技术领域
[0001] 本
发明涉及一种焦化行业的熄焦余热发电技术，具体的说是一种过热蒸压熄焦余热发电工艺及设备。
背景技术
[0002] 在焦化行业熄焦余热利用技术中，有技术比较成熟的干熄焦余热发电技术，其工艺技术现状如图1所示，
焦炉1推出的红焦通过拦焦装置2卸入焦罐3，装满红焦的焦罐3由带驱动的焦罐运输装置22运至提升装置4底部。提升装置4将焦罐3提升并送至干熄焦炉21炉顶，通过带布料器的装入装置将红焦装入干熄焦炉21内。向干熄焦炉21内通入惰性气体，在干熄焦炉21中红焦与惰性气体直接进行热交换，红焦平均
温度从950～1100℃被冷却至平均190℃以下，经出焦装置16卸到带式
输送机17上，然后送往焦选处理系统。循环
风机15将冷却
焦炭的惰性气体从干熄焦炉21底部的供气装置鼓入干熄焦炉21内，与红热焦炭逆流换热，自干熄焦炉21环形气道排出750～850℃热循环气体，经一次
除尘器19除尘，并吸入空气将循环气体中可燃组份及部分焦粉燃烧后，再进入余热
锅炉7换热，温度降至约180℃，由
余热锅炉7出来的惰性循环气体经二次除尘器14除尘后，由循环风机
15加压，再经
热管换热器冷却至120℃左右进入干熄焦炉21内使用。一、二次除尘器分离出的焦粉，由专
门的输送设备将其收集在贮槽内，以备外运。干熄焦装置的装焦、排焦及风机后放散等处产生的
烟尘均进入熄焦地面站除尘系统除尘后放散。循环气体组分含量超过安全值，由惰性气体补充装置18补充。高压电动给
水泵12将来自热
力除
氧器13的给水泵入余热锅炉7，给水吸收循环气体的热量转变成中温中压（450℃、3.82Mpa）或高温次高压（535℃、8.8Mpa）
过热蒸汽，
过热蒸汽推动
汽轮机组8用于发
电机组8发电。汽轮机组8做功后的乏汽通过凝汽器10冷凝成水，
凝结水泵11将凝结水泵回热力除氧器13，汽水
热力循环系统损失的水量通过补给水装置20补入。
[0003] 以上干法熄焦余热发电技术存在自身明显的
缺陷：惰性气体作为循环介质使用，产生的CO气体无法分离收集，需要生产过程中置换、补充惰性其他，生产成本并不经济，安全生产也存在较大风险；惰性气体作为热交换介质使用，在干熄炉吸热和余热锅炉放热过程都存在因温差引起的熵增，降低了系统的
热能转换效率；循环气体需要大功率风机推动快速循环流动和克服红焦的料层阻力，消耗大量的
电能，系统自用电率达到18%；干熄焦余热锅炉热效率在88%左右，部分热量在锅炉热交换过程损失，降低了系统的经济性。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有干熄焦余热发电技术的缺点，提出一种过热蒸压熄焦余热发电工艺及设备，不使用锅炉、惰性气体、循环风机及其相关设备装置，热能综合利用效率高，设备工艺简单，运行维护成本低，自用电率低，经济效益高。
[0005] 本发明解决以上技术问题的技术方案是：
[0006] 过热蒸压熄焦余热发电工艺，在包括焦炉、过热蒸压熄焦釜、热力除氧器、过热蒸汽
净化分离装置、汽轮机组、
发电机组和凝汽器的设备中进行，过热蒸压熄焦釜内设有内水冷壁和
喷嘴组，发电工艺按以下步骤进行：
[0007] 一、将焦炉推出的红焦装入过热蒸压熄焦釜内；
[0008] 二、将热力除氧器内的水加热后泵至过热蒸压熄焦釜内水冷壁进一步加热，再通
过喷嘴组均匀喷水冷却过热蒸压熄焦釜内红焦；
[0009] 三、将所述热水吸收红焦
显热形成的过热蒸汽通过管道输送到过热蒸汽净化分离装置，并将分离机械杂质后的纯净过热蒸汽输送到汽轮机组和发电机组做功发电；
[0010] 四、将做功后的乏汽输送至凝汽器凝结成水后，泵入热力除氧器内，热力除氧器将冷凝水加热后再泵至过热蒸压熄焦釜内水冷壁，形成熄焦生产过程汽水热力循环；
[0011] 五、将凝汽器内的不凝气体通过抽
真空装置抽出存储至
煤气储罐。
[0012] 过热蒸压熄焦余热发电设备，包括过热蒸压熄焦釜、热力除氧器、过热蒸汽净化分离装置、汽轮机组、发电机组和凝汽器；过热蒸压熄焦釜的蒸汽出口通过设有
阀门的蒸汽管道连接至过热蒸汽净化分离装置的蒸汽进口，热蒸汽净化分离装置的蒸汽出口通过蒸汽管道连接至汽轮机组的蒸汽进口，汽轮机组连接发电机组，汽轮机组的乏汽出口通过管道连接至凝汽器的进口，凝汽器的出口通过设有凝结水泵的水管连接接至热力除氧器的进水口，热力除氧器的出水口通过设有电动给水泵的水管连接至过热蒸压熄焦釜内的水冷壁，水冷壁通过水管连接过热蒸压熄焦釜内的喷嘴组。
[0013] 由此可见，本发明是以水（除盐水）为循环介质，利用水在常温下液——汽——液的
相变，给水直接
接触换热的吸热冷却红焦并产生中温低压过热蒸汽，过热蒸汽通过管式
电除尘器分离机械杂质后，推动汽轮发电机组发电；乏汽经凝汽器冷凝成水，凝结水泵泵回除氧器加热后由给水泵泵出，乏汽中不凝性气体通过抽真空装置获得
水煤气，熄焦釜供给主汽、补汽，实现热能
梯级使用并获得更低出焦温度，热能综合利用效率高；由于本发明不使用锅炉、惰性气体、循环风机及其相关设备装置，设备工艺简单、运行维护成本低、自用电率低、经济效益高。
[0014] 本发明进一步限定的技术方案是：
[0015] 前述的过热蒸压熄焦余热发电工艺，至少设有两台过热蒸压熄焦釜，各过热蒸压熄焦釜纵列布置；其中至少一台过热蒸压熄焦釜作为主汽过热蒸压熄焦釜，通过一个热蒸汽净化分离装置接至汽轮机组；其中至少一台过热蒸压熄焦釜作为补汽过热蒸压熄焦釜，通过另一个热蒸汽净化分离装置接至汽轮机组；热力除氧器与各过热蒸压熄焦釜连接；当主汽过热蒸压熄焦釜红焦温度低于350℃或蒸汽过热温度低于330℃时，补汽过热蒸压熄焦釜启动，主汽过热蒸压熄焦釜转入补汽供汽，形成熄焦生产过程汽水补汽循环运行工况。
[0016] 前述的过热蒸压熄焦余热发电工艺，过热蒸汽净化分离装置的出蒸汽管道和汽轮机组的出乏汽管道之间通过设有减温减压装置的管道连接，减温减压装置与过热蒸汽净化分离装置以及凝汽器的连接管道上都设有阀门，当汽轮机组或发电机组运行出现突发停机事故时，汽轮机组或发电机组关闭而中断，开启过热蒸汽净化分离装置至减温减压装置的管路阀门以及减温减压装置至凝汽器的管路阀门，主蒸汽进入旁路循环。
[0017] 前述的过热蒸压熄焦余热发电工艺，热力除氧器加热凝结水至104℃的常压饱和水供给过热蒸压熄焦釜。给水温度保持104℃有利于减少熄焦换热过程的熵增，同时维持合理的出焦温度；如提高给水温度势必提高出焦温度，系统运行不经济；降低给水温度会降低出焦温度，但是出焦含水率会超高且难以控制焦炭
质量，而且加大温差引起熵增，也会降低系统的经济性。
[0018] 前述的过热蒸压熄焦余热发电设备，至少设有两台过热蒸压熄焦釜，各过热蒸压熄焦釜纵列布置；其中至少一台过热蒸压熄焦釜作为主汽过热蒸压熄焦釜，通过一个热蒸汽净化分离装置接至汽轮机组；其中至少一台过热蒸压熄焦釜作为补汽过热蒸压熄焦釜，通过另一个热蒸汽净化分离装置接至汽轮机组；所述述热力除氧器与各过热蒸压熄焦釜连接。这样，多台过热蒸压熄焦釜可以交替互补工作，保证系统的连续稳定运行。
[0019] 前述的过热蒸压熄焦余热发电设备，过热蒸汽净化分离装置的出蒸汽管道和汽轮机组的出乏汽管道之间还通过设有减温减压装置的管道连接，减温减压装置与过热蒸汽净化分离装置以及凝汽器的连接管道上都设有阀门。当汽轮发电机组运行出现突发停机事故时，汽轮发电机组保安系统迅速关闭而中断，此时开启过热蒸汽净化分离装置至减温减压装置的管路阀门，减温减压装置至凝汽器的管路阀门，主蒸汽进入旁路循环，补汽由于压力温度低可以直接开启至凝汽器管路阀门，补汽进入旁路循环。这样，在汽轮发电机组发生临时施工停机时，熄焦冷却循环系统可以照样工作运行。
[0020] 前述的过热蒸压熄焦余热发电设备，水冷壁与喷嘴组的连接水管上还通过设有再循环汽阀的管道接至所述热力除氧器；热力除氧器的出水管还通过设有再
循环水阀的水管接至所述过热蒸压熄焦釜内的水冷壁。组成蒸压熄焦釜本体再循环系统，在厂用电中断等事故状态无法给水时开启再循环汽阀和再循环水阀，热力除氧器与过热蒸压熄焦釜实现水自然循环，能够防止过热蒸压熄焦釜本体和釜内部装置因高温过烧引起的事故，过热蒸压熄焦釜在各种运行工况下安全性能够得到保证。
[0021] 前述的过热蒸压熄焦余热发电设备，凝汽器的水煤气出口通过抽真空装置连接至水煤气存储装置。
[0022] 前述的过热蒸压熄焦余热发电设备，汽轮机组为带补汽中温低压汽轮机组，所述发电机组为带补汽中温低压发电机组。带补汽中温低压汽轮发电机组，主汽为中温低压过热蒸汽参数，补汽为中温低压过热蒸汽参数，梯级利用熄焦热能，有利于提高热能综合利用效率。
[0023] 本发明的有益效果是：水理化性质稳定、廉价且易于获得，常温下存在相变
汽化潜热特性，做为循环介质能够获得数十倍于惰性气体的吸热能力；使用带补中温低压汽轮发电机组，分段梯级利用红焦温度，获得较低的出焦温度和较高的综合热效率；利用汽、水在凝汽器的相变过程，将熄焦过程产生的水煤气（CO、H2）等不凝气体完全分离出来并得到熄焦高浓度燃气副产品；没有大功率循环风机、锅炉等相关设备以及惰性气体的存储、补充装置，降低了系统运行维护成本和自用电率，降低了固定资产投资成本；各种工况适应性强，可以不再保留原有水浸熄焦系统。
[0024] 以出焦量100t/h的过热蒸压熄焦余热发电系统为例，设计装机容量15MW，考虑到过热蒸压熄焦超负荷出焦能力，设计装机容量可以达到18MW，余热发电机组运行按照全年300天计算，过热蒸压熄焦余热发电机组全年发电量为1亿度，并生产10000吨（约1500万m3）高品质水煤气。焦化、
钢铁联合企业按照电价0.65元/度计算，全年发电余热发电系统冲抵企业厂用电、输出水煤气实现产值约8000万元。过热蒸压熄焦余热发电系统转动设备少，系统运行维护成本相对较低，相对运转率到达99%，经济效益显著；系统全年节约标煤约30000吨（按300g/Kw.h计算），并实现厂区空气零污染，具有良好的社会效益。
附图说明
[0025] 图1是干熄焦余热发电设备连接示意图。
[0026] 图2是本发明的过热蒸压熄焦余热发电设备热力系统图。
[0027] 图3是本发明的过热蒸压熄焦余热发电设备连接示意图。
[0028] 图4是本发明的过热蒸压熄焦余热发电工艺
流程图。
具体实施方式
[0030] 本实施例提出的一种过热蒸压熄焦余热发电工艺及设备，如图2-4所示，过热蒸压熄焦余热发电工艺，按以下步骤进行：
[0031] ㈠将焦炉1推出的红焦装入过热蒸压熄焦釜5内；
[0032] ㈡将热力除氧器13内的水加热后泵至过热蒸压熄焦釜5内水冷壁28进一步加热，再通过喷嘴组27均匀喷水冷却过热蒸压熄焦釜5内红焦；
[0033] ㈢水吸收红焦显热形成过热蒸汽，过热蒸汽通过管道进入过热蒸汽净化分离装置6分离汽流中的机械杂质，纯净过热蒸汽进入汽轮机组8和发电机组9进行发电；
[0034] ㈣做功后的乏汽经凝汽器10凝结成水，凝结水经水泵泵入热力除氧器13内，热力除氧器13将水加热后再泵至过热蒸压熄焦釜5内水冷壁28，形成熄焦生产过程汽水热力循环；
[0035] ㈤凝汽器10内的不凝气体（水煤气）通过抽真空装置25抽出存储至煤气储罐31。
[0036] 过热蒸压熄焦余热发电设备，包括过热蒸压熄焦釜5、热力除氧器13、过热蒸汽净化分离装置6、汽轮机组8、发电机组9和凝汽器10，过热蒸压熄焦釜5的蒸汽出口通过设有阀门的蒸汽管道连接至过热蒸汽净化分离装置6的蒸汽进口，热蒸汽净化分离装置6的蒸汽出口通过蒸汽管道连接至汽轮机组8的蒸汽进口，汽轮机组8连接发电机组9，汽轮机组8的乏汽出口通过管道连接至凝汽器10的进口，凝汽器10的出口通过设有凝结水泵11的水管连接接至热力除氧器13的进水口，热力除氧器13的出水口通过设有电动给水泵12的水管连接至过热蒸压熄焦釜5内的水冷壁28，水冷壁28通过水管连接过热蒸压熄焦釜5内的喷嘴组27。
[0037] 至少设有两台过热蒸压熄焦釜，各过热蒸压熄焦釜纵列布置；其中至少一台过热蒸压熄焦釜作为主汽过热蒸压熄焦釜，通过一个热蒸汽净化分离装置接至汽轮机组8；其中至少一台过热蒸压熄焦釜作为补汽过热蒸压熄焦釜，通过另一个热蒸汽净化分离装置接至汽轮机组8；热力除氧器13与各过热蒸压熄焦釜连接。过热蒸汽净化分离装置6的出蒸汽管道和汽轮机组8的出乏汽管道之间还通过设有减温减压装置26的管道连接，减温减压装置26与过热蒸汽净化分离装置6以及凝汽器10的连接管道上都设有阀门。水冷壁28与喷嘴组27的连接水管上还通过设有再循环汽阀24的管道接至所述热力除氧器13；热力除氧器13的出水管还通过设有再循环水阀23的水管接至过热蒸压熄焦釜5内的水冷壁28。凝汽器10的水煤气出口通过抽真空装置25连接至水煤气存储装置31。
[0038] 焦炉1推出的红焦通过拦焦装置2卸入焦罐3，装满红焦的焦罐3由带驱动的焦罐运输装置22运至提升装置4底部，提升装置4将焦罐3提升并送至过热蒸压熄焦釜5炉顶，通过带布料器的装入装置将焦炭装入过热蒸压熄焦釜5内。过热蒸压熄焦釜5采用立式布置，带有下封头29和上封头30方便装卸红焦和出焦，过热蒸压熄焦釜5是
压力容器收集存储熄焦产生的过热蒸汽，既是红焦冷却装置也是过热蒸汽发生装置这种特点决定过热蒸压熄焦釜5只能间歇装焦、
排渣作业，需要2台以上的过热蒸压熄焦釜纵列布置，满足汽轮发电机组连续稳定运行的同时，完成红焦装卸、主汽运行、补汽运行、出焦等工序流程。
[0039] 过热蒸汽净化分离装置6
外壳是压力容器，采用管式电除尘结构形式净化分离过热蒸汽中的
碳渣等机械杂质，分离效率大于98%。
[0040] 汽轮机组8为带补汽中温低压汽轮机组，发电机组9为带补汽中温低压发电机组，带补汽中温低压汽轮发电机组8、9，主汽为中温低压过热蒸汽参数，补汽为中温低压过热蒸汽参数，梯级利用熄焦热能，有利于提高热能综合利用效率。
[0041] 热力除氧器13加热凝结水（50℃）至常压饱和水（104℃）供给过热蒸压熄焦釜5给水，给水温度保持104℃有利于减少熄焦换热过程的熵增，同时维持合理的出焦温度；如提高给水温度势必提高出焦温度，系统运行不经济；降低给水温度会降低出焦温度，但是出焦含水率会超高且难以控制焦炭质量，而且加大温差引起熵增，也会降低系统的经济性。
[0042] 本实施例的运行过程为：
[0043] 焦罐3中红焦（950～1100℃）通过提升装置4卸入过热蒸压熄焦釜5A，过热蒸压熄焦釜5A喷嘴组分段喷水冷却釜内红焦，水吸收红焦显热形成
饱和蒸汽通过上段红焦过热后形成过热蒸汽（1.08Mpa，450℃），由管道输送至主过热蒸汽净化分离装置6获得纯净过热蒸汽，由管道输送至汽轮发电机组8、9发电，发电后的乏汽（-0.095Mpa，50℃）经凝汽器10凝结成水（45℃），凝结水由凝结水泵11泵入高位常压热力除氧器13并加热至给水温度104℃，给水通过高压电动给水泵12泵至釜内水冷壁经进一步加热后从各喷嘴组喷出，从而形成熄焦生产过程汽水热力系统主汽循环运行工况。
[0044] 过热蒸压熄焦釜5A红焦温度低于350℃、主蒸汽过热温度低于（330℃）时，过热蒸汽输送切换至补汽回路，过热蒸压熄焦釜5A转入补汽供汽（0.2Mpa，140℃），管道输送至汽轮机推动汽轮发电机组发电，发电后的乏汽经凝汽器凝结成水，不凝气体（水煤气）通过抽真空装置25抽出存储，凝结水由凝结水泵11泵入常压热力除氧器13，高压电动给水泵12将给水重新泵入熄焦釜，形成熄焦生产过程汽水系统补汽循环运行工况。补汽参数低于
0.1Mpa、120℃时停止喷水，熄焦罐泄压后开启下封头出焦，出焦平均温度150℃。过热蒸压熄焦釜5A转入补汽供汽前必须有过热蒸压熄焦釜5B装卸红焦后进入主汽供汽，补汽不能单独推动汽轮发电机组8、9发电，系统总有一台熄焦釜处于主汽供汽状态。
[0045] 热蒸汽净化分离装置6的出蒸汽管道和汽轮机组8的出乏汽管道之间还通过设有减温减压装置26的管道连接，减温减压装置26与过热蒸汽净化分离装置6以及凝汽器10的连接管道上都设有阀门。当汽轮发电机组运行出现突发停机事故时，汽轮发电机组保安系统迅速关闭而中断，此时开启过热蒸汽净化分离装置6至减温减压装置26的管路阀门，减温减压装置26至凝汽器10的管路阀门，主蒸汽进入旁路循环，补汽由于压力温度低可以直接开启至凝汽器10管路阀门，补汽进入旁路循环。这样，在汽轮发电机组发生临时施工停机时，熄焦冷却循环系统可以照样工作运行。由于系统布置两台以上过热蒸压熄焦釜5，即使上述事故同时发生某台熄焦釜故障，只要有一台熄焦釜能够正常运行，也不影响会熄焦冷却系统的正常运行，使本实施例具有很强的各种工况适应性，不再保留原有水浸熄焦系统也可以保证系统连续稳定运行。
[0046] 热力除氧器13热源一路来自主蒸汽管路，一路来自补汽管路，系统冷态启动时主要由过热蒸压熄焦釜5本体再循环系统供热，水冷壁28与喷嘴组27的连接水管上还通过设有再循环汽阀24的管道接至热力除氧器13，热力除氧器13的出水管还通过设有再循环水阀23的水管接至过热蒸压熄焦釜5内的水冷壁28，这样组成蒸压熄焦釜5本体再循环系统，在厂用电中断等事故状态无法给水时开启再循环汽阀24和再循环水阀23，热力除氧器13与过热蒸压熄焦釜5实现水自然循环，能够防止过热蒸压熄焦釜5本体和釜内部装置因高温过烧引起的事故，过热蒸压熄焦釜5在各种运行工况下安全性能够得到保证。
[0047] 本实施例主汽、补汽熄焦热力循环系统计算其综合热能利用效率达到24%，本实施例主要性能指标为：吨焦主蒸汽（1.08Mpa，350℃）产量0.622吨，吨焦补汽（0.2Mpa，140℃）产量0.132吨，吨焦发电量140Kw.h，吨焦产水煤气15㎏；本实施例能够获得较高的综合经济指标。
[0048] 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
