热空预器和所述煤气/烟气预热器均为气与气换热及加热的装置。
进一步的，所述自动热烟阀为电动、电磁、油动及气动的耐高温气体阀门。
进一步的，所述烟气测控、调配与除尘器为带有测控仪器及功能的烟气调配处理与除净化的装置。
进一步的，所述烟气加热炉分为加热及储热式的双回路连续换热型与单回路间隙换热多台切换型两类加热烟气装置或电磁式加热烟气装置。
进一步的，所述还原气化炉为碳源容器以及进行氧化还原高温反应装置或电磁式氧化还原高温反应装置。
进一步的，所述固体燃料处理装置为固体燃料的筛选、造形、仓储及干燥之装置。
进一步的，所述煤气监控与除尘器为带有煤气监测控制仪器及功能的煤气除尘及净化处理装置。
为此，本发明所述一种闭合式烟气变煤气系统的有益效果是：
相比常规气化炉的较杂乱反应：C+O2＝CO2+393.8kJ、2C+O2＝2CO+221.2kJ、2CO+O2＝2CO2+566.0kJ、CO2+C＝2CO-172.6k及JC+H2O＝CO+H2-131.4kJ，本发明本着简化常规气化的氧化还原反应流程，同时促进与保障还原反应的热量平衡，尤其充分提高氧化与还原的生产效率之机理，首先以所述烟气加热炉的2CO+O2＝2CO2+566.0kJ氧化反应而加热烟气，其次经所述还原气化炉碳源的CO2+C＝2CO-172.6kJ及C+H2O＝CO+H2-131.4kJ还原吸热反应及其热量平衡而转化煤气，以致形成有序而高效的闭合与联合循环运行而将烟气转化成以一氧化碳为主的煤气；依据同质量一氧化碳气体积约为二氧化碳气体积1.5倍以上客观规律，以烟气成分氮气约60％、二氧化碳气约30％、水蒸气约5％、氧气约4％和其它约1％为例，则获得成分为一氧化碳气约64％、氮气约32％和其它约4％的煤气；这样以闭合与联合循环为特征的将烟气当作气化剂制煤气，既最大化的减少各类炉窑及燃机碳排放，又使同容量煤气节省约一半碳源及固体燃料，还使煤气中的可燃性气体含量及其单位热值均提高约两倍。
附图说明
图1是本发明所述一种闭合式烟气变煤气的系统的一种构造示意图；
图1中：1锅炉，2炉窑燃气器，3热风管，4炉窑空预器，5自动热烟阀，6热烟管，7烟气测控、调配与除尘器，8高温风机，9烟气加热炉，10加热燃气器，11加热空预器，12高温烟管，13煤粒处理装置，14还原气化炉，15煤气/烟气预热器，16煤气监控与除尘器，17炉窑煤气管，18加热煤气管。
具体实施方式
为了进一步了解本发明所述的一种闭合式烟气变煤气系统，下面结合附图1对发明所述的一种闭合式烟气变煤气系统作详细叙述：
申请人需要特别说明的是，本发明所述的热能装备可以为锅炉或窑炉或燃气轮机或内燃机或外燃机，锅炉或窑炉或燃气轮机或内燃机或外燃机在本发明中的作用相同，即产生热能，因此，相互可完全替代；另外，炉窑燃气器等价于燃气器或喷头，其作用也相同，主要用于喷射可燃气体。
本实施例以热能装备中的锅炉为例，详细描述本发明所述技术方案，具体如下：
如图1所示，本发明实施例所述的一种闭合式烟气变煤气系统包括：锅炉1，炉窑燃气器2，热风管3，炉窑空预器4，自动热烟阀5，热烟管6，烟气测控、调配与除尘器7，高温风机8，烟气加热炉9，加热燃气器10，加热空预器11，高温烟管12，煤粒处理装置13，还原气化炉14，煤气/烟气预热器15，煤气监控与除尘器16、炉窑煤气管17和加热煤气管18；其中，所述锅炉1的炉膛连通所述炉窑燃气器2的火焰口；所述炉窑燃气器2的空气进口经所述热风管3连通所述炉窑空预器4的热风出口；所述锅炉1炉膛烟气出口的所述自动热烟阀5经所述热烟管6连通所述烟气测控、调配与除尘器7的高温烟气进口；所述锅炉1的尾部的排烟口经所述热烟管6连通所述烟气测控、调配与除尘器7的低温烟气进口；所述烟气测控、调配与除尘器7的较高温烟气出口经所述热烟管6及所述高温风机8串联而连通所述烟气加热炉9冷端的低温烟气进口；所述烟气加热炉9冷端的加热烟气出口连通所述加热空预器11热端的加热烟气进口；所述加热空预器11热端的热风出口经所述热风管3连通所述加热燃气器10的空气进口；所述烟气加热炉9热端的炉腔连通所述加热燃气器10的火焰口；所述烟气加热炉9热端的高温烟气出口经所述高温烟管12连通所述还原气化炉14热端的气化剂进口；所述还原气化炉14冷端的煤气出口连通所述煤气/烟气预热器15热端的煤气进口；所述煤气/烟气预热器15冷端的煤气出口连通所述煤气监控与除尘器16的煤气进口；所述煤气监控与除尘器16的煤气出口经所述炉窑煤气管17连通所述炉窑燃气器2的燃气进口；所述煤气监控与除尘器16的另一煤气出口经所述加热煤气管18连通所述加热燃气器10的燃气进口；所述还原气化炉14冷端的碳源进口连通所述煤粒处理装置13热端的燃料出口；所述煤粒处理装置13热端的加热烟气进口经所述热烟管6连通所述加热空预器11冷端的加热烟气出口；所述固体燃料处理装置13冷端的加热烟气出口经所述热烟管6连通所述煤气/烟气预热器15冷端的低温烟气进口；所述煤气/烟气预热器15热端的高温烟气出口经所述热烟管6连通所述烟气测控、调配与除尘器7的另一高温烟气进口；
同时，自动热烟阀5，所述烟气测控、调配与除尘器7，高温风机8及煤气监控与除尘器16则通过有线或无线联通系统集控中心而数智操控；
与此同时，上述系统配套有相关的蒸汽气化剂源、净化装置、储气柜、煤气应用、风机、保温、管道、阀门、缆线、仪表、控制及人工智能。
上述本实施例中，主要通过闭合回路将所述锅炉1产生的烟气作为基本气化剂，在以所述自动热烟阀5及所述热烟管6和所述煤气/烟气预热器15为热源而提高烟温及储热的基础上，先由所述加热烟气炉9的闭路性热交换成为高温烟气而储蓄热量后，再输入所述还原气化炉14内与碳源及煤粒进行以还原为主氧化为辅的高温反应，以致形成将烟气中二氧化碳、水蒸汽及氧气转化成一氧化碳为主的煤气且循环燃烧的闭合体系；所述锅炉1既可以燃烧煤气方式运行，也可以燃烧煤气与燃烧固体燃料混合方式运行。
具体的，所述锅炉1为燃气、燃固体燃料及固体燃料与燃气混合运行的炉窑装备。
具体的，所述炉窑空预器4、所述加热空预器11及所述煤气/烟气预热器15均为气与气换热及加热之装置。
具体的，所述自动热烟阀5为电动、电磁、油动及气动的耐高温气体阀门。
具体的，所述烟气测控、调配与除尘器7为带有测控仪器及功能的烟气调配处理与除尘净化之装置。
具体的，所述烟气加热炉9分为加热及储热式的双回路连续换热型与单回路间隙换热多台切换型两类加热烟气装置。
具体的，所述煤粒处理装置13为固体燃料的筛选、造形、仓储及干燥之装置。
具体的，所述还原反应炉14为碳源容器以及进行氧化还原高温反应装置。
具体的，所述煤气监控与除尘器16带有煤气监测控制仪器及功能的煤气除尘净化处理装置。
综合上述，本申请人依据基本科学规律和公开技术，针对目前烟气难以捕集利用以及常规气化中固体燃料消耗大以及煤气的可燃性气体含量较低及热值较低之产业痛点，则因地制宜的创建了以热能过程中的较高温烟气为基本气化剂而制煤气及其闭合循环技术，尤其通过切实可行的闭合回路形成先将烟气加热升温至高温后输入碳源及固体燃料进行以还原为主氧化为辅的高温反应而将烟气转化成煤气的循环体系，以致为当下众多热能过程的节能降碳及碳中和而提供闭合循环下低温烟气转变煤气的解决方案。
相对于现有技术，本发明所述的一种闭合式烟气变煤气系统具有如下显著技术效果：
在实施例的闭合与联合循环技术及系统中，本发明通过所述自动热烟阀5、所述热烟管6、所述煤气/烟气预热器15和所述烟气测控、调配与除尘器7的调温储热使较高温烟气，先通过所述烟气加热炉9的闭路热交换而获得高温烟气，后输入所述还原反应炉14的碳源及固体燃料层进行以还原为主氧化为辅之高温反应则将烟气转变煤气而循环燃烧，为典型的简便而高效特质；
其次，实施例将小部分煤气供给所述供给加热燃气器10作为所述烟气加热炉9加热烟气使用，同时以所述加热烟气炉9的烟气余热作为加热空预器11及固体燃料处理装置13的热源，这既能提高预热空气和干燥碳源及固体燃料的能效，又具有充分的节能降碳效应。
其三，实施例在有效保障所述还原反应炉14内氧化还原高温反应的同时，则必然导致所输出的煤气温度骤升，所以通过所述煤气/烟气预热器15的烟气换热而回收煤气余热，这既能使烟气温升储热，又能回收炉灰的余热；
总之，这样的通过闭合循环而将烟气当作气化剂而煤气系统，既能最大化的减少各类炉窑及燃机碳排放，又能使同容量煤气节省约一半碳源及固体燃料，还能使煤气中的可燃性气体含量及其单位热值均提高约两倍。
以上实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，并通过实施例而帮助理解本申请的核心思想；若本领域的一般技术人员，依据本申请的核心思想而在具体实施及应用中有所增减改变，则不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种闭合式烟气变煤气系统，其特征在于：
所述的闭合式烟气变煤气系统为热能生产中的闭合与联合循环技术，核心是通过闭合回路将热能生产中的较高温烟气及其热量作为气化剂并经加热成为高温烟气和储蓄热量后输入碳源及固体燃料层进行以还原为主氧化为辅的高温反应，致使烟气转化为煤气而循环使用以及其它利用；
为实现闭合与联合循环运行，所述闭合式烟气变煤气系统包括热能装备(1)，燃气器或喷头(2)，热风管(3)，热能空预器(4)，自动热烟阀(5)，热烟管(6)，烟气测控、调配与除尘器(7)，高温风机(8)，烟气加热炉(9)，加热燃气器(10)，加热空预器(11)，高温烟管(12)，固体燃料处理装置(13)，还原气化炉(14)，煤气/烟气预热器(15)，煤气监控与除尘器(16)和煤气管(17、18)；其中，所述热能装备(1)的炉膛或燃烧窒连通所述燃气器或喷头(2)的火焰口；所述燃气器或喷头(2)的进空气口经所述热风管(3)连通所述热能空预器(4)的热风口；所述热能装备(1)炉膛或燃机出烟口的所述自动热烟阀(5)经所述热烟管(6)连通所述烟气测控、调配与除尘器(7)的高温烟气进口；所述热能装备(1)尾部或余热设备尾部的排烟口经所述热烟管(6)连通所述烟气测控、调配与除尘器(7)的低温烟气进口；所述烟气测控、调配与除尘器(7)的较高温烟气出口经所述热烟管(6)及所述高温风机(8)串联而连通所述烟气加热炉(9)冷端的低温烟气进口；所述烟气加热炉(9)冷端的加热烟气出口连通所述加热空预器(11)热端的热烟气进口；所述加热空预器(11)的热风口经所述热风管(3)连通所述加热燃气器(10)的空气进口；所述烟气加热炉(9)的炉腔连通所述加热燃气器(10)的火焰口；所述烟气加热炉(9)热端的高温烟气出口经所述高温烟管(12)连通所述还原气化炉(14)热端的气化剂进口；所述还原气化炉(14)冷端的煤气出口连通所述煤气/烟气预热器(15)热端的煤气进口；所述煤气/烟气预热器(15)冷端的煤气出口连通所述煤气监控与除尘器(16)的煤气进口；所述煤气监控与除尘器(16)的煤气出口经所述煤气管(17、18)分别连通所述燃气器或喷头(2)及所述加热燃气器(10)各自的燃气进口；所述还原气化炉(14)冷端的碳源进口连通所述固体燃料处理装置(13)热端的燃料出口；所述固体燃料处理装置(13)热端的加热烟进口经所述热烟管(6)连通所述加热空预器(11)冷端的冷烟气出口；所述固体燃料处理装置(13)冷端的冷烟气出口经所述热烟管(6)连通所述煤气/烟气预热器(15)冷端的冷烟气进口；所述煤气/烟气预热器(15)热端的高温烟气出口经所述热烟管(6)连通所述烟气测控、调配与除尘器(7)的另一高温烟气进口；
所述自动热烟阀(5)，所述烟气测控、调配与除尘器(7)，所述高温风机(8)及所述煤气监控与除尘器(16)通过有线或无线联通系统集控中心。
2.如权利要求1所述的一种闭合式烟气变煤气系统，其特征在于：所述热能装备(1)为各类锅炉或窑炉或燃气轮机或内燃机或外燃机。
3.如权利要求1所述的一种闭合式烟气变煤气系统，其特征在于：所述热能空预器(4)、所述加热空预器(11)和所述煤气/烟气预热器(15)均为气与气换热及加热的装置。
4.如权利要求1所述的一种闭合式烟气变煤气系统，其特征在于：所述自动热烟阀(5)为电动、电磁、油动及气动的耐高温气体阀门。
5.如权利要求1所述的一种闭合式烟气变煤气系统，其特征在于：所述烟气测控、调配与除尘器(7)为带有监测控制仪器及功能的烟气调配处理及除尘净化的装置。
6.如权利要求1所述的一种闭合式烟气变煤气系统，其特征在于：所述烟气加热炉(9)分为加热及储热式的双回路连续换热型与单回路间隙换热多台切换型两类加热烟气装置或电磁式加热烟气装置。
7.如权利要求1所述的一种闭合式烟气变煤气的系统，其特征在于：所述固体燃料烘干装置(13)为固体燃料的筛选、造形、仓储及干燥之装置。
8.如权利要求1所述的一种闭合式烟气变煤气系统，其特征在于：所述还原气化炉(14)为氧化还原高温反应装置或电磁式氧化还原高温反应装置。
9.如权利要求1所述的一种闭合式烟气变煤气系统，其特征在于：所述煤气监控与除尘器(16)为带有监测控制仪器及功能的煤气除尘净化装置。
10.如权利要求1所述的一种闭合式烟气变煤气系统，其特征在于：所述一种闭路式烟气变煤气的系统还包括配套蒸汽气化剂源、净化装置、储气柜、煤气应用、风机、保温、管道、阀门、缆线、仪表、控制及人工智能。
Priority Applications (1)
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| CN202311029708.5A CN116904226A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种闭合式烟气变煤气系统 |
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