CN111944543B - 一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置，属于焦炉荒煤气余热回收技术领域。本发明的基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法，在上升管换热器的上升管底座上开设向一侧倾斜的旋转进风孔，从干熄焦循环系统的循环风机后主管上取气，并利用连接管道接入上升管底座的旋转进风孔，利用干熄焦循环气体在上升管底座内形成旋转扰动气流，使上升管换热器内的荒煤气形成旋转上升运动。本发明在不影响上升管换热器的使用寿命和换热通道的情况下，使上升管换热器内的荒煤气旋转上升运动，强化了荒煤气的扰动，有助于加强荒煤气与上升管换热器的对流换热，同时还可以提升上升管换热器内筒表面温度，防止荒煤气中的焦油的凝结。
Description
技术领域
本发明涉及焦炉荒煤气余热回收领域，更具体地说，涉及一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置。
背景技术
从焦炉炭化室出来进入上升管换热器的荒煤气约800℃，焦化企业一般采用传统的氨水喷洒方式冷却，导致大量的余热资源无法得到利用。
随着余热回收技术的发展，目前很多企业采用上升管换热装置回收热量，生产出低压和中压饱和蒸汽，将荒煤气的显热进行回收。在实际应用中我们发现，水夹套式上升管换热器热量主要来自高温煤气的热辐射，存在热量分布不均匀的问题，在荒煤气与换热壁的接触面上，荒煤气温度与换热介质水的温度接近，导致在这一界面上荒煤气温度过低而造成焦油凝结。与此同时，部分上升管换热器上部冷凝的焦油回流到上升管换热器下部，在焦炉炭化室高温作用下，形成焦油块，造成上升管换热器荒煤气通道不断缩小。焦炉推焦生产时需要打开上升管盖，此时高温煤气接触空气形成明火，附着的焦油与明火共同燃烧产生大量黑烟，给企业的环保管理带来巨大压力，尤其在6.0m以上的焦炉上，此现象更为严重，造成严重的环境污染，破坏生态环境，不利于绿色生产的原则。另一方面，靠近上升管中心的荒煤气由于温度较低的荒煤气层隔断，其热量无法回收，大大降低了上升管换热器的换热效率。
为了将上升管中心荒煤气热量充分回收，同时提高内壁温度避免冒烟，必须对上升管内荒煤气进行扰动。目前产生荒煤气扰动的方式主要有以下两种：一种是在上升管内壁增加翅片，该技术是在上升管内壁焊接一些金属翅片，通过翅片的延伸，将上升管中心荒煤气热量传到上升管内壁，但是该技术存在一些问题：由于该翅片是焊接在内筒上的，加了翅片后，现有喷涂技术不能再对上升管内壁进行喷涂，只能在喷涂后再将翅片焊接在内壁上，这样，不仅破坏了原喷涂的完整性，而且将翅片焊接在涂层上难度极大，破坏涂层后，焊缝部位材质的耐温就会大打折扣，增加内筒烧坏变形的可能性，严重影响上升管的安全性，影响上升管换热器的寿命。另一种是在上升管内安装一种旋转叶片，通过荒煤气流动驱动旋转叶片，来增加荒煤气的扰动，如中国专利号ZL201520481367.X公开的“一种焦炉上升管”和中国专利号ZL201610814369.5公开的“一种清理焦炉上升管石墨并回收荒煤气余热的系统及方法”等，但是这种结构，上升管内侧通道部分被旋转叶片占用，会严重影响荒煤气的通道，导致荒煤气通道堵塞，而且旋转叶片长期在高温荒煤气中运转，使用寿命也不长。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有上升管荒煤气扰动设计存在的上述不足，提供一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置，采用本发明的技术方案，在上升管换热器的上升管底座上开设向一侧倾斜的旋转进风孔，并从干熄焦循环系统中取用干熄焦循环气体，利用干熄焦循环气体在上升管底座内形成旋转扰动气流，使上升管换热器内的荒煤气形成旋转上升运动，在不影响上升管换热器的使用寿命和换热通道的情况下，使上升管换热器内的荒煤气旋转上升运动，强化了荒煤气的扰动，有助于加强荒煤气与上升管换热器的对流换热，同时还可以提升上升管换热器内筒表面温度，防止荒煤气中的焦油的凝结；并且，利用干熄焦循环系统中的循环气体形成旋转扰动气流，干熄焦循环气体取气量极小，对干熄焦生产系统影响不大，且干熄焦循环气体主要成分为氮气，不会改变荒煤气含氧量，干熄焦循环气体温度在160℃左右，对荒煤气的温度影响小，而且可以利用干熄焦循环风机的动力，无需额外增设风机，装置结构设计简单，运行稳定可靠。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法，在上升管换热器的上升管底座上开设向一侧倾斜的旋转进风孔，从干熄焦循环系统的循环风机后主管上取气，并利用连接管道接入上升管底座的旋转进风孔，利用干熄焦循环气体在上升管底座内形成旋转扰动气流，使上升管换热器内的荒煤气形成旋转上升运动。
更进一步地，所述的旋转进风孔在上升管底座上沿同一旋转方向均匀地设有至少两个。
更进一步地，所述的旋转进风孔在上升管底座上设有四个，且每个旋转进风孔的外侧均设有用于与连接管道相连接的进风接口。
更进一步地，所述的上升管底座的旋转进风孔通过连接管道与就近的干熄焦循环系统的循环风机后主管相连接。
更进一步地，所述的干熄焦循环系统内的循环气体温度控制在160±10℃，循环气体的主要成分为氮气。
本发明的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动装置，包括上升管底座、安装于上升管底座上的上升管换热器和干熄焦循环系统，所述的上升管底座上开设有若干向一侧倾斜的旋转进风孔，所述的旋转进风孔均通过连接管道与干熄焦循环系统中的循环风机后主管相连接，利用循环风机的动力从干熄焦循环系统中取气送入上升管底座内产生旋转扰动气流。
更进一步地，所述的旋转进风孔在上升管底座上沿同一旋转方向均匀地设有四个，且每个旋转进风孔的外侧均设有用于与连接管道相连接的进风接口。
更进一步地，所述的干熄焦循环系统包括干熄炉、一次除尘器、换热锅炉、二次除尘器和循环风机，所述的干熄炉、一次除尘器、换热锅炉、二次除尘器和循环风机依次连接形成循环气体回路，所述的连接管道的取气点位于循环风机与干熄炉之间的后主管上。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置，其在上升管换热器的上升管底座上开设向一侧倾斜的旋转进风孔，并从干熄焦循环系统中取用干熄焦循环气体，利用干熄焦循环气体在上升管底座内形成旋转扰动气流，使上升管换热器内的荒煤气形成旋转上升运动，在不影响上升管换热器的使用寿命和换热通道的情况下，使上升管换热器内的荒煤气旋转上升运动，强化了荒煤气的扰动，有助于加强荒煤气与上升管换热器的对流换热，同时还可以提升上升管换热器内筒表面温度，防止荒煤气中的焦油的凝结；并且，利用干熄焦循环系统中的循环气体形成旋转扰动气流，干熄焦循环气体取气量极小，对干熄焦生产系统影响不大，且干熄焦循环气体主要成分为氮气，不会改变荒煤气含氧量，干熄焦循环气体温度在160℃左右，对荒煤气的温度影响小，而且可以利用干熄焦循环风机的动力，无需额外增设风机，装置结构设计简单，运行稳定可靠；
(2)本发明的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置，其旋转进风孔在上升管底座上沿同一旋转方向均匀地设有至少两个，多个旋转进风孔沿同一旋转方向倾斜，进入的气体即可在上升管底座内部形成旋转扰动气流，保证了扰动气流的稳定性，带动荒煤气在上升管换热器内旋转上升，使上升管换热器换热效率更高，增加了上升管换热器的产汽率，消除上升管换热器结渣和冒烟；并且，在每个旋转进风孔的外侧均设有用于与连接管道相连接的进风接口，便于连接管道与旋转进风孔的快速连接；
(3)本发明的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置，其上升管底座的旋转进风孔通过连接管道与就近的干熄焦循环系统的循环风机后主管相连接，就近取用干熄焦循环系统的循环气体，使连接管道更短，减少了干熄焦循环气体的输送损耗，保证了整个上升管荒煤气扰动系统的整洁。
附图说明
图1为本发明的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置的原理示意图；
图2为本发明中的上升管换热器对应的上升管底座的轴向剖视结构示意图；
图3为本发明中的上升管换热器对应的上升管底座的横截面剖视结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、上升管换热器；2、上升管底座；2-1、进风接口；2-2、旋转进风孔；3、炉壁；4、连接管道；5、干熄炉；6、一次除尘器；7、换热锅炉；8、二次除尘器；9、循环风机。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
结合图1所示，本发明的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置，其主要设计思路为：从干熄焦循环系统中取用循环气体来实现上升管荒煤气的气流扰动，具体方案为，在上升管换热器1的上升管底座2上开设向一侧倾斜的旋转进风孔2-2(如图3所示)，从干熄焦循环系统的循环风机9后主管上取气，并利用连接管道4接入上升管底座2的旋转进风孔2-2，循环风机9提供动力，干熄焦循环系统中的部分循环气体经过连接管道4接入上升管底座2，利用干熄焦循环气体在上升管底座2内形成旋转扰动气流(参见图3所示)，使上升管换热器1内的荒煤气形成旋转上升运动。采用上述技术思路，在不影响上升管换热器的使用寿命和换热通道的情况下，使上升管换热器内的荒煤气旋转上升运动，强化了荒煤气的扰动，有助于加强荒煤气与上升管换热器的对流换热，同时还可以提升上升管换热器内筒表面温度，防止荒煤气中的焦油的凝结。
采用干熄焦循环系统的循环气体产生上升管荒煤气扰动还具有以下优点：
1、干熄焦循环气体取气量极小，对干熄焦生产系统影响不大；
2、干熄焦循环气体主要成分为氮气，不会改变荒煤气含氧量；
3、干熄焦循环气体温度在160℃左右，对荒煤气的温度影响小；
4、可以利用干熄焦循环风机的动力，无需额外增设风机，装置结构设计简单，运行稳定可靠。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[实施例]
如图1、图2和图3所示，本实施例的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法，在上升管换热器1的上升管底座2上开设向一侧倾斜的旋转进风孔2-2，旋转进风孔2-2的朝向偏角为β，通过旋转进风孔2-2进气即可产生旋转气流，从干熄焦循环系统的循环风机9后主管上取气，并利用连接管道4接入上升管底座2的旋转进风孔2-2，在循环风机9的作用下，干熄焦循环系统中的部分循环气体进入上升管底座2内，利用干熄焦循环气体在上升管底座2内形成旋转扰动气流，旋转扰动气流带动上升的荒煤气，使上升管换热器1内的荒煤气形成旋转上升运动，旋转上升的荒煤气能够实现中心荒煤气与上升管换热器1的充分换热，提高了上升管换热器1的换热效率，同时提高了上升管换热器1内壁温度，避免了产生结焦冒烟。
如图2和图3所示，在本实施例中，旋转进风孔2-2在上升管底座2上沿同一旋转方向均匀地设有至少两个，多个旋转进风孔2-2沿同一旋转方向倾斜，进入的气体即可在上升管底座2内部形成旋转扰动气流，保证了扰动气流的稳定性，带动荒煤气在上升管换热器1内旋转上升，使上升管换热器1换热效率更高，增加了上升管换热器1的产汽率，消除上升管换热器1结渣和冒烟。优选地，旋转进风孔2-2在上升管底座2上设有四个，四个旋转进风孔2-2在上升管底座2上呈中心对称，旋转进风孔2-2的朝向偏角为β优选设计为15°～60°，能够在上升管换热器1内形成稳定地扰动荒煤气气流；且每个旋转进风孔2-2的外侧均设有用于与连接管道4相连接的进风接口2-1，进风接口2-1可密封焊接在上升管底座2的外壁上，便于连接管道4与旋转进风孔2-2的快速连接。
作为优选地，上升管底座2的旋转进风孔2-2通过连接管道4与就近的干熄焦循环系统的循环风机9后主管相连接，就近取用干熄焦循环系统的循环气体，使连接管道4更短，减少了干熄焦循环气体的输送损耗，保证了整个上升管荒煤气扰动系统的整洁。干熄焦循环系统内的循环气体温度控制在160±10℃，对荒煤气的温度影响小，而且可以利用干熄焦循环风机9的动力，无需额外增设风机；循环气体的主要成分为氮气，不会改变荒煤气含氧量，对荒煤气换热系统影响小。
接图1、图2和图3所示，本实施例还公开了一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动装置，包括上升管底座2、安装于上升管底座2上的上升管换热器1和干熄焦循环系统，上升管底座2安装于炉壁3顶部，上升管换热器1安装于上升管底座2上，焦炉荒煤气经过上升管底座2进入上升管换热器1内进行换热，上升管底座2上开设有若干向一侧倾斜的旋转进风孔2-2，旋转进风孔2-2的朝向偏角为β，旋转进风孔2-2的偏角设计能够使得进入上升管底座2内的循环气体产生旋转运动，旋转进风孔2-2均通过连接管道4与干熄焦循环系统中的循环风机9后主管相连接，利用循环风机9的动力从干熄焦循环系统中取气送入上升管底座2内产生旋转扰动气流。在本实施例中，旋转进风孔2-2在上升管底座2上沿同一旋转方向均匀地设有四个，且每个旋转进风孔2-2的外侧均设有用于与连接管道4相连接的进风接口2-1。
参见图1所示，上述的干熄焦循环系统为焦炉原有干熄焦系统，其结构和工作原理与现有技术相同，具体地，干熄焦循环系统至少包括干熄炉5、一次除尘器6、换热锅炉7、二次除尘器8和循环风机9，干熄炉5、一次除尘器6、换热锅炉7、二次除尘器8和循环风机9依次连接形成循环气体回路，连接管道4的取气点位于循环风机9与干熄炉5之间的后主管上。在干熄焦循环系统中，低温惰性气体(氮气)由循环风机9鼓入干熄炉5冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭从干熄炉底部排出，从干熄炉5环形烟道出来的高温惰性气体流经干熄焦工艺换热锅炉7进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风机9重新鼓入干熄炉5，惰性气体在封闭的系统内循环使用。干熄焦循环系统中的部分循环惰性气体经过连接管道4进入对应的上升管底座2中，经过旋转进风孔2-2在上升管底座2内产生扰动气流。为了调节各个旋转进风孔2-2的进气量，在连接管道4上还可设置流量调节阀。
本发明的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法及装置，其在上升管换热器的上升管底座上开设向一侧倾斜的旋转进风孔，并从干熄焦循环系统中取用干熄焦循环气体，利用干熄焦循环气体在上升管底座内形成旋转扰动气流，使上升管换热器内的荒煤气形成旋转上升运动，在不影响上升管换热器的使用寿命和换热通道的情况下，使上升管换热器内的荒煤气旋转上升运动，强化了荒煤气的扰动，有助于加强荒煤气与上升管换热器的对流换热，同时还可以提升上升管换热器内筒表面温度，防止荒煤气中的焦油的凝结；并且，利用干熄焦循环系统中的循环气体形成旋转扰动气流，干熄焦循环气体取气量极小，对干熄焦生产系统影响不大，且干熄焦循环气体主要成分为氮气，不会改变荒煤气含氧量，干熄焦循环气体温度在160℃左右，对荒煤气的温度影响小，而且可以利用干熄焦循环风机的动力，无需额外增设风机，装置结构设计简单，运行稳定可靠。本发明不仅提高了上升管换热器的产汽率，而且在不对上升管换热器造成任何损害和影响的情况下，从根本上消除了上升管换热器结渣和冒烟，且不会影响荒煤气通道，杜绝了上升管堵塞。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法，其特征在于：在上升管换热器（1）的上升管底座（2）上开设向一侧倾斜的旋转进风孔（2-2），旋转进风孔（2-2）的朝向偏角为β，旋转进风孔（2-2）的朝向偏角为β设计为15°~60°，从干熄焦循环系统的循环风机（9）后主管上取气，并利用连接管道（4）接入上升管底座（2）的旋转进风孔（2-2），利用干熄焦循环气体在上升管底座（2）内形成旋转扰动气流，使上升管换热器（1）内的荒煤气形成旋转上升运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法，其特征在于：所述的旋转进风孔（2-2）在上升管底座（2）上沿同一旋转方向均匀地设有至少两个。
3.根据权利要求2所述的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法，其特征在于：所述的旋转进风孔（2-2）在上升管底座（2）上设有四个，且每个旋转进风孔（2-2）的外侧均设有用于与连接管道（4）相连接的进风接口（2-1）。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法，其特征在于：所述的上升管底座（2）的旋转进风孔（2-2）通过连接管道（4）与就近的干熄焦循环系统的循环风机（9）后主管相连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动方法，其特征在于：所述的干熄焦循环系统内的循环气体温度控制在160±10℃，循环气体的主要成分为氮气。
6.一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动装置，包括上升管底座（2）、安装于上升管底座（2）上的上升管换热器（1）和干熄焦循环系统，其特征在于：所述的上升管底座（2）上开设有若干向一侧倾斜的旋转进风孔（2-2），旋转进风孔（2-2）的朝向偏角为β，旋转进风孔（2-2）的朝向偏角为β设计为15°~60°，旋转进风孔（2-2）的偏角设计能够使得进入上升管底座（2）内的循环气体产生旋转运动，所述的旋转进风孔（2-2）均通过连接管道（4）与干熄焦循环系统中的循环风机（9）后主管相连接，利用循环风机（9）的动力从干熄焦循环系统中取气送入上升管底座（2）内产生旋转扰动气流。
7.根据权利要求6所述的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动装置，其特征在于：所述的旋转进风孔（2-2）在上升管底座（2）上沿同一旋转方向均匀地设有四个，且每个旋转进风孔（2-2）的外侧均设有用于与连接管道（4）相连接的进风接口（2-1）。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于干熄焦循环气体的上升管荒煤气扰动装置，其特征在于：所述的干熄焦循环系统包括干熄炉（5）、一次除尘器（6）、换热锅炉（7）、二次除尘器（8）和循环风机（9），所述的干熄炉（5）、一次除尘器（6）、换热锅炉（7）、二次除尘器（8）和循环风机（9）依次连接形成循环气体回路，所述的连接管道（4）的取气点位于循环风机（9）与干熄炉（5）之间的后主管上。
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