CN104031658A - 高温荒煤气余热及焦油回收装置及其回收方法 - Google Patents

Abstract

一种高温荒煤气余热及焦油回收装置及其回收方法，其所述回收装置是在高温荒煤气余热回收装置中设置有焦油回收装置，并将高温荒煤气余热与焦油回收装置集于一体同时进行连续回收；其所述回收方法是将焦炉顶部的高温荒煤气通过汇总管直接导入换热器，与省煤器、蒸发器和过热器的换热管进行换热，换热后的荒煤气排出；换热后的冷却水通过省煤器、蒸发器、过热器和汽包产生过热蒸汽驱动汽轮机发电；冷凝水通过凝结水泵、除氧机除氧后和自来水一并循环利用。本发明结构简单，连续运行，大大地降低了水的消耗量，减少了污水排放，高效回收了高温荒煤气中的余热和焦油。

Description

高温荒煤气余热及焦油回收装置及其回收方法

技术领域

本发明涉及一种荒煤气余热回收和焦油回收的装置及其方法，特别是一种从炼焦过程中回收高温荒煤气余热和焦油的装置及其方法。

背景技术

在炼焦生产工序中，从炭化室推出的950～1050℃红焦带出的显热占焦炉总输出热量的37.52%；650～950℃荒煤气带出热占焦炉总输出热量的33.76%，对于这些红热焦炭所含余热传统处理方法是：650～950℃的高温荒煤气经上升管逸出，在桥管和集气管内直接对其喷洒大量70～78℃的循环氨水，通过循环氨水大量汽化，使荒煤气急剧降温到80～85℃；降温后的荒煤气再经过初冷器进一步冷却至25~35℃，然后进入后续煤化工产品回收加工工段。在该工艺过程中，荒煤气中所含的大量热能在与氨水热交换过程中被循环氨水带走，冷却后的氨水通过蒸发脱氨后排放，在消耗大量氨水增加生产成本和水资源浪费的同时，高温荒煤气的余热资源因无法回收而浪费掉。

现有采用导热油夹套管、热管等上升管汽化冷却***对荒煤气余热进行回收利用，但是由于上升管本身换热位置的特殊性，使其在对荒煤气余热利用过程中仍然受到很大的限制，主要体现在以下两个方面：

一是冷却后荒煤气温度范围有限，只利用了荒煤气的部分显热。为了保证焦油不在上升管中大量冷凝，冷却后的荒煤气温度需保持在480℃以上，回收热量仅有不到荒煤气所含热量的四分之一。

二是换热效率低。受上升管换热面积的限制，热回收效率低。

上述现有荒煤气余热回收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，公开号为CN102796537A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***及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。虽然这种方法弥补了上升管气化冷却***取热量小，效率低的弊端，但是仍然存在如下两方面的不足：

一是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。

二是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。

如公开号-为CN101701703A公开了一种“焦炉荒煤气余热利用技术”，该技术采用将各炭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。

基于上述现有技术以及高温焦炉荒煤气余热回收的客观条件，对于焦炉荒煤气余热回收应当遵循以下原则：一是就地回收，避免输送导致的降温结焦和密封安全问题；二是设备布置紧凑，合理利用有限的空间最大限度回收荒煤气余热；三是安全性高，避免由于余热回收装置破坏炉体、影响焦炉正常运转；四是能够较好的防止焦油冷凝结焦，并具备有效清洁技术；五是结构简单、操作方便、管理运行成本低。

发明内容

鉴于上述现有高温荒煤气上升管余热及焦油回收装置存在的不足，本发明提供一种高温荒煤气余热及焦油回收装置及其回收方法，用以解决传统氨水冷却高温荒煤气结构存在的热量损失和冷却水消耗量大、上升管余热回收装置热回收效率低的问题；同时采用机械刮板及清洗液联合焦油清理装置解决换热管外壁附着冷凝焦油导致的换热效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明所采取的措施是一种高温荒煤气余热及焦油回收装置，特征在于：

所述回收装置是在高温荒煤气余热回收装置中设置有焦油回收装置，并将高温荒煤气余热与焦油回收装置集于一体同时进行连续回收；

所述高温荒煤气余热回收装置是在焦炉顶端设置有高温荒煤气汇总管汇集高温荒煤气，并直接进入换热器主体中进行热交换；热交换后的高温荒煤气通过冷煤气出口排出；

所述换热器主体中依次分别设置有过热器、蒸发器和省煤器，并通过汽包连通循环；其中：

自来水从自来水进口与除氧机处理的循环水混合后，由给水泵输入省煤器后，产生的水气混合物进入汽包；

汽包中的水蒸气进入过热器，水进入蒸发器；进入蒸发器中的水继续与高温荒煤气进行热交换，产生水汽混合物再进入汽包，其中水蒸气进入过热器，水则进入蒸发器继续循环换热；过热器产生的过饱和蒸汽进入汽轮机发电；汽轮机依次连通有冷凝器、凝结水泵和除氧机，并与给水泵连通将冷凝水和新自来水输入省煤器循环。

所述焦油回收装置是由套设在换热管上的换热管清理环连接构成换热管清理框，并通过清理框进退杆与液压机平台上的清理框进退液压机铰接；在换热管清理环与换热管接触界面设置有焦油清洗液喷吹口连通有清洗液进口管，并通过换热管清理框的上下平行位移，将附着在换热管表面的冷凝焦油推入油尘收集池；同时，清洗液由焦油清洗液喷吹口喷出，对换热管表面的焦油进行清理，清洗掉的冷凝焦油、清洗液及焦油渣一起进入油尘收集池，通过吸油泵排出进行油尘处理。

附加特征在于：所述清理框进退杆是空心钢管，一端连通有清洗液进口管，另一端连通有焦油清洗液喷吹口。

为了实现上述目的，本发明所采取的另一措施是一种高温荒煤气余热及焦油回收装置的回收方法，其所述回收方法是：在焦炉顶端通过连接管将炭化室650～1000℃的高温荒煤气汇集于汇总管后，直接进入换热器主体中，高温荒煤气与换热管内的冷却水进行热交换后，高温荒煤气降温至25～30℃后，通过冷煤气出口排出；冷却水经过省煤器使水温升高，再经过蒸发器产生饱和水蒸汽，再流经过热器生成过热蒸汽，过热蒸汽通过管路送往汽轮机进行发电；汽轮机排汽后通过冷凝器冷凝，冷凝水再由凝结水泵通过管路送入除氧机进行除氧，除氧后的冷凝水和自来水由给水泵再次循环；

在换热器主体中的高温荒煤气冷却过程中，焦油蒸汽随着荒煤气温度降低逐渐冷凝析出，并附着于过热器、蒸发器和省煤器的换热管上，通过该装置中设置的换热管清理框在清理框进退液压机的带动下上下平性位移，将附着在换热管上的冷凝焦油以机械方式刮除，同时清洗液从换热管清理环与换热管接触面上分布的焦油清洗液喷吹口喷出，对换热管进行清理；被机械刮除和清洗液清洗下来的焦油、清洗液及焦油渣进入油尘收集室，通过油尘输出口进入油尘收集池，再由吸油泵将收集物进行油尘处理。

实现本发明上述所提供的一种高温荒煤气余热及焦油回收装置的技术方案，与现有技术相比，所具有的优点与积极效果在于：

本发明将各个炭化室内的高温焦炉荒煤气通过连接管以最短的运输距离直接导出，不经氨水喷洒，直接进入汇总管，再进入换热器主体进行换热。这样的结构设计最大程度上减少了高温荒煤气在运输过程中的热量损失。

本发明在换热器主体中设置的省煤器、蒸发器、过热器和汽包能够利用从高温荒煤气中回收的热量生产过热蒸汽，并通过汽轮机进行发电。电能可以被焦化厂直接利用，也可并入电网，较之高温蒸汽，电能的应用范围更加广泛。

本发明的焦油清理装置不但能够保证换热器在连续工作的情况下将换热管外部的冷凝焦油通过机械刮板清理掉，而且还能够将冷凝焦油通过油尘收集装置进行回收。与采用氨水间歇喷淋或水蒸气间歇喷吹的技术相比，本装置保证了焦油清理过程不需要停机进行，提高了换热器的工作效率，节约了水资源消耗，减少了污水排放，节约了能源；同时冷凝焦油作为高附加值产品被有效回收利用，产生更多经济效益。

本发明能够高效回收高温荒煤气中的热量，将650～1000℃的高温荒煤气汇总后直接进入换热器主体降温到25～30℃，无需进行后续冷却便可进行化产回收，简化了***操作流程，完善了工艺过程，获得了较佳的经济效益。

附图说明

图1是本发明回收装置的结构示意图。

图2是本发明换热管清理框的平面结构示意图。

图3是本发明换热管清理框的侧视结构示意图。

图中：1-焦炉；2-连接管；3-高温荒煤气汇总管；4-高温荒煤气入口；5-换热器主体；6-换热管清理框；7-换热管清理环；8-油尘收集室；9-清理框进退杆；10-清理框进退液压机；11-液压机平台；12-汽包；13-过热器；14-蒸发器；15-省煤器；16-油尘输出口；17-油尘收集池；18-吸油泵；19-冷煤气出口；20-焦油清洗液进口；21-焦油清洗液喷吹口；22-汽轮机；23-冷凝器；24-凝结水泵；25-除氧机；26-给水泵；27-自来水进口。

具体实施方法

下面对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。

实施本发明所提供的一种高温荒煤气余热及焦油回收装置及其回收方法，是基于以下思想进行的：

一是就地回收，避免设置收集输送管导致降温结焦和密封安全问题；

二是结构紧凑，合理地利用有限空间，最大限度地布置设备回收荒煤气余热；

三是安全可靠，避免由于进行余热回收破坏现有炉体，影响焦炉正常运转；

四是防止焦油在冷凝管表面冷凝结焦，降低高温荒煤气余热回收的效率；

五是结构简单、操作方便、管理运行成本低。

具体实施技术方案如下：

实施一种高温荒煤气余热及焦油回收装置，其主体构成是在高温荒煤气余热回收装置中设置相应的焦油回收装置，将高温荒煤气余热回收装置与焦油回收装置集于一体，并同时连续进行回收。其中：

高温荒煤气余热回收装置，是在焦炉1顶端设置高温荒煤气汇总管3汇集高温荒煤气，并进入换热器主体5中进行热交换；热交换后的高温荒煤气通过冷煤气出口19排出；

在换热器主体5中依次分别设置过热器13、蒸发器14和省煤器15，并通过汽包12连通循环；其中的自来水从自来水进口27与除氧机25处理的循环水混合后，由给水泵26输入省煤器15后，产生的水气混合物进入汽包12中；

汽包12中的水蒸气进入过热器13，水进入蒸发器14；蒸发器14中产生的水汽混合物再进入汽包12，其中水蒸气进入过热器13，水则进入蒸发器14继续循环换热；过热器13产生的过饱和蒸汽进入汽轮机22发电；汽轮机22依次连通有冷凝器23、凝结水泵24和除氧机25，并与给水泵26连通将冷凝水和新自来水输入省煤器15循环。

焦油回收装置是由套设在换热管上的换热管清理环7连接构成换热管清理框6，并通过清理框进退杆9与液压机平台11上的清理框进退液压机10铰接；在换热管清理环7与换热管接触界面设置有焦油清洗液喷吹口21连通有清洗液进口管20，并通过换热管清理框6的上下平行位移，将附着在换热管表面的冷凝焦油推入油尘收集池8；同时，清洗液由焦油清洗液喷吹口21喷出，对换热管表面的焦油进行清理，清洗掉的冷凝焦油、清洗液及焦油渣一起进入油尘收集池17，通过吸油泵18排出进行油尘处理。

在上述实施方案中，清理框进退杆9是空心钢管，一端连通有清洗液进口管20，另一端连通有焦油清洗液喷吹口21。这主要是结构设计问题。

实施一种用于上述高温荒煤气余热及焦油回收装置的回收方法，其所述方法是：在焦炉1顶端通过连接管2将炭化室650～1000℃的高温荒煤气汇集于汇总管3后，进入换热器主体5中，高温荒煤气与换热管内的冷却水进行热交换后，高温荒煤气降温至25～30℃后，通过冷煤气出口19排出；冷却水经过省煤器15使水温升高，再经过蒸发器14产生饱和水蒸汽，再流经过热器13生成过热蒸汽，过热蒸汽通过管路送往汽轮机22进行发电；汽轮机22排汽后通过冷凝器23冷凝，冷凝水再由凝结水泵24通过管路送入除氧机25进行除氧，除氧后的冷凝水和自来水由给水泵26再次循环。

为了减少管道散热损失，换热器主体管道需要进行保温处理。保温处理采用内衬耐火材料，外层包裹硅酸铝或岩棉的双层保温措施。

在冷凝水循环再次进入换热器前通过除氧机对循环水进行除氧处理，避免了***中因氧含量过高而引发***。

实施上述回收装置及其回收方法的技术方案，克服了现有高温荒煤气上升管余热及焦油回收装置存在的不足，解决了传统采用氨水冷却高温荒煤气结构存在的热量损失和冷却水消耗量大、上升管余热回收装置热回收效率低的问题；同时采用机械刮板及清洗液联合焦油清理装置解决换热管外壁附着冷凝焦油导致的换热效率低的问题。

上述问题主要是基于将高温荒煤气回收装置以及焦油回收装置设置于焦炉炭化室出口处，在进入换热器主体5中的高温荒煤气冷却过程中，焦油蒸汽随着荒煤气温度降低逐渐冷凝析出，并附着于过热器13、蒸发器14和省煤器15的换热管上，通过该装置中设置的换热管清理框6在清理框进退液压机10的带动下上下平行位移，将附着在换热管上的冷凝焦油以机械方式刮除，同时清洗液从换热管清理环7与换热管接触面上分布的焦油清洗液喷吹口21喷出，对换热管进行清理；保证了高温荒煤气的余热回收效率，同时也回收了高温荒煤气中的冷凝焦油，取得了令人满意的效果。

本发明区别于现有技术的显著特点还在于：焦炉炭化室650～1000℃的高温荒煤气通过余热回收后，温度降至25～30℃后排出；同时进行焦油回收，高温荒煤气余热回收与焦油回收同时连续进行，不影响焦炉的连续生产。

下面结合附图对本发明的具体实施方式从另一种组织形式作进一步的详细说明。

如图1～3所述，实施一种高温荒煤气余热及焦油回收装置及其方法，包括涉及到的化工管道，输送设备以及液压设备，其构成关系是由余热回收装置、机械刮板及清洗液联合焦油清理装置以及焦油回收装置三大部分构成；并由连接管将其与焦炉顶端的炭化室出口相连，将荒煤气引入一体化装置进行余热和焦油回收处理。其中，

余热回收装置，包括：高温荒煤气入口、冷煤气出口、省煤器、蒸发器、过热器、汽包、汽轮机、冷凝器、凝结水泵、化学或真空除氧机、给水泵和自来水进口；

机械刮板及清洗液联合焦油清理装置，包括：换热管束清理框、换热管清理环、清理框进退杆、清理框进退液压机、液压机平台、焦油清洗液进口和焦油清洗液喷吹口；

焦油回收装置包括：油尘输出口、油尘收集池和吸油泵。

本发明从流通介质来讲，是由两个通道构成，即荒煤气流通通道和水汽流通通道。按照荒煤气和水汽的流通过程，该装置的结构关系如图1所示：

荒煤气流通通道：包括焦炉顶部的连接管2与高温荒煤气入口4连通，将高温荒煤气引入余热回收装置，经过与冷凝管中的水进行热交换后，通过冷煤气出口19排出。

水汽流通通道：由自来水进口27和通过除氧机25处理的循环水混合，由给水泵26通过管路进入省煤器15、再流经汽包12，通过省煤器产生的水蒸气进入过热器13，水进入蒸发器14；蒸发器中的水汽混合物在进入汽包12，水蒸气继续进入过热器13，水再次进入蒸发器14；进入过热器13中的水蒸气产生过热蒸汽，并通过管路进入汽轮机进行发电等能量转换；汽轮机与冷凝器相连使水蒸气冷凝，并通过管路与冷凝水泵相连，冷凝水泵与给水泵相连，由给水泵将冷凝水送入循环***中继续循环利用。

本发明除了包括构成荒煤气通道和水汽流通通道的部件外，还包括机械刮板及清洗液联合焦油清理装置。焦油清理装置的主体部分：换热管清理框、换热管清理环，清理环布置于换热管束间，在清理环与换热管接触界面处设置了清洗液喷吹口。换热管清理框和清理环由进退杆和布置与余热回收装置顶端的液压机相连。

在换热管束下部布置有焦油收集池，焦油收集池下部为焦油收集池，并与吸油泵相连将收集到的焦油送去后续的油尘处理工序。

本发明将温度约在650～1000℃之间的高温荒煤气通过连接管2和汇总管3从焦炉各个炭化室内直接导出，进入换热器主体5。余热回收装置用水作为换热介质，在换热器主体5中，水走换热管内，煤气走管外。高温荒煤气通过省煤器15、蒸发器14和过热器13及汽包12将热量传递给换热管中的水，产生过热蒸汽，用过热蒸汽驱动汽轮22机用于发电。通过此换热装置，荒煤气的温度可降至25～30℃，直接进入后续化工产品回收工序。

在上述回收过程中，高温荒煤气中的焦油蒸汽会在荒煤气余热回收过程中，由于温度降低而冷凝析出，并附着于换热管壁上，本发明通过换热管清理框的上下平移运动，将附着在换热管表面的冷凝焦油推入油尘收集池；同时，清洗液由喷吹出口喷出，对换热管表面进行进一步清理。清洗掉的冷凝焦油、清洗液及焦油渣一起进入油尘收集池，通过吸油泵排出余热回收装置进行后续处理。

Claims (3)

1.一种高温荒煤气余热及焦油回收装置，其特征在于：所述回收装置是在高温荒煤气余热回收装置中设置有焦油回收装置，并将高温荒煤气余热与焦油回收装置集于一体同时进行连续回收；

所述高温荒煤气余热回收装置是在焦炉（1）顶端设置有高温荒煤气汇总管（3）汇集高温荒煤气，并直接进入换热器主体（5）中进行热交换；热交换后的高温荒煤气通过冷煤气出口（19）排出；

所述换热器主体（5）中依次分别设置有过热器（13）、蒸发器（14）和省煤器（15），并通过汽包（12）连通循环；其中：

自来水从自来水进口（27）与除氧机（25）处理的循环水混合后，由给水泵（26）输入省煤器（15）后，产生的水气混合物进入汽包（12）；

汽包（12）中的水蒸气进入过热器（13），水进入蒸发器（14）；蒸发器（14）中产生的水汽混合物再进入汽包（12），其中水蒸气进入过热器（13），水则进入蒸发器（14）继续循环换热；过热器（13）产生的过饱和蒸汽进入汽轮机（22）发电；汽轮机（22）依次连通有冷凝器（23）、凝结水泵（24）和除氧机（25），并与给水泵（26）连通将冷凝水和新自来水输入省煤器（15）循环；

所述焦油回收装置是由套设在换热管上的换热管清理环（7）连接构成换热管清理框（6），并通过清理框进退杆（9）与液压机平台（11）上的清理框进退液压机（10）铰接；在换热管清理环（7）与换热管接触界面设置有焦油清洗液喷吹口（21）连通有清洗液进口管（20），并通过换热管清理框（6）的上下平行位移，将附着在换热管表面的冷凝焦油推入油尘收集池（8）；同时，清洗液由焦油清洗液喷吹口（21）喷出，对换热管表面的焦油进行清理，清洗掉的冷凝焦油、清洗液及焦油渣一起进入油尘收集池（17），通过吸油泵（18）排出进行油尘处理。

2.如权利要求1所述的高温荒煤气余热及焦油回收装置，其特征在于：所述清理框进退杆（9）是空心钢管，一端连通有清洗液进口管（20），另一端连通有焦油清洗液喷吹口（21）。

3.一种用于如权利要求1所述的高温荒煤气余热及焦油回收装置的回收方法，其所述方法是：在焦炉（1）顶端通过连接管（2）将炭化室650～1000℃的高温荒煤气汇集于汇总管（3）后，直接进入换热器主体（5）中，高温荒煤气与换热管内的冷却水进行热交换后，高温荒煤气降温至25～30℃后，通过冷煤气出口（19）排出；冷却水经过省煤器（15）使水温升高，再经过蒸发器（14）产生饱和水蒸汽，再流经过热器（13）生成过热蒸汽，过热蒸汽通过管路送往汽轮机（22）进行发电；汽轮机（22）排汽后通过冷凝器（23）冷凝，冷凝水再由凝结水泵（24）通过管路送入除氧机（25）进行除氧，除氧后的冷凝水和从自来水进口（27）加入的新自来水由给水泵（27）送入换热器再次循环；

在换热器主体（5）中的高温荒煤气冷却过程中，焦油蒸汽随着荒煤气温度降低逐渐冷凝析出，并附着于过热器（13）、蒸发器（14）和省煤器（15）的换热管上，通过该装置中设置的换热管清理框（6）在清理框进退液压机（10）的带动下上下平性位移，将附着在换热管上的冷凝焦油以机械方式刮除，同时清洗液从换热管清理环（7）与换热管接触面上分布的焦油清洗液喷吹口（21）喷出，对换热管进行清理；被机械刮除和清洗液清洗下来的焦油、清洗液及焦油渣进入油尘收集室（8），通过油尘输出口（16）进入油尘收集池（17），再由吸油泵（18）将收集物进行油尘处理。