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

技术领域

本发明涉及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，属于余热发电领域。

背景技术

随着国民经济的快速发展，我国焦化行业的产能也经历了快速增长的过程，据相关资料显示，2012年，我国共有50万吨以上的大型焦炉299座，焦炭总产能高达40821万吨。在我国普遍采用的炼焦设备及工艺中，焦炉产生的废烟气温度一般在220℃-260℃之间，生产吨焦炭焦炉废气所含显热为19426KJ/吨（焦炭），每年我国焦化行业的焦炉废气所含的可回收显热高达7.93×10¹²KJ，相当于271.4万吨标煤发热量，若该部分热量全部回收，可减排CO₂约678.5万吨，SO₂约4.47810万吨,NO_X约1.56万吨,粉尘约27717万吨。

由于焦炉废气的温度比较低，该部分能量并没有得到很好的利用，据相关资料介绍，该部分热能的利用率还不到3%，巨大的能量被白白排放到大气中，造成了二次能源的严重浪费。目前，有些焦化企业准备利用有机工质循环对该部分余热进行回收发电，有机工质循环发电有以下缺点：

（1）热电转换效率低。

目前，有机工质循环技术还在发展阶段，热功转换设备的设计、

制造技术都还不是十分完善，热电转换效率低只有8%左右。

（2）相对投资较高。

据测算，对于焦炉废气余热发电系统，有机工质循环系统的理论投资回收年限为5-6年，对于企业来讲，投资回收年限长，较难接受。

干熄焦是相对于湿熄焦而言的，是将低温惰性气体由循环风机通过干熄炉底的供气装置鼓入炉内与红焦进行热交换，将惰性气体加热到高温(850~980℃)，由干熄炉出来的高温惰性气体进入干熄焦余热锅炉进行换热，产生一定压力的水蒸汽，水蒸汽进入汽轮机进行热功转换并拖动发电机发电。在干熄焦余热锅炉中放热完毕后的低温惰性气体再次由循环风机通过干熄炉底的供气装置鼓入炉内与红焦进行热交换，即惰性气体循环利用。

干熄焦发电技术的优点是技术成熟度、稳定度高，热电转换效率比有机工质循环高5%-10%。图1是某焦化厂干熄焦发电系统原理图，从图中可以看出，干熄焦排烟温度为178.5℃，余热锅炉热效率也偏低，且由于高温气体膨胀的原因，循环风机耗电量也较高。同时，从图中还可以看出，各受热面冷、热源之间传热温差都较大，所以干熄焦余热发电技术损失较大。

通过以上论述，发明一种热电转换效率高、技术成熟可靠、系统投资低的焦炉烟气回收技术，并且通过循环耦合技术，同时提高干熄焦余热锅炉热效率、降低干熄焦循环风机电耗的技术是非常有现实意义的。

发明内容

为了克服以上现有技术存在的不足，本发明提供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，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，从而达到高效利用二次能源及节能减排的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种焦炉烟气余热与干熄焦余热耦合发电系统，包括：

干熄焦余热回收装置，干熄焦余热回收装置包括相互连通的干熄炉及干熄焦余热锅炉，干熄焦余热锅炉内部包括依次设置的干熄焦二次过热器、干熄焦一次过热器、第一蒸发器、第二蒸发器、焦炉烟气余热过热器及干熄焦省煤器；

焦炉烟气余热回收装置，焦炉烟气余热回收装置包括焦炉，焦炉上连接有焦炉烟气主烟道，焦炉烟气主烟道连接依次设置焦炉烟气余热省煤器、焦炉烟气余热蒸发器、焦炉烟气引风机及焦炉烟气烟囱；

汽轮发电机组包括汽轮机及发电机；

冷凝装置包括凝汽器及凝结水泵；

汽轮发电机组通过冷凝装置与干熄焦余热回收装置及焦炉烟气余热回收装置形成回路。

作为优选，上述焦炉烟气余热与干熄焦余热耦合发电系统，还包括有除氧器，除氧器具有低压蒸汽口、高压蒸汽口、凝结水口和除氧水口；其中高压蒸汽口经干熄焦余热锅炉给水泵与干熄焦余热锅炉的干熄焦省煤器连通，低压蒸汽口经焦炉余热给水泵连接焦炉烟气余热省煤器后经焦炉烟气余热蒸发器与干熄焦余热锅炉的焦炉烟气余热过热器连接，凝结水口连接回热加热器，回热加热器还连接凝结水泵，除氧水口经干熄焦余热锅炉的焦炉烟气余热过热器与汽轮发电机组连通。

作为优选，上述焦炉烟气余热与干熄焦余热耦合发电系统，干熄焦二次过热器与干熄焦一次过热器之间连接有减温器。

作为优选，上述焦炉烟气余热与干熄焦余热耦合发电系统，干熄焦余热锅炉内设置有干熄焦锅筒，干熄焦锅筒同时连接干熄焦一次过热器、第一蒸发器、第二蒸发器及干熄焦省煤器。

作为优选，上述焦炉烟气余热与干熄焦余热耦合发电系统，第一蒸发器为裸管式蒸发器，第二蒸发器为管式蒸发器。

一种焦炉烟气余热与干熄焦余热耦合发电方法，将焦炉烟气余热作为干熄焦余热锅炉的外置低温热源，利用干熄炉红焦中温余热对低温焦炉废气加热得到的低压饱和蒸汽进行二次加热，并与干熄焦余热锅炉产生的高温高压蒸汽共用一个汽轮发电机组发电，干熄焦余热锅炉产生的高温蒸汽进入汽轮机主汽做功，焦炉烟气余热与干熄焦中温余热共同产生的低温过热蒸汽进入汽轮机补汽做功，将两个效率不同且相互独立的余热发电循环耦合为一个主汽补汽式发电循环。

本发明具有如下技术优势：

1）本发明将炼焦烟道的废热转化成高品质电能，实现了二次能源的高值化利用，减少了二次能源的浪费。

2）利用循环耦合技术将低品热能提质，使低品热能发电循环效率提高，低品热能发电循环效率提高约13%。

3）利用低品蒸汽吸热降低干熄焦余热锅炉排烟温度，提高干熄焦惰性气体的热回收率，惰性气体热回收率提高约5%。

4）降低了干熄焦省煤器的进口温差，干熄焦省煤器的㶲损失降低21%左右。

5）低品热能与高品热能共用一套发电装置，取消了低品热能发电的热电转换及凝汽设备，系统大幅度简化，投资大幅度降低。

6）低品热能与高品热能共用一套发电装置，简化了系统管理工作。

7）低品热能与高品热能共用一套发电装置，大幅度减少了占地面积。

8）由于干熄焦余热锅炉排烟温度降低，循环风机电耗降低，降低率约为20%。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图中：1--干熄炉；2--干熄焦二次过热器；3--干熄焦一次过热器；4--第一蒸发器；5--减温器；6--第二蒸发器；7--干熄焦锅筒；8--焦炉烟气余热过热器；9--干熄焦省煤器；10--汽轮机；11--发电机；12--凝汽器；13--凝结水泵；14--回热加热器；15--除氧器；16--焦炉余热给水泵；17--干熄焦余热锅炉给水泵；18--焦炉烟气烟囱；19--焦炉烟气引风机；20--焦炉烟气余热蒸发器；21--焦炉烟气余热锅筒；22--焦炉烟气余热省煤器 ；23--焦炉烟气主烟道；24--焦炉；25—干熄焦循环风机。

具体实施方式

为了便于本领域人员理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1，一种焦炉烟气余热与干熄焦余热耦合发电系统，包括干熄焦余热回收装置、焦炉烟气余热回收装置、汽轮发电机组及冷凝装置；其中干熄焦余热回收装置

包括相互连通的干熄炉1及干熄焦余热锅炉；干熄焦余热锅炉内部包括依次设置的干熄焦二次过热器2、干熄焦一次过热器3、第一蒸发器4、第二蒸发器6、焦炉烟气余热过热器8及干熄焦省煤器9，干熄焦余热锅炉内部还设置有干熄焦锅筒7，干熄焦锅筒7同时连接干熄焦一次过热器3、第一蒸发器4、第二蒸发器6及干熄焦省煤器9；焦炉烟气余热回收装置包括焦炉24，焦炉24上连接有焦炉烟气主烟道23，焦炉烟气主烟道23连接依次设置焦炉烟气余热省煤器22、焦炉烟气余热蒸发器20、焦炉烟气引风机19及焦炉烟气烟囱18； 汽轮发电机组包括汽轮机10及发电机11； 冷凝装置包括凝汽器12及凝结水泵13； 汽轮发电机组通过冷凝装置与干熄焦余热回收装置及焦炉烟气余热回收装置形成回路。

本实施例中，还包括有除氧器15，除氧器15具有低压蒸汽口、高压蒸汽口、凝结水口和除氧水口；其中高压蒸汽口经干熄焦余热锅炉给水泵17与干熄焦余热锅炉的干熄焦省煤器9连通，低压蒸汽口经焦炉余热给水泵16连接焦炉烟气余热省煤器22后经焦炉烟气余热蒸发器20与干熄焦余热锅炉的焦炉烟气余热过热器8连接，凝结水口连接回热加热器14，回热加热器14还连接凝结水泵13，除氧水口经干熄焦余热锅炉的焦炉烟气余热过热器8与汽轮发电机组连通。

本实施例中，干熄焦二次过热器2与干熄焦一次过热器3之间连接有减温器5。

本实施例中，第一蒸发器4为裸管式蒸发器，第二蒸发器6为管式蒸发器。

一种焦炉烟气余热与干熄焦余热耦合发电方法，将焦炉烟气余热作为干熄焦余热锅炉的外置低温热源，利用干熄炉1红焦中温余热对低温焦炉废气加热得到的低压饱和蒸汽进行二次加热，并与干熄焦余热锅炉产生的高温高压蒸汽共用一个汽轮发电机组发电，干熄焦余热锅炉产生的高温蒸汽进入汽轮机主汽做功，焦炉烟气余热与干熄焦中温余热共同产生的低温过热蒸汽进入汽轮机补汽做功，将两个效率不同且相互独立的余热发电循环耦合为一个主汽补汽式发电循环。

本发明的具体工作流程如下：

1）干熄焦惰性气体工作流程

惰性气体在干熄炉1中吸收红焦显热产生高温惰性气体后进入干熄焦余热锅炉，在干熄焦余热锅炉中，高温惰性气体依次在干熄焦二次过热器2、干熄焦一次过热器3、第一蒸发器4、第二蒸发器6、焦炉烟气余热过热器8、干熄焦省煤器9中向高压做功工质放热降温，形成温度较低的干熄焦余热锅炉排烟，干熄焦余热锅炉排烟在干熄焦循环风机25作用下重新进入干熄炉1吸热，进入下一个干熄焦余热回收过程。

2）焦炉烟气流程

焦炉24生产过程产生的焦炉烟气经焦炉烟气主烟道23，依次进入焦炉烟气余热省煤器22、焦炉烟气余热蒸发器20向低压做功工质放热，形成110℃左右的焦炉烟气排烟，并在焦炉烟气引风机19的作用下经焦炉烟气烟囱18排入大气。

3）干熄焦余热发电循环即主循环汽水流程

除氧水经干熄焦余热锅炉给水泵17加压后，经过干熄焦省煤器9、第二蒸发器6、第一蒸发器4、干熄焦一次过热器3、干熄焦二次过热器2等受热面依次从干熄焦惰性气体中吸热，最终形成高温高压的主蒸汽。主蒸汽进入所述--汽轮机10做功并拖动发电机11发电。做功后的主蒸汽形成乏汽，并进入所述凝汽器12凝结成凝结水。凝结水在所凝结水泵13的作用下进入回热加热器14接受抽汽的加热，然后进入除氧器15除氧，除氧水再次进入干熄焦余热锅炉，进行下一个做功循环。

4）焦炉烟气余热发电循环即耦合循环汽水流程

除氧水经焦炉余热给水泵16加压依次进入焦炉烟气余热省煤器22、焦炉烟气余热蒸发器20中，从焦炉述24生产过程产生的焦炉烟气中吸热，低压做功工质由液态水变成低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽离开焦炉烟气余热蒸发器20后，耦合进入干熄焦余热锅炉，在焦炉烟气余热过热器8中吸收干熄焦惰性气体的中温余热，低压饱和蒸汽形成低压过热蒸汽，低压过热蒸汽进入汽轮机10做功并和主汽一起拖动发电机11发电。做功后的补汽和主汽一起形成乏汽，并进入凝汽器12凝结成凝结水。凝结水在凝结水泵13的作用下进入回热加热器14接受抽汽的加热，然后进入除氧器15除氧，除氧水再次经焦炉余热给水泵16加压，进行下一个做功循环。

上述实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管通过实施例对本发明进行了详细说明，所属领域人员应当能够参照本发明的具体方式进行修改或对部分技术特征进行等同替换，但是在不脱离本发明技术方案的精神下，上述改动或等同替换应该属于本发明请求保护的技术方案范围中。