CN103131432B - 一种从焦炉荒煤气中回收余热的方法 - Google Patents

一种从焦炉荒煤气中回收余热的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从焦炉荒煤气中回收余热的方法，该方法利用水作为换热介质，在上升管换热器中与约650～750℃的荒煤气换热，荒煤气经换热后的温度降低到480～550℃，换热介质升温后形成汽水混合物进入汽包，在汽包内由汽水分离器分离成高温水和饱和蒸汽；从上升管换热器中排出的荒煤气经过桥管换热器换热，荒煤气经换热后温度降低到280～350℃，由汽水分离器分离得到的高温水经桥管换热器换热后进入汽包产生饱和蒸汽，其中，在桥管内部采用高压氨水间歇喷淋或者水蒸汽间歇喷吹的方式对换热管外壁进行清扫，最后采用氨水将荒煤气温度降低至80～85℃，进入集气管。使用本发明所述的方法既能最大程度地回收荒煤气的余热，又能保证换热器在复杂工况下的连续正常工作。

Description

一种从焦炉荒煤气中回收余热的方法
技术领域
本发明属于炼焦过程余热资源高效回收与利用技术领域，特别涉及一种从焦炉荒煤气中回收余热的方法。
背景技术
国务院在《节能减排“十二五”规划》中指出，余热余压利用工程是“十二五”期间十大节能减排重点工程之一。炼焦生产过程中产生的余热量大、能值高，具有很大的回收利用价值，是焦化行业节能挖潜的一个重要方面。
从焦炉炭化室内产生的650℃～750℃高温荒煤气经上升管逸出。为了冷却高温荒煤气，目前焦化行业传统的方法是喷洒大量70℃～75℃的循环氨水，氨水吸热而大量蒸发，使荒煤气温度得以降低至80～85℃，再经初冷器将煤气进一步冷却至常温之后，进入后序煤化工产品回收加工工段。这样做的结果是：荒煤气带出的热量被白白浪费掉，既流失了荒煤气热能，又增加了水资源和能源的消耗。
从炼焦过程中的热量损失分布来看，荒煤气蕴含的余热占到了总热量的36%左右，与从炭化室推出的红焦带出的显热量相当，从目前已经成熟的干熄焦技术回收的余热所产生的经济效益看，荒煤气余热回收也将产生可观的经济效益，因此，炼焦高温荒煤气余热的回收成为近年来我国炼焦企业研发的热门课题。近年来焦化企业与科研院校联合，总结经验教训，探索余热利用途径，取得了一些成果，积累了很多宝贵的经验，主要集中在采用导热油夹套管、热管、锅炉和半导体温差发电等上升管余热回收技术来利用荒煤气余热。
然而，上升管余热回收技术因其换热位置的特殊性而使其对荒煤气余热的利用程度受到很大限制，主要体现在以下三个方面：1、取热温度范围有限，为了保证焦油不在上升管中大量冷凝，取热后的荒煤气温度需保持在480℃以上，因此实际的取热前后温差低于200℃；2、仅利用了荒煤气的部分显热，为了防止焦油发生相变而冷凝结焦，只能获得少量荒煤气的显热，而大量的潜热和剩余显热却没有得到回收，因此，其回收的热量仅有不到荒煤气所蕴含热量的四分之一；3、取热效率低，受上升管换热装置换热方式的限制，转移出的热量中辐射热占有较高的比例，且仅对流经换热装置内壁的荒煤气进行了有效的换热，热回收效率较低。随着材料、结构等方面问题的逐渐解决，上升管余热回收技术在经历了发展、停滞、再研发之后，正在逐步走向工业应用，但是限于以上问题的存在，荒煤气余热的深度、高效利用仍需要更多换热方式的综合运用来得以实现，而不能单独寄希望于上升管余热回收技术。
现有技术中，申请号为201210317957.X的中国专利申请中公开了一种组合式焦炉荒煤气余热回收过热蒸汽的***及方法，该***和方法采用在焦炉上升管内设置过热器并在桥管内设置蒸发器的方式，在桥管蒸发器内产生的汽水混合物经汽包分离出饱和蒸汽后进入上升管过热器产生过热蒸汽。一方面，这种方法所采用的上升管过热器存在干锅爆裂等安全隐患，这也是上世纪七、八十年代“焦炉上升管气化冷却装置”应用失败，导致上升管荒煤气余热回收技术发展停滞不前的主要原因，另一方面，该方法并没有针对桥管换热后产生的焦油冷凝结焦问题给出合理的解决方法。申请号为200910230821.3的中国专利申请中公开了一种焦炉荒煤气余热利用技术，该技术采取将各碳化室的荒煤气汇集之后导入锅炉进行集中换热，效率较高，但是该技术对荒煤气输送***严格的保温和密封要求都制约了该技术的推广应用。
总之，焦炉荒煤气余热回收须遵循以下原则：一是就地回收，避免输送导致的降温结焦和密封安全问题；二是合理布局，根据上升管和桥管各自的实际情况合理利用有限的空间最大限度地回收荒煤气余热；三是安全第一，尤其是上升管换热装置，因其位置的特殊性，必须杜绝各种安全隐患。
发明内容
发明目的：
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种从焦炉荒煤气中回收利用荒煤气余热的方法，该方法的目的是解决以往氨水冷却荒煤气方法存在的高品质热量浪费和冷却水耗量大以及上升管余热回收装置热回收效率低的问题，同时采用高压氨水间歇喷淋或者水蒸汽间歇吹扫的方式解决桥管换热器内管外壁上焦油凝结导致的换热效率降低问题，既能最大程度地回收荒煤气的显热和潜热，又能保证换热装置在如此复杂工况下的连续正常工作，将回收的余热用于产生蒸汽以供化工生产作为热源或者用于发电，从而实现荒煤气余热回收利用的目的。
技术方案：
本发明提供了一种从焦炉荒煤气中回收余热的方法，该方法包括以下步骤：
a)设置焦炉荒煤气余热回收装置，该装置包括上升管、桥管、上升管换热器、桥管换热器、汽包、汽水分离器、给水泵、除氧器；其中，所述汽水分离器设置在所述汽包中，所述上升管一端连接到焦炉，另一端与所述桥管的一端连接，所述桥管的另一端则连接到集气管；荒煤气经焦炉排出，依次经过所述上升管和所述桥管到达集气管；其中所述除氧器接收来自蒸汽管网（或其他来源）的蒸汽冷凝水，所述给水泵连接到所述上升管换热器的入口，从而将除氧后的水送入所述上升管换热器的入口，所述上升管换热器的出口连接到所述汽包进入所述汽水分离器，所述汽水分离器的高温水出口连接到所述桥管换热器的入口，饱和蒸汽出口连接到蒸汽管网，
b)利用水作为换热介质，在上升管换热器中与约650～750℃的荒煤气换热，荒煤气经换热后的温度降低到480～550℃，换热介质升温后形成汽水混合物进入汽包，在汽包内由汽水分离器分离成高温水和饱和蒸汽；
c)从上升管换热器中排出的荒煤气经过桥管换热器换热，荒煤气经换热后的温度降低到280～350℃，在步骤a)中所述的高温水经桥管换热器换热后进入汽包产生饱和蒸汽，并在桥管内部采用高压氨水间歇喷淋或者水蒸汽间歇喷吹的方式对换热管外壁进行清扫，以及
e)采用氨水将荒煤气温度降低至80～85℃，进入集气管。
其中，在上升管换热器与汽包之间、桥管换热器与汽包之间均采用管路连接，并且在桥管内部采用高压氨水间歇喷淋或者水蒸汽间歇喷吹的方式对换热管外壁进行清扫，以便及时去除冷凝并粘着在换热管外壁面的焦油，保证良好的传热效率和荒煤气流动的通畅性。
在根据本申请的方法中，除氧后的水首先进入上升管换热器中作为换热介质，然后再经处理后进入桥管换热器中作为换热介质。与现有技术中水首先进入桥管换热器再进入上升管换热器相比，本申请以较低温度的水作为换热介质与上升管中的高温荒煤气换热，可以有效地防止在上升管中产生干蒸汽，从而降低以及消除干锅爆裂的现象。
在根据本申请的方法中，在桥管内部采用高压氨水间歇喷淋或者水蒸汽间歇喷吹的方式对换热管外壁进行清扫。与现有技术中氨水直接喷淋降温的技术方案相比，本申请的间歇喷淋方式既可以及时去除冷凝并粘着在换热管外壁面的焦油，从而保证换热装置在如此复杂工况下的连续正常工作，又能防止连续喷淋中热量的大量浪费，从而最大程度地回收荒煤气的显热和潜热。
上文所采用的水蒸汽可以来自蒸汽管网，也可以来自于余热回收装置的汽包，即将余热回收产生的少部分蒸汽用于换热管外壁的清扫。
采用蒸汽管网或者余热回收产生的蒸汽用于换热管外壁的清扫可以有效地减少在换热管清扫中的热量损失。
在一个优选的实施方式中，所述焦炉荒煤气余热回收装置可进一步包括省煤器，其中，所述省煤器连接在桥管和集气管之间，且其中的换热介质与给水泵以及上升管换热器的入口相连，以及，在所述步骤e)之前进一步包括：d)利用省煤器进一步回收荒煤气的余热，使荒煤气温度降低到180～250℃。
在一个优选的实施方式中，所述上升管换热器采用夹套式换热器方式，内管中走荒煤气，外管中走水。来自循环水总管的水与荒煤气进行并流换热，二者均自下而上流动，上升管内侧为保温耐火材料，外侧为夹套换热器，可以回收荒煤气500℃以上的高温显热以避免焦油在内壁上冷凝结焦。
本申请的并流换热的方式与现有技术中错流换热的方式相比，低温水首先接触高温荒煤气，可以使上升管底部从焦炉排出的高温荒煤气的温度充分降低，进一步地防止了干锅爆裂的现象发生。
采用了上述的根据本申请的方法后，有效地防止了上升管换热器中的干锅爆裂的现象，而在上升管换热器中得到的热量（蒸汽品质）相应地有所降低，为了提高蒸汽品质，发明人将上升管换热器与桥管换热器组合，通过桥管换热器提供的热量提升蒸汽品质，满足下游对热源的要求。
在另一个优选的实施方式中，所述桥管换热器采用管壳式换热器方式，管程为水，壳程为荒煤气。
在另一个优选的实施方式中，所述桥管换热器采用热管换热器方式，即采用在桥管内***热管的方法将荒煤气的热量传导至布置在桥管外部的换热器内，加热其中与热管接触的水。
在另一个优选的实施方式中，经换热后的水进入汽包，在汽包中进行汽水分离，得到压力为0.4～1.0MPa的饱和蒸汽。
在另一个优选的实施方式中，使所述桥管外部的热管换热器翅化。翅化后的热管换热器增大了换热面积，减少对流换热热阻，提高总传热性能。
通过本发明的焦炉上升管和桥管组合从而从焦炉荒煤气中回收余热的方法获得的饱和蒸汽可以并入蒸汽管网为化工生产提供热源，也可以用于蒸汽发电，使用后得到的蒸汽冷凝水经过脱盐之后，进入除氧器中进行热力除氧，再由给水泵送至上升管换热器，至此完成水的循环。
根据本申请的方法，可以在保证回收热的质量、提高回收的总热量的前提下，有效地防止干锅爆裂现象，并能够保证换热装置在复杂工况下连续正常工作，极大地减少了能源资源的浪费，提高了设备可靠性，从而提高了生产效率。
附图说明
图1和图2为本发明提供的一种焦炉上升管和桥管组合回收利用荒煤气余热的方法流程示意图。
图中：1、焦炉；2、上升管3、上升管换热器；4、桥管；5、桥管换热器；6、汽包；7、除氧器；8、给水泵；9、省煤器；21、上升管荒煤气出口；31、上升管换热器入口；32、上升管换热器出口；41、桥管荒煤气出口；42、高压氨水或水蒸汽入口；43、少量氨水入口；51、桥管换热器入口；52、桥管换热器出口；61、饱和蒸汽；71、除盐水；72、除盐除氧水；91、省煤器入口；92、省煤器出口。
具体实施方式
通过下列实施例说明本发明的实施方案。然而，应了解本发明的实施方案不受限于下列实施例中的特定细节，因为鉴于本发明的公开内容，其他变化对本领域普通技术人员是已知和显而易见的。
实施例一:
焦炉上升管与桥管组合余热回收装置，包括上升管换热器、桥管换热器、汽包和给水***。所采用的具体工艺流程如下：利用给水泵8将经除氧器7进行过脱氧处理的除盐除氧水72输送到上升管换热器3入口31中，换热后经出口32进入汽包6进行汽水分离，所得高温水经入口51进入桥管换热器5进行换热后，经出口52进入汽包6进行汽水分离，汽包中产生压力为0.4～1.0MPa的饱和蒸汽61。荒煤气则依次经过上升管换热器和桥管换热器两级换热后，温度降至280～350℃，少量氨水经入口43进入桥管换热器出口处对其进行喷淋即可使其降温至80～85℃，再经出口41进入集气管。其中，高压氨水或水蒸汽经入口42进入桥管顶部对桥管换热器管壁进行清扫。
桥管换热器的管程外壁直接与荒煤气错流接触，在提高了换热效率的同时，也不可避免地会有焦油凝结在上面，从而导致换热器的工作效率有所降低，并有可能造成一定程度荒煤气流动通道的堵塞而引发安全问题，因此本发明在该换热器上部增加了喷淋***，其喷淋介质可以是高压氨水或者水蒸汽，通过控制喷淋介质的用量和频次，可以及时去除附着在其上的凝结焦油，实现对管程外壁的清洗和润滑作用，保证良好的传热效率，同时，这种喷淋还将对荒煤气的流动产生一定的推动作用，有助于降低换热器前后的荒煤气压差，保证荒煤气在通道内流动的顺畅性。并且，对于经过上升管换热器降温至480～550℃的荒煤气来说，其中的焦油在桥管换热器内换热管壁面冷凝并且炭化的过程相较于650～750℃的情况下将大大延缓，这就更加有利于附着焦油的去除。
该实施方式的优点在于充分利用了荒煤气的高品质余热，将荒煤气的温度降低至280～350℃，相较于正在推广应用的上升管余热回收工艺仅回收480～500℃以上的高温显热而言，更多地回收了荒煤气的显热和潜热，并且提出了回收荒煤气潜热所引发的焦油冷凝结焦问题的解决方法，从根本上保证了稳定、安全回收荒煤气余热的难题。
实施例二:
焦炉上升管与桥管组合余热回收装置，包括上升管换热器、桥管换热器、省煤器、汽包和给水***。具体工艺流程如下：利用给水泵8将经除氧器7进行过脱氧处理的除盐除氧水72经入口91输送到省煤器9中进行升温之后，由出口92进入上升管换热器3入口31中，经换热后进入汽包6中，进行汽水分离，所得高温水经入口51进入桥管换热器5换热后，经出口52再进入汽包6进行汽水分离，汽包中产生压力为0.4～1.0MPa的饱和蒸汽61。荒煤气则经过上升管换热器3、桥管换热器5和省煤器9三级换热后，温度降至180～250℃，少量氨水经入口43进入省煤器出口处对其进行喷淋即可使其降温至80～85℃，再经出口41进入集气管。其中，高压氨水或水蒸汽经入口42进入桥管顶部对桥管换热器管壁进行清扫。
该实施方式的优点在于充分利用了荒煤气的余热，增加的省煤器进一步回收了280～350℃荒煤气的余热，用以提升进入上升管换热器锅炉水的温度。同时，由于荒煤气温度降低到了180～250℃，因此省煤器之后的氨水喷淋用量将大大降低。
上述例子仅作为说明的目的，本发明的范围并不受此限制。对本领域的技术人员来说进行修改是显而易见的，本发明仅受所附权利要求范围的限制。

Claims (8)

1.一种从焦炉荒煤气中回收余热的方法，该方法包括以下步骤：
a)设置焦炉荒煤气余热回收装置，该装置包括上升管、桥管、上升管换热器、桥管换热器、汽包、汽水分离器、给水泵、除氧器；其中，所述汽水分离器设置在所述汽包中，所述上升管一端连接到焦炉，另一端与所述桥管的一端连接，所述桥管的另一端则连接到集气管；荒煤气经焦炉排出，依次经过所述上升管和所述桥管到达集气管；其中所述除氧器接收来自蒸汽管网或其他来源的蒸汽冷凝水，所述给水泵连接到所述上升管换热器的入口，从而将除氧后的水送入所述上升管换热器的入口，所述上升管换热器的出口连接到所述汽包进入所述汽水分离器，所述汽水分离器的高温水出口连接到所述桥管换热器的入口，饱和蒸汽出口连接到蒸汽管网，
b)利用水作为换热介质，在上升管换热器中与约650～750℃的荒煤气换热，荒煤气经换热后的温度降低到480～550℃，换热介质升温后形成汽水混合物进入汽包，在汽包内由汽水分离器分离成高温水和饱和蒸汽；
c)从上升管换热器中排出的荒煤气经过桥管换热器换热，荒煤气经换热后的温度降低到280～350℃，在步骤a)中所述的高温水经桥管换热器换热后进入汽包产生饱和蒸汽，并在桥管内部采用高压氨水间歇喷淋或者水蒸汽间歇喷吹的方式对换热管外壁进行清扫，以及
e)采用氨水将荒煤气温度降低至80～85℃，进入集气管，
其中，所述上升管换热器采用夹套式换热器方式，内管中走荒煤气，外管中走水，来自循环水总管的水与荒煤气进行并流换热，二者均自下而上流动，上升管内侧为保温耐火材料，外侧为夹套换热器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水蒸汽来自蒸汽管网或者来自于余热回收装置的汽包。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焦炉荒煤气余热回收装置可进一步包括省煤器，其中，所述省煤器连接在桥管和集气管之间，且其中的换热介质与给水泵以及上升管换热器的入口相连，以及，在所述步骤e)之前进一步包括：d)利用省煤器进一步回收荒煤气的余热，使荒煤气温度降低到180～250℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述桥管换热器采用管壳式换热器方式，管程为水，壳程为荒煤气。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述桥管换热器采用热管换热器方式，即采用在桥管内***热管的方法将荒煤气的热量传导至布置在桥管外部的换热器内，加热其中与热管接触的水。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，上升管换热器与汽包之间、桥管换热器与汽包之间均采用管路连接。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，经换热后的水进入汽包，在汽包中进行汽水分离，得到压力为0.4～1.0MPa的饱和蒸汽。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述桥管外部的热管换热器翅化。
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