CN107057778B - 一种含焦油高温煤气分级冷凝回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含焦油高温煤气分级冷凝回收装置，包括Ⅰ级、Ⅱ级冷却塔以及两者之间的煤气管道，所述冷却塔设有换热机构，底部设有焦油收集池，所述换热机构包括至少一层剑鞘管束层，所述剑鞘管束层穿设在冷却塔，两端分别连通换热介质管的入口和出口。该装置能够有效地防止换热装置表面粘结焦油，从而避免因焦油搭桥而堵塞设备。

Description

一种含焦油高温煤气分级冷凝回收装置

技术领域

本发明涉及煤炭热解利用技术领域，具体涉及一种含焦油高温煤气分级冷凝回收装置。

背景技术

煤炭热解技术在提高煤炭利用价值的同时减少燃煤造成的环境污染，适用于我国大量的烟煤和褐煤资源，具有广阔的应用前景。

目前，煤热解产物(焦油、煤气、水等)的预处理工艺是热解产物先通过高温除尘装置除去灰颗粒，再通过喷洒水或氨水来实现高温煤气的冷却和大部分焦油的回收，最后再通过焦油捕集装置实现焦油的完全回收。这种工艺的优点是由于采用了除尘装置，降低了煤气和焦油的含灰量，大大提高了煤气和焦油的品质。但该工艺的不足之处在于喷洒的水或氨水会产生大量难处理的挥发酚废水，造成废水处理装置的高投资，同时，高温煤气的余热无法回收利用，造成了能源的浪费。

另外，现有技术中也有采用换热装置进行冷却和回收焦油，如中国发明专利(CN103013583 A)公开一种热解煤气除尘冷却及焦油回收装置，包括依次连接的过热器、高温除尘器、事故急冷塔、余热回收锅炉、间冷器和电捕焦油器，该工艺先将热解煤气通入过热器冷却至400～700℃，然后通入高温除尘器进行除尘，接着通入余热回收锅炉，冷却至50～100℃，同时冷凝析出水和焦油，再通入间冷器，冷却至10～30℃，进一步冷凝析出水和焦油，最后通入电捕焦油器，回收携带的焦油雾和水雾。余热回收锅炉中采用蛇形管式换热器，焦油冷却容易粘结在其表面，导致换热效率大大降低，需要设置蒸汽吹扫装置进行吹扫粘附的焦油，使得焦油回收装置结构复杂，占地面积大，增加了生产成本和维护成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种含焦油高温煤气分级冷凝回收装置，能够有效地防止换热装置表面粘结焦油，从而避免因焦油搭桥而堵塞设备。

本发明所提供的技术方案为：

一种含焦油高温煤气分级冷凝回收装置，包括Ⅰ级、Ⅱ级冷却塔以及两者之间的煤气管道，所述冷却塔设有换热机构，底部设有焦油收集池，所述换热机构包括至少一层剑鞘管束层，所述剑鞘管束层穿设在冷却塔，两端分别连通换热介质管的入口和出口。

上述技术方案中，换热机构由剑鞘管组成，剑鞘管的外形设计不仅有效得减小焦油流动的阻力，避免焦油搭桥而堵塞设备；而且，使得换热介质不与高温煤气直接接触，不产生额外的废水，避免了废水处理装置的高额投资。

其次，分级冷凝回收装置采用两级冷却塔，采用不同的换热介质，从而可以实现焦油轻重组分的分级冷凝，为焦油的后续利用提供便捷。

优选的，所述剑鞘管束层包括至少一根剑鞘管。

优选的，所述剑鞘管束层包括一根直线形剑鞘管和若干根带有弧度的剑鞘管。

优选的，所述相邻剑鞘管之间的最远距离的间距为2～15cm。所述最远距离指的是相邻剑鞘管中心点之间的距离。

优选的，所述剑鞘管的横截面为梭形，中间设有换热介质流通的孔道。

优选的，所述剑鞘管的尖部朝向含焦油高温煤气的流向。该设置使得含焦油高温煤气的流向与剑鞘管尖部的相切，有效得减小焦油流动的阻力。

优选的，所述剑鞘管的横截面由两条对称的圆弧组成，一侧圆弧两端的切线之间的夹角θ为30～120°。

优选的，所述换热机构包括至少两层剑鞘管束层，所述相邻剑鞘管束层之间的间距为10～50cm。设置多层剑鞘管束层，进一步提高其冷凝回收的效率。

优选的，所述相邻剑鞘管束层之间交错设置。该设置增了换热机构与含焦油高温煤气的有效热交换面积，进一步提高其冷凝回收的效率。

优选的，所述Ⅱ级冷却塔的换热介质管的出口支路与Ⅰ级冷却塔的换热介质管的入口连通。由于Ⅱ级冷却塔中的换热介质，通入时的温度为0～20℃，经过热交换之后，温度达到150～200℃，将经过热交换后的换热介质继续通入到Ⅰ级冷却塔中进行热交换，有效得降低了能耗，也可以实现焦油轻重组分的分级冷凝。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明采用剑鞘管作为换热机构，换热介质不与高温煤气直接接触，不产生额外的废水，避免了废水处理装置的高额投资。

(2)本发明中剑鞘管的交错布置增加了热交换面积，可以将高温煤气冷却到较低的温度，从而有效地回收了含焦油高温煤气的余热。

(3)本发明采用两级冷却装置，并且采用不同的冷却介质，从而可以实现焦油轻重组分的分级冷凝，为焦油的后续利用提供便捷。

(4)本发明中剑鞘管的外形设计有效得减小焦油流动的阻力，同时剑鞘管的尖部与含焦油高温煤气的流向成切向布置，在高温煤气的切向吹扫下，可以避免焦油搭桥而堵塞设备。

附图说明

图1为实施例中含焦油高温煤气分级冷凝回收装置的结构示意图；

图2为图1中A-A面的剖视图；

图3为实施例中剑鞘管束层的结构示意图；

图4为图3中B-B面的剖视图。

其中，1、Ⅰ级冷却塔；2、Ⅱ级冷却塔；3、换热机构；3＇、换热机构；4、剑鞘管；4＇、剑鞘管；5、焦油收集池；5＇、焦油收集池；6、换热介质管入口；7、换热介质管出口；8、煤气管道；9、换热介质管。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步说明。

实施例

如图1所示的分级冷凝回收装置，包括Ⅰ级冷却塔1、Ⅱ级冷却塔2以及两者之间的煤气管道8。煤气管道8一端与Ⅰ级冷却塔1下侧塔体连通，另一端与Ⅱ级冷却塔2顶部连通。

其中，Ⅰ级冷却塔1为圆柱形塔体，底部设有焦油收集池5，中部穿设有换热机构3，换热机构3由四层剑鞘管束层组成，相邻的剑鞘管束层之间的间距为30cm，剑鞘管束层的层数根据实际的生产状况进行选择。而Ⅱ级冷却塔2的整体结构与Ⅰ级冷却塔1相同，同样底部设有焦油收集池5＇，中部穿设有换热机构3＇。

换热机构3＇左侧通入0～20℃冷却水，右侧设有水蒸气排出口，水蒸气排出管上还连通换热介质管9。而换热介质管9则与换热机构3连通，换热机构3右侧也设有蒸汽排出口。

如图2～3所示，剑鞘管束层包括一根直线形剑鞘管4和六根带有弧度的剑鞘管4，七根剑鞘管4对称设置，一端与换热介质管入口6连通，另一端与换热介质管出口7连通。相邻的剑鞘管4之间的最远距离的间距为10cm，最远距离指的是剑鞘管4中心点之间的距离。相邻的剑鞘管束层之间交错设置，使得相邻两层的直线形剑鞘管4在竖直投影面上的夹角为40°，该设置增了换热机构3与含焦油高温煤气的有效热交换面积，进一步提高其冷凝回收的效率。

如图4所示，剑鞘管4的横截面为梭形，由两条对称的圆弧组成，中间设有换热介质流通的孔道，一侧圆弧两端的切线之间的夹角θ为35°，两切线之间的交点到圆弧端部之间的长度R为500mm，剑鞘管4中间的管壁厚度L为4mm。剑鞘管4的尖部朝向含焦油高温煤气的流向，使得含焦油高温煤气的流向与剑鞘管4尖部的相切，在煤气的切向吹扫下，冷凝析出的焦油组分被快速吹扫到焦油池中，避免焦油搭桥而堵塞设备，同时也避免了因焦油堆积在剑鞘管4上而影响换热。

工作原理：

500～750℃的含焦油高温煤气从Ⅰ级冷却塔1顶端煤气入口进入塔内，并与多层剑鞘管束层接触换热，剑鞘管4采用150～200℃的低温蒸汽作为冷却介质，换热后高温煤气中的重质焦油组分冷凝析出，由于剑鞘管4温度较高，在该温度下重质焦油组分流动性较好，同时在高温煤气的切向吹扫下，冷凝析出的重质焦油组分快速汇集到焦油收集池5中，从而避免了堆积在剑鞘管4上而影响换热，而换热后的高温蒸汽直接排出，可供余热锅炉使用。

经Ⅰ级冷却塔1冷却后的煤气温度降低到250～350℃，继续经过煤气管道8，由Ⅱ级冷却塔2顶部入口进入塔内，与多层剑鞘管束层接触换热，煤气中的轻质焦油组分被冷凝析出，经煤气切向吹扫后落入焦油收集池5＇中，经过Ⅱ级冷却塔2冷却后的洁净煤气经排出口排出。换热机构3＇中的剑鞘管4＇采用0～20℃的冷却水作为冷却介质，冷却水从入口进入换热机构3＇后，与高温煤气换热后变为150～200℃的蒸汽，该蒸汽从出口排出后，一部分经过换热介质管9送入换热机构3中作为冷却介质，另一部分经蒸汽排出管直接排出。

Claims (3)

1.一种含焦油高温煤气分级冷凝回收装置，包括Ⅰ级、Ⅱ级冷却塔以及两者之间的煤气管道，所述冷却塔设有换热机构，底部设有焦油收集池，其特征在于，所述换热机构包括至少一层剑鞘管束层，所述剑鞘管束层穿设在冷却塔，两端分别连通换热介质管的入口和出口；

所述剑鞘管束层包括至少一根剑鞘管；所述剑鞘管束层包括一根直线形剑鞘管和若干根带有弧度的剑鞘管；所述剑鞘管的横截面为梭形，中间设有换热介质流通的孔道；所述剑鞘管的横截面由两条对称的圆弧组成，一侧圆弧两端的切线之间的夹角θ为30～120°；所述剑鞘管的尖部朝向含焦油高温煤气的流向；

所述换热机构包括至少两层剑鞘管束层，相邻剑鞘管束层之间的间距为10～50cm，所述相邻剑鞘管束层之间交错设置。

2.根据权利要求1所述的含焦油高温煤气分级冷凝回收装置，其特征在于，相邻剑鞘管之间的最远距离的间距为2～15cm。

3.根据权利要求1所述的含焦油高温煤气分级冷凝回收装置，其特征在于，所述Ⅱ级冷却塔的换热介质管的出口支路与Ⅰ级冷却塔的换热介质管的入口连通。

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