CN107400522B - 一种防结焦高效率焦炉烟道废气余热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种防结焦高效率焦炉烟道废气余热回收装置，包括依次连接的板式除焦换热器(1)、高效余热回收器(2)；所述板式除焦换热器(1)包括余热烟气管道(11)、一组换热板(12)、冷水管道(13)、热水管道(14)、集焦管(15)、除焦装置(16)、排焦管(17)，所述一组换热板(12)交替设置于余热烟气管道(11)上壁和下壁上，换热板(12)的迎风面内为冷水介质通道(18)与冷水管道(13)连接，换热板(12)的背风面内为热水介质通道(19)与热水管道(14)连接，冷水介质通道(18)和热水介质通道(19)互相连接，除焦装置(16)设于换热板(12)的迎风面上，排焦管(17)设于余热烟气管道(11)下侧壁上且与集焦管(15)连接；所述换热板(12)的背风面上设有隔热层。该回收装置结构简单、成本低廉、使用方便，不仅可有效防止结焦，而且余热回收效率高，效果好。

Description

一种防结焦高效率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，特别涉及一种防结焦高效率焦炉烟道废气余热回收装置。
背景技术
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，本发明提供了一种防结焦高效率焦炉烟道废气余热回收装置。
技术方案：本发明提供的一种防结焦高效率焦炉烟道废气余热回收装置，包括依次连接的板式除焦换热器(1)、高效余热回收器(2)；所述板式除焦换热器(1)包括余热烟气管道(11)、一组换热板(12)、冷水管道(13)、热水管道(14)、集焦管(15)、除焦装置(16)、排焦管(17)，所述一组换热板(12)交替设置于余热烟气管道(11)上壁和下壁上，换热板(12)的迎风面内为冷水介质通道(18)与冷水管道(13)连接，换热板(12)的背风面内为热水介质通道(19)与热水管道(14)连接，冷水介质通道(18)和热水介质通道(19)互相连接，除焦装置(16)设于换热板(12)的迎风面上，排焦管(17)设于余热烟气管道(11)下侧壁上且与集焦管(15)连接；所述换热板(12)的迎风面由高效导热集焦复合材料制成，所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬11.6-12.9份、镍5.42-5.94份、硅0.66-0.87份、碳0.48-0.59份、锰0.66-0.85份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管1-2份、氮化硅0.5-1.5份、纳米铜1-3份、纳米氧化铝1-2份、纳米氧化锰0.5-1.5份；所述换热板(12)的背风面上设有隔热层；所述高效余热回收器(2)包括高温荒煤气管道(21)、换热盘管(22)；所述高温荒煤气管道(21)自外而内依次包括外筒壁(211)、隔热层(212)、固体介质层(213)、内筒壁(214)；所述下法兰(24)分别与外筒壁(211)底部、内筒壁(214)底部焊接连接；所述上法兰(25)上设有环形凹陷(251)，所述上法兰(25)与外筒壁(211)顶部焊接连接，所述内筒壁(214)顶部设于环形凹陷(251)内；所述膨胀盒(23)焊接固定于外筒壁(211)外侧壁上，所述膨胀盒(23)上设有焊接膨胀节(231)；所述换热盘管(22)设于柔性固体介质层(213)内，其下端为工质进口管(221)，上端为工质出口管(222)，工质出口管(222)依次穿过外筒壁(211)、膨胀盒(23)、膨胀节(231)，工质出口管(222)和膨胀节(231)连接处焊接连接；所述内筒壁(214)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11.6-12.9份、镍5.42-5.94份、硅0.66-0.87份、碳0.48-0.59份、锰0.66-0.85份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管1-2份、纳米铜1-3份。
作为改进，所述余热烟气管道(11)倾斜设置，倾角为5-20°。
作为另一种改进，还包括翅片(215)，所述翅片(215)设于内筒壁(214)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(216)，所述钉头(216)一端固定于内筒壁(214)的外侧壁上，另一端固定于外筒壁(211)的内侧壁上。
作为另一种改进，所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬12.2-12.6份、镍5.65-5.69份、硅0.76-0.80份、碳0.53-0.57份、锰0.74-0.78份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管1.3-1.7份、氮化硅0.8-1.2份、纳米铜1.8-2.2份、纳米氧化铝1.3-1.7份、纳米氧化锰0.8-1.2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12.2-12.6份、镍5.65-5.69份、硅0.76-0.80份、碳0.53-0.57份、锰0.74-0.78份、氮化钛0.5-0.7份、碳纳米管1.3-1.7份、纳米铜1.8-2.2份。
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集焦复合材料，其特征在于：至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬11.6-12.9份、镍5.42-5.94份、硅0.66-0.87份、碳0.48-0.59份、锰0.66-0.85份、氮化钛0.5-0.7份、碳纳米管1-2份、氮化硅0.5-1.5份、纳米铜1-3份、纳米氧化铝0.5-1.5份。
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复合材料，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.2-12.6份、镍5.65-5.69份、硅0.76-0.80份、碳0.53-0.57份、锰0.74-0.78份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管1.3-1.7份、纳米铜1.8-2.2份。
有益效果：本发明提供的回收装置结构简单、成本低廉、使用方便，不仅可有效防止结焦，而且余热回收效率高，效果好。
附图说明
图1为本发明防结焦高效率焦炉烟道废气余热回收装置的结构示意图。
图2为板式除焦换热器的结构示意图；
图3为高效余热回收器的结构示意图；
图4为高效余热回收器的局部放大图。
具体实施方式
下面对本发明防结焦高效率焦炉烟道废气余热回收装置作出进一步说明。
实施例1
防结焦高效率焦炉烟道废气余热回收装置，包括依次连接的板式除焦换热器(1)、高效余热回收器(2)；所述板式除焦换热器(1)包括余热烟气管道(11)、一组换热板(12)、冷水管道(13)、热水管道(14)、集焦管(15)、除焦装置(16)、排焦管(17)，所述一组换热板(12)交替设置于余热烟气管道(11)上壁和下壁上，换热板(12)的迎风面内为冷水介质通道(18)与冷水管道(13)连接，换热板(12)的背风面内为热水介质通道(19)与热水管道(14)连接，冷水介质通道(18)和热水介质通道(19)互相连接，除焦装置(16)设于换热板(12)的迎风面上，排焦管(17)设于余热烟气管道(11)下侧壁上且与集焦管(15)连接；所述换热板(12)的迎风面由高效导热集焦复合材料制成，所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、氮化钛0.6份、碳纳米管1.5份、氮化硅1.0份、纳米铜2份、纳米氧化铝1.5份、纳米氧化锰1份；所述换热板(12)的背风面上设有隔热层；所述高效余热回收器(2)包括高温荒煤气管道(21)、换热盘管(22)；所述高温荒煤气管道(21)自外而内依次包括外筒壁(211)、隔热层(212)、固体介质层(213)、内筒壁(214)；所述下法兰(24)分别与外筒壁(211)底部、内筒壁(214)底部焊接连接；所述上法兰(25)上设有环形凹陷(251)，所述上法兰(25)与外筒壁(211)顶部焊接连接，所述内筒壁(214)顶部设于环形凹陷(251)内；所述膨胀盒(23)焊接固定于外筒壁(211)外侧壁上，所述膨胀盒(23)上设有焊接膨胀节(231)；所述换热盘管(22)设于柔性固体介质层(213)内，其下端为工质进口管(221)，上端为工质出口管(222)，工质出口管(222)依次穿过外筒壁(211)、膨胀盒(23)、膨胀节(231)，工质出口管(222)和膨胀节(231)连接处焊接连接；所述内筒壁(214)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12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、氮化钛0.6份、碳纳米管1.5份、纳米铜2份。
所述余热烟气管道(11)倾斜设置，倾角为5-20°。
还包括翅片(215)，所述翅片(215)设于内筒壁(214)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(216)，所述钉头(216)一端固定于内筒壁(214)的外侧壁上，另一端固定于外筒壁(211)的内侧壁上。
该装置的工作原理：烟气首先在板式除焦换热器内回收部分余热，同时，由于温度降低在换热板的迎风面上大量结焦，迎风面由特殊材质制成，不仅换热效率非常高，而且其中还加入了碳纳米管、纳米氧化铝、纳米氧化锰，有利于结焦，利用除焦装置除焦；除焦后的烟气进入高效余热回收器内继续回收余热。
实施例2
与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬12.2份、镍5.69份、硅0.76份、碳0.57份、锰0.74份、氮化钛0.5份、碳纳米管1.7份、氮化硅0.8份、纳米铜1.8份、纳米氧化铝1.7份、纳米氧化锰0.8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12.2份、镍5.69份、硅0.76份、碳0.57份、锰0.74份、氮化钛0.5份、碳纳米管1.7份、纳米铜1.8份。
实施例3
与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬12.6份、镍5.65份、硅0.80份、碳0.53份、锰0.78份、氮化钛0.7份、碳纳米管1.7份、氮化硅1.2份、纳米铜2.2份、纳米氧化铝1.3份、纳米氧化锰1.2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12.6份、镍5.65份、硅0.80份、碳0.53份、锰0.78份、氮化钛0.7份、碳纳米管1.3份、纳米铜2.2份。
实施例4
与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬11.6份、镍5.94份、硅0.66份、碳0.59份、锰0.85份、氮化钛0.4、碳纳米管1份、氮化硅1.5份、纳米铜1份、纳米氧化铝2份、纳米氧化锰0.5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12.9份、镍5.42份、硅0.87份、碳0.48份、锰0.66份、氮化钛0.4份、碳纳米管2份、纳米铜3份。
实施例5
与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬12.9份、镍5.42份、硅0.87份、碳0.48份、锰0.66份、氮化钛0.8份、碳纳米管2份、氮化硅0.5份、纳米铜3份、纳米氧化铝1份、纳米氧化锰1.5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12.9份、镍5.42份、硅0.87份、碳0.48份、锰0.66份、氮化钛0.8份、碳纳米管1份、纳米铜1份。
对比例
复合材料1由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份；
复合材料2由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、碳纳米管1.5份；
复合材料3由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、氮化硅1.0份；
复合材料4由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、纳米铜2份；
复合材料5由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、纳米氧化铝1.0份；
复合材料6由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、纳米氧化锰1份。
复合材料7由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份氮化钛0.4-0.8份。
测试实施例1至5、对比例的复合材料的性能，见下表。
复合材料来源 导热系数(W/m.K)
实施例1 1741
实施例2 1462
实施例3 1482
实施例4 1498
实施例5 1469
复合材料1 472
复合材料2 961
复合材料3 868
复合材料4 681
复合材料5 644
复合材料6 568
复合材料7 581

Claims (2)

1.一种防结焦高效率焦炉烟道废气余热回收装置，其特征在于：包括依次连接的板式除焦换热器(1)、高效余热回收器(2)；所述板式除焦换热器(1)包括余热烟气管道(11)、一组换热板(12)、冷水管道(13)、热水管道(14)、集焦管(15)、除焦装置(16)、排焦管(17)，所述一组换热板(12)交替设置于余热烟气管道(11)上壁和下壁上，换热板(12)的迎风面内为冷水介质通道(18)与冷水管道(13)连接，换热板(12)的背风面内为热水介质通道(19)与热水管道(14)连接，冷水介质通道(18)和热水介质通道(19)互相连接，除焦装置(16)设于换热板(12)的迎风面上，排焦管(17)设于余热烟气管道(11)下侧壁上且与集焦管(15)连接；所述换热板(12)的迎风面由高效导热集焦复合材料制成，所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、氮化钛0.6份、碳纳米管1.5份、氮化硅1.0份、纳米铜2份、纳米氧化铝1.5份、纳米氧化锰1份；所述换热板(12)的背风面上设有隔热层；所述高效余热回收器(2)包括高温荒煤气管道(21)、换热盘管(22)、膨胀盒(23)、下法兰(24)、上法兰(25)；所述高温荒煤气管道(21)自外而内依次包括外筒壁(211)、隔热层(212)、固体介质层(213)、内筒壁(214)；所述下法兰(24)分别与外筒壁(211)底部、内筒壁(214)底部焊接连接；所述上法兰(25)上设有环形凹陷(251)，所述上法兰(25)与外筒壁(211)顶部焊接连接，所述内筒壁(214)顶部设于环形凹陷(251)内；所述膨胀盒(23)焊接固定于外筒壁(211)外侧壁上，所述膨胀盒(23)上设有焊接膨胀节(231)；所述换热盘管(22)设于柔性固体介质层(213)内，其下端为工质进口管(221)，上端为工质出口管(222)，工质出口管(222)依次穿过外筒壁(211)、膨胀盒(23)、膨胀节(231)，工质出口管(222)和膨胀节(231)连接处焊接连接；所述内筒壁(214)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12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、氮化钛0.6份、碳纳米管1.5份、纳米铜2份。
2.根据权利要求1所述的一种防结焦高效率焦炉烟道废气余热回收装置，其特征在于：还包括翅片(215)，所述翅片(215)设于内筒壁(214)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(216)，所述钉头(216)一端固定于内筒壁(214)的外侧壁上，另一端固定于外筒壁(211)的内侧壁上。
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