CN104479693A - 焦炉荒煤气显热回收系统及回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了焦炉荒煤气显热回收系统及回收方法，它包括上升管换热组、汽水系统和熔盐系统，所述上升管换热组包括多个并列连接的上升管换热装置；所述汽水系统包括强制循环泵、给水进口集箱、汽水出口集箱、汽包和给水泵，所述给水泵、汽包、汽水出口集箱、上升管换热装置、给水进口集箱、强制循环泵通过管道顺序连通，强制循环泵的另一端与汽包上的下降管管道连通；所述熔盐系统包括熔盐储槽、熔盐泵、熔盐进口集箱和熔盐出口集箱，所述熔盐储槽、熔盐泵、熔盐进口集箱、上升管换热装置、熔盐出口集箱依次通过管道首尾连通。具有以下优点：高效、安全地回收荒煤气显热，避免出现漏水、高温下导热介质变质等问题。

Description

焦炉荒煤气显热回收系统及回收方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金节能减排、二次能源回收技术领域，特别涉及一种焦炉荒煤气显热回收系统及回收方法。

背景技术

炼焦生产过程中有着大量的余热、余能资源，焦炉热支出绝大部分都是可利用的余热，其中：焦炭显热占37%～40%，废气显热占18%～20%，荒煤气显热占30%～35%，三项余热合计占90%左右，即占焦化生产能耗的近70%。按2010年焦炭产量3.88亿吨计算，我国焦炉余热资源总量约1.6亿吨标煤，可以回收利用的约占30%～50%，即4800万～8000万吨标煤，其中荒煤气显热约1600万～2700万吨标煤。不管对于焦化企业还是余热回收设备制造企业，焦炉荒煤气余热回收都是值得关注和投入的方向，具有广阔的市场前景。

目前绝大部分焦炉采用喷洒氨水的方式对荒煤气进行冷却，在将600～750℃的荒煤气冷却至80～100℃的同时，产生了大量80℃左右的氨水，致使荒煤气中大量的中温余热被白白浪费掉，而且消耗了大量氨水和电能。

为回收荒煤气显热，国内外相继发展了上升管汽化水夹套、分离式热管、上升管导热油夹套、上升管内填充导热介质与盘管换热等技术。上升管汽化水夹套技术在使用中出现了夹套焊缝破裂导致水漏入炭化室的问题，而且受安全限制所产蒸汽参数较低，因此以前曾使用的十几家焦化企业目前基本停用；分离式热管技术结构复杂，需在多处斜穿上升管内壁，推广受到限制；起源于日本的上升管导热油夹套技术存在长期高温下导热油变质影响传热的问题，而且其使用温度受到限制，通常其工作温度不超过400℃；近几年部分焦化企业开发了在上升管内外筒之间填充粉末状导热介质（如氮化铝），将上升管内筒导入的荒煤气显热由导热介质传给其间盘管中的给水产生饱和蒸气的技术，该技术构思新颖，但由于导热介质粉末与内筒和盘管之间接触热阻很大，其换热效果受到影响，试验中出现上升管根部因冷却不够而焊缝开裂，荒煤气直接进入上升管内外筒之间烧坏盘管的现象。为了安全、高效地回收焦炉荒煤气显热，减少冷却氨水用量和污水处理量，改善炉顶平台操作环境，亟需开发结构合理、安装维护方便的新型焦炉荒煤气显热回收系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种焦炉荒煤气显热回收系统及回收方法，高效、安全地回收荒煤气显热，避免出现漏水、高温下导热介质变质等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的焦炉荒煤气显热回收系统，它包括上升管换热组、汽水系统和熔盐系统，所述上升管换热组包括多个并列连接的上升管换热装置；所述汽水系统包括强制循环泵、给水进口集箱、汽水出口集箱、汽包和给水泵，所述给水泵、汽包、汽水出口集箱、上升管换热装置、给水进口集箱、强制循环泵通过管道顺序连通，强制循环泵的另一端与汽包上的下降管管道连通；所述熔盐系统包括熔盐储槽、熔盐泵、熔盐进口集箱和熔盐出口集箱，所述熔盐储槽、熔盐泵、熔盐进口集箱、上升管换热装置、熔盐出口集箱依次通过管道首尾连通。

作为优选，所述上升管换热装置包括内筒和外筒，所述内筒和外筒构成夹套空间，所述夹套空间内设有螺旋盘管和熔盐导热介质，所述熔盐导热介质填充于夹套空间与螺旋盘管之间的空隙。选用熔盐作为夹套空间的导热介质，耐热稳定好，熔盐不爆炸，不燃烧，腐蚀性低，600℃以下时几乎不产生蒸汽，即使泄露其蒸汽也无毒性，常压下即可达较高的使用温度，非常适合用于回收荒煤气显热。盘管不与荒煤气接触，而且易于密封，焊缝少，杜绝了水漏入炭化室的现象。

作为优选，所述外筒上设置有安全阀接口、熔盐进口、熔盐出口、给水进口和汽水混合物出口，所述给水进口位于外筒底部，与螺旋盘管的下方管口连接；汽水混合物出口位于外筒顶部，与螺旋盘管的上方管口连接；安全阀接口和熔盐出口位于外筒的顶部，熔盐进口位于外筒的底部；所述内筒上设置有熔盐排放口，熔盐排放口位于内筒的底部；所述给水进口与给水进口集箱连通，汽水混合物出口与汽水出口集箱连通；所述熔盐进口与熔盐进口集箱连通，熔盐出口与熔盐出口集箱连通。

作为优选，所述内筒在下部外翻后与外筒焊接，外筒在上部内翻折边后与内筒焊接。内筒在下部外翻后与外筒焊接，使焊缝不与高温荒煤气接触，可以避免以往水夹套技术经常出现的焊缝受热开裂现象。

作为优选，所述夹套空间中的熔盐导热介质为由硝酸钠+硝酸钾组成的二元熔盐或由硝酸钾+亚硝酸钠+硝酸钠组成的三元熔盐。具体选择何种熔盐和熔盐配比视焦炉荒煤气性质和所要生产的蒸汽参数而定。

作为优选，所述内筒垂直处的底部焊接有支撑筒。

作为优选，所述螺旋盘管为单头或者多头。

作为优选，所述各段管道上设有阀门。

本发明提供的焦炉荒煤气显热回收系统的回收方法，具体步骤为：

1）从炭化室逸出的焦炉荒煤气从下至上由上升管换热装置内筒内壁所形成的通道中流过，将热量通过内筒的壁面传给夹套空间中的熔盐导热介质，荒煤气冷却至约500℃，从上升管换热装置顶部排出；

2）熔盐储槽中的液态熔盐在熔盐泵的驱动下进入熔盐进口集箱，由熔盐进口集箱分配给上升管换热组中的多个上升管换热装置的熔盐进口，从熔盐进口进入上升管换热装置的内筒和外筒形成的夹套空间，从下至上流过夹套空间，吸收来自荒煤气的热量并传给螺旋盘管中的给水，然后从上升管换热装置的熔盐出口流出，多个上升管换热装置的熔盐汇合到熔盐出口集箱，返回熔盐储槽；

3）除氧给水经给水泵进入汽包，汽包中的水从下降管流出，经强制循环泵进入给水进口集箱，由给水进口集箱分配给上升管换热组中的多个上升管换热装置的给水进口，从给水进口进入上升管换热装置的螺旋盘管，吸取熔盐热量后部分给水蒸发，汽水混合物从上升管换热装置的汽水混合物出口流出，多个上升管换热装置的汽水混合物汇合到汽水出口集箱，通过管道进入汽包，进行汽水分离后得到饱和蒸汽。

采用以上结构后，本发明的焦炉荒煤气显热回收系统及回收方法与现有技术相比，具有以下优点：

1）导热介质稳定性好，不会在高温环境下变质而影响传热效果。本发明选用熔盐作为夹套空间的导热介质，耐热稳定好。以三元熔盐（53%硝酸钾、40%亚硝酸钠、7%硝酸钠）为例，其熔点为142℃，沸点为680℃，在荒煤气显热回收的温度范围内性质稳定。

2）安全性好。熔盐不爆炸，不燃烧，腐蚀性低，600℃以下时几乎不产生蒸汽，即使泄露其蒸汽也无毒性，常压下即可达较高的使用温度，非常适合用于回收荒煤气显热。

3）本发明的夹套空间结构合理，内筒在下部外翻后与外筒焊接，使焊缝不与高温荒煤气接触，可以避免以往水夹套技术经常出现的焊缝受热开裂现象。

4）可产生更高温度的蒸汽，提高余热回收效率和品位。与导热油相比，在相同的压力下熔盐可获得更高的使用温度，常压下可达500℃以上，其传热系数是其他载热体的2倍左右。同时，本发明采用了螺旋盘管的换热方式，给水行程长，换热系数高。因此，进一步说明本发明可产生更高温度的蒸汽，提高余热回收效率和品位。

附图说明

图1为本发明的回收系统示意图；

图2为本发明的上升管换热装置结构示意图。

其中：100、上升管换热组，101、支撑筒，102、熔盐排放口，103、给水进口，104、外筒，105、内筒，106、螺旋盘管，107、熔盐导热介质，108、熔盐出口，109、安全阀接口，110、汽水混合物出口，111、熔盐进口；200、汽水系统，201、强制循环泵，202、给水进口集箱，203、汽水出口集箱，204、汽包，205、给水泵，300、熔盐系统，301、熔盐储槽，302、熔盐泵，303、熔盐进口集箱，304、熔盐出口集箱。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本实施例提供的焦炉荒煤气显热回收系统，它包括上升管换热组100、汽水系统200和熔盐系统300，所述上升管换热组100包括多个并联的上升管换热装置，所述汽水系统200包括强制循环泵201、给水进口集箱202、汽水出口集箱203、汽包204和给水泵205，所述给水泵205、汽包204、汽水出口集箱203、上升管换热装置、给水进口集箱202、强制循环泵201通过管道顺序连通，强制循环泵201的另一端与汽包204上的下降管管道连通；所述熔盐系统300包括熔盐储槽301、熔盐泵302、熔盐进口集箱303和熔盐出口集箱304，所述熔盐储槽301、熔盐泵302、熔盐进口集箱303、上升管换热装置、熔盐出口集箱304依次通过管道首尾连通，所述各段管道上设有阀门。

如图2所示，所述上升管换热装置包括内筒105和外筒104，所述内筒105和外筒104构成夹套空间，所述夹套空间内设有螺旋盘管106和熔盐导热介质107，所述熔盐导热介质107填充于夹套空间与螺旋盘管106之间的空隙，所述外筒104上设置有安全阀接口109、熔盐进口111、熔盐出口108、给水进口103和汽水混合物出口110，所述给水进口103位于外筒104底部，与螺旋盘管106的下方管口连接；汽水混合物出口110位于外筒104顶部，与螺旋盘管106的上方管口连接；安全阀接口109和熔盐出口108位于外筒104的顶部，熔盐进口111位于外筒104的底部；所述内筒105上设置有熔盐排放口102，熔盐排放口102位于内筒105的底部；所述给水进口103与给水进口集箱202连通，汽水混合物出口110与汽水出口集箱203连通；所述熔盐进口111与熔盐进口集箱303连通，熔盐出口108与熔盐出口集箱304连通，所述螺旋盘管106为单头或者多头。

内筒105在下部外翻180°后与外筒104焊接，外筒104在上部内翻折边后与内筒105焊接，所述内筒105垂直处的底部焊接有支撑筒101。

所述夹套空间中的熔盐导热介质107为由硝酸钠+硝酸钾组成的二元熔盐或由硝酸钾+亚硝酸钠+硝酸钠组成的三元熔盐。

焦炉荒煤气显热回收系统的回收方法，其工作过程为：

1）从炭化室逸出的焦炉荒煤气从下至上由上升管换热装置内筒105内壁所形成的通道中流过，将热量通过内筒105的壁面传给夹套空间中的熔盐导热介质107，荒煤气冷却至约500℃，从上升管换热装置顶部排出；

2）熔盐储槽301中的液态熔盐在熔盐泵302的驱动下进入熔盐进口集箱303，由熔盐进口集箱303分配给上升管换热组中的多个上升管换热装置的熔盐进口111，从熔盐进口111进入上升管换热装置的内筒105和外筒104形成的夹套空间，从下至上流过夹套空间，吸收来自荒煤气的热量并传给螺旋盘管106中的给水，然后从上升管换热装置的熔盐出口108流出，多个上升管换热装置的熔盐汇合到熔盐出口集箱304，返回熔盐储槽301；

3）除氧给水经给水泵205进入汽包204，汽包204中的水从下降管流出，经强制循环泵201进入给水进口集箱202，由给水进口集箱202分配给上升管换热组中的多个上升管换热装置的给水进口103，从给水进口103进入上升管换热装置的螺旋盘管106，吸取熔盐热量后部分给水蒸发，汽水混合物从上升管换热装置的汽水混合物出口110流出，多个上升管换热装置的汽水混合物汇合到汽水出口集箱203，通过管道进入汽包204，进行汽水分离后得到饱和蒸汽。

Claims (9)

1.一种焦炉荒煤气显热回收系统，其特征在于：它包括上升管换热组、汽水系统和熔盐系统，所述上升管换热组包括多个并列连接的上升管换热装置；所述汽水系统包括强制循环泵、给水进口集箱、汽水出口集箱、汽包和给水泵，所述给水泵、汽包、汽水出口集箱、上升管换热装置、给水进口集箱、强制循环泵通过管道顺序连通，强制循环泵的另一端与汽包上的下降管管道连通；所述熔盐系统包括熔盐储槽、熔盐泵、熔盐进口集箱和熔盐出口集箱，所述熔盐储槽、熔盐泵、熔盐进口集箱、上升管换热装置、熔盐出口集箱依次通过管道首尾连通。

2.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气显热回收系统，其特征在于：所述上升管换热装置包括内筒和外筒，所述内筒和外筒构成夹套空间，所述夹套空间内设有螺旋盘管和熔盐导热介质，所述熔盐导热介质填充于夹套空间与螺旋盘管之间的空隙。

3.根据权利要求2所述的焦炉荒煤气显热回收系统，其特征在于：所述外筒上设置有安全阀接口、熔盐进口、熔盐出口、给水进口和汽水混合物出口，所述给水进口位于外筒底部，与螺旋盘管的下方管口连接；汽水混合物出口位于外筒顶部，与螺旋盘管的上方管口连接；安全阀接口和熔盐出口位于外筒的顶部，熔盐进口位于外筒的底部；所述内筒上设置有熔盐排放口，熔盐排放口位于内筒的底部；所述给水进口与给水进口集箱连通，汽水混合物出口与汽水出口集箱连通；所述熔盐进口与熔盐进口集箱连通，熔盐出口与熔盐出口集箱连通。

4.根据权利要求2所述的焦炉荒煤气显热回收系统，其特征在于：所述内筒在下部外翻后与外筒焊接，外筒在上部内翻折边后与内筒焊接。

5.根据权利要求2所述的焦炉荒煤气显热回收系统，其特征在于：所述夹套空间中的熔盐导热介质为由硝酸钠+硝酸钾组成的二元熔盐或由硝酸钾+亚硝酸钠+硝酸钠组成的三元熔盐。

6.根据权利要求2所述的焦炉荒煤气显热回收系统，其特征在于：所述内筒垂直处的底部焊接有支撑筒。

7.根据权利要求2所述的焦炉荒煤气显热回收系统，其特征在于：所述螺旋盘管为单头或者多头。

8.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气显热回收系统，其特征在于：所述各段管道上设有阀门。

9.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气显热回收系统的回收方法，其特征在于：具体步骤为：

1）从炭化室逸出的焦炉荒煤气从下至上由上升管换热装置内筒内壁所形成的通道中流过，将热量通过内筒的壁面传给夹套空间中的熔盐导热介质，荒煤气冷却至约500℃，从上升管换热装置顶部排出；

2）熔盐储槽中的液态熔盐在熔盐泵的驱动下进入熔盐进口集箱，由熔盐进口集箱分配给上升管换热组中的多个上升管换热装置的熔盐进口，从熔盐进口进入上升管换热装置的内筒和外筒形成的夹套空间，从下至上流过夹套空间，吸收来自荒煤气的热量并传给螺旋盘管中的给水，然后从上升管换热装置的熔盐出口流出，多个上升管换热装置的熔盐汇合到熔盐出口集箱，返回熔盐储槽；

3）除氧给水经给水泵进入汽包，汽包中的水从下降管流出，经强制循环泵进入给水进口集箱，由给水进口集箱分配给上升管换热组中的多个上升管换热装置的给水进口，从给水进口进入上升管换热装置的螺旋盘管，吸取熔盐热量后部分给水蒸发，汽水混合物从上升管换热装置的汽水混合物出口流出，多个上升管换热装置的汽水混合物汇合到汽水出口集箱，通过管道进入汽包，进行汽水分离后得到饱和蒸汽。