CN110499170B - 焦炉荒煤气显热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焦化荒煤气设备领域，尤其是一种安装简单、换热效率更高的焦炉荒煤气显热回收装置，包括蒸汽加热装置外壳以及设置于蒸汽加热装置外壳内的水汽下降管，所述蒸汽加热装置外壳内设置有隔腔板，所述隔腔板将蒸汽加热装置外壳内部腔体部分分割为位于上部的蒸汽发生区和位于下部的蒸汽加热区，水汽下降管穿过隔腔板并将蒸汽发生区和蒸汽加热区连通，所述蒸汽加热区与蒸汽出口连通，蒸汽发生区与进水管连通。本发明解决了蒸汽品质不高、价格昂贵、换热设备易结焦、安装难、更换及维护成本高等问题，保证焦炉正常运行基础上，对焦炉荒煤气余热进行的有效的回收，能够显著提高焦炉的节能水平。本发明尤其适用于焦炉荒煤气显热回收之中。

Description

焦炉荒煤气显热回收装置
技术领域
本发明涉及焦化荒煤气设备领域，尤其是一种焦炉荒煤气显热回收装置。
背景技术
在钢铁企业炼焦单元和煤化工企业，焦炉炼焦是生产焦炭的主要方式。焦炉炼焦生产中伴随着大量热能的转化与释放，其过程中主要产生四种形态的显(余)热资源，分别是红焦显热、焦炉荒煤气显热、焦炉烟气余热和焦炉炉体散热。其中，焦炉荒煤气显热占到了焦炉生产排放总热资源的35％左右。焦炉炼焦过程中，焦炉上升管内的荒煤气温度高达650℃～850℃，含有大量的显热。实际生产中，为保证设备安全和工艺顺行，普遍的做法是采用喷氨水急冷的工艺对中高温荒煤气进行冷却，即在桥管与集气管喷洒循环氨水与荒煤气直接接触，使荒煤气急剧降温至80℃～85℃，降温后荒煤气在初冷器中再用冷却水间接冷却至常温。该工艺流程不仅浪费了大量荒煤气的显热，而且消耗大量的氨水和工业冷却水，造成了大量污水排放和电力消耗。焦炉排出的中高温荒煤气由于其成份复杂，流量、温度周期性变化，若荒煤气温度降低至450℃左右及以下，焦油组分将会大量析出造成通管堵塞影响生产顺行，一直以来荒煤气显热回收都是行业技术难题，因此焦炉荒煤气显热回收一直是焦化行业节能减排的研究热点之一。
目前，国内少数焦化厂和研究单位对焦炉荒煤气显热回收技术和装置进行了研究，但普遍采用是夹套式和盘管式这两种在上升管筒体外表面进行显热回收的技术和装置，本质为一体式双层壁结构，由于受到筒体、管壳两级/两层传热的限制，存在换热效率低下的瓶颈性问题，直接导致产生的蒸汽品质不高。这两种类型的装置体积庞大、用材量大，需对原有数米高的上升管进行整体替换，致使其单体价格达到了15～18万/根左右，价格昂贵、更换不便。特别的，夹套式显热回收装置由于采用腔体蓄水方式，一旦腔体鼓包、开裂漏水，较大的水量将对焦炉设备造成严重的安全隐患。
申请号为201821349087.3的专利申请“一种带翅片焦炉荒煤气显热回收装置”，提出了一种显热回收利用装置，其本质是由外筒和内筒组成夹套式一体式结构，通过新增加翅片来增大换热面积，能够适当提高显热回收的效率。但申请提出的装置仍然属于夹套式结构，本质性不能解决腔体开裂漏水的问题。
申请号为201420811623.2，名为“焦炉荒煤气上升管显热回收装置”的专利申请，提出了采用螺旋盘管和熔盐导热介质，以解决设备漏水和导热介质变质等问题。该申请提出的回收装置由于在上升管内部采用螺旋盘管结构，将增加荒煤气流动的阻力易造成气流不畅的问题，同时容易导致螺旋盘管上荒煤气结焦，造成管道腐蚀和换热效率急剧降低等问题。
申请号为201410309838.9，名为“上升管余热***式温控热膨胀除焦热管导出方法及设备”的专利申请，较为创新的采用内置式单体显热回收方式，单体显热回收装置独立安装于上升管内，具有更换及维护成本低等优点，但最关键的问题是由于其内部为完全通透的空体式结构，存在汽水不分的问题，其也只能产生价值不高的饱和蒸汽。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种安装简单、换热效率更高的焦炉荒煤气显热回收装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：焦炉荒煤气显热回收装置，包括蒸汽加热装置外壳以及设置于蒸汽加热装置外壳内的水汽下降管，所述蒸汽加热装置外壳内设置有隔腔板，所述隔腔板将蒸汽加热装置外壳内部腔体部分分割为位于上部的蒸汽发生区和位于下部的蒸汽加热区，水汽下降管穿过隔腔板并将蒸汽发生区和蒸汽加热区连通，所述蒸汽加热区与蒸汽出口连通，蒸汽发生区与进水管连通。
进一步的是，进水管的出口端设置有液体水布膜器。
进一步的是，进水管的进口端设置于蒸汽出口内，进水管穿过隔腔板而与蒸汽发生区连通。
进一步的是，所述进水管外壁套接设置有进水管保护套管。
进一步的是，进水管的出口端上方设置有放溅板。
进一步的是，包括液位调节管，所述水汽下降管位于蒸汽发生区的部分与液位调节管连通。
进一步的是，水汽下降管底部的出口端设置有散射器。
进一步的是，蒸汽加热装置外壳底部设置有均热器。
进一步的是，隔腔板与蒸汽加热装置外壳内壁面上的梯状换热块连接。
进一步的是，蒸汽加热装置外壳顶部设置有吊耳。
本发明的有益效果是：在实际使用时，换热工质首先经过进水管进入到蒸汽发生区，并首先形成蒸汽。随后，形成的蒸汽通过水汽下降管由蒸汽发生区流动到蒸汽加热区，在蒸汽加热区实现蒸汽过热，最后，实现蒸汽过热的蒸汽通过蒸汽出口排出，从而为后续工艺提供过热蒸汽。本发明的巧妙设计可根据需要产生不同压力和温度的过热蒸汽，并可把焦炉荒煤气出口温度控制在预期温度区间或荒煤气焦油大量析出的450℃温度点之上，高于焦油临界析出温度，大大杜绝了设备粘接事故。本发明解决了蒸汽品质不高、价格昂贵、换热设备易结焦、安装难、更换及维护成本高等问题，保证焦炉正常运行基础上，对焦炉荒煤气余热进行的有效的回收，能够显著提高焦炉的节能水平。本发明尤其适用于焦炉荒煤气显热回收之中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中标记为：水汽下降管1、进水管2、蒸汽发生区外壳3、进水管保护套管4、上升管5、散射器6、均热器7、隔腔板8、梯状换热块9、液位调节管10、液体水布膜器11、放溅板12、蒸汽出口13、装置外壳14、蒸汽发生区A、蒸汽加热区B、水汽下降管上端部分L1、水汽下降管下端部分L2。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示的焦炉荒煤气显热回收装置，包括装置外壳14以及设置于装置外壳14内的水汽下降管1，所述装置外壳14内设置有隔腔板8，所述隔腔板8将装置外壳14内部腔体部分分割为位于上部的蒸汽发生区A和位于下部的蒸汽加热区B，水汽下降管1穿过隔腔板8并将蒸汽发生区A和蒸汽加热区B连通，所述蒸汽加热区B与蒸汽出口13连通，蒸汽发生区A与进水管2连通。本发明能够使焦炉荒煤气显热经济有效高质回收，对推动钢铁企业炼焦单元和煤化工企业的节能技术进步，降低生产过程碳排放和显热回收经济化均具有重要意义。
就具体结构而言，隔腔板8基本功能是将装置外壳14分隔为多腔多态的上下两个区域，上区域即蒸汽发生区A实现蒸汽发生，下区域即蒸汽加热区B实现蒸汽过热，隔腔板8还兼具盛装未蒸发完毕的少量液态水的功能。结合实际需求，本装置整个装置外壳14部分的管壁厚度选择范围优选为2mm-8mm，装置外壳14的总长度优选范围为上升管5的高度的2/5—4/5，水汽下降管上端部分L1与水汽下降管下端部分L2的长度比例优选为0.4：1～1.8：1，装置外壳14外壁与上升管5内壁的距离至少相距8mm以上。一般优选隔腔板8与装置外壳14内壁面上的梯状换热块9连接。为了使用的方便，优选装置外壳14顶部设置有吊耳15。优选蒸汽发生装置外壳3内部腔体形状为倒梨形、倒圆锥形、倒梯形或近似上大下小的其它形状；本装置外壳14最底端外观形状优选为半球形、椭球形或圆锥形。
为了将进水管2内的中高压液态水散射并均匀喷洒或布膜到蒸汽发生区A的内壁，从而快速形成蒸汽，可以选择在进水管2的出口端设置液体水布膜器11。
为了便于后期的安装使用，优选进水管2的进口端设置于蒸汽出口13内，进水管2穿过隔腔板8而与蒸汽发生区A连通。如图1所示，进水管2以及蒸汽出口13穿过上升管5，从而将上升管5外部的换热工质输入到装置外壳14内以及将过热蒸汽输送到装置外壳14外。其中，换热工质可以选择除盐水、除氧水、不饱和水、饱和蒸汽等。在此过程之中，为了防止降低过热蒸汽温度，可以选择这样的方案：所述进水管2外壁套接设置有进水管保护套管4。如图1所示，进水管保护套管4可以防止进水管2内流入的换热工质降低了过热蒸汽的温度。
为了隔离给水过程中液体水布膜器11喷出的低温液态水对已发生的蒸汽的影响，从而起到一定的汽水分离的作用，保证蒸汽发生的顺利进行，可以选择在进水管2的出口端上方设置放溅板12。放溅板12的存在可以让蒸汽的产生更加的顺利，而产生的蒸汽也可以顺利的通过水汽下降管1进行输送。
为了在给水量相对偏高时有相应的调节，可以选择这样的方案：包括液位调节管10，所述水汽下降管1位于蒸汽发生区A的部分与液位调节管10连通。当给水量相对偏高、或荒煤气气量和温度较低时段，导致给水速率大于蒸发速率时，液态水通过液位调节管10流入水汽下降管1并直接进入蒸汽加热区B，并直接加热以及汽化。
为了向腔体内散射、均匀给水，从而提高蒸汽过热的效率，可以选择这样的方案：水汽下降管1底部的出口端设置有散射器6。散射器6可以很好的将蒸汽发散到蒸汽加热区B，从而获得更好的蒸汽过热效果。同时，为了让蒸汽过热的效率更高，可以选择在装置外壳14底部设置均热器7，从而优化热量的分布，提高热交换效率。
本装置外壳14的壁层局部优选做加厚处理，装置外壳14外壁优选喷涂高导热防粘结材料。另外，整个装置内部腔体内优选进一步设置温度、压力检测元件与给水量关联，从而实现水量的控制。
在实际使用时，还可以根据需要灵活的将本焦炉荒煤气显热回收装置，多组并联或串联安装在一个上升管5内，实现蒸汽产能的提升或蒸汽品质的提升。本发明可以用于非焦炉荒煤气上升管工作环境或用于生产饱和蒸汽，或者用于产生热水，或用于气体、其它液体的加热。
实施例
实施例1
本焦炉荒煤气显热回收装置的装置外壳14管壁厚度5mm，外壁均喷涂高导热材料，最上端为倒梨型，最下端为半球形，按本焦炉荒煤气显热回收装置的结构形式单根放置于上升管内，该上升管内一段时间内的上部测点温度约825℃左右。带压不饱和水为换热工质，一定压力条件下通过进水管输送至本装置内，从本装置蒸汽出口的过热蒸汽温度可以达到211℃，测点温降约98℃，实现了过热蒸汽的产出，并确保荒煤气换热后温度高于460℃。
实施例2
两组结构一致的管壁厚度3mm的焦炉荒煤气显热回收装置，最上端为倒圆锥形，最下端为半球形，按本焦炉荒煤气显热回收装置的结构形式，采用串联方式放置于同一根上升管内，一组本装置的进水口与另一组装置的蒸汽出口通过转接头连接。该上升管内一段时间内的上部测点温度约800℃左右，除氧水为换热工质，一定压力条件下通过一个进水管依次流经两套装置，从装置最终蒸汽出口的过热蒸汽温度可以达到258℃，测点温降约196℃，实现了过热蒸汽的产出增加的同时，荒煤气换热后温度高于460℃。
通过上述两组实施例明确的可以看出，本发明的技术方案相较于传统的换热设备，技术优势十分明显，市场推广前景广阔。

Claims (5)

1.焦炉荒煤气显热回收装置，其特征在于：包括装置外壳(14)以及设置于装置外壳(14)内的水汽下降管(1)，所述装置外壳(14)内设置有隔腔板(8)，所述隔腔板(8)将装置外壳(14)内部腔体部分分割为位于上部的蒸汽发生区(A)和位于下部的蒸汽加热区(B)，水汽下降管(1)穿过隔腔板(8)并将蒸汽发生区(A)和蒸汽加热区(B)连通，所述蒸汽加热区(B)与蒸汽出口(13)连通，蒸汽发生区(A)与进水管(2)连通，进水管(2)的出口端设置有液体水布膜器(11)，进水管(2)的进口端设置于蒸汽出口(13)内，进水管(2)穿过隔腔板(8)而与蒸汽发生区(A)连通，所述进水管(2)外壁套接设置有进水管保护套管(4)，进水管(2)的出口端上方设置有放溅板(12)，装置外壳(14)底部设置有均热器(7)。
2.如权利要求1所述的焦炉荒煤气显热回收装置，其特征在于：包括液位调节管(10)，所述水汽下降管(1)位于蒸汽发生区(A)的部分与液位调节管(10)连通。
3.如权利要求1所述的焦炉荒煤气显热回收装置，其特征在于：水汽下降管(1)底部的出口端设置有散射器(6)。
4.如权利要求1所述的焦炉荒煤气显热回收装置，其特征在于：隔腔板(8)与装置外壳(14)内壁面上的梯状换热块(9)连接。
5.如权利要求1所述的焦炉荒煤气显热回收装置，其特征在于：装置外壳(14)顶部设置有吊耳(15)。
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