焦炉系统、焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统的制作方法

本实用新型属于焦炉余热利用技术领域，具体涉及一种焦炉系统、焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统。

背景技术：

焦炉使用过程中，燃烧室会产生250～320℃的烟道气(废气)，炭化室产生600～800℃的荒煤气，这些气体中含有大量的显热。

其中，烟道气一般经斜道、蓄热室、小烟道、交换开闭器、分烟道、总烟道、烟道气余热利用装置、烟囱后排入大气，其在烟道气余热利用装置(如余热锅炉)中产生低压蒸汽(低压饱和蒸汽)。由于烟道气温度较低，只能产生低压蒸汽，但随着干熄焦装置、初冷器上段余热利用技术等的普及，焦化企业对低压蒸汽的需求逐步减少，由烟道气产生的低压蒸汽很多情况下并无实际用途，仍然会造成能源浪费。而且，随着开工状况、季节等的不同，低压蒸汽的产量波动范围很大，若需要的低压蒸汽量大，则低压蒸汽产量少时供应不足，若需要的低压蒸汽量少，则低压蒸汽产量大时又消耗不了，给低压蒸汽的实际利用造成困难。

而荒煤气则一般经上升管、桥管、集气管、吸煤气管道送至化产回收车间净化，并在桥管末端处喷入循环氨水，直接将荒煤气温度降至80～82℃，其中大量的显热未被利用，造成浪费。

总之，现有技术中对焦炉余热的利用率低，且产品难以被充分利用。

技术实现要素：

本实用新型至少部分解决现有的焦炉余热利技术对余热的利用率低，且产品难以被充分利用的问题，提供一种能源利用率高，可避免浪费的焦炉系统、焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是一种焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统，其包括：

荒煤气余热利用装置，其包括用于连接在焦炉炭化室上方的上升管蒸发器，所述上升管蒸发器用于利用荒煤气的热量产生蒸汽；

烟道气余热利用装置，其用于与焦炉燃烧室联通并利用烟道气的热量产生蒸汽；

发电装置，其包括相互连接的螺杆膨胀机和发电机，所述螺杆膨胀机与荒煤气余热利用装置和烟道气余热利用装置联通，用于利用荒煤气余热利用装置和烟道气余热利用装置产生的蒸汽驱动发电机发电。

优选的是，所述荒煤气余热利用装置还包括：汽包，其与所述上升管蒸发器联通，用于对所述上升管蒸发器产生的汽水混合物进行汽水分离。

进一步优选的是，所述荒煤气余热利用装置还包括：第一给水单元，其与所述汽包联通，用于向所述汽包提供水；循环泵，其连接在所述汽包和上升管蒸发器之间，用于将所述汽包中的水供入所述上升管蒸发器。

进一步优选的是，所述荒煤气余热利用装置还包括：除氧器，其用于除去所述第一给水单元的水中的溶解氧。

优选的是，所述烟道气余热利用装置包括：余热锅炉，其用于利用所述烟道气的余热产生蒸汽；第二给水单元，其与所述余热锅炉联通，用于为所述余热锅炉提供水。

优选的是，所述荒煤气余热利用装置和烟道气余热利用装置均与汇聚管联通，所述汇聚管与螺杆膨胀机联通。

优选的是，所述螺杆膨胀机为凝汽式螺杆膨胀机；所述发电装置还包括凝结水泵，其用于将所述凝汽式螺杆膨胀机产生的凝结水输送至荒煤气余热利用装置和/或烟道气余热利用装置。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是一种焦炉系统，其包括：

燃烧室；

炭化室；

上述的焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统。

优选的是，所述燃烧室通过依次设置的斜道、蓄热室、小烟道、交换开闭器、分烟道、总烟道与所述烟道气余热利用装置联通。

本实施例的焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统中，荒煤气和烟道气的余热最终被用于发电，而电能不同于蒸汽，可被储存且基本不存在过量无法消耗的问题，故不会被浪费；同时，螺杆膨胀机在气源的压力、流量大范围波动(如在10～120％的范围)时都可保持工作，故在蒸汽量变化很大的情况下可持续产出电能；同时，该焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统还可对荒煤气余热也进行利用，进一步提高能源利用率。

附图说明

图1为本实用新型的实施例的焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统的组成示意框图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统，其用于对焦炉产生的烟道气和荒煤气中的显热进行回收利用，以节约能源。焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统具体包括：

荒煤气余热利用装置，其包括用于连接在焦炉炭化室上方的上升管蒸发器，上升管蒸发器用于利用荒煤气的热量产生蒸汽；

烟道气余热利用装置，其用于与焦炉燃烧室联通并利用烟道气的热量产生蒸汽；

发电装置，其包括相互连接的螺杆膨胀机和发电机，螺杆膨胀机与荒煤气余热利用装置和烟道气余热利用装置联通，用于利用荒煤气余热利用装置和烟道气余热利用装置产生的蒸汽驱动发电机发电。

本实施例的焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统中，荒煤气余热利用装置和烟道气余热利用装置分别利用荒煤气和烟道气中的余热产生蒸汽(如0.6～1MPa的低压蒸汽)，而蒸汽再送入螺杆膨胀机中，以驱动发电机发电，最终将焦炉余热转化为电能。

在以上焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统中，荒煤气和烟道气的余热最终被用于发电，而电能不同于蒸汽，可被储存且基本不存在过量无法消耗的问题，不会被浪费；同时，螺杆膨胀机在气源的压力、流量大范围波动(如在10～120％的范围)时都可保持工作，故在蒸汽量变化很大时都可产出电能；同时，该焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统还可对荒煤气余热也进行利用，进一步提高能源利用率。

以年产100万吨干全焦的焦炉为例，若荒煤气余热利用装置和烟道气余热利用装置产生的蒸汽量分别为90公斤每吨焦和70公斤每吨焦，则其可年产0.6MPa的低压饱和蒸汽160000吨；在进口蒸汽压力为0.6MPa时螺杆膨胀机的发电指标为90千瓦时每吨，由此可算出其每年可发电1.44×10⁶千瓦时。

其中，荒煤气余热利用装置包括用于连接在焦炉炭化室上方的上升管蒸发器，即采用蒸发器取代原有的上升管。由此，在炭化室中产生的荒煤气会首先进入上升管蒸发器，并在其中与水换热，使水受热产生蒸汽，同时自身温度降低(这里荒煤气温度不能过低，以免其中的焦油等杂质析出)。

使用上升管蒸发器的优点在于，其一方面不会打破原有的荒煤气处理流程(仅是用上升管蒸发器取代上升管)，荒煤气后续仍可依次经桥管、集气管、吸煤气管道后送至化产回收车间净化，且在桥管末端仍可采用喷洒氨水的方式处理，故对原有设备的改造较小，易实现；另一方面，上升管蒸发器采取的是间接换热方式，故不会产生粘附等问题。

优选的，荒煤气余热利用装置还包括：汽包，其与上升管蒸发器联通，用于对上升管蒸发器产生的汽水混合物进行汽水分离。更优选的，荒煤气余热利用装置还包括：第一给水单元，其与汽包联通，用于向汽包提供水；循环泵，其连接在汽包和上升管蒸发器之间，用于将汽包中的水供入上升管蒸发器。进一步优选的，荒煤气余热利用装置还包括：除氧器，其用于除去第一给水单元的水中的溶解氧。

如图1所示，在上升管蒸发器中，产生的实际是汽水混合物，故汽水混合物可被送入汽包进行汽水分离，分离得到的蒸汽再被送入螺杆膨胀机。由于不断有蒸汽被送入螺杆膨胀机，故汽包和上升管蒸发器中的总水量会不断减少，因此需要设置第一给水单元(如水箱)为汽包供水，且汽包中的水(分离得到的水和输入的水)可通过循环泵(如强制循环泵)被再次送入上升管蒸发器中。进一步的，由于煤气温度较高(一般在600～800℃)，故从安全性角度考虑，其中优选使用除氧水，因此可设置除氧器以除去第一给水单元的水中的溶解氧。

其中，如图1所示，烟道余热利用装置可采用现有的设备，燃烧室产生的烟道气可依次经过斜道、蓄热室、小烟道、交换开闭器、分烟道、总烟道后进入烟道余热利用装置换热以产生蒸汽，而换热后的烟道气再经烟囱排出。

优选的，烟道气余热利用装置包括：余热锅炉，其用于利用烟道气的余热产生蒸汽；第二给水单元，其与余热锅炉联通，用于为余热锅炉提供水。

也就是说，烟道气余热利用装置可采用常规的余热锅炉的形式，相应的，余热锅炉也配有第二给水单元(如水箱)。

优选的，荒煤气余热利用装置和烟道气余热利用装置均与汇聚管联通，汇聚管与螺杆膨胀机联通。

由于此时荒煤气余热利用装置和烟道气余热利用装置是分别产生蒸汽的，故如图1所示，二者产生的蒸汽优选先在汇聚管中合并，之后再统一供应给螺杆膨胀机使用。

当然，若要实现汇聚，则两种蒸汽的压力不能相差太多，由于烟道气温度较高，故一般可通过调节上升管蒸发器结构、水量等方式，将其产生的蒸汽的压力控制在与烟道气余热利用装置产生的蒸汽相当的水平，例如，两种蒸汽可均为0.6～1MPa的低压饱和蒸汽。

其中，螺杆膨胀机可依靠气体(如蒸汽)体积膨胀驱动螺杆转子旋转，从而将热能转化为机械能。而当把螺杆膨胀机与发电机相连后，螺杆膨胀机产生的动力即可带动发电机旋转，使发电机发电，最终将荒煤气和烟道气中的余热转换为电能。

优选的，螺杆膨胀机为凝汽式螺杆膨胀机；发电装置还包括凝结水泵，其用于将凝汽式螺杆膨胀机产生的凝结水输送至荒煤气余热利用装置和/或烟道气余热利用装置。

也就是说，优选采用凝汽式螺杆膨胀机，从而使蒸汽中的水凝结下来并被收集(如在凝结水箱中)，之后可将这些凝结水通过凝结水泵送回至荒煤气余热利用装置、烟道气余热利用装置(如第一给水单元、第二给水单元)中再次使用，实现完整的水循环。具体的，水循环的方式可为强制循环、自然循环、联合循环等，在此不再详细描述。

如图1所示，本实施例还提供一种焦炉系统，其包括：

燃烧室；

炭化室；

上述的焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统。

本实施例的焦炉系统中，在传统焦炉中使用上述的焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统，从而可利用荒煤气和烟道气的余热发电，提高能源利用率。

当然，实际在每个焦炉中，炭化室和燃烧室都分别有多个，故相应的上升管蒸发器等也可有多个，它们产生的蒸汽可汇聚后再统一进入螺杆膨胀机，或者各上升管蒸发器产生的蒸汽也可分别处理；而各燃烧室产生的烟道气可在总烟道中汇聚后一起进入烟道气余热利用装置产生蒸汽。

优选的，燃烧室通过依次设置的斜道、蓄热室、小烟道、交换开闭器、分烟道、总烟道与烟道气余热利用装置联通。

相对于直接设于炭化室上方的上升管蒸发器，燃烧室产生的烟道气一般可依次经过斜道、蓄热室、小烟道、交换开闭器、分烟道、总烟道后再进入烟道气余热利用装置，而经过烟道气余热利用装置的烟道气可由烟囱排出。

当然，焦炉系统中还应包括炉顶、端台、间台等其它结构，在此不再详细描述。其中，以上焦炉荒煤气与烟道气余热利用系统可根据焦炉的结构设置在不同的位置；例如，以上的汽包、循环泵等可设在焦炉端台、间台、煤塔等处；第一给水单元可设于焦炉底层；如果有除氧器，其可设在端台处等，在此不再逐一描述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。