CN111849564A - 焦炉粗煤气热能的深度回收方法 - Google Patents
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Abstract
焦炉粗煤气热能的深度回收方法属于焦炉节能减排技术，要点是取消现有技术的喷洒氨水的冷却方式及取消初冷器，将桥管改为连接各碳化室第一级现代板式热交换器的保温烟道，采用该热交换器对焦炉各碳化室粗煤气热能进行回收，将温度约为650～750℃的焦炉粗煤气降为80～85℃，同时获得温度约为90℃的热水资源，进而采用第二级现代板式热交换器将集气管出口温度约为80～85℃的焦炉粗煤气降为25～35℃，同时获得温度约为90℃的热水资源，本焦炉粗煤气热能深度回收技术方案回收了约625～725℃的热能，同时减少了设备费用和维护费用,获得了焦炉粗煤气热能深度回收、节省投资及运行费用的双重效益，可广泛用于新建、扩建或改造的焦炉粗煤气热能回收系统。
Description
技术领域
本发明属于焦炉节能减排技术。
本发明不涉及各种板式热交换器的制造技术，不涉及各类焦炉煤气精制的工艺及设备制造技术，不涉及焦炉粗煤气热能的利用技术及其具体技术解决方案。
背景技术
焦炉炼焦过程中各碳化室产生的650～750℃的高温烟气(粗煤气)经上升管、桥管送至集气管，再经初冷器、鼓风机、煤气精制设施等，最终精煤气送入焦炉煤气柜。其中在桥管处通过喷洒氨水对粗煤气进行冷却，使其温度降低至80～85℃，再经初冷器冷却到25～35℃。这个过程约625～725℃左右的烟气热能白白流失了；现代技术也有多种在上升管处设置汽化冷却烟道(锅炉)等方式对粗煤气热能进行回收的尝试，但由于存在热能回收效率低、回收热能温度范围受限、热能回收设备复杂、设备费用高、焦油结石墨等问题，而缺乏实用价值。
近些年来，国内的空气污染情况严重，雾霾天气频发，国家正在加快实施环境保护措施，一方面是控制污染物的排放量，另一方面是采取节能减排措施，减少碳排放量。若能研发出一种高效的焦炉粗煤气热能深度回收技术(工艺)，则将会对国家节能减排和循环经济宏观决策的实施和发展起到非常好的促进作用。
板式热交换器具有容易制造，安全可靠，热交换效率高，设备重量轻、价格低廉、维护简单、使用方便等优点。随着热交换技术的发展，现代大容量、耐高温的热交换器的出现，使原来不能奢望的高效、廉价的热能回收成为可能，为热能回收提供了可实用化的技术平台。遗憾的是到目前为止还未见到公开发表的在焦炉粗煤气热能的深度回收方面应用的文献或出版物，即板式热交换器热能回收在这个领域的应用还属于空白。
综上所述，现有技术存在热能流失大、回收效率低等问题，故在焦炉粗煤气热能回收领域存在很大的节能减排潜力，亟待研发创新性的节能减排技术。
迄今为止还未见到公开发表的焦炉粗煤气热能的深度回收方法的出版物、文献或资料。
发明内容
本发明根据焦炉粗煤气的特点，研究开发焦炉粗煤气热能的气/水热交换方法，对焦炉粗煤气热能进行深度回收，目的是克服现有技术存在的热能流失问题，以最大限度地回收焦炉粗煤气的热能，获得尽可能好的节能减排效果。
本发明的要点是运用节能减排、绿色循环经济、工业与城市共融、可持续发展的新理念，从焦炉粗煤气热能深度回收入手，取消现有技术的喷洒氨水的冷却方式及取消初冷器，省去了氨水循环冷却系统及焦油/氨水分离系统，将现有技术的上升管进行保温处理，将桥管改为连接各碳化室第一级现代板式热交换器的保温烟道，采用第一级现代板式热交换器对焦炉各碳化室粗煤气热能进行回收，将温度约为650～750℃的焦炉粗煤气降为80～85℃，同时获得温度约为90℃的热水资源，该热水资源进入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用，降温后的粗煤气进入集气管，进而采用第二级现代板式热交换器将集气管出口温度约为80～85℃的焦炉粗煤气降为25～35℃，同时获得温度约为90℃的热水资源，该热水资源进入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用，再次降温后的粗煤气经机械式焦油捕集器、电焦油捕集器、煤气鼓风机入口阀门、煤气鼓风机送入煤气精制设施，最终送入焦炉煤气柜，本焦炉粗煤气热能深度回收技术方案回收了约625～725℃的热能，同时减少了设备费用和维护费用,获得了焦炉粗煤气热能深度回收、节省投资及运行费用的双重效益。
附图说明
附图是焦炉粗煤气热能的深度回收方法的工艺流程框图，图中1是焦炉，2是焦炉1号碳化室上升管，3是1号保温管道，4是焦炉1号碳化室热交换设施，5是1号焦油排出设施，6是焦炉1号碳化室热交换设施出口阀门，7是集气管，8是第二级热交换设施，9是N+1号焦油排出设施，10是机械式焦油捕集器，11是电焦油捕集器，12是煤气鼓风机入口阀门，13是煤气鼓风机，14是焦炉煤气精制及化工副产品回收设施，15是焦炉煤气柜，16是焦炉N号碳化室上升管，17是N号保温管道，18是焦炉N号碳化室热交换设施，19是N号焦油排出设施，20是焦炉N号碳化室热交换设施出口阀门。
具体实施方式
长期以来，在对焦炉粗煤气热能回收利用方面，由于没有进行系统、深入的研究，特别是没有运用节能减排、绿色循环经济、工业与城市共融、可持续发展的新理念去思考热能回收利用的巨大价值，从而使这方面的研究基本处于停滞状态。热能回收技术的欠缺以及热能利用技术的缺失共同构成了焦炉粗煤气热能回收利用的技术瓶颈。要突破这个技术瓶颈，需要创新性思维。热能回收和利用既是互相制约也是互相促进的，若没有利用的价值，当然就没有研究热能回收的动力；有利用价值，特别是有广泛应用前景的利用价值时，对热能回收的研究就会产生巨大的推动力。
对于焦炉粗煤气热能的回收利用，最简洁、有效的方法是将该热能变换成热水能源进行回收利用，因为将粗煤气热能变换成热水能源所需设施与回收蒸汽相比更为简单，更为安全，设备制造更为容易，热能转换效率更高；热水能源的利用范围更为广泛，不仅可以用于工业，还可以广泛用于民用、市政设施、农业等等，廉价的热水资源可以用于民用冬季取暖、低温季节取暖、洗浴等等，提高民众的生活质量，也可以用于医院、酒店等市政设施，用于农业温室大棚等等，可构成节能减排、绿色循环经济、城市与工业共融的、可持续发展的良好社会环境。
运用节能减排、绿色循环经济、工业与城市共融、可持续发展的新理念，研发了附图的焦炉粗煤气热能的深度回收方法的工艺流程，焦炉(1)为工艺设备；焦炉1号碳化室上升管(2)为汇集焦炉1号碳化室粗煤气的设备；1号保温管道(3)为焦炉1号碳化室上升管与焦炉1号碳化室热交换设施连接的管道设备，为保温管道；焦炉1号碳化室热交换设施(4)为现代耐高温板式热交换器，防爆设计，是第一级现代板式热交换器，安装坡度为10°，作用是将焦炉1号碳化室炼焦过程产生的温度为650～750℃的粗煤气，通过气/水热交换的方式，使该热交换器出口粗煤气温度降至,80～85℃，同时对热交换的热水资源进行回收，送入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用；1号焦油排出设施(5)为阀门和泵组成的焦油排出设施，作用是常时或定时排出该热交换器中析出的焦油，并送至焦油收集管网；焦炉1号碳化室热交换设施出口阀门(6)为电动、液动或气动调节阀，作用是根据焦炉炼焦工况的变化对1号碳化室粗煤气流量和压力进行调节；集气管(7)为工艺管道设备，作用是汇集各碳化室的粗煤气；第二级热交换设施(8)为现代低温板式热交换器，防爆设计，是第二级现代板式热交换器，安装坡度为10°，作用是将集气管出口温度为80～85℃的粗煤气，通过气/水热交换的方式，使该热交换器出口粗煤气温度降至,25～35℃，同时对热交换的热水资源进行回收，送入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用；N+1号焦油排出设施(9)为阀门和泵组成的焦油排出设施，作用是常时或定时排出该热交换器中析出的焦油，并送至焦油收集管网；机械式焦油捕集器(10)为工艺设备；电焦油捕集器(11)为工艺设备；煤气鼓风机入口阀门(12)为电动、液动或气动调节阀，作用是根据焦炉炼焦工况的变化对管网粗煤气流量和压力进行调节；煤气鼓风机(13)为轴流式风机或离心式风机，变速方式运行；焦炉煤气精制及化工副产品回收设施(14)为工艺设施，作用是对焦炉粗煤气进行精制及对化工副产品进行回收；焦炉煤气柜(15)为工艺设备；焦炉N号碳化室上升管(16)为汇集焦炉N号碳化室烟气的设备；N号保温管道(17)为焦炉N号碳化室上升管与焦炉N号碳化室热交换设施连接的管道设备，为保温管道；焦炉N号碳化室热交换设施(18)为现代耐高温板式热交换器，防爆设计，是第一级现代板式热交换器，安装坡度为10°，作用是将焦炉N号碳化室炼焦过程产生的温度为650～750℃的粗煤气，通过气/水热交换的方式，使该热交换器出口烟气温度降至约80～85℃，同时对热交换的热水资源进行回收，送入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用；N号焦油排出设施(19)为阀门和泵组成的焦油排出设施，作用是常时或定时排出该热交换器中析出的焦油，并送至焦油收集管网；焦炉N号碳化室热交换设施出口阀门(20)为电动、液动或气动调节阀，作用是根据焦炉炼焦工况的变化对N号碳化室粗煤气流量和压力进行调节。
热能回收设备将温度为650～750℃的粗煤气经现代板式热交换器降温至约25～35℃的粗煤气，同时将粗煤气降温热能变换为温度为90℃的热水，热水将用于工业、民用或农业等用途。这个热交换过程节约的能源相当可观，以粗煤气量为90000m3/h、热交换器入口粗煤气温度为700℃、出口烟气温度为35℃、热交换器冷却水入口温度为20℃、出口温度为90℃、焦炉年作业率为320天、电费为0.5元/kWh为例计算，计算的年热能回收的效益为：节约标准煤21259.92吨，折合年碳减排量为14456.75吨，折合年节电量为53149812kWh，折合年节电费用为2657.49万元。全国现有数百座焦炉，若采用焦炉粗煤气热能的深度回收技术，每年将产生数十亿元的效益，每年将减少碳排放量数百万吨。
与现有技术相比，焦炉粗煤气热能的深度回收方法对焦炉粗煤气热能进行了最大限度的回收，取消了喷洒氨水的冷却方式及取消初冷器，省去了氨水循环冷却系统及焦油/氨水分离系统，获得了大幅度节能以及设备费用和维护费用大为减少的经济效益，具有突出的实质性特点和显著的进步，其有益的特征是：
(a)首次运用节能减排、绿色循环经济、工业与城市共融、可持续发展的新理念去思考焦炉粗煤气热能回收利用的巨大价值，首次提出取消现有技术的喷洒氨水的冷却方式及取消初冷器，将现有技术的桥管改为连接现代板式热交换器的保温烟道，采用多级现代板式热交换器对焦炉粗煤气热能进行回收的新工艺，为焦炉粗煤气热能回收开辟了新的途径；
(b)实现了焦炉粗煤气热能的深度回收，比现有技术多回收了625～725℃的粗煤气热能，基本上达到了最大限度地回收了焦炉粗煤气的热能；
(c)工艺流程简洁、热能回收设备简单并易于制造；
(d)设备运行费用低、维修方便；
(e)工程项目投资低、占地面积小；
(f)非常适合对现有焦炉粗煤气系统进行节能减排改造，易于实施，具有很好的社会效益和经济效益；
(g)新工艺使对各个碳化室进行单独压力控制提供了更为便捷的途径，比现有世界最先进技术的PROven系统更简单、经济、实用，更具有竞争力；
焦炉粗煤气热能的深度回收方法可以广泛应用于新建、扩建或改造的焦炉粗煤气热能回收系统，该方法不限于焦炉粗煤气热能回收系统，也适用于其它炉窑的烟气热能回收系统。故以上所述仅为本发明的一个应用领域的例子，并不用于限制本发明，尽管参照前述例子对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述例子所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.焦炉烟气热能的深度回收方法，其特征是运用节能减排、绿色循环经济、工业与城市共融、可持续发展的新理念，从焦炉粗煤气热能深度回收入手，取消现有技术的喷洒氨水的冷却方式及取消初冷器，省去了氨水循环冷却系统及焦油/氨水分离系统，将现有技术的上升管进行保温处理，将桥管改为连接各碳化室第一级现代板式热交换器的保温烟道，采用第一级现代板式热交换器对焦炉各碳化室粗煤气热能进行回收，将温度约为650～750℃的焦炉粗煤气降为80～85℃，同时获得温度约为90℃的热水资源，该热水资源进入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用，降温后的粗煤气进入集气管，进而采用第二级现代板式热交换器将集气管出口温度约为80～85℃的焦炉粗煤气降为25～35℃，同时获得温度约为90℃的热水资源，该热水资源进入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用，再次降温后的粗煤气经机械式焦油捕集器、电焦油捕集器、煤气鼓风机入口阀门、煤气鼓风机送入煤气精制设施，最终送入焦炉煤气柜，本焦炉粗煤气热能深度回收技术方案回收了约625～725℃的热能，同时减少了设备费用和维护费用,获得了焦炉粗煤气热能深度回收、节省投资及运行费用的双重效益。
2.根据权利要求1所述的焦炉粗煤气热能的深度回收方法,其工艺流程的基本特征是：焦炉(1)为工艺设备；焦炉1号碳化室上升管(2)为汇集焦炉1号碳化室粗煤气的设备；1号保温管道(3)为焦炉1号碳化室上升管与焦炉1号碳化室热交换设施连接的管道设备，为保温管道；焦炉1号碳化室热交换设施(4)为现代耐高温板式热交换器，防爆设计，是第一级现代板式热交换器，安装坡度为10°，作用是将焦炉1号碳化室炼焦过程产生的温度为650～750℃的粗煤气，通过气/水热交换的方式，使该热交换器出口粗煤气温度降至,80～85℃，同时对热交换的热水资源进行回收，送入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用；1号焦油排出设施(5)为阀门和泵组成的焦油排出设施，作用是常时或定时排出该热交换器中析出的焦油，并送至焦油收集管网；焦炉1号碳化室热交换设施出口阀门(6)为电动、液动或气动调节阀，作用是根据焦炉炼焦工况的变化对1号碳化室粗煤气流量和压力进行调节；集气管(7)为工艺管道设备，作用是汇集各碳化室的粗煤气；第二级热交换设施(8)为现代低温板式热交换器，防爆设计，是第二级现代板式热交换器，安装坡度为10°，作用是将集气管出口温度为80～85℃的粗煤气，通过气/水热交换的方式，使该热交换器出口粗煤气温度降至,25～35℃，同时对热交换的热水资源进行回收，送入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用；N+1号焦油排出设施(9)为阀门和泵组成的焦油排出设施，作用是常时或定时排出该热交换器中析出的焦油，并送至焦油收集管网；机械式焦油捕集器(10)为工艺设备；电焦油捕集器(11)为工艺设备；煤气鼓风机入口阀门(12)为电动、液动或气动调节阀，作用是根据焦炉炼焦工况的变化对管网粗煤气流量和压力进行调节；煤气鼓风机(13)为轴流式风机或离心式风机，变速方式运行；焦炉煤气精制及化工副产品回收设施(14)为工艺设施，作用是对焦炉粗煤气进行精制及对化工副产品进行回收；焦炉煤气柜(15)为工艺设备；焦炉N号碳化室上升管(16)为汇集焦炉N号碳化室烟气的设备；N号保温管道(17)为焦炉N号碳化室上升管与焦炉N号碳化室热交换设施连接的管道设备，为保温管道；焦炉N号碳化室热交换设施(18)为现代耐高温板式热交换器，防爆设计，是第一级现代板式热交换器，安装坡度为10°，作用是将焦炉N号碳化室炼焦过程产生的温度为650～750℃的粗煤气，通过气/水热交换的方式，使该热交换器出口烟气温度降至约80～85℃，同时对热交换的热水资源进行回收，送入公用热水管网及存储系统，供给热水用户使用；N号焦油排出设施(19)为阀门和泵组成的焦油排出设施，作用是常时或定时排出该热交换器中析出的焦油，并送至焦油收集管网；焦炉N号碳化室热交换设施出口阀门(20)为电动、液动或气动调节阀，作用是根据焦炉炼焦工况的变化对N号碳化室粗煤气流量和压力进行调节。
3.根据权利要求2所述的焦炉粗煤气热能的深度回收方法工艺流程的基本特征,其中所述的焦炉1号碳化室热交换设施(4)和焦炉N号碳化室热交换设施(18)并不限于采用现代耐高温板式热交换器，也包括采用其它各种类型的高温热交换器。
4.根据权利要求2所述的焦炉粗煤气热能的深度回收方法工艺流程的基本特征,其中所述的第二级热交换设施(8)并不限于采用现代低温板式热交换器，也包括采用其它各种类型的低温热交换器。
5.根据权利要求2所述的焦炉粗煤气热能的深度回收方法工艺流程的基本特征，其中所述的第一级现代板式热交换器和第二级现代板式热交换器的安装坡度并不仅限于10°，也适用于其它适宜的坡度。
6.根据权利要求2所述的焦炉粗煤气热能的深度回收方法工艺流程的基本特征，其中所述的第一级现代板式热交换器出口粗煤气温度和第二级现代板式热交换器入口粗煤气的温度并不仅限于80～85℃，也适用于其它适宜的温度。
7.根据权利要求1所述的焦炉粗煤气热能的深度回收方法,其特征是该方法可以广泛应用于新建、扩建或改造的焦炉粗煤气热能回收系统，该方法不限于焦炉粗煤气热能回收系统，也适合应用于其它各领域炉窑的烟气热能回收系统。
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