焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统技术方案

本发明专利技术公开了一种焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统，包括焦炉本体、红焦显热回收子系统、荒煤气显热回收及净化子系统、分布式能源子系统、烟气净化子系统、公辅子系统和多能量调控子系统。本发明专利技术将焦炉区域的多种能源介质进行耦合优化和污染物集中治理，能显著提高区域内能源利用效率，降低区域内污染物排放，形成相对独立的生产系统。

COUPLING OPTIMIZATION OF MULTI-ENERGY IN COKE OVEN REGION AND DISTRIBUTED ENERGY SYSTEM

The invention discloses a multi-energy coupling optimization and distributed energy system for coke oven area, including coke oven body, red coke sensible heat recovery subsystem, waste gas sensible heat recovery and purification subsystem, distributed energy subsystem, flue gas purification subsystem, public auxiliary subsystem and multi-energy regulation subsystem. The invention couples and optimizes various energy media in the coke oven area and centralizes pollutant treatment, which can significantly improve the energy utilization efficiency in the area, reduce pollutant discharge in the area and form a relatively independent production system.

【技术实现步骤摘要】
焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统
本专利技术属于煤炭清洁高效利用
，特别涉及一种焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统。
技术介绍
我国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭除用于火力发电外，在钢铁冶金企业也作为原燃料大量使用，尤其是原煤经炼焦形成冶金焦炭后使用，如2017年我国焦炭产量达到4.3亿吨。炼焦工艺直接对原煤进行处理，原煤中的杂质在物理化学作用下以多种能量释放，并排出污染物，因煤炭中杂质的存在，使得这些能量的回收利用和污染物的治理难度很大，因此，炼焦工艺一直以来因能耗高、污染重而备受关注。成品冶金焦吨焦的能源消耗通常达到100kgce以上，二氧化硫SO2、氮氧化物NOX等污染物排放在5kg以上。从炼焦生产的整个能量流和物质流平衡看，原煤在焦炉内干馏需要消耗煤气，也需要消耗电、水、压缩空气等能源介质。伴随能源的消耗也产生新的含能介质，其处理过程还需消耗能源，如煤气燃烧产生的烟气排出焦炉时仍有热量，而烟气中含有的二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等需要净化处理后才能排放，而净化处理需要能量；原煤干馏产生的红焦和荒煤气中所含的热量也很大，而红焦的冷却和荒煤气的冷却净化也都需要能量。就某特定焦炉而言，从焦炉炭化室推出的950℃-1050℃红热焦炭所带出的显热约占整个焦炉热量支出的37％；进入焦炉上升管中温度在650℃-750℃的荒煤气，其含有的显热约占整个焦炉热量支出的36％；180℃-230℃的焦炉烟气带出的余热约占整个焦炉热量支出的16％；焦炉炉体表面各种散热损失约占整个焦炉热量支出的11％。由此看出，要提高焦炉区域的能源利用效率，除提高煤气燃烧效率，降低散热损失外，高效回收并且利用各种余热资源是主要途径，这也是焦炉区域节约资源及能源的主要发展方向和潜力所在。迄今为止，国内外已针对焦化区域的节能减排展开了很多研究，取得了许多成果，高温段的红焦显热已经有成熟商业化应用的干熄焦显热回收技术予以回收利用，实现了红焦显热的高效回收，其已经成为国家大力推广的节能技术之一。低温段的焦炉烟气余热回收技术也已有一定的商业应用，如用于产低温蒸汽或煤调湿等。随着环保要求的提高，焦炉的脱硫、脱硝势在必行，充分利用烟气余热减少脱硫脱硝的能耗是非常高效的余热利用方式。焦炉荒煤气的显热也已经有回收技术，但由于荒煤气中焦油含量高、腐蚀性强，温度变化大致使可回收的热量有限。荒煤气净化前需要冷却，常用氨水作冷却介质，氨水吸收的热量通常采用大量冷却水冷却，既需消耗大量能源，又浪费了氨水中富含的热量。虽然上述几种余热都有相应的热回收手段，但由于各个余热回收系统往往相互孤立，致使回收的热量难以高效利用，浪费严重，以致热回收利用总体效率不高。炼焦过程中，物质流、能量流和碳素流的流动是同时进行的，要使整个生产的能源消耗最低，除了充分发挥各种单项节能技术的效率外，它们之间的耦合关系十分关键，因为各部分有相互影响，引起各种能源可利用的总量和能源品位的变化，而能源品位的高低与各种单项节能技术效率的发挥密切相关。因此，要进一步提高炼焦生产的能源使用效率，有必要对焦化能量系统进行耦合优化，以能源梯级综合利用方法对焦炉区域的能量和余热回收利用进行优化调配，因为通常而言能量的梯级综合利用能够提高能源利用效率，如分布式能源电站的能源利用效率可达到80％以上，而当前最高效的火力发电机组的发电效率也仅为45.4％，其中的关键就在于能源的梯级综合利用。因此，对焦炉区域的多种能量资源进行梯级综合利用，能切实提高整个焦炉区域的能源利用效率。同时，焦炉区域内水、电、风、气能源介质大量使用。如水就有循环冷却水、除盐水、除氧水、冷冻水、氨水等不同种类。对应的输送、处理设备，如给水泵、循环泵、冷却塔风机、空压机、除尘风机、增压风机、循环风机、引风机、制冷机等，也消耗大量能量。如能充分利用区域内的各种能源，以及副产品产生电能、热能和冷能，减少外部能源输入，则可降低外部能源输送损耗，充分利用区域内各种低品位能源，减少各种热污染，高效率集中处理各种能源和污染物，从而进一步提高区域内能源利用效率。炼焦过程在产生大量余热和副产品的同时也排放大量的污染物，所排放的各种污染物的治理也是行业研究热点。这些污染物中，烟气的排放控制难度较大，焦炉烟气中的二氧化硫和氮氧化物是国家环保政策重点管控对象。焦炉区域的烟气除焦炉本体内燃烧的烟气外，还有干熄焦工艺中排出的烟气。近年来研发实施的脱硫脱硝焦炉烟气净化工艺，脱硝也往往需要消耗能源产生一部分烟气。分开设置烟气净化设施势必增加投资和治理、监控难度，也增加了设施运行的能耗和成本。如能从焦化整个工艺的角度进行系统整合和优化，充分利用焦炉区域的能量，集中建设烟气净化设施则可望降低整个烟气净化系统的投资，降低运行能耗，降低生产成本。总体而言，焦炉炼焦工艺要实现能源效率的提升及污染物的减排，有必要从焦化整个工艺的角度对红焦显热、荒煤气显热、烟气余热、烟气净化、煤气综合利用等方面进行综合考虑，利用能介梯级综合利用的原理和集中处理的方法，在提高能源利用效率的同时实现污染物协同治理，实现节能与减排同时推进，提升焦化工序的环境效益和经济效益。
技术实现思路
本专利技术提供了一种焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统，按照能源介质产生和处理特点，将该系统分为焦炉本体、红焦显热回收子系统、荒煤气显热回收及净化子系统、分布式能源子系统、烟气净化子系统、公辅子系统和多能量调控子系统，通过对焦炉区域多能量的耦合优化和分布式供能方式，实现整个焦炉区域能源利用效率最大化，并由统一的烟气净化子系统将区域内烟气集中治理，从而实现焦炉区域节能减排同时推进。本专利技术的技术方案如下：一种焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统，包括焦炉本体、红焦显热回收子系统、荒煤气显热回收及净化子系统、分布式能源子系统、烟气净化子系统、公辅子系统和多能量调控子系统；原煤在所述的焦炉本体干馏后产生红焦和荒煤气；其中，红焦的显热经所述的红焦显热回收子系统回收，用于发电；荒煤气的显热经所述的荒煤气显热回收及净化子系统回收，产生蒸汽，并其经处理得到焦炉煤气，供所述的焦炉本体、所述的分布式能源子系统和所述的烟气净化子系统使用；所述的烟气净化子系统负责焦炉区域内的烟气净化处理，包括所述的焦炉本体和所述的分布式能源子系统中焦炉煤气燃烧产生的烟气，以及所述的烟气净化子系统自身消耗焦炉煤气产生的烟气，这些烟气被引入所述的烟气净化子系统净化处理后再排入大气中，以减少整个区域的污染物排放；所述的公辅子系统为各个子系统提供所述冷却水、除氧水和压缩空气；所述的多能量调控子系统将焦炉区域内的各种能源介质进行综合调配，实现多能量的耦合优化和区域能源的高效利用，以及烟气的集中净化监控。在专利技术的一具体实施例，所述的焦炉本体包括若干个炭化室，每个所述的炭化室的两侧均设有燃烧室，原煤在所述的炭化室中干馏后生成红焦和荒煤气。在专利技术的一具体实施例，所述的红焦显热回收子系统包括干熄炉、除尘器、第一余热锅炉、第一给水泵、CDQ发电机、循环风机，所述的红焦在所述的干熄炉中降温成冶金焦，其热量被所述的循环风机送入的气体吸收，吸收热量后的循环气体经所述的除尘器除尘后进入所述的第一余热锅炉，将其热量传给所述的第一余热锅炉内的除氧水，再经除尘后由所述的循环风机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统，包括焦炉本体、红焦显热回收子系统、荒煤气显热回收及净化子系统、分布式能源子系统、烟气净化子系统、公辅子系统和多能量调控子系统；原煤在所述的焦炉本体干馏后产生红焦和荒煤气；其中，红焦的显热经所述的红焦显热回收子系统回收，用于发电；荒煤气的显热经所述的荒煤气显热回收及净化子系统回收，产生蒸汽，并其经处理得到焦炉煤气，供所述的焦炉本体、所述的分布式能源子系统和所述的烟气净化子系统使用；所述的烟气净化子系统负责焦炉区域内的烟气净化处理，包括所述的焦炉本体和所述的分布式能源子系统中焦炉煤气燃烧产生的烟气，以及所述的烟气净化子系统自身消耗焦炉煤气产生的烟气，这些烟气被引入所述的烟气净化子系统净化处理后再排入大气中，以减少整个区域的污染物排放；所述的公辅子系统为各个子系统提供所述冷却水、除氧水和压缩空气；所述的多能量调控子系统将焦炉区域内的各种能源介质进行综合调配，实现多能量的耦合优化和区域能源的高效利用，以及烟气的集中净化。

【技术特征摘要】
1.一种焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统，包括焦炉本体、红焦显热回收子系统、荒煤气显热回收及净化子系统、分布式能源子系统、烟气净化子系统、公辅子系统和多能量调控子系统；原煤在所述的焦炉本体干馏后产生红焦和荒煤气；其中，红焦的显热经所述的红焦显热回收子系统回收，用于发电；荒煤气的显热经所述的荒煤气显热回收及净化子系统回收，产生蒸汽，并其经处理得到焦炉煤气，供所述的焦炉本体、所述的分布式能源子系统和所述的烟气净化子系统使用；所述的烟气净化子系统负责焦炉区域内的烟气净化处理，包括所述的焦炉本体和所述的分布式能源子系统中焦炉煤气燃烧产生的烟气，以及所述的烟气净化子系统自身消耗焦炉煤气产生的烟气，这些烟气被引入所述的烟气净化子系统净化处理后再排入大气中，以减少整个区域的污染物排放；所述的公辅子系统为各个子系统提供所述冷却水、除氧水和压缩空气；所述的多能量调控子系统将焦炉区域内的各种能源介质进行综合调配，实现多能量的耦合优化和区域能源的高效利用，以及烟气的集中净化。2.根据权利要求1所述的焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统，其特征在于，所述的焦炉本体包括若干个炭化室，每个所述的炭化室的两侧均设有燃烧室，原煤在所述的炭化室中干馏后生成红焦和荒煤气。3.根据权利要求1或2所述的焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统，其特征在于，所述的红焦显热回收子系统包括干熄炉、除尘器、第一余热锅炉、第一给水泵、CDQ发电机、循环风机，所述的红焦在所述的干熄炉中降温成冶金焦，其热量被所述的循环风机送入的气体吸收，吸收热量后的循环气体经所述的除尘器除尘后进入所述的第一余热锅炉，将其热量传给所述的第一余热锅炉内的除氧水，再经除尘后由所述的循环风机抽送后循环使用，所述的第一余热锅炉内的除氧水吸热后变成高温高压蒸汽推动所述的CDQ发电机发电。4.根据权利要求3所述的焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统，其特征在于，所述的第一余热锅炉为高温高压锅炉。5.根据权利要求1所述的焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统，其特征在于，所述的荒煤气显热回收及净化子系统包括上升管换热器、气液分离器、初冷器、净化单元和煤气柜，荒煤气在所述的上升管换热器中被吸收显热后，由所述的气液分离器脱出氨水，再经所述的初冷器冷却，最后由所述的净化单元净化后成为焦炉煤气，存储在煤气柜中供用户使用。6.根据权利要求5所述的焦炉区域多能量耦合优化与分布式能源系统，其特征在于，所述的荒...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈池，曹先常，刘咏梅，张嘉陵，潘金荣，丁兆顺，
申请(专利权)人：上海宝钢节能环保技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31