CN102338366A - 一种焦炉烟气余热回收的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于焦炉烟气余热回收的方法。该方法是：首先在焦炉输出烟道上加工用于烟道气采集的输送通路和烟道气输出通路；建造与烟道气采集输送通路和烟道气输出通路相连通、并设于二者之间的焦炉烟道气余热回收管路，同时在余热回收管路中安装余热回收系统，调节余热回收管路内的压力，余热回收系统进行热能转换，并输出热能，被余热回收后的焦炉烟道气沿烟气输出通道排放。本发明主要应用于新建或改建焦炉系统烟道气的余热回收，本发明可与各种结构的焦炉系统配套使用，该方法是一套完整独立的余热回收系统，既不改变焦炉系统的整体结构，又能对焦炉系统的烟气进行高效的余热回收，还可有效保证焦炉系统稳定、可靠连续的运行。该发明还具有整体结构简单、投资少，维修成本低，应用灵活方便，可适用各种不同结构焦炉系统余热回收的需要。

Description

一种焦炉烟气余热回收的方法

技术领域

本发明涉及一种用于焦炉烟气余热回收的方法。

背景技术

焦炭的生产需要耗费大量的能源，而目前在焦炭生产过程中，仅能对煤气燃烧加热焦炉后的烟气通过储热砖将其中的部分显热进行了回收制焦，而后便通过烟道直接进入烟囱排入大气，该烟气热量大、温度高，既污染了大气，也造成了能源的极大浪费，因此对该能源的余热回收不仅具有较大的经济价值，更具有降低环境污染的现实价值。

但由于焦炭生产工艺的特殊要求，即焦炉的点火就需要大量的时间和能源，一般情况下，焦炉点火后就不再停火，必须连续运行，否则将造成焦炉报废的严重事故；因为焦炉内衬耐火砖受热膨胀，停炉耐火砖收缩会形成断裂，而造成炉体损坏。同时对焦炉输出烟道内的压力和烟囱的引力控制也要求特别高，如果运行压力变化超出预定值，就会产生生焦，造成巨大的浪费。所以，焦炉系统对运行的稳定性和连续性要求特别高。因此对焦炉系统的余热回收、特别是对原有焦炉系统进行改造的余热回收，其施工难度大、风险性高，是一直困扰焦炉系统实施节能技改的难题。中国专利于2011年3月16日公告了一种名称为：焦炉烟气余热回收设备(201020521979.4)技术方案，该技术方案由中温热管蒸汽发生器、低温热管蒸汽发生器、软水预热器、汽包、汽-水循环管路、水泵、控制仪表组成，中温热管蒸汽发生器、低温热管蒸汽发生器、软水预热器下部吸热端依次置于总烟道内，其上部与汽包之间分别设置有多组上升管和下降管，软水预热器一端连接有进水管、水泵，其另一端通过水管与汽包相连通，控制仪表由PLC系统集中控制，实现焦炉烟气的余热回收。该技术方案存在着如下缺陷：

(1)对于现有焦炉系统的改造：

实用性差。其理由是：a、由于焦炉系统需要稳定和连续的运行生产工艺，该技术方案直接在高温焦炉输出烟道上安装中温热管具有较大的难度和危险性。b、该技术方案即便是能够将余热回收设备安装到位，同时余热回收设备也就开始回收热量，产生蒸汽，从而导致后续的安装工作也无法进行。如果不提前在蒸汽发生器内加入水，其热管不能长时间干烧，否则会极大的影响寿命，同时也会使设备温度大幅上升，导致后续的安装工作无法进行。

(2)对于改造和新建项目：

对于新建项目和改造项目，即使将余热回收设备安装成功，但是由于没有旁通烟道，只要是焦炉不停止运行，余热回收设备就一直在回收热量，无法停止，因此也无法进行后期的维护和执行压力容器监察程序，比如清除水垢、安全阀的校验等。系统一旦运行，将不能再停止，除非焦炉停运。换句话说就是，一旦余热系统发生故障，将被迫停止焦炉生产。

总之，无论对于改造项目还是新建项目，目前的方法都存在着实用性差、安装性差、后期维护困难等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即适用原有焦炉系统的改造又可与新建焦炉系统配套使用的焦炉烟气余热回收的方法。

本发明的目的是这样实现的：该焦炉烟气余热回收的方法是，首先在焦炉输出烟道上加工用于烟道气采集的输送通路和烟道气输出通路；建造与烟道气采集输送通路和烟道气输出通路相连通、并设于二者之间的焦炉烟道气余热回收管路，同时在余热回收管路中安装余热回收系统，调节余热回收管路内的压力，余热回收系统进行热能转换，并输出热能，被余热回收后的焦炉烟道气沿烟气输出通道排放。

上述所说加工烟道气采集输送通路和烟道气输出通路的方法是：首先在焦炉烟道上开启有效数量的引气通孔，并在引气通孔上配装封堵盖；引气通孔均布排列，制成筛板状，其引气通孔的截面积总和为焦炉输出烟道截面积的0.5-1.5倍；同时将配装在引气通孔上的封堵盖连接为一体。

上述所说调节余热回收管路内压力的方法是：首先分别采集余热回收管路入口和出口的压力，通过调节安装在余热回收管路内引风机的变频器及阀门，使入口压力减去出口压力的绝对值≤输送通路口与输出通路口之间的焦炉输出烟道中的沿程阻力及局部阻力之和，同时使入口压力满足焦炉所需的标准压力，并控制引风机的风量，将焦炉输出烟道内的烟气引送至余热回收管路中。

在上述所述的余热回收管路旁还并行设置有与烟道气采集的输送通路相连通的焦炉烟道气的辅助输送管路，其辅助输送管路经阀门与烟气输出通道连通。

上述所说余热回收系统包括余热回收锅炉和引风机及阀门，所述余热回收锅炉和引风机串装在焦炉烟道气余热回收管路中，其阀门分别装配在焦炉烟道气余热回收管路的输入和输出端口。该余热回收系统还包括过热器和预热器，过热器和预热器分别安装在余热回收锅炉输入、输出的余热回收管路中。

本发明取得的技术进步是：本发明主要应用于新建或现有焦炉系统烟道气的余热回收，该技术采用在焦炉输出烟道上加工用于烟道气采集的输送通路和输出通路，同时制作与烟道气采集的输送通路和输出通路相连通的焦炉烟道气余热回收管路，并在余热回收管路中安装余热回收系统，调节余热回收管路内的压力，由余热回收系统实现焦炉系统烟道气的余热回收。本发明的主要创新点：其一是，本发明涉及的焦炉烟气余热回收的方法可与各种结构的焦炉系统配套使用，是一套完整独立的余热回收系统，该方法既不改变焦炉系统的整体结构，又能对焦炉系统的烟气进行高效的余热回收。同时该技术方案还可有效保证焦炉系统稳定、可靠连续的运行。其二是，加工建造焦炉输出烟道气采集的输送通路和输出通路的方法，该方法避免了在采集烟道气的过程中，有大量的冷气流被吸入原有地下烟道中，降低烟气温度，导致烟囱的引力不足，影响焦炉生产的问题，同时也减少了对烟道和烟囱结构的影响。其三是，余热回收管路的压力控制，通过变频器和阀门对管道内压力进行调节，能够将原烟道“短路”，将烟气全部采集出来，进行余热回收，而对于原有地下烟道，则不做任何改动，并且当发生故障或者停电等事故时，不用给出任何指令，焦炉输出的烟气就能够自动的切换到原有的焦炉输出烟道进行输出，可靠性、安全性非常高，万无一失。其四是，建造独立的余热回收管路及焦炉烟道气输出的辅助输送管路，该方法可以方便的将余热回收系统和高温烟气隔离开来，便于安装、后期维护和压力容器的监察，同时还可以根据需要灵活布置，减少场地对设备布置的影响。该发明还具有整体结构简单、投资少，维修成本低，应用灵活方便，可适用各种不同结构焦炉系统余热回收的需要。

附图说明

图1为本发明的方框图。

图2为输送通路一种实施方式的结构示意图。

图3为余热回收系统一种单路余热回收管路实施方式的结构示意图。

图4为余热回收系统一种双路余热回收管路实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面以附图为实施例对本发明进一步说明：如图1所示，该焦炉烟气余热回收的方法，首先在焦炉输出烟道上加工用于烟道气采集的输送通路；建造与烟道气采集的输送通路相连通的焦炉烟道气余热回收管路，同时在余热回收管路中安装余热回收系统，调节余热回收管路内的压力，余热回收系统进行热能转换，并输出热能，被余热回收后的焦炉烟道气沿烟气输出通道排放。

加工烟道气采集输送通路和输出通路的方法主要有以下两类，其一类是新建焦炉系统，实施方式有两种，一种是在建造焦炉输出烟道时直接在焦炉输出烟道上预留出截面积为焦炉输出烟道截面积0.5-1.5倍的烟道气采集输送通路和输出通路，该烟道气采集输送通路和输出通路的形状可以是圆形或方形及长方形等类似结构。第二种实施方式是，在建造焦炉输出烟道时，在焦炉输出烟道上预留出一组均布排列的引气通孔，引气通孔组合构成多孔筛板状结构，如图2所示，其引气通孔的截面积总和为焦炉输出烟道截面积的0.5-1.5倍。另一类是对现有焦炉系统改造的实施方式。由于焦炉系统对生产工艺的特殊要求及焦炉烟道气输出温度较高，即焦炉在生产过程中焦炉对炉内压力，烟囱的引力，要求稳定性极为严格，特别是焦炉要求必须连续运行，途中不允许停炉，在生产过程中一旦炉压、引力较长时间不稳定，轻者会造成大量生焦，重者可造成焦炉的报废。同时焦炉系统输出烟道气的温度一般在280-300℃左右，并且焦炉烟道均为非金属材料(水泥烟道)制成。排烟为自然引风，烟道截面积很大，而且位于地下。由于焦炉系统对生产工艺的特殊要求及焦炉烟道气输出温度较高的实际情况，对于运行的焦炉系统烟道气的余热回收及烟道气采集的实施方式不能采用如下方式：1、由于焦炉不能停炉及输出烟道气的高温所限，不能直接在焦炉输出烟道内加装任何换热设施。2、不能直接在正常运行的焦炉输出烟道上用常规方法开凿引风孔，该方法不可实施的因素如下：a、开孔过程中会有大量渣块掉入坑道，因带有高温烟气作业，无法将渣块取出，并且会影响烟气流量，导致不能正常生产。b、在开孔过程中会有大量的空气进入烟道内，将会造成炉压不稳，严重影响焦炉系统的正常生产。c、在开孔过程中，会造成震动大，应力集中，可能会造成烟道断裂。总之由于焦炉系统对生产工艺的特殊要求和焦炉烟道气输出温度较高的工作环境，因而用常规的实施方式对正在生产中的焦炉烟道气无法进行余热回收利用，为此一直困扰着焦炉行业节能的进展。由以上分析可知，实现对运行中焦炉系统烟道气的余热回收，对烟道气的采集是关键。安全稳定的采集烟道气的关键是加工用于烟道气采集的输送通路，本发明对烟道气输送通路和输出通路的加工方法是：首先在焦炉输出烟道3上的烟道气采集处和余热回收管路输出对应的焦炉输出烟道或烟囱上钻制引气通孔1，每钻制一引气通孔1后，并在引气通孔1上配装防止焦炉输出烟道与空气流通的封堵盖2，引气通孔1均布排列在焦炉输出烟道3上，引气通孔1组合构成多孔筛板状结构，如图2所示，其引气通孔1的截面积总和为焦炉输出烟道3的截面积0.5-1.5倍；同时将配装在引气通孔1上的封堵盖2连接为一体，在首次运行余热回收系统时，将连为一体的封堵盖2打开即可。该烟道气的采集方法具有如下特点：1、解决了焦炉系统在不停炉、不影响生产的条件下，搞节能技术改造。从根本上解决了正在生产的焦炉高温烟气热量无法回收利用的难题。2、采用圆形多孔筛板法取热，与预制大型孔相比增加了烟道强度，为今后安装、设备维修、安全生产创造了方便条件。3、采用圆形多孔筛板法取热，可形成边钻孔边堵风的先进工艺，排除了正在生产中的焦炉炉内压力、排风量不稳定因素。4、采用圆形多孔筛板法取热，在开孔期间保证了在高温烟气情况下作业人员的人身安全问题。5、采用圆形多孔筛板法取热，降低了非金属烟道开孔的难度，降低了烟道开孔成本。

在加工或建造烟道气采集输送通路和输出通路的同时，建造与烟道气采集的输送通路和输出通路相连通、并设于二者之间的焦炉烟道气余热回收管路4，同时在余热回收管路4中安装余热回收系统。焦炉烟道气余热回收管路4主要有两类实施方式，其一类是如图3所示的实施方式，即余热回收系统采用单路余热回收管路4的结构方式，其余热回收管路4的输入端口与烟道气采集输送通路连通，余热回收管路4的输出端口与输出通路连通，输出通路与烟道气输出通路3连通，也可直接与焦炉系统烟道气输出的烟囱接通，在余热回收管路4中装配余热回收系统，余热回收系统主要包括余热回收锅炉5、引风机6和阀门7、8及连接管路，两阀门7、8分别安装在余热回收管路4的输入、输出端口，阀门7、8选用电动或气动控制阀。余热回收锅炉5和引风机6依次安装在两阀门7、8间的余热回收管路4中，由连接管路将焦炉输出的高温烟气输送至余热回收锅炉5内，余热回收锅炉5将其转化产生热能。为了使余热回收锅炉5输出的饱和蒸汽产生一定的过热度，便于蒸汽的输送，本实施例在余热回收锅炉5的输出端装配了过热器9。同时，为了提高余热回收锅炉5余热回收的效率，本实施例在余热回收锅炉5的输入端还配装了预热器10，充分利用余热回收管路4中低温烟气的余热产生热水，给余热回收锅炉5补水，避免余热回收锅炉5补充凉水，实现了热量的充分梯级利用。同时还可大大提高余热回收锅炉5的产汽量，由此也大大提高了整体系统的余热回收效率。

上述实施方式不仅适用新建焦炉系统也适用对现有焦炉系统改造的余热回收。本发明使用时，首先调节余热回收管路内压力，其方法是，首先通过装配在余热回收管路入口和出口的压力传感器分别采集其压力值，并将压力值输送至控制器，用于控制引风机的变频器和阀门7、8的开度，使之达到余热回收管路入口压力减出口压力的绝对值≤输送通路口与输出通路口之间的焦炉输出烟道3中的沿程阻力及局部阻力之和，同时使入口压力满足焦炉所需的标准压力，并控制引风机的风量，从而将焦炉输出烟道内的烟气安全稳定的引送至余热回收管路中。

对于装配在焦炉系统烟道气输出管路3中的控制阀门11即可打开也可关闭。当安装了辅助输送通路13时，控制阀门11需关闭。当只安装了余热回收管路4时，控制阀门11则必须打开。在引风机6的作用下，将焦炉输出烟道3内的高温烟道气由烟道气采集的输送通路引吸到余热回收管路4中，装配在余热回收管路4中的余热回收系统工作，实现能量转换，此时两阀门7、8开启，并将转换后的热能输出。

该单路余热回收管路4的输出方式还有其他几种实施方式，与上述实施方式主要不同之处是余热回收管路4输出的方式不同，其第一种是余热回收管路4的输出分两路，一路输出与焦炉输出烟囱12连通，另一路输出接于焦炉输出烟道3的输出端，即和焦炉输出烟道3内可控阀门11之后的焦炉输出烟道3连通，第二种是余热回收管路4的输出管路直接接入焦炉输出烟道3内可控阀门11之后的焦炉输出烟道3上。第三种是余热回收管路4的输出管路直接与焦炉输出烟囱12连通，余热回收管路4的输出端口置入焦炉烟道气输出通道中的烟囱12内，其余热回收管路4的输出端口为喷嘴状结构。该种方式在正常运行时，装配在焦炉系统烟道气输出管路中的控制阀门11是开启状，即焦炉系统烟道气输出管路不封闭，通过控制引风机6及阀门7、8控制余热回收管路4入口和出口处的压力，将大部分或者全部烟气从余热回收管路4输出，实现余热回收，如果余热回收管路4的输出端口采用喷射的方法，可更加有效地避免烟气的回流，使大部分或者全部烟气进入余热回收管路4。该种实施方式主要是在余热回收系统出现故障或者停电时，不用给出任何指令，焦炉输出的烟气就能够自动的切换到原有的焦炉输出烟道3进行输出，可靠性、安全性非常高，万无一失。

本发明另一类实施方式如图4所示，该种实施方式与上述实施方式的实现方法及工作原理基本相同，故不再重述。主要不同之处是，余热回收系统采用双路余热回收管路，即在余热回收管路4旁并行设置有与烟道气采集的输送通路相连通的焦炉烟道气的辅助输送管路13，其辅助输送管路13经电动/气动阀14与烟气输出通道连通。该实施方式使用时，将辅助输送管路13和焦炉系统输出烟道中的电动/气动阀14、控制阀门11关闭，余热回收管路4中的阀门7、8打开，即可实现余热回收。该种实施方式主要是在余热回收系统出现故障或停电时，系统可自动打开辅助输送管路13中的电动/气动阀14，使焦炉系统输出的烟道气沿辅助输送通路13输出，可有效的保证焦炉系统稳定可靠的连续运行。

上述所说实施方式仅针对焦炉系统的余热回收进行了阐述，本发明所述方法也适用所有以煤气或天然气为燃料的工业窑炉系统烟气的余热回收，其具体实施方式和基本原理与上述实施方式基本相似，不再重述。

Claims (7)

1.一种焦炉烟气余热回收的方法，其特征在于：首先在焦炉输出烟道上加工用于烟道气采集的输送通路和烟道气输出通路；建造与烟道气采集输送通路和烟道气输出通路相连通、并设于二者之间的焦炉烟道气余热回收管路，同时在余热回收管路中安装余热回收系统，调节余热回收管路内的压力，余热回收系统进行热能转换，并输出热能，被余热回收后的焦炉烟道气沿烟气输出通路排放。

2.根据权利要求1所述焦炉烟气余热回收的方法，其特征在于所说加工烟道气采集输送通路和烟道气输出通路的方法，首先在焦炉烟道上开启有效数量的引气通孔，并在引气通孔上配装封堵盖；引气通孔均布排列，引气通孔组合构成筛板状结构，其引气通孔的截面积总和为焦炉输出烟道截面积的0.5-1.5倍；同时将配装在引气通孔上的封堵盖连接为一体。

3.根据权利要求1或2所述焦炉烟气余热回收的方法，其特征在于所说调节余热回收管路内压力的方法，首先分别采集余热回收管路入口和出口的压力，通过调节安装在余热回收管路内引风机的变频器及阀门，使入口压力减去出口压力的绝对值≤输送通路口与输出通路口之间的焦炉输出烟道中的沿程阻力及局部阻力之和，同时使入口压力满足焦炉所需的标准压力，并控制引风机的风量，将焦炉输出烟道内的烟气引送至余热回收管路中。

4.根据权利要求3所述焦炉烟气余热回收的方法，其特征在于在余热回收管路旁并行设置与烟道气采集的输送通路相连通的焦炉烟道气的辅助输送管路，其辅助输送管路经阀门与烟气输出通路连通。

5.根据权利要求4所述焦炉烟气余热回收的方法，其特征在于所说余热回收系统包括余热回收锅炉和引风机及阀门，所述余热回收锅炉和引风机串装在焦炉烟道气余热回收管路中，其阀门分别装配在焦炉烟道气余热回收管路的输入和输出端口。

6.根据权利要求5所述焦炉烟气余热回收的方法，其特征在于所说余热回收系统还包括过热器和预热器，过热器和预热器分别安装在余热回收锅炉输入、输出的管路中。

7.根据权利要求6所述焦炉烟气余热回收的方法，其特征在于所说余热回收管路的输出端口置入焦炉烟道气输出通道的烟囱中，其余热回收管路的输出端口为喷嘴状结构。

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