工業燃氣供氣系統及供氣方法與流程
2023-06-12 18:59:41
本發明涉及燃氣供氣技術領域，尤其是涉及一種工業燃氣供氣系統及供氣方法。
背景技術：
圖1為現有的典型工業燃氣供氣系統的示意圖，其供氣流程簡述如下：原料煤與氣化劑在燃氣發生裝置10中產生燃料氣，燃料氣經過除塵裝置除塵之後送到燃氣用戶裝置50中，與空氣/含氮富氧助燃氣體裝置30提供的空氣或者含氮富氧的助燃氣體進行燃燒為燃氣用戶裝置50提供熱量。另外，還可以直接使用天然氣、焦爐氣等氣體燃料作為燃料氣直接送到燃氣用戶裝置50中，與空氣或者含氮富氧的助燃氣體進行燃燒為燃氣用戶裝置50提供熱量。以上供氣流程方法主要用於冶金、陶瓷、玻璃、igcc(integratedgasificationcombinedcycle整體煤氣化聯合循環發電系統)、燃氣發電、城市燃氣供熱等行業。
在現有很多行業(諸如鋼鐵、陶瓷、玻璃、水泥、有色金屬等)的供氣技術方案中，很多情況下工業煤氣氣源種類比較多，且不穩定，主要包括有天然氣、焦爐氣，以及各種人工合成燃料氣。人工合成燃料氣是以煤為原料，採用煤氣化合成的煤制氣為主。不同的煤氣化技術將生產出不同成分的氣體，分別或者混合後進入各種燃燒裝置，通入空氣進行燃燒，以產生工業生產需要的熱量。由於各種燃料氣成分不同(主要是一氧化碳、氫氣、甲烷)，這就導致採用不同的制氣方法生產出來的燃料氣熱值存在較大差異,尤其以固定床氣化工藝作為制氣方法時，如果採用褐煤作為原料煤，雖然生產的燃料氣熱值較高，但是其生產的煤制氣中往往還含有各種不同的雜質，例如焦油、各種苯萘酚等芳烴和脂肪烴，往往燃燒不充分，因此會生成各種有害氣體隨尾氣排出。並且煤制氣淨化過程較為複雜，處理成本和難度較大，對環境影響較大。
目前現有技術中，無論是以煤氣化為氣頭生產的燃料氣還是以天然氣、焦爐氣等作為燃料的燃料氣用戶，均是以空氣或者用氮氣和氧氣配置成富氧氣體作為助燃氣體配合燃燒。無論是空氣還是含氮富氧的助燃氣體，助燃氣體中均含有大量的氮氣，在燃料氣和助燃氣體燃燒過程中，會產生大量的氮氧化物進入尾氣中，直接排入大氣中會造成大氣的嚴重汙染。目前我國在相關標準中規定，排放尾氣中氮氧化物濃度要＜50mg/m3，為了滿足排放的要求，就需要為尾氣進行脫硝處理，而目前的尾氣脫硝成本極高且效果也並不理想。
技術實現要素：
本發明的第一目的在於提供工業燃氣供氣系統，以緩解現有技術的燃料氣和助燃氣體燃燒後，尾氣中會存在大量的氮氧化合物容易造成大氣汙染，並且在尾氣脫硝過程中成本高以及脫硝效果不理想的技術問題。
本發明的第二目的在於提供工業燃氣供氣方法，利用該方法可以減少燃料氣燃燒後尾氣中的氮氧化合物的含量，並降低了脫硝成本，提高脫硝效果。
為了實現本發明的上述目的，特採用以下技術方案：
一種工業燃氣供氣系統，包括含有co2的助燃氣體裝置、用以產生燃氣的燃氣發生裝置和/或天然氣氣源裝置，所述co2的助燃氣體裝置與所述燃氣發生裝置或所述天然氣氣源裝置分別連通至燃氣用戶裝置。
進一步的，所述燃氣發生裝置與煤氣轉化裝置連接後再連接至所述燃氣用戶裝置。
進一步的，所述煤氣轉化裝置與燃氣除塵裝置連接後再連接至所述燃氣用戶裝置。
進一步的，所述燃氣發生裝置與燃氣除塵裝置連接後再連接至所述燃氣用戶裝置。
進一步的，所述燃氣除塵裝置為幹法除塵裝置。
進一步的，所述幹法除塵裝置包括布袋除塵器、陶瓷過濾除塵器或膜過濾器除塵器等的任意一種。
進一步的，所述含有co2的助燃氣體裝置中的助燃氣體為氧氣與co2的混合氣體。
進一步的，所述co2的所佔體積比為50％-70％。
進一步的，所述燃氣發生裝置為固定床氣化爐、流化床氣化爐或氣流床氣化爐中的任意一種。
與已有技術相比，本發明具有如下有益效果：
本發明中通過使用含有co2的助燃氣體，由於燃燒過程中沒有氮元素的出現，從根本上杜絕了各種氮氧化物的生成，也從根本上緩解了長期困擾生產企業的脫硝問題和環保問題。更進一步地，本發明在保證燃燒充分的同時，還避免了純氧燃燒的劇烈，消除了燃燒爆炸的隱患以及不穩定性。
另外，通過回收二氧化碳並將其配製為助燃氣體，實現了二氧化碳的進一步利用，較大幅度降低了二氧化碳的大氣排放。除了環保因素，還為相關企業開闢了碳交易的新的途徑。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為現有的典型工業燃氣供氣系統的示意圖；
圖2為本發明的實施例1中的工業燃氣供氣系統的連接結構示意圖；
圖3為本發明的實施例2中的工業燃氣供氣系統的連接結構示意圖；
圖4為本發明的實施例3中的工業燃氣供氣系統的連接結構示意圖；
圖5為本發明的實施例4中的工業燃氣供氣系統的連接結構示意圖；
圖6為本發明的實施例5中的工業燃氣供氣系統的連接結構示意圖；
圖7為本發明的實施例6中的工業燃氣供氣系統的連接結構示意圖；
圖8為本發明的實施例7中的工業燃氣供氣系統的連接結構示意圖。
圖示：10-燃氣發生裝置；20-天然氣氣源裝置；30-空氣/含氮富氧助燃氣體裝置；40-燃氣除塵裝置；50-燃氣用戶裝置；60-含有co2的助燃氣體裝置；70-煤氣轉化裝置；80-甲烷化裝置；90-焦爐氣氣源裝置。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
本發明的一個方面提供了一種工業燃氣供氣系統，包括含有co2的助燃氣體裝置、用以產生燃氣的燃氣發生裝置和/或天然氣氣源裝置，所述co2的助燃氣體裝置與所述燃氣發生裝置或所述天然氣氣源裝置分別連通至燃氣用戶裝置。
本發明中通過使用含有co2的助燃氣體，由於燃燒過程中沒有氮元素的出現，從根本上杜絕了各種氮氧化物的生成，也從根本上緩解了長期困擾生產企業的脫硝問題和環保問題。更進一步地，本發明在保證燃燒充分的同時，還避免了純氧燃燒的劇烈，消除了燃燒爆炸的隱患以及不穩定性。
另外，通過回收二氧化碳並將其配製為助燃氣體，實現了二氧化碳的進一步利用，較大幅度降低了二氧化碳的大氣排放。除了環保因素，還為相關企業開闢了碳交易的新的途徑。
當供氣氣源只採用煤制氣時，該工業燃氣供氣系統可以不包括天然氣氣源裝置，當供氣氣源只採用天然氣時，該工業燃氣供氣系統可以不包括燃氣發生裝置，當供氣氣源既可以為煤制氣也可以為天然氣時，該工業燃氣供氣系統可以同時包括燃氣發生裝置和天然氣氣源裝置。
當只採用燃氣發生裝置進行供氣時，經燃氣發生裝置產生的煤制氣通入燃氣用戶裝置中與含有co2的助燃氣體燃燒為燃氣用戶裝置提供熱量。
當只採用天然氣氣源裝置進行供氣時，天然氣通入燃氣用戶裝置中與含有co2的助燃氣體燃燒為燃氣用戶裝置提供熱量。
當只採用燃氣發生裝置和天然氣氣源裝置共同進行供氣時，可以在不同的氣源之間進行切換，經燃氣發生裝置產生的煤制氣和天然氣可以交替性地為燃氣用戶裝置供氣，並與含有co2的助燃氣體燃燒為燃氣用戶裝置提供熱量。
作為本發明優選的實施方式，所述燃氣發生裝置與煤氣轉化裝置連接後再連接至所述燃氣用戶裝置。
各種工業煤氣在燃燒前通過煤氣轉化裝置進行轉化，將氣體中所含有的各種雜質及有機物等全轉化成一氧化碳和氫氣，以及部分二氧化碳，使得使用前的工業煤氣成分簡單、乾淨，便於後續工藝的開發和標準化工作。
作為本發明優選的實施方式，所述煤氣轉化裝置與燃氣除塵裝置連接後再連接至所述燃氣用戶裝置。
值得說明的是，當使用燃氣發生裝置生產燃氣時，主要是以煤、焦炭或者半焦為原料來生產燃氣。當使用固定床氣化爐(也稱為移動床氣化爐)作為燃氣發生裝置時，生產的燃料氣中夾帶了大量的固體煤灰，以及焦油等有機物，此時燃氣經過煤氣轉化裝置進行煤氣轉化，可將其中的煤灰以及焦油等有機物進行煤氣轉化，轉化之後經燃氣除塵裝置除塵後送至燃氣用戶裝置。
當使用煉焦行業中的焦爐氣或者其他雜質含量高的燃氣作為燃料氣時，也可以直接將燃料氣直接送到煤氣轉化裝置，在煤氣轉化裝置中，轉化之後經燃氣除塵裝置除塵後送至燃氣用戶裝置。
當所產生燃氣不需要進行煤氣轉化時，可以將流程中的煤氣轉化裝置取消；如果使用的焦爐氣是淨化之後的潔淨焦爐氣，則也可以直接送到用戶，而不必送到煤氣轉化裝置中。
作為本發明優選的實施方式，所述燃氣發生裝置與燃氣除塵裝置連接後再連接至所述燃氣用戶裝置。
從燃氣發生裝置出來的煤氣含有大量粉塵(粉塵由焦末、礦末組成)，不能直接使用，因為含塵煤氣會堵塞煤氣管道、燃燒裝置的燒嘴等，同時高溫燃燒情況下會軟熔粘結在換熱裝置上，導致熱效率降低，損壞設備等，所以，需要經過除塵後才能二次利用。
燃氣除塵裝置可以採用傳統的溼法水洗除塵裝置，這樣的方法雖然能夠有效的除塵，但是也導致了煤氣的顯熱的損失，造成大量的熱量浪費。
為了克服上述問題，作為本發明優選的實施方式，所述燃氣除塵裝置為幹法除塵裝置。採用高效幹法除塵裝置對燃料氣進行除塵，摒棄了現有技術需要通過水洗滌來除塵的方法，使得燃料氣中含有的大量顯熱得以保留，使得燃料氣具有更高的熱值和燃燒效率。
值得說明的是，當所產生燃氣不需高熱值時，就不需要進行甲烷化。
作為本發明優選的實施方式，幹法除塵裝置包括布袋除塵器、陶瓷過濾除塵器或膜過濾器除塵器等任意一種。
布袋除塵器是一種乾式濾塵裝置，它適用於捕集細小、乾燥、非纖維性粉塵。布袋除塵器中的濾袋採用紡織的濾布或非紡織的氈製成，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進行過濾，當含塵氣體進入布袋除塵器後，顆粒大、比重大的粉塵，由於重力的作用沉降下來，落入灰鬥，含有較細小粉塵的氣體在通過濾袋時，粉塵被阻留，使氣體得到淨化。
陶瓷過濾除塵器是近一二十年來發展起來的一種新型過濾器，其核心組件無機陶瓷膜具有優良的熱穩定性與孔穩定性能，不但強度高、且耐化學腐蝕，清洗再生性能好，兼備有高效過濾與精密過濾的雙重優點，廣泛應用在化工生產、水處理、氣體過濾、高溫氣體淨化與煙氣除塵等領域。
膜過濾器除塵器的核心原件是濾膜，是一種製備在支撐體上的布滿微小孔隙的薄膜。製作濾膜的材料有很多，分為有機膜(如聚碸中空纖維膜)和無機膜(如陶瓷膜)。濾膜作為過濾原件其結構特點是濾層非常薄，因而它的過濾機理主要是篩除作用，吸附效應很小。
作為本發明優選的實施方式，所述含有co2的助燃氣體裝置中的助燃氣體為氧氣與co2的混合氣體。使用氧氣與co2的混合氣體可以從根本上杜絕氮元素的出現，避免氮氧化合物的生成。
作為本發明優選的實施方式，所述co2所佔體積比為50％-70％。
co2的含量過低，否則氧氣過多會引起燃料氣的劇烈燃燒，存在燃燒爆炸的風險。
在上述優選的實施方式中，co2所佔體積比典型但非限制性的例如為：50％、55％、60％、65％或70％。
作為本發明優選的實施方式，所述燃氣發生裝置為固定床氣化爐、流化床氣化爐或氣流床氣化爐中的任意一種。
本發明的另一個方面提供了一種工業燃氣供氣方法，利用上述工業燃氣供氣系統對燃氣用戶裝置進行供氣。
實施例1
如圖2所示，本實施例是一種工業燃氣供氣系統，包括含有co2的助燃氣體裝置60和用以產生燃氣的燃氣發生裝置10，co2的助燃氣體裝置與燃氣發生裝置10分別連通至燃氣用戶裝置50。
實施例2
如圖3所示，本實施例是一種工業燃氣供氣系統，包括含有co2的助燃氣體裝置60和天然氣氣源裝置20，co2的助燃氣體裝置與天然氣氣源裝置20分別連通至燃氣用戶裝置50。
實施例3
如圖4所示，本實施例是一種工業燃氣供氣系統，包括含有co2的助燃氣體裝置60和用以產生燃氣的燃氣發生裝置10，co2的助燃氣體裝置直接連通至燃氣用戶裝置50，燃氣發生裝置10與煤氣轉化裝置70連接後再連接至燃氣用戶裝置50。
實施例4
如圖5所示，本實施例是一種工業燃氣供氣系統，包括含有co2的助燃氣體裝置60和用以產生燃氣的燃氣發生裝置10，co2的助燃氣體裝置直接連通至燃氣用戶裝置50，燃氣發生裝置10依次與煤氣轉化裝置70、燃氣除塵裝置40連接後再連接至燃氣用戶裝置50。
實施例5
如圖6所示，本實施例是一種工業燃氣供氣系統，包括含有co2的助燃氣體裝置60和用以產生燃氣的燃氣發生裝置10，co2的助燃氣體裝置直接連通至燃氣用戶裝置50，燃氣發生裝置10與燃氣除塵裝置40連接後再連接至燃氣用戶裝置50。
實施例6
如圖7所示，本實施例是一種工業燃氣供氣系統，包括含有co2的助燃氣體裝置60、用以產生燃氣的燃氣發生裝置10和天然氣氣源裝置20，co2的助燃氣體裝置直接連通至燃氣用戶裝置50，天然氣氣源裝置20直接連通至燃氣用戶裝置50，燃氣發生裝置10依次與煤氣轉化裝置70、燃氣除塵裝置40連接後再連接至燃氣用戶裝置50。
實施例7
如圖8所示，本實施例是一種工業燃氣供氣系統，包括含有co2的助燃氣體裝置60、用以產生燃氣的燃氣發生裝置10、天然氣氣源裝置20和焦爐氣氣源裝置90，co2的助燃氣體裝置直接連通至燃氣用戶裝置50，天然氣氣源裝置20直接連通至燃氣用戶裝置50，燃氣發生裝置10和焦爐氣氣源裝置90分別依次與煤氣轉化裝置70、燃氣除塵裝置40連接後再連接至甲烷化裝置80，進行部分或者全部燃氣甲烷化，提高燃氣熱值後，送往燃氣用戶裝置50；
本發明中的煤氣轉化裝置是專利申請號為(2017203242656)的專利申請公開的煤制氣二次裝置裝置，包括轉化爐；轉化爐上設置有煤制氣進口、氣化劑進口以及轉化氣出口；煤制氣進口用於向轉化爐內充入高溫煤制氣，氣化劑進口用於向轉化爐內充入包含氧氣的氣化劑。
在使用上述煤氣轉化裝置(即煤制氣二次裝置裝置)時，根據前序的煤制氣製備裝置生產的煤制氣中成分的具體含量，向轉化爐中通入具有一定比例的煤制氣與氣化劑；在煤制氣自身的高溫條件下，煤制氣中的部分煤氣以及煤氣夾帶的煤灰、焦油等有機物與氣化劑中的氧氣燃燒產生熱量，從而使轉化爐的爐內溫度升至預設溫度，該溫度處於滿足甲烷分解反應所需的溫度範圍之內，氣體中的甲烷氣與二氧化碳或者水蒸氣發生吸熱分解反應，生成一氧化碳和氫氣，從而使得煤氣中的甲烷達到分解產生有效氣體的目的，同時也實現了清除煤制氣中帶出的焦油、苯酚類有機物的目的。此外，也可以使轉化爐的爐內溫度升至另外的預設溫度，該溫度處於滿足焦油、苯酚類有機物燃燒、分解所需的溫度範圍之內，但是不處於滿足甲烷分解反應所需溫度範圍之內，此時煤制氣中夾帶的煤灰、焦油、苯酚類有機物能夠燃燒、分解，而煤制氣中高熱值的甲烷能夠保留，從而實現驅除煤氣中有機夾帶物而不降低煤制氣熱值的目的。
煤氣轉化裝置能夠將煤氣中的煤粉、焦油、烯烴類有機物燃燒分解，同時將甲烷轉化為一氧化碳和氫氣，從而清除了氣體中煤粉、焦油、烯烴類有機物，降低氣體中甲烷含量。從而提高了碳的轉化率，提高了原材料的利用率；提高了氣化效率，降低了生產成本；同時對有機物進行合理處理，避免汙染環境。進而使得煤氣化技術，尤其是固定床煤氣化技術使用的以煙煤、無煙煤、焦炭為原料的加壓氣化方式實現了潔淨煤氣化、節能減排、環境友好，有著極好的產業化前景和廣泛的社會效益。
綜上所述，本發明提供的工業燃氣供氣系統具有如下優點：
1)能夠在一個流程上實現對各種不同工業煤氣的淨化轉化，從而促進工業生產布局的標準化；
2)能夠使得燃燒產物中的氮氧化合物基本降低為零，從根本上緩解了企業的脫硝問題和環保問題；
3)實現了二氧化碳的回收利用，既促進了環保，節約了能源，又可實現碳交易市場的盈利；
4)能夠實現燃氣幹法除塵，既能夠除掉燃氣中的灰塵，還能全部保留燃氣中含有的大量顯熱，提高了燃氣熱值和熱利用效率。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。