CN104677143B - 一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，属于炼焦工艺过程荒煤气余热回收利用技术领域。本发明中换热单元本体包括多个单排组件，多个单排组件以相同间距排列并固定在一起组成长方体结构的换热单元本体，单排组件由换热竖管、换热横管和换热工质输送管以一定的排列组合方式焊接而成。单排组件表面均涂有不粘涂层，换热单元本体在装配时沿水平面向上方倾斜，上述设置解决了荒煤气余热回收过程中焦油粘结的问题，同时回收的焦油可以实现再利用，节约了资源。本发明可将荒煤气换热后的排出温度降到250℃以下，大大提升了荒煤气的换热效果，充分回收了荒煤气中的有效显热，避免了热量浪费，符合节能减排的要求。

Description

一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元

技术领域

本发明属于炼焦工艺过程荒煤气余热回收利用技术领域，更具体地说，涉及一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元。

背景技术

目前，钢铁行业能耗巨大，焦炉荒煤气余热回收是钢铁节能工作关注的重大问题，是建立资源节约、环境友好的绿色焦化厂的主要节能方向，也是降低焦炉能耗的主要途径之一。从炼焦过程中的热量损失分布来看，荒煤气蕴含的余热占到了总热量的36％左右，与从炭化室推出的红焦带出的显热量相当，从目前已经成熟的干熄焦技术回收的余热所产生的经济效益看，荒煤气余热回收也将产生可观的经济效益，因此，炼焦高温荒煤气余热的回收成为近年来我国炼焦企业研发的热门课题。

对于荒煤气余热的回收，多年来很多钢厂都进行了大量的探索，形成了一些技术，但工业化应用尚未形成规模。究其原因是在现有的荒煤气余热回收装置的设计中，基本都是在上升管处安装换热装置，使用换热介质吸收荒煤气的余热，这种换热方式降低了荒煤气的温度，引起荒煤气中焦油等组分的冷凝，从而导致上升管的堵塞。现有的上升管热量回收技术中，不管是采用夹套换热器还是采用夹套管状组合换热器，均未能完全实现工业化应用。与夹套换热器相比，管束换热器效率虽然较高，但也会出现焦油析出造成堵塞的现象。因此防止焦油等组分在冷凝后粘结在换热装置上是实现荒煤气余热回收的关键，现有的防粘结技术中，主要采用的是高温控制法，即让上升管内壁保持在一定的高温，如470℃，这样荒煤气中各种碳、氢链成分就不会结露，进而不会出现粘结。但该技术要求荒煤气的排出温度基本在520℃以上，不能有效回收荒煤气中的余热，造成了极大的热量浪费。在“张政，郁鸿凌等.焦炉上升管中荒煤气余热回收的结焦问题研究[J].洁净煤技术，2012，1：79～81.”中提到了另一种防止焦油粘结的方法，即在上升管内壁涂硅酸钠或釉等材料，形成玻璃状覆膜的光滑内壁，保证了上升管内壁的光滑，这样焦油就不易形成粘结。这种防止焦油粘结的方法初期效果较好，但随着时间积累，硅酸钠或釉等覆膜容易被破坏，造成这种覆膜难以产业化应用。

中国专利申请号为201210317957.X，申请时间为2012年8月31日，发明创造名称为：一种组合式焦炉荒煤气余热回收过热蒸汽的系统及方法，焦炉的上升管内设置过热器，桥管内设置蒸发器，并且桥管与上升管连接，蒸发器通过管路与汽包连接，汽包通过管路与过热器连接，汽包内设置汽水分离装置，水经蒸发器形成汽水混合物进入汽包，汽水混合物在汽包内由汽水分离装置分离成水和饱和蒸汽，饱和蒸汽经过热器换热后成为过热蒸汽，蒸发器、汽包、过热器依次形成水汽流通通道。焦炉产生的荒煤气经上升管、桥管依次形成荒煤气流通通道。该申请案的不足之处在于：(1)、过热器存在干锅爆裂等安全隐患；(2)、没有针对桥管换热后产生的焦油冷凝结焦问题给出合理的解决办法。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中荒煤气余热回收时焦油等组分在冷凝后容易粘结在换热装置上的问题，提供了一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，有效的解决了焦炉荒煤气余热回收利用过程中换热管表面焦油易粘结和结焦的问题，且回收利用了焦炉荒煤气余热回收利用过程中产生的焦油。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，包括换热竖管、换热横管和换热工质输送管，其中：

所述的换热横管两端口密封，换热横管包括上换热横管和下换热横管；所述的换热工质输送管包括上换热工质输送管和下换热工质输送管；

换热单元本体包括多个单排组件，多个单排组件以相同间距排列并固定在一起组成长方体结构的换热单元本体；

所述的单排组件包括换热竖管、上换热横管、下换热横管、上换热工质输送管和下换热工质输送管，多根竖直设置的换热竖管以相同的间距排列成一排，排列成一排的换热竖管的上端口分别连通在一根水平设置的上换热横管侧面上，排列成一排的换热竖管的下端口分别连通在一根水平设置的下换热横管侧面上；所述的上换热横管右端连通一根竖直设置的上换热工质输送管；所述的下换热横管左端连通一根竖直设置的下换热工质输送管；

所有的单排组件的表面均涂有不粘涂层；

所述的换热单元本体在装配时沿水平面向上方倾斜。

作为本发明的进一步改进，所述的换热单元本体的上下侧、前后侧均安装有绝热板；换热单元本体在装配时，换热单元本体下侧的绝热板所在平面与水平面的夹角为15～45度。

作为本发明的进一步改进，所有的上换热工质输送管上端口分别连通在蒸汽排出管上，所有的下换热工质输送管下端口分别连通在冷却水入口管上。

作为本发明的进一步改进，所述的换热竖管的直径为25～50mm，换热横管的直径为50～80mm，换热工质输送管的直径为30～50mm，换热工质输送管的长度为150～300mm。

作为本发明的进一步改进，换热单元本体外侧的单排组件上相邻换热竖管的间距为2～10mm；换热单元本体中间的单排组件上相邻换热竖管的间距为64mm。

作为本发明的进一步改进，所述的换热单元本体的总长度为1000～3000mm，总高度为400～1800mm，总宽度为300～1800mm。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)、本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，在所有的单排组件的表面均涂有不粘涂层，申请人经过大量实验，发现该非浸润不粘涂层能够有效防止焦油的粘结和结焦，在单排组件表面产生的焦油会自流至换热单元本体底部；同时换热单元本体在装配时沿水平面向上方倾斜，最终焦油沿着换热单元本体底部汇流到集气管或专设油管中，对焦油予以回收利用。本发明中不粘涂层的设置和换热单元本体在装配时的倾斜设置，二者相互配合，有效的解决了焦炉荒煤气余热回收利用过程中换热管表面焦油易粘结和结焦的问题，同时回收的焦油可以实现再利用，变废为宝，节约了资源。

(2)、本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，在施工方法上，采用首先将换热竖管、换热横管和换热工质输送管组装并焊接成单排组件，然后将单排组件喷涂不粘涂层的施工形式，不仅易于不粘涂层充分均匀的喷涂在所有的单排组件表面，而且避免了不粘涂层在换热竖管、换热横管和换热工质输送管焊接成单排组件时遭到高温及机械破坏。

(3)、本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，换热过程中，所有的单排组件内始终充满换热工质，且换热工质的温度不高于200℃，既保证了换热过程的高效、稳定和连续，又保证了单排组件表面温度不会过高，防止单排组件表面的不粘涂层被高温破坏。

(4)、现有的防粘结技术中荒煤气的排出温度基本在520℃以上，因此现有技术不能有效回收荒煤气中的余热，造成了极大的热量浪费；本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，有效的解决了焦炉荒煤气余热回收利用过程中换热管表面焦油易粘结和结焦的问题，可将荒煤气换热后的排出温度降到250℃以下，大大提升了荒煤气的换热效果，充分回收了荒煤气中的有效显热，避免了热量浪费，符合节能减排的要求。

附图说明

图1为本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元的装配示意图；

图2为本发明中换热单元本体的结构示意图；

图3为本发明中换热单元本体的左视结构示意图；

图4为本发明中换热单元本体外侧的单排组件的结构示意图；

图5为本发明中换热单元本体中间的单排组件的结构示意图。

图中的标号说明：1、换热竖管；201、上换热横管；202、下换热横管；301、上换热工质输送管；302、下换热工质输送管；4、换热单元本体底部；5、冷却水入口管；6、蒸汽排出管；7、绝热板。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，包括换热竖管1、换热横管和换热工质输送管，其中：换热横管两端口密封，换热横管包括上换热横管201和下换热横管202，换热工质输送管包括上换热工质输送管301和下换热工质输送管302。换热单元本体包括多个单排组件，多个单排组件以相同间距排列并固定在一起组成长方体结构的换热单元本体。单排组件包括换热竖管1、上换热横管201、下换热横管202、上换热工质输送管301和下换热工质输送管302，多根竖直设置的换热竖管1以相同的间距排列成一排，排列成一排的换热竖管1的上端口分别连通在一根水平设置的上换热横管201侧面上，排列成一排的换热竖管1的下端口分别连通在一根水平设置的下换热横管202侧面上，上换热横管201右端连通一根竖直设置的上换热工质输送管301，下换热横管202左端连通一根竖直设置的下换热工质输送管302，所有的上换热工质输送管301上端口分别连通在蒸汽排出管6上，所有的下换热工质输送管302下端口分别连通在冷却水入口管5上。换热单元本体的上下侧、前后侧均安装有绝热板7，换热单元本体在装配时沿水平面向上方倾斜15度，即换热单元本体下侧的绝热板7所在平面与水平面的夹角为15度。本实施例中换热工质(本实施例中为水)从冷却水入口管5进入换热单元本体，在换热单元本体内与荒煤气换热后产生水蒸汽，水蒸汽通过蒸汽排出管6排出。

本实施例中换热单元本体的总长度为1000mm，总高度为400mm，总宽度为300mm。考虑到每个焦炉炭化室的排气能力和换热强度，换热竖管1的直径为25mm，换热横管的直径为50mm。根据热动力平衡计算，同时考虑蒸汽输送的功能，换热工质输送管的直径为30mm，换热工质输送管的长度为150mm。换热竖管1和换热横管的长度由换热单元本体整体尺寸来确定，因此换热竖管1的长度为400mm，换热横管的长度为1000mm。

为了强化换热单元本体的传热，换热单元本体中间的单排组件上相邻换热竖管1的间距为64mm。换热单元本体外侧的单排组件上相邻换热竖管1的间距为2mm，此处的换热单元本体外侧的单排组件是指换热单元本体最外侧的两个单排组件，将最外侧的两个单排组件上相邻换热竖管1的间距设为2mm，大大加强了换热单元本体外侧的传热，防止荒煤气热气流接触到绝热板7时未经过换热单元本体的充分换热。所有的单排组件的表面均涂有不粘涂层，防止焦油在单排组件表面的粘结。

本实施例的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、单排组件的焊接：

A、准备好换热竖管1、换热横管和换热工质输送管，根据换热竖管1和换热工质输送管的管径大小，在换热横管侧面相应位置开设孔洞，将换热竖管1、换热横管和换热工质输送管组装并焊接成单排组件；换热单元本体外侧的单排组件上相邻换热竖管1的间距为2；换热单元本体中间的单排组件上相邻换热竖管1的间距为64mm。换热竖管1的直径为25mm，换热横管的直径为50mm，换热工质输送管的直径为30mm，换热工质输送管的长度为150mm。

B、焊接完成后，对上述单排组件进行试压操作，检查单排组件的气密性和安全性，其中：试压操作的压力为2MPa；

步骤二、单排组件的清底：

对单排组件的表面进行打砂操作(或酸洗、或水洗)，保证单排组件的表面对不粘涂层有很好的附着性，以及工作时温度的均匀性；

步骤三、气雾喷涂不粘涂层：

A、先将单排组件在60℃下预热10分钟；

B、在单排组件的表面喷涂不粘涂层的底层，然后在120℃下固化15分钟；

C、在单排组件的表面喷涂不粘涂层的面层，然后在290℃下烧结30分钟；

D、完成一个单排组件的加工；

其中：喷涂过程使用喷枪进行喷涂，控制喷枪出口流量的大小，以及喷枪距离工件的远近，保证喷涂的效果为气雾喷涂；喷枪的口径在0.8mm之间；不粘涂层的底层厚度在17μm之间，不粘涂层的面层厚度在8μm之间，不粘涂层的总厚度控制在45μm以内；本实施例中使用到的不粘涂层，系市面上存在的不粘涂料，即深圳市顺易为科技发展有限公司生产提供的可丽龙品牌水性纳米陶瓷涂料，包括底料和面料。需要特别强调的是，本实施例中使用到的不粘涂层属于非浸润不粘涂层，针对焦炉荒煤气余热回收利用过程中换热管表面焦油的粘结和结焦问题，申请人经过大量实验，创造性的发现使用本实施例中的不粘涂层能够对焦油的粘结和结焦现象起到显著的抑制作用，即该不粘涂层表面冷凝的焦油能够在不粘涂层上顺利流动，这样焦油就不易形成粘结。申请人经过实验发现，该不粘涂层的抗高温性能优良，不易被高温破坏，使用寿命较长，且该不粘涂层成本低廉，容易产业化应用。

步骤四、换热单元的焊接：

按照上述步骤一至步骤三，完成多个单排组件的加工，多个单排组件以相同间距排列并焊接固定在一起组成一个长方体结构的换热单元本体，所有的上换热工质输送管301上端口分别焊接连通在蒸汽排出管6上，所有的下换热工质输送管302下端口分别焊接连通在冷却水入口管5上，最后在换热单元本体的上下侧、前后侧均安装绝热板7。换热单元本体在装配时，换热单元本体下侧的绝热板7所在平面与水平面的夹角为15度。

本实施例的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元的工作原理为：炼焦过程产生高温荒煤气，700～750℃的高温荒煤气通过上升管进入本实施例的抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，荒煤气由换热单元本体的左侧进入，从换热单元本体的右侧排出。换热单元本体内的管束形成荒煤气流通通道，流通通道内的荒煤气通过对流换热和热传导将管束内的换热工质加热汽化，换热工质汽化后沿着蒸汽排出管6进入汽包，通过与汽包中的汽水混合物发生沸腾换热后，产生180-200℃的蒸汽，再进入管网，同时液相换热工质由冷却水入口管5进入换热单元本体。700～750℃的荒煤气经过换热单元本体后降到240-280℃，再通过喷入氨水降温处理后进入集气管。在荒煤气换热降温过程中，荒煤气中的焦油析出并在单排组件表面的不粘涂层上形成焦油液滴，焦油液滴沿着换热竖管1向下流，换热单元本体底端的一排下换热横管202组成换热单元本体底部4，沿着换热竖管1向下流的焦油液滴汇聚在换热单元本体底部4，最终通过倾斜设置的换热单元本体底部4流向集气管或专设油管，以便回收利用焦油。本发明中不粘涂层的设置和换热单元本体在装配时的倾斜设置，二者相互配合，有效的解决了焦炉荒煤气余热回收利用过程中换热管表面焦油易粘结和结焦的问题，同时回收的焦油可以实现再利用，变废为宝，节约了资源。

实施例2

本实施例的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，其结构与实施例1基本相同，其不同之处在于，换热单元本体在装配时沿水平面向上方倾斜45度；换热单元本体的总长度为3000mm，总高度为1800mm，总宽度为1800mm；换热竖管1的直径为50mm，换热竖管1的长度为1800mm；换热横管的直径为80mm，换热横管的长度为3000mm；换热工质输送管的直径为50mm，换热工质输送管的长度为300mm；换热单元本体外侧的单排组件上相邻换热竖管1的间距为10mm。

本实施例的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元的施工方法，其步骤与实施例1基本相同，其不同之处在于，步骤三的C操作中，在单排组件的表面喷涂不粘涂层的面层，然后在310℃下烧结30分钟；步骤三中喷枪的口径为1.3mm，不粘涂层的底层厚度为25μm，不粘涂层的面层厚度为15μm。

实施例3

本实施例的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，其结构与实施例1基本相同，其不同之处在于，换热单元本体在装配时沿水平面向上方倾斜30度；换热单元本体的总长度为2000mm，总高度为1100mm，总宽度为1050mm；换热竖管1的直径为40mm，换热竖管1的长度为1100mm；换热横管的直径为65mm，换热横管的长度为2000mm；换热工质输送管的直径为40mm，换热工质输送管的长度为225mm；换热单元本体外侧的单排组件上相邻换热竖管1的间距为6mm。

本实施例的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元的施工方法，其步骤与实施例1基本相同，其不同之处在于，步骤三的C操作中，在单排组件的表面喷涂不粘涂层的面层，然后在300℃下烧结30分钟；步骤三中喷枪的口径为1.1mm，不粘涂层的底层厚度为21μm，不粘涂层的面层厚度为11μm。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，其特征在于，包括换热竖管(1)、换热横管和换热工质输送管，其中：

所述的换热横管两端口密封，换热横管包括上换热横管(201)和下换热横管(202)；所述的换热工质输送管包括上换热工质输送管(301)和下换热工质输送管(302)；

换热单元本体包括多个单排组件，多个单排组件以相同间距排列并固定在一起组成长方体结构的换热单元本体；

所述的单排组件包括换热竖管(1)、上换热横管(201)、下换热横管(202)、上换热工质输送管(301)和下换热工质输送管(302)，多根竖直设置的换热竖管(1)以相同的间距排列成一排，排列成一排的换热竖管(1)的上端口分别连通在一根水平设置的上换热横管(201)侧面上，排列成一排的换热竖管(1)的下端口分别连通在一根水平设置的下换热横管(202)侧面上；所述的上换热横管(201)右端连通一根竖直设置的上换热工质输送管(301)；所述的下换热横管(202)左端连通一根竖直设置的下换热工质输送管(302)；

所有的单排组件的表面均涂有不粘涂层；

所述的换热单元本体在装配时沿水平面向上方倾斜。

2.根据权利要求1所述的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，其特征在于，所述的换热单元本体的上下侧、前后侧均安装有绝热板(7)；换热单元本体在装配时，换热单元本体下侧的绝热板(7)所在平面与水平面的夹角为15～45度。

3.根据权利要求1所述的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，其特征在于，所有的上换热工质输送管(301)上端口分别连通在蒸汽排出管(6)上，所有的下换热工质输送管(302)下端口分别连通在冷却水入口管(5)上。

4.根据权利要求1所述的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，其特征在于，所述的换热竖管(1)的直径为25～50mm，换热横管的直径为50～80mm，换热工质输送管的直径为30～50mm，换热工质输送管的长度为150～300mm。

5.根据权利要求1所述的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，其特征在于，换热单元本体外侧的单排组件上相邻换热竖管(1)的间距为2～10mm；换热单元本体中间的单排组件上相邻换热竖管(1)的间距为64mm。

6.根据权利要求1或2所述的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，其特征在于，所述的换热单元本体的总长度为1000～3000mm，总高度为400～1800mm，总宽度为300～1800mm。