基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统的制作方法

本实用新型涉及焦化行业焦炉余热利用领域，具体地说，尤其涉及一种能够对焦炉区域在焦化过程中产生的余热进行回收并再利用的基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统。

背景技术：

焦炉，或者说炼焦炉，在通常情况下即是指一种用耐火材料砌城的用于使煤炭化，以生产焦炭的设备，是炼焦的主要热工设备。焦炉中焦炭的主要生产工艺是以煤作为原料，在隔绝空切的条件下，将煤加热到950摄氏度至1050摄氏度，再经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等高温干馏工艺，最终得到焦炭。

在上述过程中，生产过程中焦炉内的加热过程产生大量的荒煤气，大量荒煤气具有可观的显热，同时，生产获得的焦炭以及生产中得到的废烟气内都存有大量的显热。在能源问题和生产成本管控日益加剧的现有技术下，对荒煤气显热、焦炭显热以及烟道废气显热的余热回收成为焦化行业普遍关注的重点课题。

在现有技术中，对上述提及的三种显热，都有对应的方式进行余热回收：

1)焦炭显热：如前文所述的炼焦过程中的高温干馏工艺完成后，得到温度在950摄氏度至1050摄氏度的焦炭，称为高温红焦，为了便于运输和贮存，需要对所述的高温红焦进行冷却，使其温度降至250摄氏度左右，该过程称为熄焦。熄焦可以分为炉内熄焦和炉外熄焦，随着炼焦技术的发展，如今多采用炉外熄焦的方式，炉外熄焦又可以分为干法熄焦和湿法熄焦，即俗称的干熄焦和湿熄焦。

湿熄法是将高温红焦直接传送至熄焦塔，熄焦塔顶部设置有多个喷淋水头，从喷淋水头中喷出大量低温水，低温水喷淋在高温红焦上达到冷却效果，冷却过程中产生大量蒸汽，再通过其他方式对这些蒸汽进行回收；干熄焦的过程，则是用循环惰性气体作为热载体，由循环风机将冷的循环气体输入焦炭冷却室，将高温焦炭冷却至250摄氏度后排出，并且将吸收焦炭显热后的气体导入锅炉进行回收热量，产生蒸汽，回收热量后的循环气体经过冷却、除尘后，再通过风机返回到冷却室再次进行冷却，如此循环。

2)荒煤气显热：现有技术下普遍采用的是，在炭化室的顶部设置上升管、桥管等管道，通过这些管道将炭化室高温干馏过程中产生的荒煤气汇集到炭化室顶部空间，并汇入集汽管内，而后，使用氨水喷淋的方式，将温度在650摄氏度至800摄氏度范围内的荒煤气冷却至85摄氏度左右。在这种方法中，荒煤气的热量没有得到回收利用，造成热量的巨大浪费。

3)烟道废气显热：由于焦炉生产中产生的烟道废气温度较低，温度通常在240摄氏度到280摄氏度的范围内，属于低品位热能。通常设置单独的余热回收装置对低品位热能进行回收并生产低压饱和蒸汽，但是生产的低压饱和蒸汽的利用价值较低，而对低品位热能所需要的热能回收装置成本又较高，所以，对于烟道废气显热的处理方式通常是直接排放。

综上所述，现有技术中对焦炭显热、荒煤气显热以及烟道废气显热的回收利用都采用独立处理，单独回收的方式，余热回收利用率较低，并且多套回收设备，无疑会带来系统复杂性、工程造价以及运行成本的增大。

有鉴于此，应当提供一种新的方式，对干熄焦炉生产工艺中产生的各种显热热能进行集成回收利用。

技术实现要素：

本实用新型是为了解决上述技术问题而做出的，其目的是提供一种能够对干熄焦炉生产工艺中产生的焦炭显热、荒煤气显热以及烟道废气显热进行综合回收利用的热力发电系统，对焦化厂各种余热资源进行统筹，简化系统内的复杂性，以最优化的方式对多种余热进行集成回收利用。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统，系统包括焦炉、干熄炉、干熄焦余热锅炉、荒煤气余热回收装置、烟道废气余热回收装置、锅筒、强制循环泵、汽轮机以及发电机，其中，所述焦炉通过上升管与所述荒煤气余热回收装置相连，所述焦炉生产中产生的荒煤气从所述焦炉的顶部排出，并排至所述荒煤气余热回收装置中，所述荒煤气余热回收装置吸收所述荒煤气的显热；所述焦炉的焦炭出口与所述干熄炉的焦炭入口连通，所述焦炉生产的高温焦炭被送至所述干熄炉中冷却；所述焦炉生产产生的烟道废气被排至所述烟道废气余热回收装置中，所述烟道废气余热回收装置吸收所述烟道废气的的显热，所述锅筒通过下降管与强制循环泵的进口连通，所述强制循环泵的出口与所述烟道废气余热回收装置的进水口连通，所述烟道废气余热回收装置的出水口与所述荒煤气余热回收装置的进水口连通，所述荒煤气余热回收装置的汽水混合物出口与所述锅筒的上升管口连通，所述锅筒来的热水经过强制循环泵加压后先在烟道废气余热回收装置中进行一次换热，然后在荒煤气余热回收装置进行二次换热，荒煤气余热回收装置出来的汽水混合物返回锅筒，使所述锅筒与所述荒煤气余热回收装置和所述烟道废气余热回收装置之间构成强制汽水循环回路；所述干熄焦余热锅炉的烟气进口与所述干熄炉上的循环气体出口连通，所述干熄焦余热锅炉的烟气出口与所述干熄炉上的循环气体进口连通，形成循环回路，所述干熄焦余热锅炉对所述循环气体的显热进行回收；所述锅筒与所述干熄焦余热锅炉相连，所述干熄焦余热锅炉内设置有过热器、蒸发器以及省煤器，所述锅筒与所述蒸发器之间形成汽水循环回路，所述锅筒出口的饱和蒸汽进入所述过热器内进行过热，所述过热器的出汽口与所述汽轮机的进汽口连通，所述汽轮机与所述发电机相连，其中，

在本系统运行生产的过程中，所述焦炉产出的高温焦炭被推送至所述干熄炉中进行干熄冷却，所述干熄炉中的冷却介质为循环气体，所述循环气体吸收热量后，从所述干熄炉的循环气体出口排出，并通过管道引入所述干熄焦余热锅炉的烟气进口，经过所述过热器、蒸发器以及省煤器换热后冷却降温，从所述干熄焦余热锅炉的烟气出口排出，再通过管道送回至所述干熄炉的循环气体进口，如此循环；所述锅筒内的一部分饱和水进入所述干熄焦余热锅炉内的所述蒸发器，受热汽化后返回所述锅筒，形成汽水循环回路，还有一部分饱和水通过强制循环泵依次送至所述烟道废气余热回收装置和所述荒煤气余热回收装置进行换热，形成的汽水混合物返回锅筒，形成另一路汽水循环回路；所述锅筒分离出的饱和蒸汽进入所述干熄焦余热锅炉进行过热，然后进入所述汽轮机的进汽口，带动所述汽轮机做功并驱动所述发电机发电。

优选地，所述干熄焦余热锅炉中，所述过热器包括高压过热器以及低压过热器，所述蒸发器包括高压蒸发器和低压蒸发器，所述省煤器包括高压省煤器和低压省煤器。

进一步优选地，所述干熄焦余热锅炉中，高压过热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压过热器、低压蒸发器、低压省煤器按照烟气流向依次设置。

再进一步优选地，所述锅筒包括高压锅筒和低压锅筒。

优选地，所述高压过热器的进汽口与所述高压锅筒的出汽口连通，所述高压过热器的出汽口与所述汽轮机的主进汽口连通；所述高压蒸发器的进水口和出汽口分别通过下降管和上升管与所述高压锅筒连通，形成高压汽水自然循环回路；所述高压省煤器的进水口与所述低压锅筒的出水口连通，连通管路上设置有给水泵，所述高压省煤器的出水口与所述高压锅筒的进水口连通。

优选地，所述低压过热器的进汽口与所述低压锅筒连通，所述低压过热器的出汽口与所述汽轮机的补汽口连通；所述低压蒸发器的进水口和出汽口分别通过下降管和上升管与所述低压锅筒连通，形成低压汽水自然循环回路。

优选地，所述汽轮机的排汽口处设置有凝汽器，所述凝汽器的进汽口与所述汽轮机的排汽口连通，所述凝汽器的出水口依次与凝结水泵、所述低压省煤器的进水口连通。

优选地，所述低压锅筒上设置有除氧器，所述除氧器的进水口与所述低压省煤器的出水口连通。

优选地，所述系统还包括第一除尘器和第二除尘器，所述第一除尘器设置在所述干熄炉的循环气体出口与所述干熄焦余热锅炉的烟气进口连通的管路上，所述第二除尘器设置在所述干熄焦余热锅炉的烟气出口与所述干熄炉的循环气体进口连通的管路上，所述第二除尘器与所述干熄炉的循环气体进口之间还设置有循环风机。

根据上面的描述和实践可知，本实用新型所述的基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统，对干熄焦炉生产工艺中产生的焦炭显热、荒煤气显热以及烟道废气显热进行综合回收利用，分别通过干熄焦余热锅炉、荒煤气余热回收装置、烟道废气余热回收装置对三种余热资源进行回收，并将余热回收热力系统进行高度集成，且根据热源特性，将整套汽水系统设计成高压、低压两套系统，充分基于热力学第二定律进行热力系统的优化设计，通过烟气热能品位与汽水品位的匹配，实现了烟气热能的梯级优化利用，以及焦炉区域余热资源的极限回收。本实用新型只设置一台汽轮机即可消化掉高压、低压两个等级的蒸汽资源，大大减小了焦炉区域余热发电系统的投资成本，且避免了低压蒸汽资源的放散，实现了资源的最大化利用。本实用新型优化了干熄焦余热回收系统、焦炉上升管荒煤气余热回收系统以及焦炉烟道废气余热回收系统独立设置的模式，对干熄焦余热回收系统、焦炉上升管荒煤气余热回收系统、烟道废气余热回收系统的热力系统进行高度耦合，大大简化了汽水系统，使得整套热力发电系统更为简洁，工程占地面积和建设总成本均大幅降低。由于三种余热资源均是伴随焦炉生产工艺同时产生的，因此本实用新型具有很好的可实施性和实际应用价值。

附图说明

图1为示意图，示出了本实用新型所述的基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统的结构；

图2为示意图，示出了图1所示的基于焦化厂余热资源回收利用的集成发电系统中的干熄焦余热锅炉内的结构。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本实用新型所述的基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

图1为示意图，示出了本实用新型所述的基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统的结构。图2为示意图，示出了图1所示的基于焦化厂余热资源回收利用的集成发电系统中的干熄焦余热锅炉内的结构。参看图1和图2，本实用新型所述的基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统包括焦炉1、干熄炉2、一次除尘器3、干熄焦余热锅炉4、二次除尘器5、循环风机6、荒煤气余热回收装置7、烟道废气余热回收装置8、汽轮机9、发电机10、凝汽器11、凝结水泵12、除氧器13、低压锅筒14、给水泵15、高压锅筒16以及强制循环泵17。

焦炉1的焦炭出口与干熄炉2的焦炭入口相连，焦炉1中产出的高温焦炭被送至干熄炉2中进行冷却(如图中箭头所示)。焦炉1的底部一侧设置有烟道废气余热回收装置，焦炉1的上方设置有荒煤气余热回收装置。其中，焦炉1的烟气出口与烟道废气余热回收装置8相连，焦炉1产生的烟道废气，被排至烟道废气余热回收装置8中，所述烟道废气余热回收装置8吸收所述烟道废气的显热；焦炉1的荒煤气出口与荒煤气余热回收装置7相连，焦炉1中产生的荒煤气，通过上升管排至荒煤气余热回收装置中进行冷却，所述荒煤气余热回收装置7吸收所述荒煤气的显热。

低压锅筒14通过下降管与强制循环泵17的进口相连，强制循环泵17的出口与烟道废气余热回收装置8的进水口相连，烟道废气余热回收装置8的出水口与荒煤气余热回收装置7的进水口相连，荒煤气余热回收装置7的汽水混合物出口与低压锅筒14的上升管口相连，这样，低压锅筒14与烟道废气余热回收装置8以及荒煤气余热回收装置7之间构成低压汽水强制循环回路。

干熄焦余热锅炉4的烟气进口41与干熄炉2上的循环气体出口21相连，干熄焦余热锅炉4的烟气出口42与干熄炉2上的循环气体进口22相连，形成循环回路，所述循环气体的显热在干熄焦余热锅炉4中进行回收；另外，干熄炉2的循环气体出口21与干熄焦余热锅炉4的烟气进口41连通的管路上设置有第一除尘器3，干熄焦余热锅炉4的烟气出口42与干熄炉2的循环气体进口22连通的管路上设置有第二除尘器5，且第二除尘器5与干熄炉2之间还设置有循环风机6。

锅筒与干熄焦余热锅炉4相连，干熄焦余热锅炉4内设置有过热器、蒸发器以及省煤器，锅筒与蒸发器之间通过下降管和上升管形成汽水循环回路，锅筒分离出的饱和蒸汽进入所述过热器内进行过热，所述过热器的出汽口与汽轮机9的进汽口相连，汽轮机9与发电机10相连。具体地说，在本实用新型的该实施例中，锅筒包括低压锅筒14和高压锅筒16，干熄焦余热锅炉4中，过热器包括高压过热器43和低压过热器46，蒸发器包括高压蒸发器44和低压蒸发器47，省煤器包括高压省煤器45和低压省煤器48，其中，干熄焦余热锅炉4中按照从其烟气进口41到烟气出口42的方向，顺次设置有高压过热器43、高压蒸发器44、高压省煤器46、低压过热器46、低压蒸发器47以及低压省煤器48。

高压过热器43的进汽口432与高压锅筒16的出汽口161连通，高压过热器43的出汽口431与汽轮机9的主汽口91连通；高压蒸发器44的进水口442和出汽口441分别通过下降管和上升管与高压锅筒16连通，形成高压汽水自然循环回路；高压省煤器46的进水口462与低压锅筒14的出水口连通，连通管路上设置有给水泵15，高压省煤器46的出水口461与高压锅筒16的进水口162连通。低压过热器46的出汽口461与汽轮机9的补汽口92连通，低压过热器46的进汽口462与低压锅筒14连通；低压蒸发器47的进水口472和出汽口471分别通过下降管和上升管与低压锅筒14连通，形成低压汽水自然循环回路。

低压锅筒14上设置有除氧器13，汽轮机9的排汽口93处设置有凝汽器11，凝汽器11的进汽口112与汽轮机9的排汽口93连通，凝汽器11的出水口111通过凝结水泵12与低压省煤器48的进水口482连通，除氧器13的进水口与低压省煤器48的出水口481连通。

如上所述，干熄炉2中的循环气体进入干熄焦余热锅炉4中，先后经过高压过热器43、高压蒸发器44、高压省煤器45、低压过热器46、低压蒸发器47、低压省煤器48换热后，从干熄焦余热锅炉4的烟气出口42排出，并返回至干熄炉2中。同时，低压锅筒14和高压锅筒16分别对不同压力等级的汽水混合物进行汽水分离，并将分离出的蒸汽分别送至干熄焦余热锅炉中进行过热，最终送入汽轮机9。具体地说，低压锅筒14内的一部分饱和水进入低压蒸发器47，受热汽化后返回低压锅筒14，形成一路低压汽水循环回路，另一部分饱和水通过强制循环泵17依次送至烟道废气余热回收装置8和荒煤气余热回收装置7进行分级换热，形成的汽水混合物返回锅筒，形成另一路低压汽水循环回路；高压锅筒16内的饱和水进入高压蒸发器44，受热汽化后返回高压锅筒16，形成高压汽水循环回路。高压锅筒16的出汽口与高压过热器43的进汽口相连，高压锅筒16分离出的高压饱和蒸汽在高压过热器43内进行过热，然后送入汽轮机9的主汽口91，作为汽轮机的主驱动蒸汽；低压锅筒14的出汽口与低压过热器46的进汽口相连，低压锅筒14分离出的低压饱和蒸汽在低压过热器46内进行过热，然后送入汽轮机9的补气口92，作为汽轮机的补充汽源。所述汽轮机9与所述发电机10同轴相连，带动所述发电机发电。汽轮机9的排汽进入凝汽器11，在凝汽器11中冷凝成凝结水，然后通过凝结水泵12加压并送至低压省煤器48，凝结水在低压省煤器48中预热后送入除氧器13。除氧器13设置在低压锅筒14上方，低压锅筒14分离出的一部分饱和蒸汽进入除氧器13，对低压省煤器48来的凝结水进行热力除氧，除氧后的水落入低压锅筒14，低压锅筒14兼作除氧水箱，从而完成整套热力除氧过程。

根据上面的描述和实践可知，本实用新型所述的基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统，对干熄焦炉生产工艺中产生的焦炭显热、荒煤气显热以及烟道废气显热进行综合回收利用，分别通过干熄焦余热锅炉、荒煤气余热回收装置、烟道废气余热回收装置对三种余热资源进行回收，并将余热回收热力系统进行高度集成，且根据热源特性，将整套汽水系统设计成高压、低压两套系统，充分基于热力学第二定律进行热力系统的优化设计，通过烟气热能品位与汽水品位的匹配，实现了烟气热能的梯级优化利用，以及焦炉区域余热资源的极限回收。本实用新型只设置一台汽轮机即可消化掉高压、低压两个等级的蒸汽资源，大大减小了焦炉区域余热发电系统的投资成本，且避免了低压蒸汽资源的放散，实现了资源的最大化利用。本实用新型优化了干熄焦余热回收系统、焦炉上升管荒煤气余热回收系统以及焦炉烟道废气余热回收系统独立设置的模式，对干熄焦余热回收系统、焦炉上升管荒煤气余热回收系统、烟道废气余热回收系统的热力系统进行高度耦合，大大简化了汽水系统，使得整套热力发电系统更为简洁，工程占地面积和建设总成本均大幅降低。由于三种余热资源均是伴随焦炉生产工艺同时产生的，因此本实用新型具有很好的可实施性和实际应用价值。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型所述的基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的基于焦化厂余热回收利用的集成发电系统，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。