一种火电厂热解炉热解气冷却系统和方法

文献发布时间：2023-06-19 10:41:48

技术领域

本发明涉及热解技术领域，具体而言，涉及一种火电厂热解炉热解气冷却系统和方法。

背景技术

研究发现，煤炭中赋存着较高的油气资源。因此煤炭热解技术能够提高煤炭的利用效率，并且热解产物煤焦油和热解煤气能够作为石油和天然气的补充。另外，钢铁行业每年消耗大量的焦炭，而优质的焦炭就是通过煤焦化炉生产出来的。近年来，我国焦炭产量占世界总产量的一半以上，已成为全球最大的焦炭生产和出口国。由此刺激了炼焦技术的快速发展，新建和改造焦炉数量直线上升，焦炉大型化比例显著提高；荒煤气余热利用、干热解气冷却、捣固炼焦、炼焦生产自动化等一批新技术得到推广和应用。

生物质是一种清洁的可再生能源，生物质快速热解技术是生物质利用的重要途径，所谓热解就是利用热能打断大分子量有机物、碳氢化合物的分子键，使之转变为含碳原子数目较少的低分子量物质的过程。生物质热解是生物质在完全缺氧条件下，产生液体(生物油)、气体(可燃气)、固体(焦碳)三种产物的生物质热降解过程。

另外，随着工业和城市发展，城市垃圾和污泥，以及工业油污泥产生量越来越大，城市环保对垃圾、污泥的处理提出了更高要求。随着垃圾、污泥填埋场的占用和污染了大量土地，未来针对垃圾或污泥采用热解工艺进行无害化处理成为唯一的选择。

在上述煤、生物质、垃圾或污泥的热解工艺中，热解气携带的热量占到30％以上，如何冷却热解气利用其中的热量，进而从热解气中提取焦油、煤气、生物质气、油气及其他可燃气体，成为提高热解项目经济性和能源利用效率的关键。目前采用的常规冷却方式为水冷或风冷，但一般冷却水或冷却风与热解气换热后，将热量通过冷水塔或风冷散热器散失在大气当中，热量完全被白白浪费掉，使得热解炉的整个能源效率低下。

发明内容

本发明解决的问题是热解气冷却净化分离装置中热解气冷却释放的热量未充分利用的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种火电厂热解炉热解气冷却系统，包括电站锅炉及其送风系统、汽轮机及其汽水系统，还包括热解炉及其热解气冷却净化分离装置，所述热解气冷却净化分离装置中设置有换热装置，所述换热装置为风冷换热器和/或水冷换热器，所述风冷换热器和/或水冷换热器中的冷却介质对所述热解气冷却净化分离装置中的热解气进行冷却，所述风冷换热器出口已被加热的冷却介质可输送入电站锅炉或制粉系统中，所述水冷换热器出口已被加热的冷却介质可输送入锅炉供水管路或除氧器供水管路或热网循环水供水管路中。

所述热解炉分解的原料可以是原煤、生物质、垃圾、污泥中的任意一种或几种，火电厂热解炉热解气冷却系统利用热解气冷却释放的热量将换热装置中的冷却介质加热，被热解气加热后的冷却介质，可以是风和/或水，所述热风可送入电站锅炉中助力炉内煤炭的燃烧，节省其自身能量的消耗，热水可送入锅炉供水管路或除氧器供水管路或热网循环水供水管路中，降低给水系统或凝结水系统或热网循环水系统中冷水加热的能量消耗，并对热解气冷却释放的热量进行充分利用。

进一步的，所述换热装置为风冷换热器，所述风冷换热器内部流通的冷却介质为电站锅炉冷态的一次风或二次风。

使用热解气冷却净化分离装置加热部分一次风或二次风，降低电站锅炉内空气预热器预热一次风或二次风的热量消耗。

进一步的，所述送风系统与空气预热器和风冷换热器相连，所述送风系统中设置有至少一个分流装置和至少一个合流装置，所述分流装置和合流装置可控制其各风道内的流量。

所述送风系统送入的风一部分进入电站锅炉内部的空气预热器进行预热，一部分进入热解气冷却净化分离装置进行换热，解热后的风汇合后进入电站锅炉或制粉系统，同时可调节的分流装置和合流装置的设置可以控制进入空气预热器和热解气冷却系统的风量，使热解气冷却系统处于热交换平衡状态。

进一步的，所述分流装置的入口通入冷态的一次风，其出口连接空气预热器和风冷换热器的冷风管道，所述合流装置入口连接空气预热器和风冷换热器的热风管道，其出口连接制粉系统，所述制粉系统的出口连接电站锅炉燃烧器。

所述一次风进入分流装置后，从其出口进入空气预热器和风冷换热器内进行加热，加热后的一次风经过合流装置汇合后进入制粉系统，将制粉系统内的煤粉携带入电站锅炉的燃烧器内，热的一次风可保证煤粉在进入电站锅炉时即具备了一定的温度，便于其充分燃烧，提高能量利用率。

进一步的，所述分流装置的入口通入冷态的二次风，其出口连接空气预热器和风冷换热器的冷风管道，所述合流装置入口连接空气预热器和风冷换热器的热风管道，其出口连接电站锅炉燃烧器。

所述二次风进入分流装置后，从其出口进入空气预热器和风冷换热器内进行加热，加热后的二次风经过合流装置汇合后进入电站锅炉，电站锅炉使用的二次风通常为高温风，且其用量最大，仅通过空气预热器加热会消耗电站锅炉内大量热量，影响能量利用率，通过热解气冷却净化分离装置加热部分二次风可显著提高电站锅炉内的能量利用率，另外，在火电厂电站锅炉低负荷运行时，可关闭空气预热器的空气入口，完全利用热解气冷却热量替代空气预热器吸取的热量，维持锅炉低负荷下SCR入口烟气温度在310度以上，保证SCR系统低负荷下的正常运行。

进一步的，所述换热装置内设置有水冷换热器，所述水冷换热器内部流通的冷却介质为锅炉给水、凝结水或热网循环回水中的任意一种。

使用热解气冷却净化分离装置加热部分锅炉给水或凝结水或热网循环回水，降低电站锅炉煤耗，提升火电机组汽水系统的循环效率。

进一步的，所述水冷换热器的冷水管路连接火电厂电站锅炉给水或凝结水供水管路或热网循环水回水管路中的任意一种，水冷换热器的热水管路连接火电厂电站锅炉或除氧器供水管路或热网循环水供水管路中的任意一种，所述汽水系统中设置有控制阀以控制冷却介质的进出及流量。

所述汽水系统中的一部分锅炉给水或凝结水或热网循环水回水进入热解气冷却净化分离装置进行换热，解热后的水进入电站锅炉或除氧器供水管路或热网循环水供水管路，降低对其加热的能量消耗，同时可调节的控制阀的设置可以控制进入热解气冷却系统的水量，使热解气冷却系统处于热交换平衡状态。

进一步的，所述风冷换热器或水冷换热器为表面式间隔换热盘管，所述盘管为光管、内肋管、外肋管或内外均有肋片的换热管中的任意一种。

进一步的，所述热解炉出口的热解气管路上设置有气流控制阀，所述气流控制阀可以控制将一部分热解气送入热解气冷却净化分离装置中，同时可将另一部分热解气直接送入电站锅炉中。

一部分热解气直接送入电站锅炉中可成为电站锅炉的直接能源，降低其它燃料消耗，同时热态的热解气无需预热，可节省大量能源，其中烟气可通过电站锅炉的烟气处理装置进行无害化处理，节约了部分设备投入。

进一步的，所述热解气冷却净化分离装置净化分离得到的可燃气体进行后续处理或通入电站锅炉，所述热解炉或热解气冷却净化分离装置产生的废气送入电站锅炉内，所述热解炉或热解气冷却净化分离装置产生的废渣、废液送入火电厂处理设施。

所述热解气冷却净化分离装置净化分离得到的可燃气体通入电站锅炉燃烧器可用于助燃，节省热风用量，降低能源消耗，所述热解炉或热解气冷却净化分离装置产生的废气送入电站锅炉可利用其烟气处理装置进行无害化处理，所述热解炉或热解气冷却净化分离装置产生的废渣、废液可送入火电厂处理设施进行无害化处理。

本发明还提供了一种上述任一种火电厂热解炉热解气冷却系统方法，所述热解炉热解气冷却系统按下列方法进行设计：

S1、根据热解炉的类型及规模，计算产生热态热解气冷却需要带走的热量总量，其计算式为：

S2、根据所述热解气冷却净化分离装置热态热解气总散热量，设计热解气冷却净化分离装置内布置的换热装置的换热表面积及需要的冷却风和/或水量、流速、入口温度及出口温度；

S3、根据火电厂送风系统和汽水系统的情况及环境温度，设计送至热解气冷却净化分离装置的风和/或水量、温度；

热解气与冷却的风和/或水换热的热量平衡式为：

S4、根据S2、S3设计结果完成火电厂热解炉热解气冷却系统的安装、连接；

S5、利用送风系统上的分流装置、合流装置和/或汽水系统上的控制阀，控制送入热解气冷却净化分离装置吸热的风和/或水量，进而控制热解气冷却净化分离装置热风和/或热水管道的出口温度，使系统达到S3中所述的热量平衡。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、利用火电厂生产系统中的冷态风和/或水冷却热态热解气，从而实现间隔式换热的热解气冷却工艺，所述冷态风为一次风或二次风；

2、利用热解气冷却回收的热量加热生产系统中的冷态风和/或水，降低在原有系统中风和/或水预热时的能量消耗，提升生产效率；

3、火电厂电站锅炉低负荷运行时，可利用热解气冷却热量替代空气预热器吸取热量，维持锅炉低负荷下SCR入口烟气温度在310度以上，保证SCR系统低负荷下的正常运行。

附图说明

图1是本申请实施例1的火电厂热解炉热解气冷却系统示意图；

图2是本申请实施例2的风冷热解气冷却换热系统示意图；

图3是本申请实施例3的单独加热一次风的示意图；

图4是本申请实施例4的单独加热二次风的示意图；

图5是本申请实施例5的水冷热解气冷却换热的示意图。

附图标记说明：

1、电站锅炉；2、送风系统；201、分流装置；202、合流装置；3、汽轮机；4、汽水系统；401、控制阀；5、热解炉；501、气流控制阀；6、热解气冷却净化分离装置；7、换热装置；701、风冷换热器；702、水冷换热器；8、空气预热器；9、制粉系统；10、电站锅炉燃烧器。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，对相同结构或功能的部件标注相同的附图标记，并省略其重复说明。所描述的实施例仅是对本发明构思的例示，并不对本发明的范围构成限制。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。

下面结合附图具体描述本发明实施例的一种火电厂热解炉热解气冷却系统和方法。

实施例1

本实施例提供一种火电厂热解炉热解气冷却系统，如图1所示，所述火电厂热解炉热解气冷却系统包括电站锅炉1及其送风系统2、汽轮机3及其汽水系统4，还包括热解炉5及其热解气冷却净化分离装置6，所述热解气冷却净化分离装置6中设置有换热装置7，所述换热装置7包含风冷换热器701和水冷换热器702。

所述送风系统2包括冷风管道与热风管道，其中冷风管道分别与空气预热器8和风冷换热器701的冷风管道相连，在其连接处设置有一个分流装置201，所述分流装置201可调节各个冷风管道内的流量，所述送风系统2的热风管道与空气预热器8和风冷换热器701的热风管道相连，在其连接处设置有一个合流装置202，所述合流装置202可调节各个热风管道内的流量。所述送风系统2送入的可以是电站锅炉1的冷态一次风或二次风。

所述水冷换热器702冷水管道连接火电厂给水或凝结水供水管路或热网循环水回水管路中的任意一种，所述水冷换热器702的热水管路连接火电厂锅炉或除氧器供水管路或热网循环水供水管路中的任意一种，所述水冷换热器702的与水路连接处设置有可调节流量的控制阀401，用以调节各管路中的水流量。

所述风冷换热器701和水冷换热器702通过热解气冷却过程中释放的热量加热其内部的风和水，并将加热后的风和水输入到火电厂的生产系统中，所述热风可送入电站锅炉1中助力炉内煤炭的燃烧，节省其自身能量的消耗，热水可送入锅炉供水管路或除氧器供水管路或热网循环水供水管路中，降低给水系统或凝结水系统或热网循环水系统中冷水加热的能量消耗，并对热解气冷却释放的热量进行充分利用。

在此系统中，所述热解炉5分解的原料可以是原煤、生物质、垃圾、污泥中的任意一种或几种，所述热解炉5加热分解所产生的热解气排入热解气冷却净化分离装置6中，冷却后可产生焦油和可燃气体，所述可燃气体通入送风系统2的热风管道内，最终进入电站锅炉1助燃；所述热解炉5或热解气冷却净化分离装置6产生的废气送入电站锅炉1可利用其烟气处理装置进行无害化处理，所述热解炉5或热解气冷却净化分离装置6产生的废渣、废液可送入火电厂处理设施进行无害化处理。

所述送风系统2送入冷态风，所述冷态风经过分流装置201后，一部分进入设置在电站锅炉1内的空气预热器8进行预热，一部分进入热解气冷却净化分离装置6，通过风冷换热器701被热解气冷却净化分离装置6中的热解气加热，通过空气预热器8和风冷换热器701被加热的热态风通过合流装置202汇合进入送风系统2的热风管道。所述送风系统2中送入的可以是一次风，此时送风系统2的热风管道出口连接制粉系统9，所述制粉系统9出口连接有电站锅炉燃烧器10，被加热的一次风携带制粉系统9中生产的煤粉进入电站锅炉燃烧器10内，热的一次风可保证煤粉在进入电站锅炉1时即具备了一定的温度，便于其充分燃烧，提高能量利用率；所述送风系统2中送入的也可以是二次风，此时所述送风系统2的热风管道直接连接电站锅炉燃烧器10，电站锅炉1使用的二次风通常为高温风，且其用量最大，仅通过空气预热器8加热会消耗电站锅炉1内大量热量，影响能量利用率，通过热解气冷却净化分离装置6加热部分二次风可显著提高电站锅炉1内的能量利用率，另外，在火电厂电站锅炉1低负荷运行时，可关闭空气预热器8的空气入口，完全利用热解气冷却热量替代空气预热器8吸取的热量，维持锅炉低负荷下SCR入口烟气温度在310度以上，保证SCR系统低负荷下的正常运行。

所述水冷换热器702可以连接火电厂给水系统，从除氧器出来的经过给水泵加压后的给水送入热解气冷却净化分离装置6的水冷换热器702的冷水管路，所述热解气冷却净化分离装置6的热水管路接入电站锅炉1，利用热解气冷却净化分离装置6中的热解气将给水加热，当其满足锅炉积水温度要求后将其输入电站锅炉1；所述水冷换热器702也可以连接凝结水系统，从凝汽器出来的经过凝结水泵加压后的凝结水送入热解气冷却净化分离装置6的水冷换热器702的冷水管路，所述水冷换热器702的热水管路连接除氧器，利用热解气冷却热量加热凝结水，当所述凝结水满足温度要求后将其打入除氧器；所述水冷换热器702也可以连接供热管网的热网循环系统，从供热管网返回的热网回水送入热解气冷却净化分离装置6的水冷换热器702的冷水管路，所述水冷换热器702的热水管路连接供热管网，利用热解气冷却热量加热热网循环水，将加热后满足温度要求的热网循环水打入供热管网；利用热解气冷却释放的热量加热水路中的冷水，降低了专门对其加热的能量消耗，同时可调节的控制阀401的设置可以控制进入热解气冷却系统的水量，使热解气冷却系统处于热交换平衡状态。

实施例2

本实施例提供一种火电厂热解炉热解气冷却系统，所述火电厂热解炉热解气冷却系统包括电站锅炉1及其送风系统2、汽轮机3及其汽水系统4，还包括热解炉5及其热解气冷却净化分离装置6，所述热解气冷却净化分离装置6中设置有换热装置7，所述换热装置7包含风冷换热器701。

如图2所示，与实施例1相比，本实施例仅包括风冷换热器701，所述送风系统2送入的冷态风经过分流装置201后，一部分进入设置在电站锅炉1内的空气预热器8进行预热，一部分进入热解气冷却净化分离装置6，通过风冷换热器701被热解气冷却净化分离装置6中的热解气加热，通过空气预热器8和风冷换热器701被加热的热态风通过合流装置202汇合进入送风系统2的热风管道，汇合后的热态风最终被输送入电站锅炉燃烧器10内，节省了电站锅炉1预热部分冷态风的能量消耗。

实施例3

如图3所示，所述送风系统2送入冷态一次风，所述冷态一次风经过分流装置201后，一部分进入设置在电站锅炉1内的空气预热器8进行预热，一部分进入热解气冷却净化分离装置6，通过风冷换热器701被热解气冷却净化分离装置6中的热解气加热，通过空气预热器8和风冷换热器701被加热的热态一次风通过合流装置202汇合进入送风系统2的热风管道。所述送风系统2的热风管道直接连接电站锅炉燃烧器10，由于电站锅炉1使用的二次风通常为高温风，且其用量最大，仅通过空气预热器8加热会消耗电站锅炉1内大量热量，影响能量利用率，通过热解气冷却净化分离装置6加热部分二次风可显著提高电站锅炉1内的能量利用率，另外，在火电厂电站锅炉1低负荷运行时，可关闭空气预热器8的空气入口，完全利用热解气冷却热量替代空气预热器8吸取的热量，维持锅炉低负荷下SCR入口烟气温度在310度以上，保证SCR系统低负荷下的正常运行。

实施例4

如图4所示，所述送风系统2送入冷态二次风，所述冷态二次风经过分流装置201后，一部分进入设置在电站锅炉1内的空气预热器8进行预热，一部分进入热解气冷却净化分离装置6，通过风冷换热器701被热解气冷却净化分离装置6中的热解气加热，通过空气预热器8和风冷换热器701被加热的热态二次风通过合流装置202汇合进入送风系统2的热风管道。所述送风系统2的热风管道直接连接电站锅炉燃烧器10，由于电站锅炉1使用的二次风通常为高温风，且其用量最大，仅通过空气预热器8加热会消耗电站锅炉1内大量热量，影响能量利用率，通过热解气冷却净化分离装置6加热部分二次风可显著提高电站锅炉1内的能量利用率，另外，在火电厂电站锅炉1低负荷运行时，可关闭空气预热器8的空气入口，完全利用热解气冷却热量替代空气预热器8吸取的热量，维持锅炉低负荷下SCR入口烟气温度在310度以上，保证SCR系统低负荷下的正常运行。

实施例5

本实施例提供一种火电厂热解炉热解气冷却系统，所述火电厂热解炉热解气冷却系统包括电站锅炉1及其送风系统2、汽轮机3及其汽水系统4，还包括热解炉5及其热解气冷却净化分离装置6，所述热解气冷却净化分离装置6中设置有换热装置7，所述换热装置7包含水冷换热器702。

如图5所示，所述水冷换热器702的冷水管路连接火电厂电站锅炉1给水或凝结水供水管路或热网循环水回水管路中的任意一种，水冷换热器702的热水管路连接火电厂电站锅炉1或除氧器供水管路或热网循环水供水管路中的任意一种，所述汽水系统4中设置有控制阀401以控制冷却介质的进出及流量。所述汽水系统4中的一部分锅炉给水或凝结水或热网循环水回水进入热解气冷却净化分离装置6进行换热，解热后的水进入电站锅炉1或除氧器供水管路或热网循环水供水管路，降低对其加热的能量消耗，同时可调节的控制阀401的设置可以控制进入热解气冷却系统的水量，使热解气冷却系统处于热交换平衡状态。

实施例6

在本实施例中，热解气冷却热量用于加热电站锅炉1给水，从除氧器出来的经过给水泵加压后的给水送入热解气冷却净化分离装置6的水冷换热器702的冷水管路，利用热解气冷却热量加热给水，满足锅炉给水温度要求的加热后的给水打入电站锅炉1。

实施例7

本实施例提供一种火电厂热解炉热解气冷却系统，本实施例提供一种火电厂热解炉热解气冷却系统，所述火电厂热解炉热解气冷却系统包括电站锅炉1及其送风系统2、汽轮机3及其汽水系统4，还包括热解炉5及其热解气冷却净化分离装置6，所述热解气冷却净化分离装置6中设置有换热装置7，所述换热装置7包含水冷换热器702。

在本实施例中，热解气冷却热量用于加热火电机组凝结水，从凝汽器出来的经过凝结水泵加压后的凝结水送入热解气冷却净化分离装置6的水冷换热器702的冷水管路，利用热解气冷却热量加热凝结水，满足温度要求的加热后的凝结水打入除氧器。

实施例8

本实施例提供一种火电厂热解炉热解气冷却系统，本实施例提供一种火电厂热解炉热解气冷却系统，本实施例提供一种火电厂热解炉热解气冷却系统，所述火电厂热解炉热解气冷却系统包括电站锅炉1及其送风系统2、汽轮机3及其汽水系统4，还包括热解炉5及其热解气冷却净化分离装置6，所述热解气冷却净化分离装置6中设置有换热装置7，所述换热装置7包含水冷换热器702。

在本实施例中，热解气冷却热量用于加热热电厂的供热管网的热网循环水，从供热管网返回的热网回水送入热解气冷却净化分离装置6的水冷换热器702的冷水管路，利用热解气冷却热量加热热网循环水，满足温度要求的加热后的热网循环水打入供热管网。

实施例9

本实施例提供一种火电厂热解炉热解气冷却系统，其结构与实施例1-8中任一种所述基本一致，区别在于，所述热解炉5出口的热解气管路上设置有气流控制阀501，所述气流控制阀501可以控制将一部分热解气送入热解气冷却净化分离装置6中进行冷却，同时可将另一部分热解气直接送入电站锅炉1中，使其直接成为电站锅炉1的热源，节省中间环节，降低能耗，所述气流控制阀501在实施例1-8中均可设置。

实施例10

本实施例提供一种火电厂热解炉热解气冷却系统方法，所述热解炉热解气冷却系统按下列方法进行设计：

S1、根据热解炉5的类型及规模，计算产生热态热解气冷却需要带走的热量总量，其计算式为：

S2、根据所述热解气冷却净化分离装置6热态热解气总散热量，设计热解气冷却净化分离装置6内布置的换热装置的换热表面积及需要的冷却风和/或水量、流速、入口温度及出口温度；

S3、根据火电厂送风系统2和汽水系统4的情况及环境温度，设计送至热解气冷却净化分离装置6的风和/或水量、温度；

热解气与冷却的风和/或水换热的热量平衡式为：

S4、根据S2、S3设计结果完成火电厂热解炉热解气冷却系统的安装、连接；

S5、利用送风系统2上的分流装置201、合流装置202和/或汽水系统4上的控制阀401，控制送入热解气冷却净化分离装置6吸热的风和/或水量，进而控制热解气冷却净化分离装置6热风和/或热水管道的出口温度，使系统达到S3中所述的热量平衡。

以上具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护范围内。

完整全部详细技术资料下载

该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
专利发明人：杨豫森;崔华;
专利申请人：赫普能源环境科技有限公司;