CN104498057A - 焦炉高温荒煤气余热回收利用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了焦炉高温荒煤气余热回收利用装置及方法，包括水蒸汽压缩机、荒煤气上升管，荒煤气上升管内设有换热元件，水蒸汽压缩机与换热元件连接，换热元件与高温水蒸汽混合器连接，荒煤气上升管与高温荒煤气管道连接，荒煤气上升管与煤气精制系统连接，高温荒煤气与上升管内的热载体水蒸汽换热，经循环氨水冷却送到煤气精制系统，高温水蒸汽混合器与锅炉–水蒸汽发生器连接，锅炉–水蒸汽发生器的下部与水蒸汽压缩机的进气口连接，锅炉–水蒸汽发生器的下部与补水管道连接，锅炉–水蒸汽发生器的上部与用气设备连接，锅炉–水蒸汽发生器的上部通与水蒸汽压缩机连接。本发明运行稳定性、安全性、经济性、环保性好。

Description

焦炉高温荒煤气余热回收利用装置及方法

技术领域

本发明涉及焦炉高温荒煤气余热回收利用技术领域，尤其涉及一种焦炉高温荒煤气余热回收利用装置及方法。

背景技术

焦炉出来的荒煤气温度约750℃，所带出的热量相当于焦炉炼焦消耗的总热量的33～35﹪，为便于后工序的净化与处理，现有技术中通常的做法是：喷洒循环氨水与荒煤气直接接触，靠循环氨水大量汽化，使荒煤气急剧降温至80～83℃送到后续的煤气精制系统。现有技术的上述过程中高温荒煤气的热量转化为无用的低温水蒸汽(～80℃)并需要大量的循环水进行冷却，存在的缺陷是，既浪费了高温荒煤气的热量，又消耗了大量的水资源。

国内、外对焦炉高温荒煤气余热回收利用做了大量的研究，但是现有技术中公开的方法都由于荒煤气的固有特性而在工业生产中存在重大运行缺陷和安全隐患，因此都没有得到正式的工业化应用。另外现有技术中公开的方法是水夹套汽化方式，其主要的问题是：1.荒煤气中的焦油在夹套冷壁冷凝，逐渐沥青–石墨化堵塞；2.夹套中的水经荒煤气过加热而压力剧增爆炸。

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种焦炉高温荒煤气余热回收利用装置，本发明利用荒煤气能够产生高温高压的饱和蒸汽或过热蒸汽，装置运行的稳定性，无毒、非易燃易爆，具有良好的安全性、经济性、环保性，适应不同的用户需求。

本发明还提供一种焦炉高温荒煤气余热回收利用方法。

本发明解决技术问题的技术方案为：

一种焦炉高温荒煤气余热回收利用装置，包括水蒸汽压缩机、荒煤气上升管、高温水蒸汽混合器、锅炉–水蒸汽发生器，荒煤气上升管内设有换热元件，所述水蒸汽压缩机的出气口通过管道与换热元件的进气口连接，换热元件内通过水蒸汽压缩机注入水蒸汽，换热元件的出气口通过管道与高温水蒸汽混合器进气口连接，荒煤气上升管进气口与焦炉的高温荒煤气管道连接，荒煤气上升管的出气口与煤气精制系统连接，高温荒煤气与上升管内的热载体水蒸汽换热，经循环氨水冷却送到煤气精制系统，高温水蒸汽混合器出气口与锅炉–水蒸汽发生器的顶部进气口连接，锅炉–水蒸汽发生器的下部出气口与水蒸汽压缩机的进气口连接，锅炉–水蒸汽发生器的下部与补水管道连接，锅炉–水蒸汽发生器的上部通过蒸汽管道与用气设备连接，锅炉–水蒸汽发生器的上部通过管道与水蒸汽压缩机的进气口连接。

所述换热元件内的水蒸汽为过热水蒸汽。

所述热载体水蒸汽在上升管内采用走管内的管式换热结构，或走夹套中间的夹套式换热结构。

一种焦炉高温荒煤气余热回收利用方法，包括如下步骤：

1)将水蒸汽通过水蒸汽压缩机加压输送到各个含有换热元件的荒煤气上升管中与高温荒煤气换热；

2)高温荒煤气经过与换热元件内的水蒸汽换热、冷却后，经循环氨水冷却送到煤气精制系统；经过换热后的水蒸汽变成高温热载体水蒸汽，各个荒煤气上升管中的高温热载体水蒸汽通过管道汇集到高温水蒸汽混合器中，来自不同上升管的高温热载体水蒸汽在高温水蒸汽混合器中混合均匀，温度一致；

3)将高温水蒸汽混合器中的高温热载体水蒸汽送入锅炉–水蒸汽发生器，高温热载体水蒸汽与锅炉–水蒸汽发生器中的水及水蒸汽通过间接接触或直接接触换热，使锅炉–水蒸汽发生器内的水在加热后汽化变为水蒸汽，并提高锅炉水蒸汽的温度，使锅炉水蒸汽达到后续用气设备所需要的中压、高压饱和蒸汽，或者预定过热度的过热蒸汽；

4)将得到的中压或者高压饱和蒸汽、及过热蒸汽输送到用气设备，经过换热、降温后的高温热载体水蒸汽通过水蒸汽压缩机加压送回到上升管内重新加热。

所述热载体水蒸汽的压力为0–10MPa，所述水蒸汽在上升管入口处的的温度为200–500℃，上升管出口处温度350–650℃。

本发明的有益效果：

1.本发明回收荒煤气中的高温热量工艺可生产1.0-6.0MPa的饱和蒸汽或过热蒸汽，适应不同的用户需求，本发明水蒸汽无毒、非易燃易爆及容易得到，且对环境没有任何损害，具有良好的安全性、经济性、环保性。

2.本发明以过热水蒸汽为热载体，水蒸汽无毒、非易燃易爆、廉价且对环境无危害，水蒸汽的热容量大，是通用惰性气体氮气的约2倍，能够高效的实现热量的输送，温度的变化对高温水蒸汽压力的变化没有影响，即使是误操作而形成密闭等容过热状态，每升高100℃水蒸汽压力仅升高～17﹪，可以避免水由于过加热而压力剧增爆炸现象发生；以水蒸汽为热载体加热水产生蒸汽，由于是同一种物质，可以采用间接加热方式，也可采用直接加热方式，即提高了换热效率，又避免串漏给系统带来的危害，符合节能、环保要求。

3.本发明能够可靠的回收荒煤气中的高温热量，100万吨/年焦炉回收荒煤气的高温热量可生产4-6MPa的中、高压水蒸汽～10万吨/年，相当约1.5万吨标准煤；本发明代替了现有技术工艺中荒煤气热量最终是由冷却水冷却的工艺，因此可节约冷却水～20万吨/年；同时可部分节约循环氨水、冷却水二系统的建设费用及运行费用。

4.通过高温水蒸汽混合器，将来自不同荒煤气上升管的热载体水蒸汽在此混合均，保证去锅炉的温度稳定。

5.本发明的过热水蒸汽热载体工艺避免了现有技术的夹套中的水经荒煤气过加热而压力剧增爆炸现象，保证了装置运行的安全性。

6.本发明的水蒸汽热载体选择较高的入口温度，回收荒煤气中的高温热量能够较好地控制壁温，克服了现有技术中的煤气中焦油在夹套冷壁冷凝，避免逐渐沥青–石墨化堵塞现象，保证了装置运行的稳定性。

7.本发明采用高温热载体水蒸汽加热水，能够产生饱和蒸汽或过热蒸汽，压力可达6MPa以上，能够用于发电等多种用途。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

实施例1

如图1所示，一种焦炉高温荒煤气余热回收利用装置，包括水蒸汽压缩机1、荒煤气上升管2、高温水蒸汽混合器3、锅炉–水蒸汽发生器4，荒煤气上升管2内设有换热元件，所述水蒸汽压缩机1的出气口通过管道与换热元件5的进气口连接，换热元件5内通过水蒸汽压缩机1注入水蒸汽，换热元件的出气口通过管道与高温水蒸汽混合器3进气口连接，荒煤气上升管2进气口与焦炉的高温荒煤气管道连接，荒煤气上升管2的出气口与煤气精制系统连接，高温荒煤气通过与上升管内的热载体水蒸汽换热进行冷却，冷却后再经循环氨水冷却送到煤气精制系统，高温水蒸汽混合器3出气口与锅炉–水蒸汽发生器4的顶部进气口连接，锅炉–水蒸汽发生器4的下部出气口与水蒸汽压缩机1的进气口连接，锅炉–水蒸汽发生器4的下部与补水管道连接，锅炉–水蒸汽发生器4的上部通过蒸汽管道与用气设备连接，同时锅炉–水蒸汽发生器4的上部通过管道与水蒸汽压缩机1的进气口连接，管道上设有阀门开关。

热载体水蒸汽在上升管内采用走管内的管式换热结构，或走夹套中间的夹套式换热结构。

所述换热元件内的水蒸汽为过热水蒸汽。

一种焦炉高温荒煤气余热回收利用方法，包括如下步骤：

1)将水蒸汽通过水蒸汽压缩机1加压输送到各个含有换热元件的荒煤气上升管2中与高温荒煤气换热；

2)高温荒煤气经过与换热元件内的水蒸汽换热、冷却后，经循环氨水冷却送到煤气精制系统；经过换热后的水蒸汽变成高温热载体水蒸汽，各个荒煤气上升管2中的高温热载体水蒸汽通过管道汇集到高温水蒸汽混合器3中，由于各个各个荒煤气上升管2中的高温热载体水蒸汽的温度存在差异，来自各个不同上升管的高温热载体水蒸汽在高温水蒸汽混合器3中混合均匀，使温度一致；

3)将高温水蒸汽混合器3中的高温热载体水蒸汽送入锅炉–水蒸汽发生器4，高温热载体水蒸汽与锅炉–水蒸汽发生器4中的水及水蒸汽通过间接接触或直接接触换热，使锅炉–水蒸汽发生器4内的水在加热后汽化变为水蒸汽，并提高水蒸汽的温度，使水蒸汽达到后续用气设备所需要的中压、高压饱和蒸汽，或者预定过热度的过热蒸汽；

4)将得到的中压或者高压饱和蒸汽、及过热蒸汽输送到用气设备，经过换热、降温后的高温热载体水蒸汽通过水蒸汽压缩机加压送回到上升管内重新加热。

所述水蒸汽在上升管入口处的温度为200–500℃，上升管出口处温度350–650℃，热载体水蒸汽的压力为0–10MPa，

所述水蒸汽压缩机1向热载体水蒸汽提供10–50KPa的循环动力；

所述荒煤气上升管设备2是高温荒煤气和热载体水蒸汽热量交换设备，该设备采用夹套式或盘管式；高温水蒸汽混合器3作用是将来自不同荒煤气上升管的热载体水蒸汽在此混合均，保证去锅炉的温度稳定；锅炉–水蒸汽发生器4是通过吸收高温热载体水蒸汽热量而产生蒸汽的锅炉，锅炉–水蒸汽发生器4采用间接或直接换热方式。

热载体水蒸汽为加压状态，压力在0.1-6.0MPa；锅炉–水蒸汽发生器生产1.0-6.0MPa压力蒸汽。具体以6m焦炉，热载体水蒸汽压力4.0MPa、锅炉–水蒸汽发生器生产蒸汽压力4.0MPa为例，包括如下步骤：

将压力4.0MPa、温度280℃的热载体水蒸汽经设备水蒸汽压缩机1加压到7.5MPa后送到各个含有换热元件的荒煤气上升管2中，与焦炉出来的高温荒煤气换热，高温荒煤气与热载体水蒸汽间接换热、冷却后经循环氨水再冷却送到煤气精制系统；各个上升管中与高温荒煤气换热后热载体水蒸汽温度升高到400–500℃，各个上升管中的热载体水蒸汽温度因焦炉各个炉孔的操作状态不同而存在差异，将各个上升管中的热载体水蒸汽汇集的热载体水蒸汽混合器3中，使来自不同上升管的热载体水蒸汽混合均、温度一致达到450℃，将从热载体水蒸汽混合器出来的450℃热载体水蒸汽送入锅炉–水蒸汽发生器4，热载体水蒸汽在锅炉–水蒸汽发生器中与水–水蒸汽进行间接换热，使水汽化并使汽化后的水蒸汽升温，产生4.0MPa饱和蒸汽或热度为300–350℃的过热蒸汽(～1.3t/h﹒单管)，从锅炉–水蒸汽发生器出来的经过换热、降温后的热载体水蒸汽送入水蒸汽压缩机通过加压后重复送回到上升管内，锅炉–水蒸汽发生器4补充相应的锅炉给水。

实施例2

热载体水蒸汽为常压状态，锅炉–水蒸汽发生器生产1.0-6.0MPa压力蒸汽。具体以6m焦炉，热载体水蒸汽压力为常压，锅炉–水蒸汽发生器生产蒸汽4.0MPa例：

将常压、温度＞200℃热载体水蒸汽经水蒸汽压缩机1加压到2MPa后送到各个含有换热元件的荒煤气上升管2中，与焦炉出来的高温荒煤气换热，高温荒煤气与上升管内的热载体水蒸汽间接换热、冷却后，经循环氨水再冷却送到煤气精制系统；在各个上升管中的热载体水蒸汽温度升高到400–500℃(因焦炉各个炉孔的操作状态不同而不同)时将热载体水蒸汽输送汇集到热载体水蒸汽混合器3中，使其来自各个不同上升管的热载体水蒸汽混合均匀，保持温度一致，将从热载体水蒸汽混合器出来的～450℃热载体水蒸汽送入水蒸汽锅炉–水蒸汽发生器4，热载体水蒸汽在锅炉–水蒸汽发生器中与水–水蒸汽间接换热，使水汽化和加热汽化的水蒸汽，产生4.0MPa饱和蒸汽或热度为300–350℃的过热蒸汽(～1.3t/h﹒单管)，从锅炉–水蒸汽发生器出来的经过换热、降温的热载体水蒸汽送入水蒸汽压缩机加压送回到上升管内；锅炉–水蒸汽发生器4补充相应的锅炉给水。其他参照实施例1，在此不再赘述。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种焦炉高温荒煤气余热回收利用装置，其特征是，包括水蒸汽压缩机、荒煤气上升管、高温水蒸汽混合器、锅炉–水蒸汽发生器，荒煤气上升管内设有换热元件，所述水蒸汽压缩机的出气口通过管道与换热元件的进气口连接，换热元件内通过水蒸汽压缩机注入水蒸汽，换热元件的出气口通过管道与高温水蒸汽混合器进气口连接，荒煤气上升管进气口与焦炉的高温荒煤气管道连接，荒煤气上升管的出气口与煤气精制系统连接，高温荒煤气与上升管内的热载体水蒸汽换热，经循环氨水冷却送到煤气精制系统，高温水蒸汽混合器出气口与锅炉–水蒸汽发生器的顶部进气口连接，锅炉–水蒸汽发生器的下部出气口与水蒸汽压缩机的进气口连接，锅炉–水蒸汽发生器的下部与补水管道连接，锅炉–水蒸汽发生器的上部通过蒸汽管道与用气设备连接，同时锅炉–水蒸汽发生器的上部通过管道与水蒸汽压缩机的进气口连接。

2.如权利要求1所述的焦炉高温荒煤气余热回收利用装置，其特征是，所述换热元件内的水蒸汽为过热水蒸汽。

3.如权利要求1所述的焦炉高温荒煤气余热回收利用装置，其特征是，所述热载体水蒸汽在上升管内采用走管内的管式换热结构，或走夹套中间的夹套式换热结构。

4.一种焦炉高温荒煤气余热回收利用方法，其特征是，包括如下步骤：

1)将水蒸汽通过水蒸汽压缩机加压输送到各个含有换热元件的荒煤气上升管中与高温荒煤气换热；

2)高温荒煤气经过与换热元件内的水蒸汽换热、冷却后，经循环氨水冷却送到煤气精制系统；经过换热后的水蒸汽变成高温热载体水蒸汽，各个荒煤气上升管中的高温热载体水蒸汽通过管道汇集到高温水蒸汽混合器中，来自不同上升管的高温热载体水蒸汽在高温水蒸汽混合器中混合均匀，温度一致；

3)将高温水蒸汽混合器中的高温热载体水蒸汽送入锅炉–水蒸汽发生器，高温热载体水蒸汽与锅炉–水蒸汽发生器中的水及水蒸汽通过间接接触或直接接触换热，使锅炉–水蒸汽发生器内的水在加热后汽化变为水蒸汽，并提高锅炉水蒸汽的温度，使锅炉水蒸汽达到后续用气设备所需要的中压、高压饱和蒸汽，或者预定过热度的过热蒸汽；

4)将得到的中压或者高压饱和蒸汽、及过热蒸汽输送到用气设备，经过换热、降温后的高温热载体水蒸汽通过水蒸汽压缩机加压送回到上升管内重新加热。

5.如权利要求4所述的焦炉高温荒煤气余热回收利用方法，其特征是，所述热载体水蒸汽的压力为0–10MPa，所述水蒸汽在上升管入口处的温度为200–500℃，上升管出口处温度350–650℃。