CN102838996A - 一种焦炉荒煤气余热利用方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种焦炉荒煤气余热回收利用方法及装置，属于余热利用技术领域。技术方案是：双层套管（2）的外管（3）包裹在内管（4）外面，形成套管结构，或称为夹层结构，双层套管由进口（5）穿过上升管壳体进入上升管内，在上升管（1）内布置完穿出上升管壳体即为出口（6），双层套管的内管里是流动的工艺介质，夹层内放置导热介质，焦炉上升管内高温荒煤气通过外管把热量传给导热介质，导热介质通过内管把热量传给工艺介质。本发明的积极效是：使换热面不腐蚀粘结焦油或絮状物堵塞，在换热面损坏时，工艺介质漏不入焦炉碳化室，具有节能效果突出、长周期稳定运行、安全可靠、维护修理简便等特点，解决了本领域长期渴望解决的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种焦炉荒煤气余热利用方法和设备，属于焦炉荒煤气余热回收利用技术领域。
背景技术
目前，人们在工业领域积累了丰富的余热利用技术，焦炉荒煤气余热利用也是其中之一，然而，背景技术中，自焦炭企业使用碳化室法烧制焦炭以来，上升管内高温焦炉荒煤气的余热就一直未能有效利用，只能用循环氨水降温把热量白白浪费。有人将荒煤气与夹套内的工艺介质水换热，但是出现换热面粘结焦油、絮状物堵塞问题，换热面损坏后，夹套内工艺介质水漏进碳化室影响焦炭生产。近年来，采用热管技术和导热油技术进行焦炉荒煤气余热利用，都不能长周期稳定运行，主要原因是：这些背景技术都没有克服焦炉煤气换热的困难，当换热系统其它部分故障停止工作时，碳化室法，一炉焦没有生产完，是不能在中途短时间内停炉的，所以出现热管爆管、导热油过热结焦等问题。这些现状在2010年9月14日《中国冶金报》中所刊登的一篇由丰恒夫撰写的“炼焦荒煤气余热回收任重道远”文章中作了详细的说明，该文共包括三部分的内容：一是炼焦荒煤气余热利用的必要性；二是我国炼焦荒煤气余热利用进程；三是加快炼焦荒煤气余热回收技术的研发。该文在第二部分内容的结尾自然段强调指出：“炼焦荒煤气余热回收利用技术在我国近30年的研究历程，其材料、结构不能满足现场工况要求，效率低寿命短，关键技术没有突破，至今尚无成熟、可靠、稳定的大工业化应用实例。”
中国实用新型专利ZL201120324897.5为了解决上述问题公开的方案是：采用气体换热介质进入上升管壳内的换热通道5，经换热表面8被荒煤气加热，吸收热量出来后进入余热利用换热器再将热量放出，进入余热利用换热器内加热需要热量的工艺介质。这里有三个重要条件必须满足才能解决背景技术中的问题：其一，必须是气体换热介质；其二：气体必须是不含氧气的惰性气体；其三，入口温度要在120°C-250°C之间或以上。这是因为要防止换热面冷凝粘结焦油、絮状物堵塞。换热表面8的外壁温度要大于荒煤气露点温度，气体管内给热系数较低，当入口温度大于120°C-250°C时可有效避免荒煤气中焦油冷凝粘结。一旦换热面8损坏，换热介质要漏入荒煤气，如果气体中含有氧气，就会有爆炸的危险；如果使用水或其他液体进入换热通道5，液体的给热系数较大，所以换热面8的壁温决定于液体的温度，而高温的液体不是饱和汽压太高不安全，就是化学性质不稳定，不能安全稳定运行，而温度一低必然会低于荒煤气露点粘结焦油，更可怕的是换热面损坏，液体漏入碳化室形成新的危害。所以当需要加热的工艺介质不是满足上述三条的气体，或是液体时，就要进入余热利用换热器内换热，这样设备增多，热效率低，消耗压缩机动力，工艺系统节点多，流程长，故障率高。
发明内容
本发明目的是提供一种焦炉荒煤气余热利用方法和设备，工艺介质无论是液体或气体、无论温度高低，都能进入上升管内换热,安全可靠，并且使换热面不腐蚀、粘结焦油或絮状物堵塞，受热面损坏，也不向碳化室内漏工艺介质（水），解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：
一种焦炉荒煤气余热利用方法，在焦炉上升管内放置由内管和外管组成双层套管，外管包裹在内管外面，形成套管结构，或称为夹层结构，双层套管的内管里面是流动的工艺介质，双层套管的外管与内管之间放置导热介质，焦炉上升管内高温荒煤气通过外管把热量传给导热介质，导热介质通过内管把热量传给工艺介质。
所述的工艺介质为液体或气体，所述的导热介质为气相或液相材料。
所述的工艺介质为液体或气体，例如：水或水蒸气、氮气等；所述的导热介质为气相或液相材料，例如：导热油或氩气、氮气、二氧化碳等。
一种焦炉荒煤气余热利用设备，包含上升管、由内管和外管组成的双层套管、双层套管在上升管壳体上的进口和出口，外管包裹在内管外面，形成套管结构，或称为夹层结构，双层套管由进口穿过上升管壳体进入上升管内，在上升管内布置完穿出上升管壳体即为出口，双层套管的内管里是流动的工艺介质，外管内放置导热介质，焦炉上升管内高温荒煤气通过外管把热量传给导热介质，导热介质通过内管把热量传给工艺介质。
所述的工艺介质为液体或气体。所述的导热介质为气相或液相材料。所述的导热介质为固相材料。
如果采用固相材料有缝隙导热差、无缝隙受热后膨胀量不同，挤压变形而破坏，固相粉末受热膨胀时下沉，遇冷不能完全返回，久而久之，上面出空隙，下面挤压变形而破坏，但是有可靠技术能够克服上述困难时，固相照样可以作为导热介质。
所述的双层套管在上升管内螺旋状布置，可以是多只螺旋状双层套管。
工作时高温的焦炉荒煤气流进上升管内，边向上流动，边通过外管与外管内的导热介质换热，最后流出上升管，吸收荒煤气余热的导热介质通过内管把热量传给内管里的工艺介质，由进口流入内管里的的工艺介质吸热后由出口流出，去下一工序。
本发明回收利用焦炉荒煤气余热的部位是在焦炉顶上升管底座法兰至上升管桥管阀体法兰之间，恰恰是焦炉上升管的位置，特别适用于旧焦炉的改造。回收的热量最终传递给了工艺介质，使工艺介质的温度升高或产生蒸汽，最重要的是采用增加一层外管的方法，成功地解决了传热面粘结焦油或絮状物堵塞和内管的传热面损坏，工艺介质（如水）漏不入碳化室的问题，这里需要解释一下：我们知道热量由高向低自动传导，在荒煤气向工艺介质传热过程中，荒煤气温度高于外管温度，外管温度高于导热介质温度，导热介质温度高于内管温度，内管温度高于工艺介质温度，外管温度就高于内管温度，更重要的是外管壁温可以随内外管间隙大小以及导热介质的不同而变化，外管温度高于露点时，荒煤气中焦油无法冷凝粘结在外管表面，形成絮状物堵塞；外管在空间上完全包容内管，内管传热面损坏，由于外管阻挡，工艺介质进不了碳化室，所以使用安全可靠；安装调试投入运行，不影响焦炉的正常生产。
采用本发明，为防止出现荒煤气出口温度偏高问题，把有效的余热全部合理回收，采用增大传热面的技术措施，包括：增加双层套管在上升管内的布置长度或只数、表面增加翅片等。
双层套管的内管通入工艺介质，外管通入导热介质，工艺介质无论是液体或气体，无论温度高低，均可以使用，并且由于套管结构，消除了安全隐患，彻底解决了背景技术中实用新型专利201120324897.5存在的三大问题，使用本专利没有条件限制，可广泛应用于各种条件的场所。
本发明的积极效是：需要换热的工艺介质不论是气体或液体都能进入上升管内加热，不需其他余热利用换热器，并且使换热面不腐蚀粘结焦油或絮状物堵塞，在换热面损坏时，工艺介质漏不入焦炉碳化室，具有节能效果突出、长周期稳定运行、安全可靠、维护修理简便等特点，解决了本领域长期渴望解决的技术问题。
附图说明
附图1是本发明实施例示意图；
图中：上升管1、双层套管2、外管3、内管4、进口5、出口6。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明
一种焦炉荒煤气余热利用设备，包含上升管1、由内管4和外管3组成的双层套管2、双层套管在上升管壳体上的进口5和出口6，双外管包裹在内管外面，形成套管结构，或称为夹层结构，双层套管由进口穿过上升管壳体进入上升管内，在上升管内布置完穿出上升管壳体即为出口，双层套管的内管里是流动的工艺介质，外管内放置导热介质，焦炉上升管内高温荒煤气通过外管把热量传给导热介质，导热介质通过内管把热量传给工艺介质；所述的工艺介质为液体或气体，所述的导热介质为气相（例如水蒸气、惰性气体等）或液相（例如导热油等）材料。
所述上升管分别与上升管桥管阀体、上升管底座相联；内管4和外管3为封闭腔体结构，即夹层，并在里面放置导热介质，工艺介质由进口5流入内管4由出口6流出。
工作时高温的焦炉荒煤气流进上升管内，边向上流动，边通过外管与外管内的导热介质换热，最后流出上升管，吸收荒煤气余热的导热介质通过内管把热量传给内管里的工艺介质，由入口流入内管里的的工艺介质吸热后由出口流出，去下一工序。
附图说明：在上升管1内布置双层套管2，双层套管2由 外管3和内管4组成，上升管上设有工艺介质进口5和出口6，双层套管2于进口5处穿人出口6处穿出上升管壳体，内管4里是流动的工艺介质（如水等），夹层内选择性放置导热介质，高温荒煤气通过外管3把热量传给导热介质，导热介质通过内管4把热量传给工艺介质。
Claims (8)
1.一种焦炉荒煤气余热利用方法，其特征在于：在焦炉上升管内放置由内管和外管组成双层套管，外管包裹在内管外面，形成套管结构，或称为夹层结构，双层套管的内管里面是流动的工艺介质，双层套管的外管与内管之间放置导热介质，焦炉上升管内高温荒煤气通过外管把热量传给导热介质，导热介质通过内管把热量传给工艺介质。
2.根据权利要求1所述之一种焦炉荒煤气余热利用方法，其特征在于所述的导热介质为气相或液相材料。
3.根据权利要求1所述之一种焦炉荒煤气余热利用方法，其特征在于所述的导热介质为固相材料。
4.根据权利要求1或2所述之一种焦炉荒煤气余热利用方法，其特征在于回收利用焦炉荒煤气余热的部位是在炉顶上升管底座法兰至上升管桥管阀体法兰之间，是焦炉上升管的位置。
5.根据权利要求1或2所述之一种焦炉荒煤气余热利用方法，其特征在于为防止出现荒煤气出口温度偏高问题，采用增大传热面的技术措施，包括：增加双层套管在上升管内的布置长度或只数；表面增加翅片。
6.一种焦炉荒煤气余热利用设备，其特征在于：包含上升管（1）、由内管（4）和外管（3）组成的双层套管（2）、双层套管在上升管壳体上的进口（5）和出口（6），外管包裹在内管外面，形成套管结构，或称为夹层结构，双层套管由进口穿过上升管壳体进入上升管内，在上升管内布置完穿出上升管壳体即为出口，双层套管的内管里是流动的工艺介质，外管与内管之间放置导热介质，焦炉上升管内高温荒煤气通过外管把热量传给导热介质，导热介质通过内管把热量传给工艺介质；所述的工艺介质为液体或气体，所述的导热介质为气相或液相材料。
7.根据权利要求6所述之一种焦炉荒煤气余热利用设备，其特征在于所述上升管分别与上升管桥管阀体、上升管底座相联。
8.根据权利要求6或7所述之一种焦炉荒煤气余热利用设备，其特征在于在所述的双层套管在上升管内螺旋状布置。
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