CN207761720U - 一种转炉煤气发电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种转炉煤气发电设备，与转炉连接，包括干法除尘器、还原反应装置、氧化反应装置、涡轮机组、发电机及与余热利用装置，转炉、干法除尘器、还原反应装置与氧化反应装置顺序连通，且还原反应装置、氧化反应装置、余热利用装置及发电机均与涡轮机组连通。本实用新型通过干法对转炉煤气进行除尘，不会对转炉煤气进行降温，使转炉煤气在进行还原反应后能得到具有较高温度的二氧化碳气体和水蒸气，通过对二氧化碳气体和水蒸气的热量进行回收，能够有效减少热量的损失及能源的浪费；在转炉煤气进行处理的过程中不会对转炉煤气进行放散，减少经济损失及环境污染；且通过对转炉煤气进行还原反应能得到纯度非常高的二氧化碳气体。

Description

一种转炉煤气发电设备

技术领域

本实用新型涉及转炉煤气回收利用技术领域，尤其是指一种转炉煤气发电设备。

背景技术

在转炉吹炼过程中，会有大量含CO的转炉煤气产生。一般情况下，转炉煤气经过气化冷却烟道将温度由1500℃～1600℃降温至900℃左右，再通过湿法或半干法对900℃左右的转炉煤气进行除尘，除尘的同时会将转炉煤气的温度降低至200℃，在此过程中，导致大量的热量损失，造成了热能极大的浪费；

接着，通过烟气分析仪对转炉煤气中的O₂浓度和CO浓度进行分析，当转炉煤气达到回收标准则进入气柜进行回收，若转炉煤气不能达到回收标准则通过放散塔进行放散，在整个工艺过程中，不达标的转炉煤气放散会造成巨大的经济损失，也给环境带来了严重的污染；

另外，转炉煤气中CO与CO₂的含量之和高达90％，具有碳富集的天然优势。现有的转炉煤气的应用主要是作为燃料燃烧后形成蒸汽进行发电，而燃烧过程一般采用空气进行助燃，烟气中的CO₂被大量的N₂冲淡，失去了碳富集的优势，使得CO₂的捕集变得十分困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种转炉煤气发电设备，能有效对转炉煤气的热量进行回收，减少热量损失及热能的浪费，同时不会对转炉煤气进行放散，减少经济损失及环境污染，并且能有效收集高浓度的二氧化碳气体。

为达到上述目的，本实用新型提供了化学链燃烧是一种转炉煤气发电设备，其中，所述转炉煤气发电设备与转炉连接，所述转炉煤气发电设备包括干法除尘器、还原反应装置、氧化反应装置、涡轮机组、发电机及与余热利用装置，所述转炉、所述干法除尘器、所述还原反应装置与所述氧化反应装置顺序连通，且所述还原反应装置、所述氧化反应装置、所述余热利用装置及所述发电机均与所述涡轮机组连通。

如上所述的转炉煤气发电设备，其中，所述干法除尘器为陶瓷过滤器。

如上所述的转炉煤气发电设备，其中，所述转炉的顶部出口通过汽化冷却烟道与所述干法除尘器的入口连通，且所述汽化冷却烟道通过三通与蒸汽储能装置连通。

如上所述的转炉煤气发电设备，其中，所述还原反应装置包括还原反应器及第一旋风分离器，所述干法除尘器的出口与所述还原反应器的第一入口连通，所述还原反应器的气体出口与所述第一旋风分离器的入口连通，所述第一旋风分离器的底部出口与所述还原反应器的第二入口连通，所述第一旋风分离器的顶部出口与所述涡轮机组连通，所述还原反应器的底部出口与所述氧化反应装置连通，且所述氧化反应装置与所述还原反应器的第三入口连通。

如上所述的转炉煤气发电设备，其中，所述氧化反应装置包括氧化反应器、第二旋风分离器及鼓风机，所述还原反应器的底部出口与所述氧化反应器的第一入口连通，所述氧化反应器的气体出口与所述第二旋风分离器连通，所述第二旋风分离器的底部出口与所述氧化反应器的第二出口连通，所述第二旋风分离器的顶部出口与所述涡轮机组连通，所述氧化反应器的底部出口与所述还原反应器的第三入口连通，所述鼓风机与所述氧化反应器的第三入口连通，所述氧化反应器的第三入口开设于所述氧化反应器的顶部。

如上所述的转炉煤气发电设备，其中，所述还原反应器与所述氧化反应器内均设有载氧体，连通所述还原反应器的底部出口与所述氧化反应器的管道上设有第一泵体；连通所述氧化反应器的底部出口与所述还原反应器的管道上设有第二泵体。

如上所述的转炉煤气发电设备，其中，所述涡轮机组包括第一涡轮机和第二涡轮机，所述第一涡轮机与所述第二涡轮机同轴设置并与所述发电机连接，所述还原反应装置及所述余热利用装置均与所述第一涡轮机连通，所述氧化反应装置与所述第二涡轮机连通。

如上所述的转炉煤气发电设备，其中，所述余热利用装置包括冷凝器，所述冷凝器分别与所述第一涡轮机、水回收装置、二氧化碳回收装置连通。

如上所述的转炉煤气发电设备，其中，所述干法除尘器的底部出口连接设有压块装置。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

本实用新型通过干法对转炉煤气进行除尘，在除尘的过程中不会对转炉煤气进行降温，使转炉煤气在进行还原反应之前仍具有较高的温度，并在转炉煤气进行还原反应后能得到具有较高温度的二氧化碳气体和水蒸气，通过对二氧化碳气体和水蒸气的热量进行回收，能够有效减少热量的损失及能源的浪费；本实用新型在转炉煤气进行处理的过程中不会对转炉煤气进行放散，减少经济损失及环境污染；且本实用新型通过对转炉煤气进行还原反应能得到纯度非常高的二氧化碳气体。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型提供的转炉煤气发电设备的结构示意图；

图2是本实用新型提供的转炉煤气发电设备的发电流程图。

附图标号说明：

1、转炉；

2、干法除尘器；

3、还原反应装置；

31、还原反应器；

32、第一旋风分离器；

33、第一泵体；

4、氧化反应装置；

41、氧化反应器；

42、第二旋风分离器；

43、鼓风机；

44、第二泵体；

5、涡轮机组；

51、第一涡轮机；

52、第二涡轮机；

6、余热利用装置；

61、冷凝器；

7、蒸汽储能装置；

8、压块装置；

9、发电机

具体实施方式

为了对本实用新型的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型提供了一种转炉煤气发电设备，其中，转炉煤气发电设备与转炉1连接，转炉煤气发电设备包括干法除尘器2、还原反应装置3、氧化反应装置4、涡轮机组5、发电机9与余热利用装置6，干法除尘器2用于对转炉煤气进行除尘，干法除尘器2在对转炉煤气进行除尘的过程中不会导致转炉煤气的温度降低，能有效减少转炉煤气除尘过程中的热量损失，转炉1、干法除尘器2、还原反应装置3与氧化反应装置4顺序连通，且还原反应装置3、氧化反应装置4、余热利用装置6及发电机9均与涡轮机组5连通。转炉煤气由转炉1进入至干法除尘器2中进行除尘，除尘后进入还原反应装置3中进行还原反应产生二氧化碳气体和水蒸气，在进行还原反应的过程中，氧化反应装置4为还原反应装置3提供氧元素；由于转炉煤气在进入还原反应装置3时本身具有较高的温度，且转炉煤气在还原反应装置3中的还原反应是放热的，因此，得到的二氧化碳气体与水蒸气均具有较高的温度，基本与转炉煤气在进入干法除尘器2之前的温度相同；接着，二氧化碳气体与水蒸气共同作用驱动涡轮机组5做功并带动发电机9发电，且通过涡轮机组5后的二氧化碳气体与水蒸气进入余热回收装置，由于二氧化碳气体与水蒸气带动涡轮机组5做功过程中的热量损失较小，因此，此时的二氧化碳气体与水蒸气仍然具有很高的温度，二氧化碳气体与水蒸气在进入余热回收装置后以热交换的方式将热量交换给余热回收装置中的介质进行回收利用，与此同时，二氧化碳气体和水蒸气的温度下降，水蒸气成为液态水，如此，即可将液态水与二氧化碳气体分别回收，从而得到具有非常高的浓度的二氧化碳气体。

进一步地，如图1所示，本实用新型提供了一种转炉煤气发电设备，其中，干法除尘器2为陶瓷过滤器。本实用新型采用的陶瓷过滤器为耐高温除尘器，陶瓷过滤器采用脉冲清灰方式，除尘效率达99.9％，陶瓷过滤器主要通过筛分作用对含尘煤气进行除尘。当陶瓷过滤器外表面积灰过多，除尘阻力过大时，需要对其进行反吹清灰。本实用新型采用的陶瓷过滤器在进行脉冲清灰是所采用的为高温高压氮气，氮气具有稳定性好的优点；采用高温氮气可以避免反吹清灰过程中导致陶瓷过滤器的温度下降，以保证始终将陶瓷过滤器的温度保持在较高温度，避免在反吹清灰作业完成后继续对转炉煤气进行过滤时使转炉煤气在经过陶瓷过滤器的过程中与陶瓷过滤器发生热量交换而温度下降的情况发生，减少不必要的热量损失；采用高温高压氮气对陶瓷过滤器进行反吹清灰能够对陶瓷过滤器产生较大的冲击力，从而有效将陶瓷过滤器上的灰尘清理干净。

进一步地，如图1所示，本实用新型提供了一种转炉煤气发电设备，其中，转炉1的顶部出口通过汽化冷却烟道与干法除尘器2的入口连通，且汽化冷却烟道通过三通与蒸汽储能装置7或蒸汽管网连通。其中，通过汽化冷却烟道能对转炉煤气进行第一次降温，此次降温能将转炉煤气的温度由1500℃～1600℃降温至900℃左右，转炉煤气在汽化冷却烟道中进行热交换的过程中，汽化冷却烟道的管壁中的冷却水产生饱和蒸汽输出至蒸汽储能装置7或蒸汽管网中，可用于炼钢工艺或供暖等。需要说明的是，在设置三通的位置时，应保证三通与转炉煤气之间的汽化冷却烟道具有足够的长度能有效对转炉煤气进行降温。为保证汽化冷却烟道的通畅，汽化冷却烟道内设有超声波清灰装置，以去除汽化冷却烟道内壁上的灰尘，提高转炉煤气与水之间的换热效率，从而增加饱和蒸汽回收量。

进一步地，如图1所示，本实用新型提供了一种转炉煤气发电设备，其中，还原反应装置3包括还原反应器31及第一旋风分离器32，干法除尘器2的出口与还原反应器31的第一入口连通，还原反应器31的气体出口与第一旋风分离器32的入口连通，第一旋风分离器32的底部出口与还原反应器31的第二入口连通，第一旋风分离器32的顶部出口与涡轮机组5连通，还原反应器31的底部出口与氧化反应装置4连通，且氧化反应装置4与还原反应器31的第三入口连通。在使用过程中，经过陶瓷过滤器过滤后的转炉煤气(主要成分为CO)进入还原反应器31内，还原反应器31与第一旋风分离器32组成循环流化床，在还原反应器31内，CO与氧元素反应高温高压CO₂气体及水蒸气。还原反应器31内反应生成的高温高压CO₂气体和水蒸气，经第一旋风分离器32送入到第一涡轮机51做功，带动发电机9发电，从第一涡轮机51出来的气体，经余热利用装置6热交换冷凝成温度较低的CO₂气体和水，热量及CO₂气体均被回收。

进一步地，如图1所示，本实用新型提供了一种转炉煤气发电设备，其中，氧化反应装置4包括氧化反应器41、第二旋风分离器42及鼓风机43，还原反应器31的底部出口与氧化反应器41的第一入口连通，氧化反应器41的气体出口与第二旋风分离器42连通，第二旋风分离器42的底部出口与氧化反应器41的第二出口连通，第二旋风分离器42的顶部出口与涡轮机组5连通，氧化反应器41的底部出口与还原反应器31的第三入口连通，鼓风机43与氧化反应器41的第三入口连通，氧化反应器41的第三入口开设于氧化反应器41的顶部。氧化反应器41用于向还原反应器31内提供氧元素，以保证转炉煤气的还原反应持续进行，以向涡轮机组5连续不间断地提供气体来驱动涡轮机组5做功并带动发电机9持续不间断地发电。

进一步地，本实用新型提供了一种转炉煤气发电设备，其中，还原反应器31与氧化反应器41内均设有载氧体，载氧体为金属载氧体，金属载氧体具体为镍基载氧体、铁基载氧体及铜基载氧体中的一种，或者也可以为上述多种金属载氧体混合形成的混合载氧体。连通还原反应器31的底部出口与氧化反应器41的管道上设有第一泵体33，载氧体在还原反应器31内生成还原态载氧体，并通过第一泵体33被送至氧化反应器41中，与此同时，鼓风机43向氧化反应器41中鼓入空气，氧化反应器41与第二旋风分离器42组成循环流化床，进行氧化反应将载氧体氧化，生成的氧化态载氧体；连通氧化反应器41的底部出口与还原反应器31的管道上设有第二泵体44，氧化反应器41内的氧化态载氧体通过第二泵体44被送至还原反应器31内与转炉煤气发生还原反应，得到还原态载氧体，还原态载氧体再次通过第一泵体33被送入氧化反应器41中进行氧化反应，如此循环使用，将氧元素不断的由氧化反应器41输送至还原反应器31中，以保证还原反应连续不间断地进行。在还原态载氧体在氧化反应器41内进行氧化反应时，空气中的氧元素与还原态载氧体结合，产生纯度较高的氮气，氮气通过第二旋风分离器42进入涡轮机组5中做功，带动发电机9发电。如此还原反应器31与氧化反应器41同时向涡轮机组5提供气体以带动涡轮机组5做功，更进一步地保证了涡轮机组5能连续不间断的带动发电机9进行发电。

更进一步地，如图1所示，本实用新型提供了一种转炉煤气发电设备，其中，涡轮机组5包括第一涡轮机51和第二涡轮机52，第一涡轮机51与第二涡轮机52同轴地与发电机9连接，还原反应装置3及余热利用装置6均与第一涡轮机51连通，氧化反应装置4与第二涡轮机52连通。第一涡轮机51与第二涡轮机52均用于驱动同一个发电机9，以保证发电机9能持续不间断的进行发电。

进一步地，如图1所示，本实用新型提供了一种转炉煤气发电设备，其中，余热利用装置6包括冷凝器61，冷凝器61分别与所述第一涡轮机51、水回收装置、二氧化碳回收装置连通。冷凝器61用于与高温的二氧化碳气体与水蒸气进行热交换，以对热量进行回收并对二氧化碳气体和水蒸气进行降温，从而有效实现转炉1煤气900℃以下的显热能回收。

作为优选，如图1所示，本实用新型提供了一种转炉煤气发电设备，其中，干法除尘器2的底部出口连接设有压块装置8。压块装置8采用热压块的方式将粉尘压制成型，成型的粉块可直接用于转炉1炼钢。

如图2所示，本实用新型提供的转炉煤气发电设备的发电方法包括：

步骤1：对转炉煤气进行一级降温，回收热能；

步骤2：对经过一级降温的转炉煤气进行干法除尘；

步骤3：对经过干法除尘的转炉煤气进行还原反应，得到二氧化碳气体和水蒸气，通过二氧化碳和水蒸气进行发电；

步骤4：对二氧化碳气体和水蒸气进行二级降温，回收热能，得到降温后的二氧化碳气体及液态水。

以下将以一具体实施例来说明本实用新型的转炉煤气发电设备使用过程的具体工艺流程：

假设转炉1炼钢周期为36min，其中0min～10min为吹炼前期的准备阶段，10min～26min为吹炼阶段，26min～36min为出钢阶段。

在吹炼过程中，在转炉1中吹氧脱碳产生大量转炉煤气，输出的转炉煤气温度大约为1500℃，高温含尘的转炉煤气首先进入汽化冷却烟道，转炉煤气和汽化冷却烟道的管壁，通过冷却水间接换热，转炉煤气温度由1500℃降至900℃，冷却水吸热蒸发成饱和蒸汽；

900℃的转炉煤气进入陶瓷过滤器进行除尘；

除尘后的转炉煤气(主要成分为CO)送入到还原反应器31内，还原反应器31与第一旋风分离器32组成循环流化床，在还原反应器31内，CO与氧化态载氧体进行还原反应，以Cu基载氧体为例，生成高温高压纯CO₂气体，反应方程式为：

CuO+CO＝Cu+CO₂ △H＝-31.595kcal/mol

在还原反应器31内反应生成的高温高压纯CO₂气体，经第一旋风分离器32送入到第一涡轮机51中做功，带动发电机9进行发电，从第一涡轮机51出来的气体，经冷凝器61冷凝成纯CO₂气体和水，纯CO₂气体加以回收；

在还原反应器31内生成的还原态金属载氧体被送至氧化反应器41中，经鼓风机43将空气同时送入氧化反应器41中，氧化反应器41与第二旋风分离器42组成循环流化床，产生氧化反应将Cu氧化成CuO送至还原反应器31内循环使用，反应方程式为：

Cu+1/2O₂＝CuO △H＝-35.971kcal/mol

从第二旋风分离器42出来的N₂气送到第二涡轮机52中做功，带动发电机9进行发电。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

本实用新型通过干法对转炉煤气进行除尘，在除尘的过程中不会对转炉煤气进行降温，使转炉煤气在进行还原反应之前仍具有较高的温度，并在转炉煤气进行还原反应后能得到具有较高温度的二氧化碳气体和水蒸气，通过对二氧化碳气体和水蒸气的热量进行回收，能够有效减少热量的损失及能源的浪费。

本实用新型在转炉煤气进行处理的过程中不会对转炉煤气进行放散，减少经济损失及环境污染。

本实用新型通过对转炉煤气进行还原反应能得到纯度非常高的二氧化碳气体。

本实用新型通过氧化反应装置和还原反应装置同时向涡轮机组提供气体，能实现发电机连续不间断的发电。

本实用新型在使用过程中无需设置泄爆阀、煤气柜等部件，能有效简化结构。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种转炉煤气发电设备，其特征在于，所述转炉煤气发电设备与转炉连接，所述转炉煤气发电设备包括干法除尘器、还原反应装置、氧化反应装置、涡轮机组、发电机及与余热利用装置，所述转炉、所述干法除尘器、所述还原反应装置与所述氧化反应装置顺序连通，且所述还原反应装置、所述氧化反应装置、所述余热利用装置及所述发电机均与所述涡轮机组连通。

2.根据权利要求1所述的转炉煤气发电设备，其特征在于，所述干法除尘器为陶瓷过滤器。

3.根据权利要求1或2所述的转炉煤气发电设备，其特征在于，所述转炉的顶部出口通过汽化冷却烟道与所述干法除尘器的入口连通，且所述汽化冷却烟道通过三通与蒸汽储能装置连通。

4.根据权利要求1所述的转炉煤气发电设备，其特征在于，所述还原反应装置包括还原反应器及第一旋风分离器，所述干法除尘器的出口与所述还原反应器的第一入口连通，所述还原反应器的气体出口与所述第一旋风分离器的入口连通，所述第一旋风分离器的底部出口与所述还原反应器的第二入口连通，所述第一旋风分离器的顶部出口与所述涡轮机组连通，所述还原反应器的底部出口与所述氧化反应装置连通，且所述氧化反应装置与所述还原反应器的第三入口连通。

5.根据权利要求4所述的转炉煤气发电设备，其特征在于，所述氧化反应装置包括氧化反应器、第二旋风分离器及鼓风机，所述还原反应器的底部出口与所述氧化反应器的第一入口连通，所述氧化反应器的气体出口与所述第二旋风分离器连通，所述第二旋风分离器的底部出口与所述氧化反应器的第二出口连通，所述第二旋风分离器的顶部出口与所述涡轮机组连通，所述氧化反应器的底部出口与所述还原反应器的第三入口连通，所述鼓风机与所述氧化反应器的第三入口连通，所述氧化反应器的第三入口开设于所述氧化反应器的顶部。

6.根据权利要求5所述的转炉煤气发电设备，其特征在于，所述还原反应器与所述氧化反应器内均设有载氧体，连通所述还原反应器的底部出口与所述氧化反应器的管道上设有第一泵体；连通所述氧化反应器的底部出口与所述还原反应器的管道上设有第二泵体。

7.根据权利要求1、2、4或5所述的转炉煤气发电设备，其特征在于，所述涡轮机组包括第一涡轮机和第二涡轮机，所述第一涡轮机与所述第二涡轮机同轴设置并与所述发电机连接，所述还原反应装置及所述余热利用装置均与所述第一涡轮机连通，所述氧化反应装置与所述第二涡轮机连通。

8.根据权利要求7所述的转炉煤气发电设备，其特征在于，所述余热利用装置包括冷凝器，所述冷凝器分别与所述第一涡轮机、水回收装置、二氧化碳回收装置连通。

9.根据权利要求1所述的转炉煤气发电设备，其特征在于，所述干法除尘器的底部出口连接设有压块装置。