1.本公开涉及炼焦及废气处理技术领域，特别是涉及一种炼焦和烟气处理系统及方法。


背景技术：

2.在相关炼焦生产技术中，可分为有化产品回收和无化产品回收两大类工业技术，其中，有化产品回收的焦化生产，生产需外供空气和煤气，产出主要产品焦炭及化学副产品，燃烧生成的高温烟气经炉内换热后排放，排放到环境中的废气，含有co2、so2、no
x
和烟尘等不环保的气体；无化产品回收的焦化生产，自产荒煤气，仅需外供空气助燃，主要产品为焦炭，余热转换成电能，荒煤气与助燃气体燃烧生成的高温烟气经余热回收系统后排出，主要问题有：主要产品结构过于单一，仍存在炼焦工业的废气排放问题，未实现绿色化炼焦生产。
3.所以，相关炼焦生产技术中，均存在未能实现绿色化炼焦生产的问题，因此，为了解决炼焦过程中绿色生产问题，开发一种能够减少废气排放的炼焦和烟气处理系统是十分有必要的。


技术实现要素：

4.本公开实施例的目的在于提供一种能够减少废气排放的炼焦和烟气处理系统及方法。具体技术方案如下：本公开第一方面的实施例提出了一种炼焦和烟气处理系统，包括：具有供气管道和排气管道的炼焦装置，所述供气管道包括第一供气管道和第二供气管道；与所述第一供气管道连接的供氧单元；与所述第二供气管道连接的供气单元；设置在所述第一供气管道和所述第二供气管道上的流量调节单元；与所述排气管道和供氧单元连接的气体活化单元；以及通过第一回收管道与所述气体活化单元连接的气体处理单元；所述供氧单元配置为提供纯氧，所述供气单元配置为提供空气或者二氧化碳或者空气和二氧化碳；所述流量调节单元配置为调节所述第一供气管道、所述第二供气管道内通过的气体的流量；所述炼焦装置配置为利用纯氧和空气、或者纯氧和二氧化碳、或者纯氧和空气、二氧化碳混合得到助燃气体进行炼焦生产；所述气体活化单元配置为利用所述排气管道排出的焦炉烟气与纯氧、水蒸气混合得到反应气源与炭化料发生活化反应，得到混合气和活性炭，所述混合气包括合成气、废气和二氧化碳；所述气体处理单元配置为分离混合气得到合成气。
5.根据本公开实施例的炼焦和烟气处理系统，供氧单元提供的纯氧经过第一供气管道进入炼焦装置中，供气单元提供的空气或者二氧化碳或者空气和二氧化碳经过第二供气管道进入炼焦装置中，流量调节单元可以调节第一供气管道、第二供气管道内通过的气体的流量，炼焦装置利用纯氧和空气、或者纯氧和二氧化碳、或者纯氧和空气、二氧化碳混合得到助燃气体进行炼焦生产。炼焦装置内产生的焦炉烟气经过排气管道进入气体活化单元中，供氧单元提供的纯氧进入气体活化单元中，气体活化单元利用焦炉烟气与纯氧、水蒸气混合得到反应气源与炭化料发生活化反应，得到混合气和活性炭，所述混合气包括合成气、废气和二氧化碳，混合气经第一回收管道进入气体处理单元中，经过气体分离后得到合成气。在本公开实施例中，流量调节单元可以通过调节气体的流量进而调节助燃气体中氧气的浓度，使助燃气体中氧气的浓度大于空气中氧气的浓度，因此实现了富氧燃烧，可以减少焦炉烟气中氮氧化物的生成，燃烧后废气中二氧化碳富集，有利于二氧化碳的捕集和利用；焦炉烟气中的二氧化碳和水蒸气经过气体活化单元、气体处理单元的处理后得到合成气，而合成气可以用作化工原料，因此，既减少了二氧化碳的排放，又变废为宝，实现了低碳减排，绿色生产。
6.另外，根据本公开实施例的一种炼焦和烟气处理系统，还可具有如下附加的技术特征：在本公开的一些实施例中，所述系统还包括预热单元，所述预热单元设置在所述炼焦装置内，所述预热单元配置为对所述助燃气体进行预热。
7.在本公开的一些实施例中，所述气体处理单元还配置为分离混合气分别得到二氧化碳和废气，所述气体处理单元通过第二回收管道与所述气体活化单元连接，所述第二回收管道用于将所述废气通入所述气体活化单元，所述气体处理单元通过第三回收管道与所述供气单元连接，所述第三回收管道用于将所述二氧化碳通入所述供气单元。
8.在本公开的一些实施例中，所述系统还包括水蒸气供应单元，所述水蒸气供应单元与所述气体活化单元连接。
9.在本公开的一些实施例中，所述系统还包括烟气调温调质单元，所述烟气调温调质单元包括气体检测元件、温度检测元件、流量调节阀和中控系统，在所述排气管道上、所述供氧单元和气体活化单元之间以及所述水蒸气供应单元和气体活化单元之间均设置流量调节阀，所述气体活化单元包括预混室，所述预混室用于将焦炉烟气与纯氧、水蒸气混合得到反应气源，所述气体检测元件和所述温度检测元件设置在所述预混室内，所述气体检测元件用于检测所述反应气源中的二氧化碳和水蒸气的浓度，所述温度检测元件用于检测所述预混室内的所述反应气源的温度；所述中控系统配置为根据所述气体检测元件检测的二氧化碳和水蒸气的浓度，以及所述温度检测元件检测的温度控制三个流量调节阀分别调节排气管道内通过的焦炉烟气的流量、供氧单元与气体活化单元之间通过的纯氧的流量、水蒸气供应单元和气体活化单元之间通过的水蒸气的流量。
10.在本公开的一些实施例中，所述系统还包括余热回收装置，所述余热回收装置设置在所述气体活化单元和所述气体处理单元之间，所述余热回收装置配置为回收所述混合气的热量。
11.在本公开的一些实施例中，所述余热回收装置包括余热锅炉，所述炼焦装置为热回收焦炉。
12.在本公开的一些实施例中，所述流量调节单元包括分别设置在所述第一供气管道和所述第二供气管道上的两个流量调节阀。
13.本公开第二方面的实施例提出了一种炼焦和烟气处理方法，其应用上述第一方面的实施例中的炼焦和烟气处理系统而实施，炼焦和烟气处理方法包括：调节第一供气管道、第二供气管道内通过的气体的流量；使供氧单元供给的纯氧以及供气单元供给的空气或者二氧化碳或者空气和二氧化碳通入炼焦装置内；使炼焦装置在纯氧和空气、或者纯氧和二氧化碳、或者纯氧、空气和二氧化碳混合得到的助燃气体的辅助作用下进行炼焦生产；提供水蒸气，并将水蒸气与炼焦装置排放的焦炉烟气以及供氧单元供给的纯氧一并通入气体活化单元，并在气体活化单元内混合得到反应气源；使反应气源与炭化料在气体活化单元内发生活化反应，得到混合气和活性炭；使混合气在气体处理单元内分离得到合成气。
附图说明
14.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
15.图1为本公开实施例的一种炼焦和烟气处理系统的示意图；图2为本公开实施例的另一种炼焦和烟气处理系统的示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员基于本技术所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
17.如图1所示，本技术的第一方面提出了一种炼焦和烟气处理系统，包括： 具有供气管道a和排气管道b的炼焦装置1，供气管道a包括第一供气管道a1和第二供气管道a2；与第一供气管道a1连接的供氧单元2；与第二供气管道a2连接的供气单元3；设置在第一供气管道a1和第二供气管道a2上的流量调节单元4；与排气管道b和供氧单元2连接的气体活化单元5；以及通过第一回收管道c1与气体活化单元5连接的气体处理单元6；供氧单元2配置为提供纯氧，供气单元3配置为提供空气或者二氧化碳或者空气和二氧化碳；流量调节单元4配置为调节第一供气管道a1、第二供气管道a2内通过的气体的流量；炼焦装置1配置为利用纯氧和空气、或者纯氧和二氧化碳、或者纯氧和空气、二氧化碳混合得到助燃气体进行炼焦生产；气体活化单元5配置为利用排气管道b排出的焦炉烟气与纯氧、水蒸气混合得到反应气源与炭化料发生活化反应，得到混合气和活性炭，混合气包括合成气、废气和二氧化碳；气体处理单元6配置为分离混合气得到合成气。
18.根据本公开实施例的炼焦和烟气处理系统，供氧单元2提供的纯氧经过第一供气
管道a1进入炼焦装置1中，供气单元3提供的空气或者二氧化碳或者空气和二氧化碳经过第二供气管道a2进入炼焦装置1中，流量调节单元4可以调节第一供气管道a1、第二供气管道a2内通过的气体的流量，炼焦装置1利用纯氧和空气、或者纯氧和二氧化碳、或者纯氧和空气、二氧化碳混合得到助燃气体进行炼焦生产。炼焦装置1内产生的焦炉烟气经过排气管道b进入气体活化单元5中，供氧单元2提供的纯氧进入气体活化单元5中，气体活化单元利用焦炉烟气与纯氧、水蒸气混合得到反应气源与炭化料发生活化反应，得到混合气和活性炭，混合气包括合成气、废气和二氧化碳，混合气经第一回收管道c1进入气体处理单元6中，经过气体分离后得到合成气。在本公开实施例中，流量调节单元4可以通过调节气体的流量进而调节助燃气体中氧气的浓度，使助燃气体中氧气的浓度大于空气中氧气的浓度，因此实现了富氧燃烧，可以减少焦炉烟气中氮氧化物的生成，燃烧后废气中二氧化碳富集，有利于二氧化碳的捕集和利用；焦炉烟气中的二氧化碳和水蒸气经过气体活化单元5的处理后得到活性炭和混合气，经过气体处理单元6的气体分离后得到合成气，而活性炭具有吸附作用，可以吸附有害气体，合成气可以用作化工原料，因此，既减少了二氧化碳的排放，又变废为宝，实现了低碳减排，绿色生产。
19.可理解的是，合成气包括一氧化碳和氢气，这些气体可以作为化工生产的原料气；生成的一氧化碳和氢气也可以作为钢铁、冶金行业的还原剂，通常称之为还原气，还可以经过气体分离单独得到氢气，作为清洁能源。
20.在本公开的一些实施例中，流量调节单元4可以通过调节第一供气管道a1、第二供气管道a2内通过的气体的流量，进而调节助燃气体中氧气的浓度，使氧气的体积比大于21%，即使助燃气体中氧气的浓度大于空气中氧气的浓度，进而实现富氧燃烧，可以减少焦炉烟气中氮氧化物的生成，同时，燃烧后废气中二氧化碳富集，有利于二氧化碳的捕集和利用。
21.在本公开的一些实施例中，供氧单元2中提供的纯氧可以从工厂中直接获取，供氧单元2也可以包括制氧机，纯氧由制氧机制取。
22.在本公开的一些实施例中，供气单元3用于提供空气或者二氧化碳或者空气和二氧化碳，也就是说，助燃气体可以由纯氧和空气组成，也可以由纯氧和二氧化碳组成，也可以由纯氧和空气、二氧化碳组成，只要经过流量调节单元的调节后，助燃气体中氧气的浓度大于空气中氧气的浓度即可实现富氧燃烧，可以减少焦炉烟气中氮氧化物的生成。
23.在本公开的一些实施例中，气体活化单元5所需的炭化料可以外供采买。
24.在本公开的一些实施例中，系统还包括炭化料制备系统（图中未示出），炭化料制备系统与气体活化单元5连接，炭化料制备系统配置为制备炭化料，炭化料制备系统将煤炭原料处理后炭化即可得到炭化料。
25.在本公开的一些实施例中，气体处理单元6可以为净化和烟气分离设备，如包括脱硫装置和变压吸附分离装置，混合气先经过脱硫装置完成脱硫后，进入变压吸附分离装置内进行气体分离，得到合成气（包含一氧化碳和氢气）。
26.在本公开的一些实施例中，如图2所示，系统还包括预热单元7，预热单元7设置在炼焦装置1内，预热单元7配置为对助燃气体进行预热。炼焦装置1产生的焦炉烟气可以先经过预热单元7，将预热单元7内的助燃气体进行预热，然后焦炉烟气再进入排气管道b。将助燃气体经过预热单元7的预热后，再通入炼焦装置1进行炼焦，可以有效地降低炼焦耗热量，
缩短结焦周期，提高生产效率。
27.在本公开的一些实施例中，如图2所示，气体处理单元6还配置为分离混合气分别得到二氧化碳和废气，气体处理单元6通过第二回收管道c2与气体活化单元5连接，第二回收管道c2用于将废气通入气体活化单元5，气体处理单元6通过第三回收管道c3与供气单元3连接，第三回收管道c3用于将二氧化碳通入供气单元3。其中，废气主要包含氮气、水蒸气等，在混合气中，废气只是非常少一部分。
28.气体处理单元6分离出的二氧化碳经过第三回收管道c3进入了供气单元3，这样，供气单元3就可以利用回收的二氧化碳与供氧单元2提供的纯氧组成助燃气体用于炼焦，二氧化碳为循环气体，既能用于生成合成气，也能回收用于炼焦，这样一来，整个系统中无二氧化碳排放，真正做到了“碳中和”，实现了绿色炼焦。
29.气体处理单元6分离出的废气经过第二回收管道c2进入了气体活化单元5中，由此可以避免废气排放到空气中，因此避免了空气污染，通入气体活化单元5中的废气主要是氮气、水蒸气等，氮气为惰性气体，因此不会和气体活化单元5内的炭化料以及其他气体反应，从而不会影响气体活化单元5的正常工作。
30.在本公开的一些实施例中，如图2所示，系统还包括水蒸气供应单元8，水蒸气供应单元8与气体活化单元5连接，水蒸气供应单元8供应的水蒸气可以用来调节反应气源的温度和反应气源中的水的浓度。
31.在本公开的一些实施例中，如图2所示，系统还包括烟气调温调质单元9，烟气调温调质单元9包括气体检测元件、温度检测元件、流量调节阀和中控系统，在排气管道b上、供氧单元2和气体活化单元5之间以及水蒸气供应单元8和气体活化单元5之间均设置流量调节阀，气体活化单元5包括预混室，预混室用于将焦炉烟气与纯氧、水蒸气混合得到反应气源，气体检测元件和温度检测元件设置在预混室内，气体检测元件用于检测反应气源中的二氧化碳和水蒸气的浓度，温度检测元件用于检测预混室内的反应气源的温度；中控系统配置为根据气体检测元件检测的二氧化碳和水蒸气的浓度，以及温度检测元件检测的温度控制三个流量调节阀分别调节排气管道b内通过的焦炉烟气的流量、供氧单元2与气体活化单元5之间通过的纯氧的流量、水蒸气供应单元8和气体活化单元5之间通过的水蒸气的流量。可理解的是，温度检测元件可为温度传感器，气体检测元件可为气体传感器，例如检测二氧化碳的浓度可以采用半导体式气体传感器，检测水蒸气的浓度可以采用热导式气体传感器。
32.通过调节水蒸气的流量，可以调节反应气源中水蒸气的浓度，通过调节反应气源中水的浓度进而调节反应气源中的碳氢比，进而调节反应产物的产量，比如，通入的水蒸气多一点，反应气源中的氢元素就会相应多一些，反应产物中氢气的产量就会相应多一些。
33.在本公开的一些实施例中，在气体活化单元5中还可以通过加入补充炭材料，例如，煤炭、木炭等，使补充炭材料与气体活化单元5中活化过程产生的煤气燃烧得到二氧化碳，进而调节反应气源中二氧化碳的浓度，通过调节反应气源中二氧化碳的浓度进而调节反应气源中的碳氢比，进而调节反应产物的产量，比如，加入的补充炭材料多一些，反应气源中的碳元素就会相应多一些，反应产物中一氧化碳的产量就会相应多一些。
34.在本公开的一些实施例中，可以通过控制焦炉烟气、纯氧、水蒸气以及炭化料的量，调节反应产物的组成及产量，比如当炭化料过量时，活化反应可以得到活性炭和包含一
氧化碳和氢气的合成气，当炭量少时，气体活化单元5内只发生气化反应，生成包含一氧化碳和氢气的合成气，因此，可以通过控制焦炉烟气、纯氧、水蒸气以及炭化料的量，调节反应产物的组成及产量。
35.在本公开的一些实施例中，如图2所示，系统还包括余热回收装置10，余热回收装置10设置在气体活化单元5和气体处理单元6之间，余热回收装置10配置为回收混合气的热量。
36.余热回收装置10回收余热可以得到蒸汽，得到的蒸汽可以用于驱动汽轮发电机发电。
37.在本公开的一些实施例中，余热回收装置10可以通过管道与水蒸气供应单元8连接，这样一来，余热回收装置10回收余热得到的蒸汽，可以通过管道通入水蒸气供应单元8中。
38.在本公开的一些实施例中，余热回收装置10包括余热锅炉，炼焦装置1为热回收焦炉。首选换热立式热回收焦炉，还可为卧式热回收焦炉。
39.热回收焦炉由炉顶、炭化室、燃烧室、换热室、预热单元、烟道等主要结构组成；炼焦煤在炭化室内被燃烧、传热、加热干馏成焦炭，并产生高温荒煤气，高温荒煤气与助燃气体在燃烧室燃烧生成高温焦炉烟气，高温焦炉烟气通过预热单元换热后通过烟道排出。
40.可以理解的是，热回收焦炉中的预热单元可以将助燃气体进行预热。来自第一供气管道a1和第二供气管道a2的气体，进入热回收焦炉混合得到助燃气体后，可以先在预热单元内进行预热，再利用预热后的助燃气体进行炼焦，可以有效地降低炼焦耗热量，缩短结焦周期，提高生产效率。
41.在本公开的一些实施例中，流量调节单元4包括分别设置在第一供气管道a1和第二供气管道a2上的两个流量调节阀。可以通过通知两个流量调节阀的开度来控制第一供气管道a1和第二供气管道a2内通过的气体的流量，进而控制助燃气体中氧气的浓度。
42.流量调节单元4还可以包括气体监测元件和中控系统，气体检测元件和流量调节阀分别与中控系统通过信号电缆、控制电缆连接，气体检测元件用于检测炼焦装置1中助燃气体中的氧气的浓度，中控系统根据浓度数据调节流量调节阀的开度，进而控制助燃气体中氧气的含量。
43.本公开第二方面的实施例提出了一种炼焦和烟气处理方法，其应用上述第一方面的实施例中的炼焦和烟气处理系统而实施。炼焦和烟气处理方法包括：调节第一供气管道a1、第二供气管道a2内通过的气体的流量；使供氧单元2供给的纯氧以及供气单元3供给的空气或者二氧化碳或者空气和二氧化碳通入炼焦装置1内；使炼焦装置1在纯氧和空气、或者纯氧和二氧化碳、或者纯氧、空气和二氧化碳混合得到的助燃气体的辅助作用下进行炼焦生产；提供水蒸气，并将水蒸气与炼焦装置1排放的焦炉烟气以及供氧单元2供给的纯氧一并通入气体活化单元5，并在气体活化单元5内混合得到反应气源；使反应气源与炭化料在气体活化单元5内发生活化反应，得到混合气和活性炭；使混合气在气体处理单元6内分离得到合成气。
44.在本公开实施例中，流量调节单元4可以通过调节气体的流量进而调节助燃气体
中氧气的浓度，使助燃气体中氧气的浓度大于空气中氧气的浓度，因此实现了富氧燃烧，可以减少焦炉烟气中氮氧化物的生成，燃烧后废气中二氧化碳富集，有利于二氧化碳的捕集和利用；焦炉烟气中的二氧化碳和水蒸气经过气体活化单元5的处理后得到活性炭和混合气，经过气体处理单元6的气体分离后得到合成气，而活性炭具有吸附作用，可以吸附有害气体，合成气可以用作化工原料，因此，既减少了二氧化碳的排放，又变废为宝，实现了低碳减排，绿色生产。
45.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
46.本公开的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
47.以上所述仅为本公开的较佳实施例，并非用于限定本公开的保护范围。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本公开的保护范围内。