工业燃气供气系统及供气方法与流程

本发明涉及燃气供气技术领域，尤其是涉及一种工业燃气供气系统及供气方法。

背景技术：

图1为现有的典型工业燃气供气系统的示意图，其供气流程简述如下：原料煤与气化剂在燃气发生装置10中产生燃料气，燃料气经过除尘装置除尘之后送到燃气用户装置50中，与空气/含氮富氧助燃气体装置30提供的空气或者含氮富氧的助燃气体进行燃烧为燃气用户装置50提供热量。另外，还可以直接使用天然气、焦炉气等气体燃料作为燃料气直接送到燃气用户装置50中，与空气或者含氮富氧的助燃气体进行燃烧为燃气用户装置50提供热量。以上供气流程方法主要用于冶金、陶瓷、玻璃、igcc(integratedgasificationcombinedcycle整体煤气化联合循环发电系统)、燃气发电、城市燃气供热等行业。

在现有很多行业(诸如钢铁、陶瓷、玻璃、水泥、有色金属等)的供气技术方案中，很多情况下工业煤气气源种类比较多，且不稳定，主要包括有天然气、焦炉气，以及各种人工合成燃料气。人工合成燃料气是以煤为原料，采用煤气化合成的煤制气为主。不同的煤气化技术将生产出不同成分的气体，分别或者混合后进入各种燃烧装置，通入空气进行燃烧，以产生工业生产需要的热量。由于各种燃料气成分不同(主要是一氧化碳、氢气、甲烷)，这就导致采用不同的制气方法生产出来的燃料气热值存在较大差异,尤其以固定床气化工艺作为制气方法时，如果采用褐煤作为原料煤，虽然生产的燃料气热值较高，但是其生产的煤制气中往往还含有各种不同的杂质，例如焦油、各种苯萘酚等芳烃和脂肪烃，往往燃烧不充分，因此会生成各种有害气体随尾气排出。并且煤制气净化过程较为复杂，处理成本和难度较大，对环境影响较大。

目前现有技术中，无论是以煤气化为气头生产的燃料气还是以天然气、焦炉气等作为燃料的燃料气用户，均是以空气或者用氮气和氧气配置成富氧气体作为助燃气体配合燃烧。无论是空气还是含氮富氧的助燃气体，助燃气体中均含有大量的氮气，在燃料气和助燃气体燃烧过程中，会产生大量的氮氧化物进入尾气中，直接排入大气中会造成大气的严重污染。目前我国在相关标准中规定，排放尾气中氮氧化物浓度要＜50mg/m³，为了满足排放的要求，就需要为尾气进行脱硝处理，而目前的尾气脱硝成本极高且效果也并不理想。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供工业燃气供气系统，以缓解现有技术的燃料气和助燃气体燃烧后，尾气中会存在大量的氮氧化合物容易造成大气污染，并且在尾气脱硝过程中成本高以及脱硝效果不理想的技术问题。

本发明的第二目的在于提供工业燃气供气方法，利用该方法可以减少燃料气燃烧后尾气中的氮氧化合物的含量，并降低了脱硝成本，提高脱硝效果。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种工业燃气供气系统，包括含有co2的助燃气体装置、用以产生燃气的燃气发生装置和/或天然气气源装置，所述co2的助燃气体装置与所述燃气发生装置或所述天然气气源装置分别连通至燃气用户装置。

进一步的，所述燃气发生装置与煤气转化装置连接后再连接至所述燃气用户装置。

进一步的，所述煤气转化装置与燃气除尘装置连接后再连接至所述燃气用户装置。

进一步的，所述燃气发生装置与燃气除尘装置连接后再连接至所述燃气用户装置。

进一步的，所述燃气除尘装置为干法除尘装置。

进一步的，所述干法除尘装置包括布袋除尘器、陶瓷过滤除尘器或膜过滤器除尘器等的任意一种。

进一步的，所述含有co2的助燃气体装置中的助燃气体为氧气与co2的混合气体。

进一步的，所述co2的所占体积比为50％-70％。

进一步的，所述燃气发生装置为固定床气化炉、流化床气化炉或气流床气化炉中的任意一种。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明中通过使用含有co2的助燃气体，由于燃烧过程中没有氮元素的出现，从根本上杜绝了各种氮氧化物的生成，也从根本上缓解了长期困扰生产企业的脱硝问题和环保问题。更进一步地，本发明在保证燃烧充分的同时，还避免了纯氧燃烧的剧烈，消除了燃烧爆炸的隐患以及不稳定性。

另外，通过回收二氧化碳并将其配制为助燃气体，实现了二氧化碳的进一步利用，较大幅度降低了二氧化碳的大气排放。除了环保因素，还为相关企业开辟了碳交易的新的途径。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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附图。

图1为现有的典型工业燃气供气系统的示意图；

图2为本发明的实施例1中的工业燃气供气系统的连接结构示意图；

图3为本发明的实施例2中的工业燃气供气系统的连接结构示意图；

图4为本发明的实施例3中的工业燃气供气系统的连接结构示意图；

图5为本发明的实施例4中的工业燃气供气系统的连接结构示意图；

图6为本发明的实施例5中的工业燃气供气系统的连接结构示意图；

图7为本发明的实施例6中的工业燃气供气系统的连接结构示意图；

图8为本发明的实施例7中的工业燃气供气系统的连接结构示意图。

图示：10-燃气发生装置；20-天然气气源装置；30-空气/含氮富氧助燃气体装置；40-燃气除尘装置；50-燃气用户装置；60-含有co2的助燃气体装置；70-煤气转化装置；80-甲烷化装置；90-焦炉气气源装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的一个方面提供了一种工业燃气供气系统，包括含有co2的助燃气体装置、用以产生燃气的燃气发生装置和/或天然气气源装置，所述co2的助燃气体装置与所述燃气发生装置或所述天然气气源装置分别连通至燃气用户装置。

本发明中通过使用含有co2的助燃气体，由于燃烧过程中没有氮元素的出现，从根本上杜绝了各种氮氧化物的生成，也从根本上缓解了长期困扰生产企业的脱硝问题和环保问题。更进一步地，本发明在保证燃烧充分的同时，还避免了纯氧燃烧的剧烈，消除了燃烧爆炸的隐患以及不稳定性。

另外，通过回收二氧化碳并将其配制为助燃气体，实现了二氧化碳的进一步利用，较大幅度降低了二氧化碳的大气排放。除了环保因素，还为相关企业开辟了碳交易的新的途径。

当供气气源只采用煤制气时，该工业燃气供气系统可以不包括天然气气源装置，当供气气源只采用天然气时，该工业燃气供气系统可以不包括燃气发生装置，当供气气源既可以为煤制气也可以为天然气时，该工业燃气供气系统可以同时包括燃气发生装置和天然气气源装置。

当只采用燃气发生装置进行供气时，经燃气发生装置产生的煤制气通入燃气用户装置中与含有co2的助燃气体燃烧为燃气用户装置提供热量。

当只采用天然气气源装置进行供气时，天然气通入燃气用户装置中与含有co2的助燃气体燃烧为燃气用户装置提供热量。

当只采用燃气发生装置和天然气气源装置共同进行供气时，可以在不同的气源之间进行切换，经燃气发生装置产生的煤制气和天然气可以交替性地为燃气用户装置供气，并与含有co2的助燃气体燃烧为燃气用户装置提供热量。

作为本发明优选的实施方式，所述燃气发生装置与煤气转化装置连接后再连接至所述燃气用户装置。

各种工业煤气在燃烧前通过煤气转化装置进行转化，将气体中所含有的各种杂质及有机物等全转化成一氧化碳和氢气，以及部分二氧化碳，使得使用前的工业煤气成分简单、干净，便于后续工艺的开发和标准化工作。

作为本发明优选的实施方式，所述煤气转化装置与燃气除尘装置连接后再连接至所述燃气用户装置。

值得说明的是，当使用燃气发生装置生产燃气时，主要是以煤、焦炭或者半焦为原料来生产燃气。当使用固定床气化炉(也称为移动床气化炉)作为燃气发生装置时，生产的燃料气中夹带了大量的固体煤灰，以及焦油等有机物，此时燃气经过煤气转化装置进行煤气转化，可将其中的煤灰以及焦油等有机物进行煤气转化，转化之后经燃气除尘装置除尘后送至燃气用户装置。

当使用炼焦行业中的焦炉气或者其他杂质含量高的燃气作为燃料气时，也可以直接将燃料气直接送到煤气转化装置，在煤气转化装置中，转化之后经燃气除尘装置除尘后送至燃气用户装置。

当所产生燃气不需要进行煤气转化时，可以将流程中的煤气转化装置取消；如果使用的焦炉气是净化之后的洁净焦炉气，则也可以直接送到用户，而不必送到煤气转化装置中。

作为本发明优选的实施方式，所述燃气发生装置与燃气除尘装置连接后再连接至所述燃气用户装置。

从燃气发生装置出来的煤气含有大量粉尘(粉尘由焦末、矿末组成)，不能直接使用，因为含尘煤气会堵塞煤气管道、燃烧装置的烧嘴等，同时高温燃烧情况下会软熔粘结在换热装置上，导致热效率降低，损坏设备等，所以，需要经过除尘后才能二次利用。

燃气除尘装置可以采用传统的湿法水洗除尘装置，这样的方法虽然能够有效的除尘，但是也导致了煤气的显热的损失，造成大量的热量浪费。

为了克服上述问题，作为本发明优选的实施方式，所述燃气除尘装置为干法除尘装置。采用高效干法除尘装置对燃料气进行除尘，摒弃了现有技术需要通过水洗涤来除尘的方法，使得燃料气中含有的大量显热得以保留，使得燃料气具有更高的热值和燃烧效率。

值得说明的是，当所产生燃气不需高热值时，就不需要进行甲烷化。

作为本发明优选的实施方式，干法除尘装置包括布袋除尘器、陶瓷过滤除尘器或膜过滤器除尘器等任意一种。

布袋除尘器是一种干式滤尘装置，它适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。布袋除尘器中的滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入布袋除尘器后，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤袋时，粉尘被阻留，使气体得到净化。

陶瓷过滤除尘器是近一二十年来发展起来的一种新型过滤器，其核心组件无机陶瓷膜具有优良的热稳定性与孔稳定性能，不但强度高、且耐化学腐蚀，清洗再生性能好，兼备有高效过滤与精密过滤的双重优点，广泛应用在化工生产、水处理、气体过滤、高温气体净化与烟气除尘等领域。

膜过滤器除尘器的核心原件是滤膜，是一种制备在支撑体上的布满微小孔隙的薄膜。制作滤膜的材料有很多，分为有机膜(如聚砜中空纤维膜)和无机膜(如陶瓷膜)。滤膜作为过滤原件其结构特点是滤层非常薄，因而它的过滤机理主要是筛除作用，吸附效应很小。

作为本发明优选的实施方式，所述含有co2的助燃气体装置中的助燃气体为氧气与co2的混合气体。使用氧气与co2的混合气体可以从根本上杜绝氮元素的出现，避免氮氧化合物的生成。

作为本发明优选的实施方式，所述co2所占体积比为50％-70％。

co2的含量过低，否则氧气过多会引起燃料气的剧烈燃烧，存在燃烧爆炸的风险。

在上述优选的实施方式中，co2所占体积比典型但非限制性的例如为：50％、55％、60％、65％或70％。

作为本发明优选的实施方式，所述燃气发生装置为固定床气化炉、流化床气化炉或气流床气化炉中的任意一种。

本发明的另一个方面提供了一种工业燃气供气方法，利用上述工业燃气供气系统对燃气用户装置进行供气。

实施例1

如图2所示，本实施例是一种工业燃气供气系统，包括含有co2的助燃气体装置60和用以产生燃气的燃气发生装置10，co2的助燃气体装置与燃气发生装置10分别连通至燃气用户装置50。

实施例2

如图3所示，本实施例是一种工业燃气供气系统，包括含有co2的助燃气体装置60和天然气气源装置20，co2的助燃气体装置与天然气气源装置20分别连通至燃气用户装置50。

实施例3

如图4所示，本实施例是一种工业燃气供气系统，包括含有co2的助燃气体装置60和用以产生燃气的燃气发生装置10，co2的助燃气体装置直接连通至燃气用户装置50，燃气发生装置10与煤气转化装置70连接后再连接至燃气用户装置50。

实施例4

如图5所示，本实施例是一种工业燃气供气系统，包括含有co2的助燃气体装置60和用以产生燃气的燃气发生装置10，co2的助燃气体装置直接连通至燃气用户装置50，燃气发生装置10依次与煤气转化装置70、燃气除尘装置40连接后再连接至燃气用户装置50。

实施例5

如图6所示，本实施例是一种工业燃气供气系统，包括含有co2的助燃气体装置60和用以产生燃气的燃气发生装置10，co2的助燃气体装置直接连通至燃气用户装置50，燃气发生装置10与燃气除尘装置40连接后再连接至燃气用户装置50。

实施例6

如图7所示，本实施例是一种工业燃气供气系统，包括含有co2的助燃气体装置60、用以产生燃气的燃气发生装置10和天然气气源装置20，co2的助燃气体装置直接连通至燃气用户装置50，天然气气源装置20直接连通至燃气用户装置50，燃气发生装置10依次与煤气转化装置70、燃气除尘装置40连接后再连接至燃气用户装置50。

实施例7

如图8所示，本实施例是一种工业燃气供气系统，包括含有co2的助燃气体装置60、用以产生燃气的燃气发生装置10、天然气气源装置20和焦炉气气源装置90，co2的助燃气体装置直接连通至燃气用户装置50，天然气气源装置20直接连通至燃气用户装置50，燃气发生装置10和焦炉气气源装置90分别依次与煤气转化装置70、燃气除尘装置40连接后再连接至甲烷化装置80，进行部分或者全部燃气甲烷化，提高燃气热值后，送往燃气用户装置50；

本发明中的煤气转化装置是专利申请号为(2017203242656)的专利申请公开的煤制气二次装置装置，包括转化炉；转化炉上设置有煤制气进口、气化剂进口以及转化气出口；煤制气进口用于向转化炉内充入高温煤制气，气化剂进口用于向转化炉内充入包含氧气的气化剂。

在使用上述煤气转化装置(即煤制气二次装置装置)时，根据前序的煤制气制备装置生产的煤制气中成分的具体含量，向转化炉中通入具有一定比例的煤制气与气化剂；在煤制气自身的高温条件下，煤制气中的部分煤气以及煤气夹带的煤灰、焦油等有机物与气化剂中的氧气燃烧产生热量，从而使转化炉的炉内温度升至预设温度，该温度处于满足甲烷分解反应所需的温度范围之内，气体中的甲烷气与二氧化碳或者水蒸气发生吸热分解反应，生成一氧化碳和氢气，从而使得煤气中的甲烷达到分解产生有效气体的目的，同时也实现了清除煤制气中带出的焦油、苯酚类有机物的目的。此外，也可以使转化炉的炉内温度升至另外的预设温度，该温度处于满足焦油、苯酚类有机物燃烧、分解所需的温度范围之内，但是不处于满足甲烷分解反应所需温度范围之内，此时煤制气中夹带的煤灰、焦油、苯酚类有机物能够燃烧、分解，而煤制气中高热值的甲烷能够保留，从而实现驱除煤气中有机夹带物而不降低煤制气热值的目的。

煤气转化装置能够将煤气中的煤粉、焦油、烯烃类有机物燃烧分解，同时将甲烷转化为一氧化碳和氢气，从而清除了气体中煤粉、焦油、烯烃类有机物，降低气体中甲烷含量。从而提高了碳的转化率，提高了原材料的利用率；提高了气化效率，降低了生产成本；同时对有机物进行合理处理，避免污染环境。进而使得煤气化技术，尤其是固定床煤气化技术使用的以烟煤、无烟煤、焦炭为原料的加压气化方式实现了洁净煤气化、节能减排、环境友好，有着极好的产业化前景和广泛的社会效益。

综上所述，本发明提供的工业燃气供气系统具有如下优点：

1)能够在一个流程上实现对各种不同工业煤气的净化转化，从而促进工业生产布局的标准化；

2)能够使得燃烧产物中的氮氧化合物基本降低为零，从根本上缓解了企业的脱硝问题和环保问题；

3)实现了二氧化碳的回收利用，既促进了环保，节约了能源，又可实现碳交易市场的盈利；

4)能够实现燃气干法除尘，既能够除掉燃气中的灰尘，还能全部保留燃气中含有的大量显热，提高了燃气热值和热利用效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。