CN104059676A - 上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法及设备，属于焦炉上升管荒煤气余热回收技术领域。技术方案是：出汽管（13）和进水管（14）一起弯成L型结构（1），L型结构的水平段端部设有可拆卸连接头（22），垂直段端部设有防结焦头（24）；出汽管与汽包（9）连接，进水管与进水系统连接；出汽管使荒煤气与进水管隔离，使出汽管外部不低于结焦温度，同时蒸汽上升逐步加热进水，使进水完全气化。本发明热交换过程通过高温热电偶检测温度，控制进水的水量，从而实现设备外部避免结焦；本发明实现荒煤气余热回收，完全独立式安装，克服了上升管内换热设备易结焦、爆管、安装难、更换及维护成本高等问题，而且换热量大。

Description

上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法及设备

技术领域

本发明涉及一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法及设备，能够实现稳定换热、独立除焦、独立安装、快速更换，属于焦炉上升管荒煤气余热回收技术领域。

背景技术

焦炉上升管焦化室出口荒煤气温度约为750℃左右，荒煤气经上升管后进入桥管，在桥管段经喷洒的氨水冷却后进入集气管，此时荒煤气温度降低到85℃。由荒煤气带走的热量占炼焦总热量的36%，用循环氨水虽然能够迅速降低荒煤气的温度，但工艺较复杂、运行成本高、维护量大，冷却后的氨水通过蒸发脱氨后循环使用，不仅大量氨水被消耗，而且荒煤气余热未被利用。目前，国内上升管余热利用的主要方式有：

1、上升管外壁上焊接环形夹套，在夹套下部通入软水，在夹套内水与热荒煤气换热，煤气温度降到450-500℃，水则吸热变成汽水混合物，在夹套上部排出并通过管道送至汽包，汽包内经过汽水分离后，低压饱和蒸汽(一般为0.4-0.7MPa)外供，而饱和水通过管道自流送入上升管夹套下部循环使用。由于夹套容易变形和炸裂、更换成本高、影响生产等原因此类应用未被推广；

2、上升管夹套结构，与汽化上升管相似，区别在于吸收上升管荒煤气余热的介质是导热油或是蒸汽, 导热油循环使用。2006年，济钢和济南冶金设备公司在济钢6 m焦炉的5个上升管上进行了导热油回收荒煤气热量的生产试验。2013年唐山达丰焦化厂也安装了蒸汽换热夹套用于无水蒸氨。由于介质在有限换热面积下未发生相变，此方案投资大且回收热量有限；

3、2008年, 南京圣诺热管有限公司开发出了利用分离式热管回收上升管荒煤气热量的技术，并在上海梅山钢铁股份有限公司的4米3焦炉的一个上升管上进行了连续性试验。此方案的缺点是结焦严重，影响荒煤气导出；

4、外套管+盘管形式，与上升管汽化冷却原理相似，结构进行了改进。2012年武钢做了工业试验，此方案投资大，有爆管现象。

发明内容

本发明提供一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法及设备，利用热管专用换热设备，使进水汽化换热，实现了相变过程，换热量大，独特的防结焦技术、特有的结构及完全独立式安装，避免结焦、爆管、更换困难等问题，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，包含出汽管、进水管、出汽口、进水口、可拆卸连接头和防结焦头；出汽管内设有进水管，进水管下端不封闭，出汽管的下端封闭，出汽管下端设有防结焦头，防结焦头为圆锥结构，锥尖向下；出汽管和进水管的上端与可拆卸连接头连接，可拆卸连接头上设有出汽口和进水口，进水口与出汽口在可拆卸连接头上独立平行布置，出汽口与出汽管上端连通，进水口与进水管上端连通；进水管设置于出汽管内，为一体式结构，出汽管和进水管一起弯成L型结构，L型结构的水平段端部设有可拆卸连接头，垂直段端部设有防结焦头；L型结构的水平段和垂直段安装在上升管内，水平段端部穿出上升管。

所述进水管内设有进水旋流器；所述可拆卸连接头的出汽口与汽包连接，可拆卸连接头的进水口与进水系统连接，进水系统包含脱盐水蓄水箱、水泵和电动调节阀。

所述可拆卸连接头上设有高温热电偶保护套，高温热电偶保护套内设有高温热电偶；高温热电偶连接控制器，控制器转换信号输送给电动调节阀，电动调节阀控制进水系统的进水量，控制出汽管外管壁温度，实现防结焦功能。

所述上升管开有安装孔，L型结构通过上升管顶部进入，进入上升管后，L型结构水平段从安装孔送出，L型结构的水平段端部穿过上升管开孔处，外部通过可拆卸连接头分别与汽包和供水系统连接，可拆卸连接头与上升管连接法兰连接，拆装便捷。

所述的L型结构，由内部进水管与外部出汽管直接机械弯制而成，为一体结构，保证了换热装备的整体性；本发明内部进水与外部出汽一体式结构，外部出汽管不仅实现了蒸汽导出功能，而且出汽管使荒煤气与进水管隔离，使出汽管外部不低于结焦温度，同时蒸汽上升逐步加热进水，使进水完全气化，同时实现了上升管与本发明可以独立工作互不影响。

所述上升管与进汽管之间设有防弯支架；进水管与出汽管之间设有进水管固定件。

此外，本发明还有配置相关辅助设备和仪表，包括汽包及汽包相关设备、脱盐水蓄水箱、压力表、温度表、开关阀门等。

本发明可以独立安装与更换、拥有上述结构及除焦技术，换热设备成独立系统，采用简单上升管开孔插入方式，不用更换上升管，不影响生产，更换成本及维护成本低，本发明可以称为“独立插入式”换热管，这也是本发明与背景技术上升管换热装置本质区别。

本发明的防结焦技术：1）防结焦头，圆锥结构，锥尖向下，实现液态焦油在自重的状况下，自动排出；2）温控热膨胀除焦；在可拆卸连接头上设有高温热电偶，采集出汽口处的温度，控制进水系统的进水量，控制出汽管外管壁温度，实现防结焦功能；控制出汽管外管壁温度在焦油露点温度以上（焦油结焦温度在400℃以下），具体控制方式为：首先测出出汽口结焦温度范围，高温热电偶把信号送至控制器内，控制进水系统的电动调节阀，控制进水量，实现出汽口温度的恒定，实现出汽管外管壁焦油不结焦；3）微膨胀及干烧；上升管内荒煤气组成成分复杂，如果焦油及其他物质附着在出汽管的外管壁上，电动调节阀关闭，停止供水，实现对出汽管的外管壁的干烧，使温度达到附着物液化及汽化的目的；如果产生积碳，在干烧的过程中，出汽管的外管壁可以实现热膨胀，出汽管的外管壁与积碳热膨胀系数不一致，从而剥离积碳。通过上述防结焦技术，可以很好解决结焦及积碳问题。

上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法，使用上述上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，具体步骤如下：

①可拆卸连接头的出汽口与汽包连接；将脱盐水储存于脱盐水蓄水箱内，脱盐水蓄水箱内脱盐水通过水泵、电动调节阀送入可拆卸连接头的进水口，然后进入进水管；

②进水通过进水管内部的进水旋流器旋流分离，顺着进水管的管壁向下，逐步预热，进水在到达进水管最低端前汽化，再沿出汽管上升、加热至饱和、过热状态，沿出汽口排出，进入汽包内，直接供工艺使用，完成对上升管荒煤气热量的回收。

本发明为防止上升管内的出汽管外管结焦，工艺步骤如下： 1）防结焦头，圆锥结构，锥尖向下，实现液态焦油在自重的状况下，自动排出；2）温控热膨胀除焦；在可拆卸连接头上设有高温热电偶，采集出汽口处的温度，控制进水系统的进水量，控制出汽管外管壁温度，实现防结焦功能；控制出汽管外管壁温度在焦油露点温度以上（焦油结焦温度在400℃以下），具体控制方式为：首先测出出汽口结焦温度范围，高温热电偶把信号送至控制器内，控制进水系统的电动调节阀，控制进水量，实现出汽口温度的恒定，实现出汽管外管壁焦油不结焦；3）微膨胀及干烧；上升管内荒煤气组成成分复杂，如果焦油及其他物质附着在出汽管的外管壁上，电动调节阀关闭，停止供水，实现对出汽管的外管壁的干烧，使温度达到附着物液化及汽化的目的；如果产生积碳，在干烧的过程中，出汽管的外管壁可以实现热膨胀，出汽管的外管壁与积碳热膨胀系数不一致，从而剥离积碳。通过上述防结焦技术，可以很好解决结焦及积碳问题。

本发明汽包内的回收的蒸汽，可以直接供工艺使用。

本发明的有益效果是：本发明结构独特、防结焦技术完备，利用防结焦技术及电动调节阀控制进水水量，解决了上升管换热设备结焦、爆管及投资大等问题。本发明通过相变回收，回收热量大、回收效果好、系统运行稳定。上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备在上升管内部插入，一个上升管内部可以插入一个或多个，换热量大；通过控制温度，实现了换热装置不结焦；上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，投资小、更换简便、时间短、更换不影响生产，更换成本低，易于推广。

附图说明

图1是本发明实施例系统示意图；

图2是本发明实施例L型结构示意图；

图3是本发明实施例连接头示意图；

图4是本发明实施例L型结构在上升管内安装示意图；

图中：L型结构1、上升管2、脱盐水进水口3、脱盐水蓄水箱4、水泵5、电动调节阀6、高温热电偶7、控制器8、汽包9、排汽孔10、安全阀11、排水补水口12、出汽管13、进水管14、进水管固定件15、进水旋流器16、出汽口19、进水口20、热电偶保护套21、可拆卸连接头22、防弯支架23、防结焦头24、上升管连接法兰25。

具体实施方式

以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。

在实施例中，上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，包含出汽管13、进水管14、出汽口19、进水口20、可拆卸连接头22和防结焦头24；出汽管内设有进水管，进水管下端不封闭，出汽管的下端封闭，出汽管下端设有防结焦头，防结焦头为圆锥结构，锥尖向下；出汽管和进水管的上端与可拆卸连接头连接，可拆卸连接头上设有出汽口和进水口，进水口与出汽口在可拆卸连接头上独立平行布置，出汽口与出汽管上端连通，进水口与进水管上端连通；进水管设置于出汽管内，为一体式结构，出汽管和进水管一起弯成L型结构1，L型结构的水平段端部设有可拆卸连接头，垂直段端部设有防结焦头；L型结构的水平段和垂直段安装在上升管2内，水平段端部穿出上升管。

所述进水管内设有进水旋流器16；所述可拆卸连接头的出汽口与汽包9连接，可拆卸连接头的进水口与进水系统连接，进水系统包含脱盐水蓄水箱4、水泵5和电动调节阀6。

所述可拆卸连接头上设有高温热电偶保护套21，高温热电偶保护套内设有高温热电偶7；高温热电偶连接控制器8，控制器转换信号输送给电动调节阀6，电动调节阀控制进水系统的进水量，控制出汽管外管壁温度，实现防结焦功能。

所述上升管开有安装孔，L型结构通过上升管顶部进入，进入上升管后，L型结构水平段从安装孔送出，L型结构的水平段端部穿过上升管开孔处，外部通过可拆卸连接头分别与汽包和供水系统连接，可拆卸连接头与上升管连接法兰25连接，拆装便捷。

所述的L型结构，由内部进水管14与外部出汽管13直接机械弯制而成，为一体结构，保证了换热装备的整体性；本发明外部出汽管不仅实现了蒸汽导出功能，而且出汽管使荒煤气与进水管隔离，使出汽管外部不低于结焦温度，同时蒸汽上升逐步加热进水，使进水完全气化，同时实现了上升管与本发明可以独立工作互不影响。

所述上升管与进汽管之间设有防弯支架23；进水管与出汽管之间设有进水管固定件15。

此外，本发明还有配置相关辅助设备和仪表，包括汽包及汽包相关设备、脱盐水蓄水箱、压力表、温度表、开关阀门等。

本发明可以独立安装与更换、拥有上述结构及除焦技术，换热设备成独立系统，采用简单上升管开孔插入方式，不用更换上升管，不影响生产，更换成本及维护成本低，本发明可以称为“独立插入式”换热管，这也是本发明与背景技术上升管换热装置本质区别。

上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法，使用上述上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，具体步骤如下：

①可拆卸连接头的出汽口与汽包9连接；将脱盐水储存于脱盐水蓄水箱4内，脱盐水蓄水箱内脱盐水通过水泵5、电动调节阀6送入可拆卸连接头的进水口20，然后进入进水管14；

②进水通过进水管内部的进水旋流器16旋流分离，顺着进水管的管壁向下，逐步预热，进水在到达进水管14最低端前汽化，再沿出汽管13上升、加热至饱和、过热状态，沿出汽口19排出，进入汽包9内，直接供工艺使用，完成对上升管荒煤气热量的回收。

本发明为防止上升管内的出汽管外管结焦，工艺步骤如下： 1）防结焦头，圆锥结构，锥尖向下，实现液态焦油在自重的状况下，自动排出；2）温控热膨胀除焦；在可拆卸连接头22上设有高温热电偶7采集出汽口处的温度，控制进水系统的进水量，控制出汽管13外管壁温度，实现防结焦功能；控制出汽管外管壁温度在焦油露点温度以上（焦油结焦温度在400℃以下），具体控制方式为：首先测出出汽口结焦温度范围，高温热电偶把信号送至控制器8内，控制进水系统的电动调节阀6，控制进水量，实现出汽口19温度的恒定，实现出汽管外管壁焦油不结焦；3）微膨胀及干烧；上升管内荒煤气组成成分复杂，如果焦油及其他物质附着在出汽管的外管壁上，电动调节阀6关闭，停止供水，实现对出汽管的外管壁的干烧，使温度达到附着物液化及汽化的目的；如果产生积碳，在干烧的过程中，出汽管的外管壁可以实现热膨胀，出汽管的外管壁与积碳热膨胀系数不一致，从而剥离积碳。通过上述防结焦技术，可以很好解决结焦及积碳问题。

本发明汽包内的回收的蒸汽，可以直接供工艺使用。

本发明更具体实施方式：上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备制作，首先选取及裁制出汽管13和进水管14，量取导出汽管内尺寸，焊接进水管固定件15，量取进水管位置，内部安装进水旋流器16，把进水管与出汽管组装、弯制，预制可拆卸连接头22，包含出汽口19接头 (丝扣)、高温热电偶保护套20、进水口21接头（丝扣），可拆卸连接头22为变径接头，可拆卸连接头的直径较小一端与出汽管连接，出汽管在可拆卸连接头内与出汽口19接头丝扣连接，进水管在可拆卸连接头内与进水口20接头丝扣连接，可拆卸连接头的直径较大一端与上升管连接法兰连接；可拆卸连接头22及出汽口19接头(丝扣)、高温热电偶保护套20、进水口21接头（丝扣）全部焊接，保证接口密封。

热交换过程：循环水通过进水管11进入，在进水管内部通过进水旋流器12的旋流分离，顺着进水管的管壁向下，逐步预热，在进水管最低端汽化；再沿出汽管10上升，加热至饱和、过热状态，沿出汽口13排出，进入汽包9，直接供工艺使用，完成回收上升管荒煤气热量。

Claims (9)

1.一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，其特征在于：包含出汽管（13）、进水管（14）、出汽口（19）、进水口（20）、可拆卸连接头（22）和防结焦头（24）；出汽管内设有进水管，进水管下端不封闭，出汽管的下端封闭，出汽管下端设有防结焦头，防结焦头为圆锥结构，锥尖向下；出汽管和进水管的上端与可拆卸连接头连接，可拆卸连接头上设有出汽口和进水口，出汽口与出汽管上端连通，进水口与进水管上端连通；进水管设置于出汽管内，为一体式结构，出汽管和进水管一起弯成L型结构（1），L型结构的水平段端部设有可拆卸连接头，垂直段端部设有防结焦头；L型结构的水平段和垂直段安装在上升管（2）内，水平段端部穿出上升管。

2.根据权利要求1所述的一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，其特征在于：所述进水管内设有进水旋流器（16）；所述可拆卸连接头的出汽口与汽包（9）连接，可拆卸连接头的进水口与进水系统连接，进水系统包含脱盐水蓄水箱（4）、水泵（5）和电动调节阀（6）。

3.根据权利要求1或2所述的一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，其特征在于：所述可拆卸连接头上设有高温热电偶保护套（21），高温热电偶保护套内设有高温热电偶（7）；高温热电偶连接控制器（8），控制器转换信号输送给电动调节阀（6），电动调节阀控制进水系统的进水量，控制出汽管外管壁温度。

4.根据权利要求1所述的一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，其特征在于所述上升管开有安装孔，L型结构通过上升管顶部进入，进入上升管后，L型结构水平段从安装孔送出，L型结构的水平段端部穿过上升管开孔处，外部通过可拆卸连接头分别与汽包和供水系统连接，可拆卸连接头与上升管连接法兰（25）连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，其特征在于所述的L型结构，由内部进水管（14）与外部出汽管（13）直接机械弯制而成，为一体结构。

6.根据权利要求1或2所述的一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，其特征在于所述上升管与进汽管之间设有防弯支架（23）；进水管与出汽管之间设有进水管固定件（15）。

7.一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法，其特征在于使用权利要求1所限定的上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出设备，具体步骤如下：

①可拆卸连接头的出汽口与汽包（9）连接；将脱盐水储存于脱盐水蓄水箱（4）内，脱盐水蓄水箱内脱盐水通过水泵（5）、电动调节阀（6）送入可拆卸连接头的进水口（20），然后进入进水管（14）；

②进水通过进水管内部的进水旋流器（16）旋流分离，顺着进水管的管壁向下，逐步预热，进水在到达进水管（14）最低端前汽化，再沿出汽管（13）上升、加热至饱和、过热状态，沿出汽口（19）排出，进入汽包（9）内，供工艺使用，完成对上升管荒煤气热量的回收。

8.根据权利要求7所述的一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法，为防止上升管内的出汽管外管结焦，其特征在于工艺步骤如下：

①防结焦头，圆锥结构，锥尖向下，实现液态焦油在自重的状况下，自动排出；

②温控热膨胀除焦；在可拆卸连接头（22）上设有高温热电偶（7）采集出汽口处的温度，控制进水系统的进水量，控制出汽管（13）外管壁温度，实现防结焦功能；控制出汽管外管壁温度在焦油露点温度以上，具体控制方式为：首先测出出汽口结焦温度范围，高温热电偶把信号送至控制器（8）内，控制进水系统的电动调节阀（6），控制进水量，实现出汽口（19）温度的恒定，实现出汽管外管壁焦油不结焦；

③微膨胀及干烧；如果焦油及其他物质附着在出汽管的外管壁上，电动调节阀（6）关闭，停止供水，实现对出汽管的外管壁的干烧，使温度达到附着物液化及汽化；如果产生积碳，在干烧的过程中，出汽管的外管壁可以实现热膨胀，出汽管的外管壁与积碳热膨胀系数不一致，从而剥离积碳。

9.根据权利要求7或8所述的一种上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法，其特征在于汽包内的回收的蒸汽，直接供生产工艺使用。