CN104673331B - 一种焦炉上升管换热热能回收方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焦炉上升管换热热能回收方法，采用两段式换热过程回收焦炉荒煤气的热量，第一段换热过程换热介质吸收上升管管壁传递的热量并实现介质自身的预热；第二段换热过程预热后的换热介质直接在上升管内吸收热量。用于实现此方法的装置包括设在上升管外侧的低温换热装置和设在上升管内部的高温换热装置。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)采用两段式换热方式，低温换热过程吸收上升管管壁传递的热量并进行换热介质自身的预热，高温换热过程最大限度回收荒煤气的热能，既解决了荒煤气中焦油蒸汽结焦问题，又可以最大限度回收荒煤气的热能；2)装置结构简单，形式多样，应用灵活；3)设备投入低、见效快，操作简单，维护方便。

Description

一种焦炉上升管换热热能回收方法及装置
技术领域
本发明涉及焦炉荒煤气余热回收技术领域，尤其涉及一种用于顶装焦炉或捣固焦炉的焦炉上升管换热热能回收方法及装置。
背景技术
焦炉生产过程中会产生大量的高温荒煤气，为了实现节能减排，多年来，我国焦化企业在焦炉荒煤气余热回收利用方面做了很多努力和尝试。早期的焦炉上升管换热热能回收装置，主要是通过在上升管外侧设置水夹套来完成换热，采用这种换热形式在常温水进入上升管换热器换热的过程中，往往会因管壁温度降低而使高温荒煤气中的焦油等成分冷凝下来，粘黏在换热器内壁上，在高温焦炭的烘烤过程中，形成半焦或石墨，极大地影响换热效率，而且不能保证换热装置的长期稳定运行。为了解决这个问题，出现了在上升管内壁加设衬砖的结构，(申请号为200710158683.3，申请日为2007年11月30日的中国专利公开的一种“焦炉用上升管换热装置”中有相关记载)，能够保证荒煤气中的焦油物不冷凝、上升管换热装置内壁不发生堵塞现象，但是也大大降低了热量回收效率。到目前为止，荒煤气中焦油蒸汽结焦问题仍是困扰并阻碍荒煤气余热回收利用的难题，还没有形成一种安全可靠、换热效率高、能够解决结焦问题并易于实现工业生产应用的成熟技术。
发明内容
本发明提供了一种焦炉上升管换热热能回收方法及装置，采用两段式换热方式，既可以解决荒煤气中焦油蒸汽结焦问题，同时又可以最大限度回收荒煤气的热能，且装置结构简单，操作维护方便，有利于在生产中推广应用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种焦炉上升管换热热能回收方法，采用两段式换热过程回收焦炉荒煤气的热量，第一段换热过程换热介质吸收上升管管壁传递的热量并实现介质自身的预热；第二段换热过程预热后的换热介质直接在上升管内吸收热量。
所述换热介质为水，第一段换热过程结束后的出水温度为50～150℃，第二段换热过程开始前的进水温度为50～150℃。
用于实现一种焦炉上升管换热热能回收方法的装置，包括设在上升管外侧的低温换热装置和设在上升管内部的高温换热装置，所述低温换热装置的出水口通过外接管道与高温换热装置的入水口相连通，低温换热装置和高温换装装置的出水口、入水口分别设在上升管的上部和下部，通过法兰与管道连接。
所述低温换热装置为水夹套、螺旋管或环形列管中的一种。
所述高温换热装置为螺旋管或环形列管中的一种。
所述上升管内壁设有耐火材料衬砖或涂刷耐火涂料。
所述水夹套内设螺旋折流带。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)采用两段式换热方式，低温换热过程吸收上升管管壁传递的热量并进行换热介质自身的预热，高温换热过程最大限度回收荒煤气的热能，在此过程中由于换热介质经过预热因此不会出现荒煤气中焦油蒸汽遇冷结焦的问题，从而解决了困扰荒煤气余热回收的最大难题；
2)用于实现本发明所述方法的装置结构简单，形式多样，并可根据实际情况选择最佳方式，应用十分灵活；
3)本发明所述装置采用的水夹套、螺旋管和列管式换热结构均为成熟技术，投入低、见效快，操作简单，维护方便，有利于焦化企业的推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例1的主视图。
图2是本发明实施例1的俯视图。
图3是本发明实施例2的主视图。
图4是本发明实施例2的俯视图。
图中：1.上升管本体 2.低温换热装置 21.低温换热装置进水口 22.低温换热装置出水口 3.高温换热装置 31.高温换热装置进水口 32.高温换热装置出水口 4.耐火材料内衬 5.螺旋折流带
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
见图1-图4，是本发明所述装置的结构示意图，本发明所述一种焦炉上升管换热热能回收方法，采用两段式换热过程回收焦炉荒煤气的热量，第一段换热过程换热介质吸收上升管管壁传递的热量并实现介质自身的预热；第二段换热过程预热后的换热介质直接在上升管内吸收热量。
所述换热介质为水，第一段换热过程结束后的出水温度为50～150℃，第二段换热过程开始前的进水温度为50～150℃。
用于实现一种焦炉上升管换热热能回收方法的装置，包括设在上升管外侧的低温换热装置和设在上升管内部的高温换热装置，所述低温换热装置的出水口通过外接管道与高温换热装置的入水口相连通，低温换热装置和高温换装装置的出水口、入水口分别设在上升管的上部和下部，通过法兰与管道连接。
所述低温换热装置为水夹套、螺旋管或环形列管中的一种。
所述高温换热装置为螺旋管或环形列管中的一种。
所述上升管内壁设有耐火材料衬砖或涂刷耐火涂料。
所述水夹套内设螺旋折流带。
本发明的工作原理是通过低温换热装置将常温水加热成高温水，通过高温换热装置高效回收上升管中荒煤气的热能。常温水换热时，因上升管管壁设有耐火材料内衬或涂刷耐火涂料，管壁不容易产生结焦现象，预热后的高温水在和荒煤气换热时，换热管上也不容易产生半焦或石墨，通过此方法基本可解决换热过程中结焦现象。同时，通过两段式换热可显著提高热能回收效率，达到高效回收焦炉上升管余热的目的。
低温换热装置与高温换热装置相连形成两段式换热结构，可通过外接管道和动力泵实现循环换热，低温换热装置的出口水温根据高温换热装置所需进口水温和连接管道的长度计算后确定，可通过调节水的流量进行精确设定，并可通过控制系统实现自动控制。低温换热装置的出水口与高温换热装置的入水口相连通的外接管道上，还可以设汽包用以缓冲压力，均衡温度。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
见图1-图2，是本发明所述焦炉上升管换热热能回收装置的一种具体结构形式，本实施例中上升管内径380mm，壁厚6mm，高度3000mm，材料为20#锅炉钢，上下口采用法兰与焦炉设备连接。上升管内壁设碳化硅内衬，厚度40mm。上升管内衬起隔热保护作用，避免低温水换热热能回收装置换热面结石墨或半焦，从而影响换热效果，也防止出焦时燃烧产生有害气体影响环境。
低温换热装置采用水夹套，水夹套内径460mm，壁厚10mm，长度2600mm，材料为20#锅炉钢。上升管内的高温换热装置采用螺旋管结构，外径25mm，壁厚3mm，螺旋圈数40圈，材料为耐热钢。水夹套式低温换热装置及螺旋管式高温换热装置的进出水口均设有法兰，水夹套的进水口与外部输水管道连接，出水口通过管道与螺旋管的进水口连接，螺旋管的出水口通过管道连接用热设备。
上升管本体通过下部法兰连接荒煤气导入设备，通过上部法兰连接荒煤气导出设备，高温荒煤气经过上升管本体时，水夹套式低温换热热装置中的常温水吸收从上升管本体管壁传递的热量，出口水温达到110℃后排出，通过外接管道进入高温换热装置的进水口，进水温度为107℃，高温水在螺旋管式高温换热热能装置中盘旋上升，并与上升管中的焦煤气充分换热，换热后温度可达300℃以上的热水送后续用热设备，换热降温后的荒煤气进入化产回收系统。
【实施例2】
见图3-图4，是本发明所述焦炉上升管换热热能回收装置的另一种具体结构形式，本实施例中上升管内径380mm，壁厚6mm，高度3000mm，材料为20#锅炉钢，上下口采用法兰与焦炉设备连接。上升管内壁设粘土砖内衬，厚度40mm。低温换热装置采用水夹套，水夹套内径460mm，壁厚10mm，长度2600mm，材料为20#锅炉钢。水夹套与上升管外壁之间还设有螺旋折流带，进一步提高换热效率。
上升管内的高温换热装置采用环状列管式结构，管径25mm，壁厚3mm，沿上升管周向竖直均布16个，材料为耐热钢。水夹套式低温换热装置及列管式高温换热装置的进出水口均设有法兰，水夹套的进水口与外部输水管道连接，出水口通过管道与列管的进水口连接，列管的出水口通过管道连接用热设备。
上升管本体通过下部法兰连接荒煤气导入设备，通过上部法兰连接荒煤气导出设备，高温荒煤气经过上升管本体时，水夹套式低温换热热装置中的常温水吸收从上升管本体管壁传递的热量，出口水温达到120℃后排出，通过外接管道进入高温换热装置的进水口，进水温度为116℃，高温水在环状列管式高温换热热能装置中与上升管中的焦煤气充分换热，换热后温度可达300℃以上的热水送后续用热设备，换热降温后的荒煤气进入化产回收系统。

Claims (7)

1.一种焦炉上升管换热热能回收方法，其特征在于，采用两段式换热过程回收焦炉荒煤气的热量，第一段换热过程换热介质吸收上升管管壁传递的热量并实现介质自身的预热；第二段换热过程预热后的换热介质直接在上升管内吸收热量。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉上升管换热热能回收方法，其特征在于，所述换热介质为水，第一段换热过程结束后的出水温度为50～150℃，第二段换热过程开始前的进水温度为50～150℃。
3.用于实现权利要求1所述的一种焦炉上升管换热热能回收方法的装置，其特征在于，包括设在上升管外侧的低温换热装置和设在上升管内部的高温换热装置，所述低温换热装置的出水口通过外接管道与高温换热装置的入水口相连通，低温换热装置和高温换装装置的出水口、入水口分别设在上升管的上部和下部，并通过法兰与管道连接。
4.根据权利要求3所述的一种焦炉上升管换热热能回收装置，其特征在于，所述低温换热装置为水夹套、螺旋管或环形列管中的一种。
5.根据权利要求3所述的一种焦炉上升管换热热能回收装置，其特征在于，所述高温换热装置为螺旋管或环形列管中的一种。
6.根据权利要求3所述的一种焦炉上升管换热热能回收装置，其特征在于，所述上升管内壁设有耐火材料衬砖或涂刷耐火材料。
7.根据权利要求4所述的一种焦炉上升管换热热能回收装置，其特征在于，所述水夹套内设螺旋折流带。
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