CN104946272A - 一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法 - Google Patents

Abstract

一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法，通过循环风机将换热介质通过同一组焦炉上升管的余热回收组件的换热介质进入管进入换热内管及换热外管，最后换热介质带着余热从换热介质出口管流出，即为一级取热，然后各个换热介质出口管流出的换热介质汇集后带着余热进入同组的二级换热器与水进行二级取热，换热介质即换热气体在与水换热后，温度下降变成冷态气体换热介质，该冷态气体换热介质通过密闭的循环风机循环使用。本发明通过二级取热，减少了直接换热时由于荒煤气周期性引起的蒸汽压力波动，且在焦炉上升管上采用气体换热，与水直接换热性比，降低了焦炉的安全性风险。

Description

一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法

技术领域

本发明涉及一种余热回收再利用装置及其实施方法，尤其涉及一种应用于焦炉炼焦过程中的焦炉上升管内的荒煤气的余热回收再利用的装置及其实施方法。

背景技术

目前，在各家钢铁生产企业的工业焦炉的炼焦过程中，在焦炉上升管内的荒煤气温度高达750℃左右，含有大量的热量。而现有技术下的工业焦炉均采用喷洒氨水急速冷却工序对高温的荒煤气进行冷却，通过这道喷洒氨水工序可以使荒煤气急剧降温至80-85℃，最后降温后荒煤气在初冷器中再用冷却水间接冷却至常温。

然而，这种急速冷却工序流程不仅浪费了高温荒煤气中的热量，而且浪费了大量的水资源和电力，并形成了焦化废水问题。

而工业焦炉所排出的750℃左右的荒煤气至今没有得到广泛回收利用，确实存在技术上的难点，如下所述：

1.工业焦炉荒煤气成分复杂，且含有焦油等组分，如果利用普通的换热装置回收荒煤气余热时，由于荒煤气温度降低会导致焦油蒸汽冷凝析出，即产生了结焦问题，大大影响了换热质量和效率；

2.工业焦炉荒煤气的产生和其他余热利用的方式不同，工业焦炉荒煤气并非持续不断的产生，而是具有工序周期性，且荒煤气流量、温度都会随着炼焦周期而发生变化，这些特性不利于普通的换热装置的温度和压力控制，会影响换热装备的使用，大大降低了换热设备的寿命。

专利《一种从焦炉荒煤气中回收余热的方法》（CN103131432）、专利《一种焦炉成组新型桥管荒煤气余热回收装置》（CN202829936U）、专利《一种组合式焦炉荒煤气余热回收过热蒸汽的系统及方法》（CN102796537），以上3项专利均采用了水作为换热介质，通过一级换热产生蒸汽，这种方法会造成换热设备壁面温度低，容易发生焦油冷凝结焦问题，与本发明在设计与实施方法上不同。

专利《用于焦炉上升管荒煤气余热回收系统》（CN202881181U）、专利《一种焦炉荒煤气余热回收利用方法及专用换热式上升管》（CN102329627）使用气体介质换热后再与水换热，通过二级换热产生蒸汽。这种方法能够在一定程度上提高换热设备壁面温度，减缓结焦。但是无法避免由于荒煤气周期性波动造成的影响，不利于换热设备壁面温度的稳定以及换热设备的稳定使用，而本发明恰恰能解决这些问题。

综上所述，现迫切需要一种新型的焦炉荒煤气用的余热回收再利用装置及方法，非但能解决水资源和电力浪费的问题，而且还能应对工业焦炉荒煤气成分复杂、荒煤气流量、温度周期变化以及换热效率低的问题。

发明内容

为了解决现有技术下的工业焦炉炼焦过程中的焦炉管道内的荒煤气的余热利用所产生的水资源和电力浪费、工业焦炉荒煤气成分复杂、荒煤气流量、温度周期变化以及换热效率低的问题。本发明提供了一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法，通过其独特的管路设计，可以避免或者减缓结焦，同时高效率的回收荒煤气余热，而且避免对现有焦炉结构进行大的改造。本发明的具体装置部分的结构和实施方法如下所述：

一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法，包括管内设置有耐火材料层的焦炉上升管，该焦炉上升管的上端设置有上升管水封盖，焦炉上升管的下端开设有荒煤气进口，焦炉上升管的管壁一侧设置贯通管内的荒煤气出口，其特征在于：

所述的焦炉上升管在其管内设置有一余热回收组件，该余热回收组件与焦炉上升管之间相互密封；

所述的余热回收组件的上部固定在上升管水封盖处的下部，而余热回收组件的下部则设置于焦炉上升管下端的荒煤气进口处。

荒煤气从焦炉上升管的下端的荒煤气进口进入焦炉上升管内，然后从焦炉上升管的管壁一侧的荒煤气出口流出，这段过程由余热回收组件进行余热回收再利用。

根据本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法，其特征在于，所述的余热回收组件包括换热内管、换热外管、换热内管焊接固定板、换热外管焊接固定板、换热介质进入管和换热介质出口管，其中，换热内管的直径小于换热外管的直径，换热内管的长度与换热外管的长度相等，换热内管的上部伸出换热外管的上部，换热内管两端开口，而换热外管上端开口下端密封，即换热内管可以设置在换热外管内，形成一换热套管组件，各个换热套管组件呈环状间隔分布在焦炉上升管内壁处，换热内管的管路上端固定设置在一与焦炉上升管焊接密封的圆形的换热内管焊接固定板上，该换热内管焊接固定板与焦炉上升管的上升管水封盖之间的管路空间处设置有与外部管路相通的换热介质进入管，该换热介质进入管与换热内管管路相通，而换热外管的管路上端固定设置在一与焦炉上升管焊接密封的圆形的换热外管焊接固定板上，该换热外管焊接固定板与换热内管焊接固定板之间的管路空间处设置有与外部管路相通的换热介质出口管，该换热介质出口管与换热外管管路相通。

此处设计目的在于，换热介质通过换热介质（即为换热气体，下同）进入管进入换热内管，换热介质在换热内管内从上往下的由换热内管的下端进入换热外管，然后介质再从换热外管内从下往上的流动，最后换热介质带着余热从换热介质出口管流出进行余热回收，解决了工业焦炉荒煤气成分复杂、荒煤气流量、温度周期变化带来换热影响的问题。

根据本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法，其特征在于，所述的换热内管的直径为30～50mm，换热外管的直径为60～80mm，换热内管和换热外管的数量相互对应，均为10～25个。

此处设计目的在于，换热内管和换热外管配套形成的换热套管组件共有10～25个，其具体数量由焦炉上升管的大小决定。

一种焦炉荒煤气用余热回收的组合式二级取热方法，基于上述的一种焦炉荒煤气用余热回收装置，其具体步骤如下：

1）在焦炉的各个焦炉上升管上安装余热回收组件；

2）按推焦串序编排各个焦炉上升管，相同推焦串序的焦炉上升管并为一组；

3）将同一组的焦炉上升管的余热回收组件的换热介质进入管与一循环风机连接，换热介质出口管则与二级换热器的一端连接，而该二级换热器的另一端再与循环风机连接，且二级换热器还连接设置有水泵和汽包；

4）进行二级取热，其具体为，先通过循环风机将换热介质通过同一组焦炉上升管的余热回收组件的换热介质进入管进入换热内管，换热介质在换热内管内从上往下的由换热内管的下端进入换热外管，然后介质再从换热外管内从下往上的流动，最后换热介质带着余热从换热介质出口管流出，此处即为一级取热，然后各个换热介质出口管流出的换热介质汇集后带着余热进入同组的二级换热器与水进行二级取热，换热介质即换热气体在与水换热后，温度下降变成冷态气体换热介质，该冷态气体换热介质通过密闭的循环风机循环使用；

5）水泵将除盐水设置定量供给入二级换热器中与热态的换热介质进行换热，除盐水吸收热量后产生汽水混合物；

6）步骤5）中各个组所产生的汽水混合物都进入汽包中进行汽水分离；

7）上述步骤1）至步骤6）循环操作，直至整个组合式二级取热过程结束。

根据本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收的组合式二级取热方法，其特征在于，所述的步骤3）中循环风机和二级换热器的数量与分组的数量应相同。

根据本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收的组合式二级取热方法，其特征在于，所述的步骤4）中进入焦炉上升管的进行一级取热的换热介质温度可调节，其调节范围在150～500℃之间。

使用本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法获得了如下有益效果：

1.本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法，由于其提高了换热套管外管壁面温度，减少了结焦的可能性，故解决了工业焦炉荒煤气成分复杂的问题的同时也解决了荒煤气流量、温度周期变化带来换热影响的问题；

2.本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法，整个余热回收组件与焦炉上升管相互密封，其整体安全可靠；

3.本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法通过二级取热，减少了直接换热时由于荒煤气周期性引起的蒸汽压力波动；

4.本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法在焦炉上升管上采用气体换热，与水直接换热性比，降低了焦炉的安全性风险。

附图说明

图1为本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法的整体结构示意图

图2为本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法的A-A向截面的结构示意简略图；

图3为本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法的换热内管焊接固定板的结构示意简略图；

图4为本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法的换热外管焊接固定板的结构示意简略图；

图5为本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法的换热内管与换热外管的安装示意图；

图6为本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法的整体系统结构图。

图中：1-焦炉上升管，1a-上升管水封盖，1b-荒煤气进口，1c-荒煤气出口，A-余热回收组件，A1-换热内管，A2-换热外管，A3-换热内管焊接固定板，A4-换热外管焊接固定板，A5-换热介质进入管，A6-换热介质出口管，2-焦炉，3-循环风机，4-二级换热器，5-水泵，6-汽包。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法做进一步的描述。

如图1至图5所示，一种焦炉荒煤气用余热回收装置，包括管内设置有耐火材料层的焦炉上升管1，该焦炉上升管的上端设置有上升管水封盖1a，焦炉上升管的下端开设有荒煤气进口1b，焦炉上升管的管壁一侧设置贯通管内的荒煤气出口1c；

焦炉上升管在其管内设置有一余热回收组件A，该余热回收组件与焦炉上升管之间相互密封；

余热回收组件的上部固定在上升管水封盖1a处的下部，而余热回收组件的下部则设置于焦炉上升管1下端的荒煤气进口1b处。

荒煤气从焦炉上升管的下端的荒煤气进口进入焦炉上升管内，然后从焦炉上升管的管壁一侧的荒煤气出口流出，这段过程由余热回收组件进行余热回收再利用。

余热回收组件A包括换热内管A1、换热外管A2、换热内管焊接固定板A3、换热外管焊接固定板A4、换热介质进入管A5和换热介质出口管A6，其中，换热内管的直径小于换热外管的直径，换热内管的长度与换热外管的长度相等，换热内管的上部伸出换热外管的上部，换热内管两端开口，而换热外管上端开口下端密封，即换热内管可以设置在换热外管内，形成一换热套管组件（如图5所示），各个换热套管组件呈环状间隔分布在焦炉上升管1内壁处，换热内管的管路上端固定设置在一与焦炉上升管焊接密封的圆形的换热内管焊接固定板上，该换热内管焊接固定板与焦炉上升管的上升管水封盖1a之间的管路空间处设置有与外部管路相通的换热介质进入管，该换热介质进入管与换热内管管路相通，而换热外管的管路上端固定设置在一与焦炉上升管焊接密封的圆形的换热外管焊接固定板上，该换热外管焊接固定板与换热内管焊接固定板之间的管路空间处设置有与外部管路相通的换热介质出口管，该换热介质出口管与换热外管管路相通（如图2至图4所示，均为结构示意简略图，仅为示意换热套管在焦炉上升管、换热内管焊接固定板和换热外管焊接固定板上的分布）。

换热介质通过换热介质进入管进入换热内管，换热介质在换热内管内从上往下的由换热内管的下端进入换热外管，然后介质再从换热外管内从下往上的流动，最后换热介质带着余热从换热介质出口管流出进行余热回收，解决了工业焦炉荒煤气成分复杂、荒煤气流量、温度周期变化带来换热影响的问题。

换热内管A1的直径为30～50mm，换热外管A2的直径为60～80mm，换热内管和换热外管的数量相互对应，均为10～25个。

换热内管和换热外管配套形成的换热套管组件共有10～25个，其具体数量由焦炉上升管的大小决定。

一种焦炉荒煤气用余热回收的组合式二级取热方法，基于上述的一种焦炉荒煤气用余热回收装置，其具体步骤如下：

1）在焦炉2的各个焦炉上升管1上安装余热回收组件A；

2）按推焦串序编排各个焦炉上升管1，相同推焦串序的焦炉上升管并为一组；

3）将同一组的焦炉上升管1的余热回收组件A的换热介质进入管A5与一循环风机3连接，换热介质出口管A6则与二级换热器4的一端连接，而该二级换热器的另一端再与循环风机连接，且二级换热器还连接设置有水泵5和汽包6；

4）进行二级取热，其具体为，先通过循环风机3将换热介质（即为换热气体，下同）通过同一组焦炉上升管1的余热回收组件A的换热介质进入管A5进入换热内管A1，换热介质在换热内管内从上往下的由换热内管的下端进入换热外管A2，然后介质再从换热外管内从下往上的流动，最后换热介质带着余热从换热介质出口管A6流出，此处即为一级取热，然后各个换热介质出口管流出的换热介质汇集后带着余热进入同组的二级换热器4与水进行二级取热，换热介质即换热气体在与水换热后，温度下降变成冷态气体换热介质，该冷态气体换热介质通过密闭的循环风机循环使用；

5）水泵5将除盐水设置定量供给入二级换热器4中与热态的换热介质进行换热，除盐水吸收热量后产生汽水混合物；

6）步骤5）中各个组所产生的汽水混合物都进入汽包6中进行汽水分离；

7）上述步骤1）至步骤6）循环操作，直至整个组合式二级取热过程结束。

所述的步骤3）中循环风机3和二级换热器4的数量与分组的数量应相同。

所述的步骤4）中进入焦炉上升管1的进行一级取热的换热介质温度可调节，其调节范围在150～500℃之间。

实施例

在某50孔焦炉上，焦炉上升管1共50个，按照“5-2”（即间隔数量为5的焦炉列为一组）推焦串序编排方法如下：第一串序1、6、11、16、21、26、31、36、41、46；第二串序2、7、12、17、22、27、32、37、42、47；第三串序3、8、13、18、23、28、33、38、43、48；第四串序4、9、14、19、24、29、34、39、44、49；第五串序5、10、15、20、25、30、35、40、45、50。

每个上升管均安装有余热回收组件A，共50个焦炉上升管，按照上述不同串序分为5组。

本实施例中采用氢气作为一级取热介质。冷态氢气进入先通过循环风机3将冷态氢气通过同一组焦炉上升管1的余热回收组件A的换热介质进入管A5进入换热内管A1，冷态氢气在换热内管内从上往下的由换热内管的下端进入换热外管A2，然后冷态氢气再从换热外管内从下往上的流动，最后冷态氢气带着余热从换热介质出口管A6流出，汇集后进入二级换热器4（共有5个），与水换热后再次变成冷态氢气，然后循环使用。

水泵5将除盐水供入二级换热器4，换热后产生汽水混合物，汽水混合物在汽包6内分离。

本发明的一种焦炉荒煤气用余热回收装置及组合式二级取热方法，由于其提高了换热套管外管壁面温度，减少了结焦的可能性，故解决了工业焦炉荒煤气成分复杂的问题的同时也解决了荒煤气流量、温度周期变化带来换热影响的问题，且整个余热回收组件与焦炉上升管相互密封，其整体安全可靠，另外本发明通过二级取热，减少了直接换热时由于荒煤气周期性引起的蒸汽压力波动，且由于在焦炉上升管上采用气体换热，与水直接换热性比，降低了焦炉的安全性风险。本发明适用于各种焦炉炼焦过程中的焦炉上升管内的荒煤气的余热回收再利用领域。

Claims (9)

1.一种焦炉荒煤气用余热回收装置，包括管内设置有耐火材料层的焦炉上升管（1），该焦炉上升管的上端设置有上升管水封盖（1a），焦炉上升管的下端开设有荒煤气进口（1b），焦炉上升管的管壁一侧设置贯通管内的荒煤气出口（1c），其特征在于：

所述的焦炉上升管（1）在其管内设置有一余热回收组件（A），该余热回收组件与焦炉上升管之间相互密封；

所述的余热回收组件（A）的上部固定在上升管水封盖（1a）处的下部，而余热回收组件的下部则设置于焦炉上升管（1）下端的荒煤气进口（1b）处。

2.如权利要求1所述的一种焦炉荒煤气用余热回收装置，其特征在于，所述的余热回收组件（A）包括换热内管（A1）、换热外管（A2）、换热内管焊接固定板（A3）、换热外管焊接固定板（A4）、换热介质进入管（A5）和换热介质出口管（A6）。

3.如权利要求2所述的一种焦炉荒煤气用余热回收装置，其特征在于，所述的换热内管的直径小于换热外管的直径，换热内管的长度与换热外管的长度相等，换热内管的上部伸出换热外管的上部，换热内管两端开口，而换热外管上端开口下端密封，即换热内管可以设置在换热外管内，形成一换热套管组件，各个换热套管组件呈环状间隔分布在焦炉上升管（1）内壁处。

4.如权利要求2所述的一种焦炉荒煤气用余热回收装置，其特征在于，所述的换热内管的管路上端固定设置在一与焦炉上升管焊接密封的圆形的换热内管焊接固定板上，该换热内管焊接固定板与焦炉上升管的上升管水封盖（1a）之间的管路空间处设置有与外部管路相通的换热介质进入管，该换热介质进入管与换热内管管路相通。

5.如权利要求2所述的一种焦炉荒煤气用余热回收装置，其特征在于，所述的换热外管的管路上端固定设置在一与焦炉上升管焊接密封的圆形的换热外管焊接固定板上，该换热外管焊接固定板与换热内管焊接固定板之间的管路空间处设置有与外部管路相通的换热介质出口管，该换热介质出口管与换热外管管路相通。

6.如权利要求2所述的一种焦炉荒煤气用余热回收装置，其特征在于，所述的换热内管（A1）的直径为30～50mm，换热外管（A2）的直径为60～80mm，换热内管和换热外管的数量相互对应，均为10～25个。

7.一种焦炉荒煤气用余热回收的组合式二级取热方法，基于上述权利要求1至权利要求6所述的一种焦炉荒煤气用余热回收装置，其具体步骤如下：

1）在焦炉（2）的各个焦炉上升管（1）上安装余热回收组件（A）；

2）按推焦串序编排各个焦炉上升管（1），相同推焦串序的焦炉上升管并为一组；

3）将同一组的焦炉上升管（1）的余热回收组件（A）的换热介质进入管（A5）与一循环风机（3）连接，换热介质出口管（A6）则与二级换热器（4）的一端连接，而该二级换热器的另一端再与循环风机连接，且二级换热器还连接设置有水泵（5）和汽包（6）；

4）进行二级取热，其具体为，先通过循环风机（3）将换热介质通过同一组焦炉上升管（1）的余热回收组件（A）的换热介质进入管（A5）进入换热内管（A1），换热介质在换热内管内从上往下的由换热内管的下端进入换热外管（A2），然后介质再从换热外管内从下往上的流动，最后换热介质带着余热从换热介质出口管（A6）流出，此处即为一级取热，然后各个换热介质出口管流出的换热介质汇集后带着余热进入同组的二级换热器（4）与水进行二级取热，换热介质即换热气体在与水换热后，温度下降变成冷态气体换热介质，该冷态气体换热介质通过密闭的循环风机循环使用；

5）水泵（5）将除盐水设置定量供给入二级换热器（4）中与热态的换热介质进行换热，除盐水吸收热量后产生汽水混合物；

6）步骤5）中各个组所产生的汽水混合物都进入汽包（6）中进行汽水分离；

7）上述步骤1）至步骤6）循环操作，直至整个组合式二级取热过程结束。

8.如权利要求7所述的一种焦炉荒煤气用余热回收的组合式二级取热方法，其特征在于，所述的步骤3）中循环风机（3）和二级换热器（4）的数量与分组的数量应相同。

9.如权利要求7所述的一种焦炉荒煤气用余热回收的组合式二级取热方法，其特征在于，所述的步骤4）中进入焦炉上升管（1）的进行一级取热的换热介质温度可调节，其调节范围在150～500℃之间。