一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统的制作方法

本发明属于焦化行业，主要用于回收焦炉排出红焦显热，尤其涉及一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统。

背景技术：

1、作为能源消耗和污染物排放大户的焦化厂，吸引了越来越多焦化工作者投入到节能环保的探索和研究中。

2、随着科学技术、特别是材料科学的发展，搁置了几十年的超临界二氧化碳发电技术有了突破性的进展。基于此背景，二氧化碳提纯、压缩、输送、储存及利用等方向的技术均得到了高质量地快速发展，取得了长足的进步，以火电、钢铁、石化为代表的行业均取得了丰硕成果。

3、焦化行业积极地研究本行业响应“双碳”目标的相关技术。针对焦化厂中大量余热，完成了相应回收技术的开发，并着力于技术迭代升级工作。

4、典型的回收红焦显热的干熄焦系统主要流程如下：由焦炉生产的红焦被推出焦炉并由焦罐接收，焦罐沿轨道走行至干熄炉侧方提升框架内并由提升机提至干熄炉顶部，随后将红焦排入干熄炉内，红焦由低温循环气体冷却后排出干熄炉，低温循环气体冷却红焦升温。升温后的循环气体经一次除尘器后进入余热锅炉，在锅炉内加热汽水后降温，随后经由二次除尘器、热管换热器、循环风机，再次进入干熄炉，进成循环。发电凝结水和补充除盐水经除氧给水泵加压送至除氧器，在这里完成除氧过程，之后经锅炉给水泵加压后送入干熄焦锅炉，在锅炉内吸热变为过热蒸汽，而后送至汽轮发电机组做功发电，做功后的蒸汽成为乏汽，随后经凝汽器冷却成凝结水，最后经水泵加压后送至除氧器，形成循环。

技术实现思路

1、本发明提供了一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统，在现有技术的基础上，更为高效的回收红焦显热，生产更多的电力，间接减少二氧化碳的排放；实现上述目的的同时，将二氧化碳作为热力工质参与闭式循环，达到固碳的效果；且由于不再使用汽水工质，避免了汽水工质制备过程中的水和燃料的消耗；同时本发明还减少了项目的占地。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统，包括干熄炉、一次除尘器、余热锅炉、二次除尘器，干熄炉排出的循环气体经过一次除尘器进入余热锅炉，经过余热锅炉换热后的循环气体再经二次除尘器除尘后返回干熄炉；所述的余热锅炉为二氧化碳锅炉，还包括二氧化碳透平、冷却器、二氧化碳加压泵、二氧化碳混合器，二氧化碳锅炉的二氧化碳出口通过管道连接二氧化碳透平，二氧化碳透平的二氧化碳出口通过管道依次连接冷却器和二氧化碳加压泵，二氧化碳加压泵的出口通过管道连接二氧化碳锅炉的二氧化碳入口，在二氧化碳锅炉通往二氧化碳透平的管道上安装有二氧化碳混合器，连接二氧化碳加压泵与二氧化碳锅炉之间的管道设有支路管道连接二氧化碳混合器。

4、在所述二氧化碳加压泵的入口连接有二氧化碳补充管道用于连接二氧化碳储罐。

5、在连接二氧化碳混合器的所述支路管道上设有第二调节阀。

6、在二氧化碳锅炉出口连接二氧化碳透平的管道上设置有吸热后超临界二氧化碳第一温度测量装置和吸热后超临界二氧化碳第二温度测量装置，所述吸热后超临界二氧化碳第一温度测量装置和吸热后超临界二氧化碳第二温度测量装置分别设置在二氧化碳混合器的两侧。

7、所述二氧化碳透平连接发电机。

8、在连接一次除尘器与二氧化碳锅炉的循环气体管道上设置有进锅炉循环气体温度测量装置和进锅炉循环气体流量测量装置。

9、在二次除尘器与干熄炉的循环气体管道上设置有循环风机。

10、一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统的余热回收工艺，包括：

11、以超临界二氧化碳作为干熄焦循环气体的冷却工质，在二氧化碳锅炉内循环气体与超临界二氧化碳进行热交换，干熄焦循环气体降温，超临界二氧化碳升温；循环气体在干熄炉内冷却红焦的同时自身温度升高；循环气体依次经过干熄炉、一次除尘器、二氧化碳锅炉、二次除尘器和循环风机，再次进入干熄炉，形成循环；

12、干熄炉内被循环气体冷却的红焦来自焦炉；焦炉推出的红焦经由焦罐输送，并由提升机提升后装入干熄炉；

13、在二氧化碳锅炉内升温的超临界二氧化碳通过管道进入二氧化碳透平做功，二氧化碳透平带动发电机生产电力；做功后的超临界二氧化碳温度和压力降低，经冷却器进一步降低温度和压力后，再经泵加压后送至二氧化碳锅炉，形成循环；通过柱塞泵将二氧化碳储罐内的二氧化碳注入到加压泵前的超临界二氧化碳管。

14、通过设置在二氧化碳加压泵与二氧化碳锅炉的连接管道上的第一调节阀及与第一调节阀关联的进锅炉循环气体温度测量装置、进锅炉循环气体流量测量装量和安装在二氧化碳锅炉与二氧化碳混合器之间管道上的吸热后超临界二氧化碳第一温度测量装量，实现锅炉出口超临界二氧化碳温度的粗略控制；通过在所述支路管道上设置的第二调节阀及与第二调节阀关联的安装在二氧化碳混合器出口管道上的吸热后超临界二氧化碳第二温度测量装量，实现锅炉出口超临界二氧化碳温度的精确控制。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、本发明能够获得更多的电能。在热量相同的情况下，由于二氧化碳发电系统的效率更高，可以生产更多的电力。

17、2、本发明不再使用汽水工质，从而避免了除盐水和除氧水制备过程中水资源和能源的消耗。

18、3、由于超临界二氧化碳的密度数倍于典型汽水系统中水蒸汽的密度，因此本发明的设备和管道规格成倍地缩减，节省了投资和占地。

19、4、本发明以二氧化碳作为循环气体冷却工质，可以固化部分焦化厂产生的二氧化碳。

20、5、相比于常规系统以汽水为工质，本发明取消了除氧器、除氧器加药装置、磷酸盐加药装置等设备，简化了系统，节省了投资，减少了运维工作。

21、6、为应对生产过程中循环气体流量和温度的波动，本发明设置二氧化碳混合器，保证混合后超临界二氧化碳温度的稳定。

技术特征：

1.一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统，包括干熄炉、一次除尘器、余热锅炉、二次除尘器，干熄炉排出的循环气体经过一次除尘器进入余热锅炉，经过余热锅炉换热后的循环气体再经二次除尘器除尘后返回干熄炉；其特征在于，所述的余热锅炉为二氧化碳锅炉，还包括二氧化碳透平、冷却器、二氧化碳加压泵、二氧化碳混合器，二氧化碳锅炉的二氧化碳出口通过管道连接二氧化碳透平，二氧化碳透平的二氧化碳出口通过管道依次连接冷却器和二氧化碳加压泵，二氧化碳加压泵的出口通过管道连接二氧化碳锅炉的二氧化碳入口，在二氧化碳锅炉通往二氧化碳透平的管道上安装有二氧化碳混合器，连接二氧化碳加压泵与二氧化碳锅炉之间的管道设有支路管道连接二氧化碳混合器。

2.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统，其特征在于，在所述二氧化碳加压泵的入口连接有二氧化碳补充管道用于连接二氧化碳储罐。

3.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统，其特征在于，在连接二氧化碳混合器的所述支路管道上设有第二调节阀。

4.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统，其特征在于，在二氧化碳锅炉出口连接二氧化碳透平的管道上设置有吸热后超临界二氧化碳第一温度测量装置和吸热后超临界二氧化碳第二温度测量装置，所述吸热后超临界二氧化碳第一温度测量装置和吸热后超临界二氧化碳第二温度测量装置分别设置在二氧化碳混合器的两侧。

5.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统，其特征在于，所述二氧化碳透平连接发电机。

6.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统，其特征在于，在连接一次除尘器与二氧化碳锅炉的循环气体管道上设置有进锅炉循环气体温度测量装置和进锅炉循环气体流量测量装置。

7.根据权利要求1所述的一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统，其特征在于，在二次除尘器与干熄炉的循环气体管道上设置有循环风机。

8.一种如权利要求1-7所述的以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统的余热回收工艺，其特征在于，包括：

技术总结一种以超临界二氧化碳为循环气体冷却工质的干熄焦系统，包括干熄炉、一次除尘器、余热锅炉、二次除尘器，余热锅炉为二氧化碳锅炉，还包括二氧化碳透平、冷却器、二氧化碳加压泵、二氧化碳混合器，二氧化碳锅炉连接二氧化碳透平，二氧化碳透平依次连接冷却器和二氧化碳加压泵，二氧化碳加压泵连接二氧化碳锅炉的二氧化碳入口，在二氧化碳锅炉通往二氧化碳透平的管道上安装有二氧化碳混合器，连接二氧化碳加压泵与二氧化碳锅炉之间的管道设有支路管道连接二氧化碳混合器。本发明更为高效的回收红焦显热，生产更多的电力，减少二氧化碳的排放；达到固碳的效果；且避免了汽水工质制备过程中的水和燃料的消耗；减少了项目的占地。技术研发人员：梁峰,王明登,赵国峰受保护的技术使用者：中冶焦耐（大连）工程技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/31