[發(fā)明專利]以煤炭外燃代替氣體燃料燃燒的煉焦工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610089586.9
• 申請日: 2006-07-05
• 公開（公告）號: CN101100607A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金紅光;孫士恩;高林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: C10B21/00
• 分類號: C10B21/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 周長興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種以氣體為燃料向煉焦過程提供高溫?zé)崃康臒捊构に嚒?/p>

背景技術(shù)

煤炭與氣體燃料的性質(zhì)不同，煤炭中含有大量的灰分等有害物質(zhì)，而氣體燃料為清潔能源。正是由于煤炭與氣體燃料的品質(zhì)，及其能量轉(zhuǎn)換利用方式的不同使得燃煤電廠的發(fā)電效率比天然氣聯(lián)合循環(huán)電站低10～15個百分點(diǎn)。

目前，為了實(shí)現(xiàn)煤炭的高效潔凈利用，無論是化工生產(chǎn)過程還是IGCC發(fā)電系統(tǒng)，都必須先將煤氣化，為煤炭的進(jìn)一步利用創(chuàng)造必要條件。但煤炭的氣化過程，是一個能量利用水平較低的過程。因此，無論對于化工行業(yè)還是電力部門，煤炭的能量利用率都要比氣體燃料的低。近來，不同煤基系統(tǒng)整合思路受到關(guān)注，例如煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種以煤為原料同時生產(chǎn)化工產(chǎn)品和電力的能源系統(tǒng)，它通過化工過程和動力系統(tǒng)的集成和整合，使系統(tǒng)能源利用率得到提高。然而由于煤炭必須在氣化以后才能進(jìn)行下一步的利用，使得煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)更加復(fù)雜，包含空氣分離裝置，煤氣化爐，化工生產(chǎn)系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)等，投資高昂，其中空氣分離裝置和煤氣化爐的投資占總投資的30％-40％。

焦?fàn)t煤氣等氣體燃料可以免除氣化過程，而直接進(jìn)入化工產(chǎn)品生產(chǎn)或聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，從而提高系統(tǒng)能量利用水平。從組分上看，由富碳原料氣化所得到的合成氣中含氫量較低，在化工生產(chǎn)過程中經(jīng)常需要通過變換單元來調(diào)整煤氣成分增加含氫量，而焦?fàn)t煤氣中含有55-60％的氫氣，因此通過焦?fàn)t煤氣與富炭煤氣按以一定的比例混合，可以使其更加符合化工合成的比例，從而減少甚至避免由于成分調(diào)整而引起的能量利用問題。此外，由于焦?fàn)t煤氣中含氫量高，所以通過直接分離的方法制取氫氣，也有很高的經(jīng)濟(jì)價值。

然而，傳統(tǒng)的煉焦過程中為了得到焦炭經(jīng)常將煉焦過程中副產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣直接燃燒掉，這樣的能源利用方式顯然是不合理的。如果從化工生產(chǎn)的角度來看待焦?fàn)t煉焦，煉焦過程實(shí)際上就是煉焦煤的部分氣化過程，煉焦的主要產(chǎn)品不僅包括焦炭，而且包括焦?fàn)t煤氣等。煤的部分氣化過程需要在高溫條件下進(jìn)行，為了實(shí)現(xiàn)煤的部分氣化，主要是將部分氣化產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣燃燒，通過隔墻(面式傳熱)向煤的部分氣化過程供入熱量。

為了替換高品質(zhì)的焦?fàn)t煤氣，目前也有采用高爐煤氣，發(fā)生爐煤氣或混合煤氣等加熱焦?fàn)t的。但是由于發(fā)生爐煤氣，高爐煤氣或混合煤氣等的熱值都較低，因此在生產(chǎn)相同產(chǎn)品的情況下，耗用煤氣量大，產(chǎn)生的廢氣量多，使得煉焦過程排放廢氣帶走的熱量(主要的能量損失項)更大。例如，用高爐煤氣加熱時的煉焦耗熱量要比用焦?fàn)t煤氣加熱時大210～340kJ/kg。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種以煤炭外燃代替氣體燃料燃燒的煉焦工藝，以克服煤/氣體燃料兩種能源各自的特點(diǎn)和當(dāng)前化工生產(chǎn)系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)各自存在的弊端。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的以煤炭外燃代替氣體燃料燃燒的煉焦工藝，該煉焦工藝的設(shè)備主要由燃燒單元、傳熱單元、炭化單元、蓄熱式余熱回收單元和間壁式余熱回收單元組成；將高溫空氣與氣體燃料于外置燃燒單元燃燒后，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^傳熱單元向炭化單元供入熱量后，繼續(xù)向蓄熱式余熱回收單元和間壁式余熱回收單元釋放余熱。

所述的煉焦工藝，高溫?zé)煔獯殖龎m后向炭化單元供入熱量。

所述的煉焦工藝，除塵采用重力沉降凈化方式，以除去煙氣中顆粒較大的懸浮物。

所述的煉焦工藝，余熱回收采用蓄熱式換熱和間壁式換熱相結(jié)合的方式換熱，在高溫段采用蓄熱式換熱，在中低溫段采用間壁式換熱。

所述的煉焦工藝，采用將部分廢氣引入燃燒室或過量空氣消耗系數(shù)的方式控制煙氣溫度。

所述的煉焦工藝，炭化單元也可以為冶金行業(yè)的加熱爐、均熱爐或煅燒爐。

所述的煉焦工藝，其中氣體燃料為焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣或混合煤氣。

本發(fā)明中的燃燒單元由燃燒室和凈化室組成。

本發(fā)明的有益效果是根據(jù)煤炭和氣體燃料的特點(diǎn)不同，用煤炭外燃替代氣體燃料燃燒向炭化室提供高溫?zé)崃浚瑢?shí)現(xiàn)能源的合理利用；并在合理利用煤炭的同時，節(jié)省清潔的焦?fàn)t煤氣等氣體燃料(節(jié)省下來的焦?fàn)t煤氣可以作為化工或多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的原料氣)。本發(fā)明提出的以煤炭外燃替代氣體燃料燃燒的煉焦工藝與常規(guī)工藝相比，實(shí)現(xiàn)了組分對口、梯級利用，傳統(tǒng)煉焦過程消耗掉的燃料用焦?fàn)t煤氣，如果用來發(fā)電，要比新工藝燃料用煤炭多發(fā)電20％左右。

附圖說明

圖1為本發(fā)明以煤炭外燃替代氣體燃料燃燒的煉焦工藝流程示意圖；

圖2為本發(fā)明燃燒單元流程示意圖；