CN107325827B - 一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，包括焦炉、第一三通阀、应急烟囱、还原剂提供装置、预热装置、第二三通阀、余热利用装置、温度检测装置以及依次连接的加热炉、SRC脱硝装置、高温余热回收装置、中温余热回收装置、脱硫装置、换热器、烟囱；高温余热回收装置的高温介质管道出口和预热装置的高温介质管道、温度检测装置、第二三通阀依次连接，第二三通阀分别与余热利用装置和高温余热回收装置的高温介质管道入口连接，余热利用装置与高温余热回收装置的高温介质管道入口连接；中温余热回收装置的中温介质管道、换热器的中温介质管道互相连接成环。本发明提供的余热回收装置可同时脱硫脱硝，且余热回收效率高、效果好。

Description

一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置
技术领域
本发明属于焦炉设备领域，特别涉及一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置。
背景技术
目前，国内焦炉烟气的脱硫脱硝处理尚处在起步阶段，绝大多数焦化厂、钢厂的焦炉烟气仍然不经处理直接排放到大气中。这样的做法严重影响了当地的大气环境，给人们的健康也带来很大的隐患。随着更严格的焦炉烟气排放标准GB16171-2012的出台，焦炉烟气的脱硫、脱硝将成为国内所有焦化生产厂的必备工艺。可以预见，未来烟气的排放标准会向更严格的国际环保标准靠拢，以适应国际化的节能环保趋势。所以，必须有一种可靠的系统及工艺来实现焦炉烟气的脱硫脱硝及余热回收的目的。
焦炉能对煤炭做高温干馏处理，将其高效地转换为焦炭、焦炉煤气、煤焦油、粗苯等产物，是高效的能量转换窑炉。在焦炉支出热中，650℃-700℃荒煤气的带出热约占36％，具有极高的回收利用价值。目前，通常采用降温处理工艺来实现荒煤气的工业应用，传统工艺为：向高温荒煤气喷洒大量70℃-75℃循环氨水使其降温，实现余热回收，然而，这会导致高温荒煤气带出热因循环氨水的大量蒸发而浪费。
在20世纪80年代，日本大部分焦化厂曾将导热油用于上升管回收荒煤气带出热：他们将上升管做成夹套管，导热油通过夹套管与高温荒煤气间接换热，被加热的高温导热油可用于多种用途，例如蒸氨、蒸馏煤焦油、干燥入炉煤等等。后来，我国济钢曾在五孔上升管进行了类似的试验；我国武钢、马钢、鞍钢、涟钢、北京焦化厂、沈阳煤气二厂、本钢一铁、平顶山焦化厂等多家企业曾在上升管采用水汽化冷却技术回收这部分热量；此外，也有企业采用以氮气为介质、与高温荒煤气间接换热的方法。
现有焦炉上升管荒煤气余热回收取热装置的结构，总体分内、中、外三层基本结构。内层为耐高温、耐腐蚀的合金钢材质的圆筒，荒煤气在圆筒内自下而上流过。中间为核心传热层，具有高导热能力的、一定厚度的耐高温固体介质层紧密附着于内筒的外壁，传热管穿过固体介质层，且与该固体介质层紧密接触，传热管内流过的为取热介质，其在流动过程中吸收了内筒内荒煤气的放热量，在自下而上的流动过程中温度升高。传热管或螺旋上升盘旋在该固体介质内，或自下而上直立布置于该固体介质层，固体介质层需覆盖整个传热管的外表面；外层为保温保护层，金属材质筒体，内壁面上贴有保温材料，对内筒和中间核心传热层起到保温和保护的作用，减少热损失，不受冲击。
然而，现有现有焦炉上升管荒煤气余热回收取热装置或多或少存在以下问题：传热过程的结构设计不合理、循环不够通畅、换热效率低、荒煤气侧壁面焦油粘结导致堵塞荒煤气通道、导热油结焦堵塞导热油通道、易被介质等腐蚀或不能有效解决开停车和运行过程的热胀冷缩问题,这使得以上方法或者难以成功实施，或者难以实现令人满意的效果。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置。
技术方案：本发明提供的一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，包括焦炉(1)、第一三通阀(2)、应急烟囱(3)、还原剂提供装置(11)、预热装置(12)、第二三通阀(13)、余热利用装置(14)、温度检测装置(15)以及依次连接的加热炉(4)、SRC脱硝装置(5)、高温余热回收装置(6)、中温余热回收装置(7)、脱硫装置(8)、换热器(9)、烟囱(10)；所述第一三通阀(2)分别与焦炉(1)、加热炉(4)、应急烟囱(3)连接；所述还原剂提供装置(11)、预热装置(12)、SRC脱硝装置(5)的还原剂入口依次连接；高温余热回收装置(6)的高温介质管道出口和预热装置(12)的高温介质管道、温度检测装置(15)、第二三通阀(13)依次连接，第二三通阀(13)分别与余热利用装置(14)和高温余热回收装置(6)的高温介质管道入口连接，余热利用装置(14)与高温余热回收装置(6)的高温介质管道入口连接；中温余热回收装置(7)的中温介质管道、换热器(9)的中温介质管道互相连接成环。
作为改进，所述高温余热回收装置(6)包括高温荒煤气管道(61)、换热盘管(62)；所述高温荒煤气管道(61)自外而内依次包括外筒壁(611)、隔热层(612)、固体介质层(613)、内筒壁(614)；所述下法兰(64)分别与外筒壁(611)底部、内筒壁(614)底部焊接连接；所述上法兰(65)上设有环形凹陷(651)，所述上法兰(65)与外筒壁(611)顶部焊接连接，所述内筒壁(614)顶部设于环形凹陷(651)内；所述膨胀盒(63)焊接固定于外筒壁(611)外侧壁上，所述膨胀盒(63)上设有焊接膨胀节(631)；所述换热盘管(62)设于柔性固体介质层(613)内，其下端为工质进口管(621)，上端为工质出口管(622)，工质出口管(622)依次穿过外筒壁(611)、膨胀盒(63)、膨胀节(631)，工质出口管(622)和膨胀节(631)连接处焊接连接；所述内筒壁(614)由高效导热脱硝复合材料制成，所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬11.2-13.1份、镍5.08-5.16份、硅0.83-0.99份、碳0.60-0.70份、锰0.65-0.78份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管0.5-1.5份、纳米铜1-2份、纳米锌1-2份、壳聚糖0.2-0.8份、氧化钛1-2份、五氧化二钒0.5-1.0份、氧化钨0.2-0.4份、氧化钼0.1-0.3份。
作为另一种改进，所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.3-12.7份、镍5.10-5.14份、硅0.86-0.90份、碳0.63-0.67份、锰0.67-0.71份、氮化钛0.5-0.7份、碳纳米管0.8-1.2份、纳米铜1.3-1.7份、纳米锌1.3-1.7份、壳聚糖0.4-0.6份、氧化钛1.3-1.7份、五氧化二钒0.6-0.8份、氧化钨0.2-0.4份、氧化钼0.1-0.3份。
作为另一种改进，还包括翅片(615)，所述翅片(615)设于内筒壁(614)的内侧壁上，所述翅片由高效导热复合材料制成；还包括钉头(616)，所述钉头(616)一端固定于内筒壁(614)的外侧壁上，另一端固定于外筒壁(611)的内侧壁上。
作为另一种改进，所述中温余热回收装置(7)包括中温荒煤气管道(71)、中温介质管道(72)；所述荒煤气管道(71)自外而内依次包括外壳体(73)、隔热层(74)、导热介质层(75)、内壳体(76)；所述中温介质管道(72)固定于导热介质层(75)内；所述内壳体(76)由高效导热复合材料制成；所述高效导热复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬11.2-13.1份、镍5.08-5.16份、硅0.83-0.99份、碳0.60-0.70份、锰0.65-0.78份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管0.5-1.5份、纳米铜1-2份、纳米锌1-2份。
作为另一种改进，所述高效导热复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.3-12.7份、镍5.10-5.14份、硅0.86-0.90份、碳0.63-0.67份、锰0.67-0.71份、氮化钛0.5-0.7份、碳纳米管0.8-1.2份、纳米铜1.3-1.7份、纳米锌1.3-1.7份。
作为另一种改进，还包括控制装置，所述控制装置分别与第一三通阀(2)、第二三通阀(13)、温度检测装置(15)连接。
作为另一种改进，所述余热利用装置(14)为与发电装置连接的汽轮机。
本发明还提供了一种用于焦炉烟道废气余热回收装置的高效导热脱硝复合材料，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬11.2-13.1份、镍5.08-5.16份、硅0.83-0.99份、碳0.60-0.70份、锰0.65-0.78份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管0.5-1.5份、纳米铜1-2份、纳米锌1-2份、壳聚糖0.2-0.8份、氧化钛1-2份、五氧化二钒0.5-1.0份、氧化钨0.2-0.4份、氧化钼0.1-0.3份。
有益效果：本发明提供的余热回收装置可同时脱硫脱硝，且余热回收效率高、效果好。
附图说明
图1为本发明同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置的结构示意图。
图2为高温余热回收装置的结构示意图。
图3为高温余热回收装置的局部放大图一。
图4为高温余热回收装置的局部放大图二。
图5为中温余热回收装置的结构示意图。
图6为中温余热回收装置的局部放大图。
具体实施方式
下面对本发明同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置作出进一步说明。
实施例1
同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，包括焦炉(1)、第一三通阀(2)、应急烟囱(3)、还原剂提供装置(11)、预热装置(12)、第二三通阀(13)、余热利用装置(14)、温度检测装置(15)以及依次连接的加热炉(4)、SRC脱硝装置(5)、高温余热回收装置(6)、中温余热回收装置(7)、脱硫装置(8)、换热器(9)、烟囱(10)；所述第一三通阀(2)分别与焦炉(1)、加热炉(4)、应急烟囱(3)连接；所述还原剂提供装置(11)、预热装置(12)、SRC脱硝装置(5)的还原剂入口依次连接；高温余热回收装置(6)的高温介质管道出口和预热装置(12)的高温介质管道、温度检测装置(15)、第二三通阀(13)依次连接，第二三通阀(13)分别与余热利用装置(14)和高温余热回收装置(6)的高温介质管道入口连接，余热利用装置(14)与高温余热回收装置(6)的高温介质管道入口连接；中温余热回收装置(7)的中温介质管道、换热器(9)的中温介质管道互相连接成环。
所述高温余热回收装置(6)包括高温荒煤气管道(61)、换热盘管(62)；所述高温荒煤气管道(61)自外而内依次包括外筒壁(611)、隔热层(612)、固体介质层(613)、内筒壁(614)；所述下法兰(64)分别与外筒壁(611)底部、内筒壁(614)底部焊接连接；所述上法兰(65)上设有环形凹陷(651)，所述上法兰(65)与外筒壁(611)顶部焊接连接，所述内筒壁(614)顶部设于环形凹陷(651)内；所述膨胀盒(63)焊接固定于外筒壁(611)外侧壁上，所述膨胀盒(63)上设有焊接膨胀节(631)；所述换热盘管(62)设于柔性固体介质层(613)内，其下端为工质进口管(621)，上端为工质出口管(622)，工质出口管(622)依次穿过外筒壁(611)、膨胀盒(63)、膨胀节(631)，工质出口管(622)和膨胀节(631)连接处焊接连接；所述内筒壁(614)由高效导热脱硝复合材料制成，所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份、氮化钛0.6份、碳纳米管1.0份、纳米铜1.5份、纳米锌1.5份、壳聚糖0.5份、氧化钛1.5份、五氧化二钒0.7份、氧化钨0.3份、氧化钼0.2份。
还包括翅片(615)，所述翅片(615)设于内筒壁(614)的内侧壁上，所述翅片由高效导热复合材料制成；还包括钉头(616)，所述钉头(616)一端固定于内筒壁(614)的外侧壁上，另一端固定于外筒壁(611)的内侧壁上。
所述中温余热回收装置(7)包括中温荒煤气管道(71)、中温介质管道(72)；所述荒煤气管道(71)自外而内依次包括外壳体(73)、隔热层(74)、导热介质层(75)、内壳体(76)；所述中温介质管道(72)固定于导热介质层(75)内；所述内壳体(76)由高效导热复合材料制成；所述高效导热复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份、氮化钛0.6份、碳纳米管1.0份、纳米铜1.5份、纳米锌1.5份。
还包括控制装置，所述控制装置分别与第一三通阀(2)、第二三通阀(13)、温度检测装置(15)连接。
所述余热利用装置(14)为与发电装置连接的汽轮机。
该装置的工作原理：烟气经过第一三通阀进入加热炉内加热至适合SRC脱硝的温度后，再进入SRC脱硝装置内脱硝，脱硝后温度变化不大，烟气进入高温余热回收装置中回收余热，回收的余热用于对还原剂预热以及做功发电等用途；烟气再进入中温余热回收装置内继续回收余热，余热用于对脱硫后的烟气加热；烟气再进入脱硫装置内脱硫，换热器内加热，最后经过烟囱排出；一旦遇到紧急情况，烟气可利用应急烟囱直接排出。
实施例2
与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬11.2份、镍5.08份、硅0.99份、碳0.60份、锰0.78份、氮化钛0.5份、碳纳米管0.5份、纳米铜2份、纳米锌2份、壳聚糖0.2份、氧化钛2份、五氧化二钒0.5份、氧化钨0.4份、氧化钼0.1份；
所述高效导热复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬11.2份、镍5.08份、硅0.99份、碳0.60份、锰0.78份、氮化钛0.5份、碳纳米管0.5份、纳米铜2份、纳米锌2份。
实施例3
与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬13.1份、镍5.16份、硅0.83份、碳0.70份、锰0.65份、氮化钛0.7份、碳纳米管1.5份、纳米铜1份、纳米锌1份、壳聚糖0.8份、氧化钛1份、五氧化二钒1.0份、氧化钨0.2份、氧化钼0.3份；
所述高效导热复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬13.1份、镍5.16份、硅0.83份、碳0.70份、锰0.65份、氮化钛0.7份、碳纳米管1.5份、纳米铜1份、纳米锌1份。
实施例4
与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.3份、镍5.14份、硅0.86份、碳0.67份、锰0.67份、氮化钛0.4份、碳纳米管1.2份、纳米铜1.3份、纳米锌1.7份、壳聚糖0.4份、氧化钛1.7份、五氧化二钒0.6份、氧化钨0.4份、氧化钼0.1份。
所述高效导热复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.3份、镍5.14份、硅0.86份、碳0.67份、锰0.67份、氮化钛0.4份、碳纳米管1.2份、纳米铜1.3份、纳米锌1.7份。
实施例5
与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.7份、镍5.10份、硅0.90份、碳0.63份、锰0.71份、氮化钛0.8份、碳纳米管0.8份、纳米铜1.7份、纳米锌1.3份、壳聚糖0.6份、氧化钛1.3份、五氧化二钒0.8份、氧化钨0.2份、氧化钼0.3份。
所述高效导热复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.7份、镍5.10份、硅0.90份、碳0.63份、锰0.71份、氮化钛0.8份、碳纳米管0.8份、纳米铜1.7份、纳米锌1.3份。
对比例1
复合材料1，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份。
复合材料2，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份、碳纳米管1.0份。
复合材料3，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份、纳米铜1.5份。
复合材料4，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份、纳米锌1.5份。
复合材料5，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份、氮化钛0.5份。
测试实施例1至5、对比例1-4的复合材料的性能，见下表。
复合材料来源 导热系数(W/m.K) 复合材料来源 导热系数(W/m.K)
实施例1 1682 对比例1 467
实施例2 1491 对比例2 957
实施例3 1495 对比例3 651
实施例4 1482 对比例4 567
实施例5 1457 对比例5 581

Claims (6)

1.一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，其特征在于：包括焦炉（1）、第一三通阀（2）、应急烟囱（3）、还原剂提供装置（11）、预热装置（12）、第二三通阀（13）、余热利用装置（14）、温度检测装置（15）以及依次连接的加热炉（4）、SRC脱硝装置（5）、高温余热回收装置（6）、中温余热回收装置（7）、脱硫装置（8）、换热器（9）、烟囱（10）；所述第一三通阀（2）分别与焦炉（1）、加热炉（4）、应急烟囱（3）连接；所述还原剂提供装置（11）、预热装置（12）、SRC脱硝装置（5）的还原剂入口依次连接；高温余热回收装置（6）的高温介质管道出口和预热装置（12）的高温介质管道、温度检测装置（15）、第二三通阀（13）依次连接，第二三通阀（13）分别与余热利用装置（14）和高温余热回收装置（6）的高温介质管道入口连接，余热利用装置（14）与高温余热回收装置（6）的高温介质管道入口连接；中温余热回收装置（7）的中温介质管道、换热器（9）的中温介质管道互相连接成环；
所述高温余热回收装置（6）包括高温荒煤气管道（61）、换热盘管（62）；所述高温荒煤气管道（61）自外而内依次包括外筒壁（611）、隔热层（612）、固体介质层（613）、内筒壁（614）；下法兰（64）分别与外筒壁（611）底部、内筒壁（614）底部焊接连接；上法兰（65）上设有环形凹陷（651），上法兰（65）与外筒壁（611）顶部焊接连接，内筒壁（614）顶部设于环形凹陷（651）内；膨胀盒（63）焊接固定于外筒壁（611）外侧壁上，膨胀盒（63）上设有焊接膨胀节（631）；所述换热盘管（62）设于柔性固体介质层（613）内，其下端为工质进口管（621），上端为工质出口管（622），工质出口管（622）依次穿过外筒壁（611）、膨胀盒（63）、膨胀节（631），工质出口管（622）和膨胀节（631）连接处焊接连接；所述内筒壁（614）由高效导热脱硝复合材料制成，所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬11.2-13.1份、镍5.08-5.16份、硅 0.83-0.99份、碳0.60-0.70份、锰0.65-0.78份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管0.5-1.5份、纳米铜1-2份、纳米锌1-2份、壳聚糖0.2-0.8份、氧化钛1-2份、五氧化二钒0.5-1.0份、氧化钨0.2-0.4份、氧化钼0.1-0.3份；
所述中温余热回收装置（7）包括中温荒煤气管道（71）、中温介质管道（72）；所述荒煤气管道（71）自外而内依次包括外壳体（73）、隔热层（74）、导热介质层（75）、内壳体（76）；所述中温介质管道（72）固定于导热介质层（75）内；所述内壳体（76）由高效导热复合材料制成；所述高效导热复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬11.2-13.1份、镍5.08-5.16份、硅 0.83-0.99份、碳0.60-0.70份、锰0.65-0.78份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管0.5-1.5份、纳米铜1-2份、纳米锌1-2份。
2.根据权利要求1所述的一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，其特征在于：所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.3-12.7份、镍5.10-5.14份、硅 0.86-0.90份、碳0.63-0.67份、锰0.67-0.71份、氮化钛0.5-0.7份、碳纳米管0.8-1.2份、纳米铜1.3-1.7份、纳米锌1.3-1.7份、壳聚糖0.4-0.6份、氧化钛1.3-1.7份、五氧化二钒0.6-0.8份、氧化钨0.2-0.4份、氧化钼0.1-0.3份。
3.根据权利要求2所述的一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，其特征在于：还包括翅片（615），所述翅片（615）设于内筒壁（614）的内侧壁上，所述翅片由高效导热复合材料制成；还包括钉头（616），所述钉头（616）一端固定于内筒壁（614）的外侧壁上，另一端固定于外筒壁（611）的内侧壁上。
4.根据权利要求1所述的一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，其特征在于：所述高效导热复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.3-12.7份、镍5.10-5.14份、硅 0.86-0.90份、碳0.63-0.67份、锰0.67-0.71份、氮化钛0.5-0.7份、碳纳米管0.8-1.2份、纳米铜1.3-1.7份、纳米锌1.3-1.7份。
5.根据权利要求1所述的一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置分别与第一三通阀（2）、第二三通阀（13）、温度检测装置（15）连接。
6.根据权利要求1所述的一种同时脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，其特征在于：所述余热利用装置（14）为与发电装置连接的汽轮机。
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