CN113214846A - 一种炼焦荒煤气余热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种炼焦荒煤气余热回收系统，包括上升管换热系统、熔盐储热系统和热能放热单元；熔盐储热系统包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、缓冲罐和熔盐泵；低温熔盐罐的出口通过管道与缓冲罐的第一进口连接，缓冲罐的出口通过管道与上升管换热系统的进口连接，上升管换热系统的出口通过管道与高温熔盐罐的进口汇接，高温熔盐罐的出口通过管道与热能放热单元的进口连接，热能放热单元的出口通过管道与低温熔盐罐的进口连接；所述熔盐泵设置在熔盐吸热系统的管道上，且用于推动管道内熔盐的流动。本发明能够降低冷却氨水用量，且中温段熔盐的余热利用效率高，同时能避免上升管换热系统的结焦及腐蚀。同时本发明能够产生高温高压蒸汽，是高品质热源。

Description

一种炼焦荒煤气余热回收系统
技术领域
本发明涉及炼焦荒煤气的余热回收装置，特别涉及一种炼焦荒煤气余热回收系统。
背景技术
我国是焦炭产能大国，2016年我国拥有各类炼焦炉1420座，焦炭产量4.491亿吨。焦炉余热除了炉体表面散热外，主要由以下三部分组成：(1)从焦炉炭化室推出的950℃～1050℃红焦带出的高温余热，约占焦炉支出热的37.52％；(2)650～800℃的荒煤气带出的中温余热，占焦炉支出热约33.76％；(3)260℃焦炉烟道废气带出低温余热，约占焦炉支出热的18.15％。目前红焦及烟道废气余热均有成熟的回收技术，而对于650～800℃的荒煤气余热，目前通用的工艺流程：先在桥管和集气管喷洒循环氨水与荒煤气直接接触，靠循环氨水大量汽化，使荒煤气急剧降温至80～85℃，降温后的荒煤气在初冷器中再用冷却水间接冷却至25℃，氨水经冷却和除焦油后循环使用。在该工艺过程中，荒煤气中所含有的大量热能被冷却氨水带走，冷却后的氨水通过蒸发脱氨后排放，在消耗大量氨水增加生产成本的同时，荒煤气余热资源无法回收而损失掉。因此，荒煤气带出显热的回收，对焦化厂节能降耗提高经济效益具有非常重要的作用。
焦炉荒煤气余热回收技术从20世纪80年代开始被研究，但由于荒煤气的热物性特点及焦炉生产的安全性问题，荒煤气的余热回收一直进展不顺。总结起来有以下几点技术关键或者说难点：(1)荒煤气温度低于一定值容易石墨沉积、焦油析出，粘结结焦严重，造成内壁空间缩小、传热系数降低；(2)耐压运行，传热介质温升不高；(3)在余热回收的过程中，换热工质易泄露，影响炭化室安全。
现有一些荒煤气余热回收系统，主要是水工质系统，还有导热油系统、氮气系统等，但这些技术的特点都是上升管换热器的换热介质压力高，吸热后温升小，最终系统产生的水蒸汽压力低温度低，属于低品位热源，利用价值低。
发明内容
本发明的目的是提供一种炼焦荒煤气余热回收系统，其能够克服现有技术的不足，回收荒煤气余热效率高，降低冷却氨水用量，同时能避免上升管换热装置的结焦及腐蚀。最重要的，本发明中换热介质为熔盐，熔盐运行为常压运行，能够增加换热器寿命；同时因为熔盐温度高(580℃)，熔盐与水换热能产生高温高压蒸汽，是高品质热源。
实现本发明目的的技术方案是：本发明包括上升管换热系统、熔盐储热系统和热能放热单元；所述上升管换热系统包括一个上升管换热装置，或多个串联和/或并联的上升管换热装置；所述上升管换热装置包括上升管以及设置在上升管上用于吸收荒煤气热量且内部供熔盐流动的换热腔体；所述熔盐储热系统包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、缓冲罐和熔盐泵；低温熔盐罐的出口通过管道与缓冲罐的第一进口连接，缓冲罐的出口通过管道与上升管换热系统中各上升管换热装置的换热腔体的进口连接，上升管换热系统中各上升管换热装置的换热腔体的出口通过管道汇接后与高温熔盐罐的进口连接，高温熔盐罐的出口通过管道与热能放热单元的进口连接，热能放热单元的出口通过管道与低温熔盐罐的进口连接；所述熔盐泵设置在高温熔盐罐和/或低温熔盐罐和/或缓冲罐上，且用于推动管道内熔盐的流动。
上述热能放热单元包括过热器、蒸发器、预热器、除氧器和冷水箱；冷水箱上设有进水口，冷水箱的出水口通过管道与除氧器的进水口连接，且在该管道上设有水泵；除氧器的出水口通过管道与预热器的进水口连接，且在该管道上设有水泵；预热器的出水口与蒸发器的进水口连接，蒸发器的出汽口与过热器的进口连接，过热器上设有蒸汽出口；所述除氧器上还设有用于利用低压蒸汽的进口；蒸发器上还设有回水口，回水口通过管道与预热器的进水口连接，且在该管道上设有水泵；
所述高温熔盐罐的出口与过热器的换热进口连接，过热器的换热出口与蒸发器的换热进口连接，蒸发器的换热出口与预热器的换热进口连接，预热器的换热出口与低温熔盐罐的进口连接。
进一步，上述上升管换热系统包括N个并联的上升管换热装置组；所述上升管换热装置组包括多个串联的上升管换热装置，N≥2。
上述换热腔体为设置在上升管外部的夹套。
作为变形设计，上述换热腔体为设置在上升管内部的换热盘管。
上述过热器的蒸汽出口通过管道与蒸汽应用单元的进口连接，蒸汽应用单元的出口通过管道与除氧器上用于利用低压蒸汽的进口。
上述蒸汽应用单元为汽轮机或需要使用蒸汽的工业设备。
进一步，上升管换热系统中各上升管换热装置的换热腔体的出口通过管道汇接后还与缓冲罐的第二进口连接。
本发明具有积极的效果：(1)本发明利用熔盐对荒煤气的余热进行回收，因为熔盐运行为常压运行，因此能够增加换热器寿命；同时因为熔盐温度高(580℃)，熔盐与水换热能产生高温高压蒸汽，是高品质热源。
(2)本发明能够降低冷却氨水用量(因为熔盐的吸热量大)，同时能避免上升管换热装置的结焦及腐蚀。
(3)本发明在荒煤气的中温余热段利用熔盐比利用水的余热回收效率可以提高1倍。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中上升管换热系统的结构示意图；
图3为本发明中熔盐储热系统的结构示意图；
图4为本发明中热能放热单元的结构示意图；
图5为本发明中上升管换热装置的结构示意图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1至图5，本发明包括上升管换热系统1、熔盐储热系统2和热能放热单元3；所述上升管换热系统1包括三个并联的上升管换热装置组11；所述上升管换热装置组11包括者多个串联的上升管换热装置111；所述上升管换热装置111包括上升管111-1以及设置在上升管111-1上用于吸收荒煤气热量且内部供熔盐流动的换热腔体111-2；换热腔体111-2为设置在上升管111-1外部的夹套。
上升管换热装置组11中多个上升管换热装置111的串联方式为：上一个上升管换热装置111的夹套的出口与下一个上升管换热装置111的夹套的出口通过管道连接。其中第一个上升管换热装置111的夹套的进口为上升管换热装置组11的进口，最后一个上升管换热装置111的夹套的出口为上升管换热装置组11的出口。
三个并联的上升管换热装置组11的并联方式为：三个上升管换热装置组11的进口通过管道汇接形成上升管换热系统1的进口，三上升管换热装置组11的出口通过管道汇接形成上升管换热系统1的出口。
所述熔盐储热系统2包括高温熔盐罐21、低温熔盐罐22、缓冲罐24和熔盐泵23；低温熔盐罐22的出口通过管道与缓冲罐24的第一进口连接，缓冲罐24的出口通过管道与上升管换热系统1的进口连接，上升管换热系统1的出口通过管道与高温熔盐罐21的进口以及缓冲罐24的第二进口连接，高温熔盐罐21的出口通过管道与热能放热单元3的进口连接，热能放热单元3的出口通过管道与低温熔盐罐22的进口连接；高温熔盐罐21、低温熔盐罐22和缓冲罐24上均设有熔盐泵23，熔盐泵23且用于推动管道内熔盐的流动。
所述热能放热单元3包括过热器31、蒸发器32、预热器33、除氧器34和冷水箱35；冷水箱35上设有进水口，冷水箱35的出水口通过管道与除氧器34的进水口连接，且在该管道上设有水泵；除氧器34的出水口通过管道与预热器33的进水口连接，且在该管道上设有水泵；预热器33的出水口与蒸发器32的进水口连接，蒸发器32的出汽口与过热器31的进口连接，过热器31上设有蒸汽出口；所述除氧器34上还设有利用低压蒸汽的进口；蒸发器32上还设有回水口，回水口通过管道与预热器33的进水口连接，且在该管道上设有水泵；
所述高温熔盐罐21的出口与过热器31的换热进口连接，过热器31的换热出口与蒸发器32的换热进口连接，蒸发器32的换热出口与预热器33的换热进口连接，预热器33的换热出口与低温熔盐罐22的进口连接。其中过热器31的换热进口即为热能放热单元3的进口，预热器33的换热出口即为热能放热单元3的出口。
过热器31的蒸汽出口通过管道与蒸汽应用单元4的进口连接，蒸汽应用单元4的出口通过管道与除氧器34上利用低压蒸汽的进口连接。蒸汽应用单元4可以是汽轮机。
本发明的工作过程如下：
低温熔盐罐22内的低温熔盐在熔盐泵的作用下进入缓冲罐24，缓冲罐24内的熔盐进入上升管换热系统1的换热腔体111-2内，并进行荒煤气的余热回收；接着上升管换热系统1的换热腔体111-2内的熔盐流入高温熔盐罐21内；高温熔盐罐21内的熔盐依次经过过热器31、蒸发器32和预热器33后进入低温熔盐罐22。在前期运行时，可关闭高温熔盐罐21的进口，打开缓冲罐24的第二进口，当熔盐吸热达到一定温度后再关闭缓冲罐24的第二进口，打开高温熔盐罐21的进口，此举时为了缩短熔盐循环行程，加快熔盐升温。
随着高温熔盐罐21内的熔盐依次经过过热器31、蒸发器32和预热器33后进入低温熔盐罐22，高温熔盐将热量释放给过热器31、蒸发器32和预热器33，并且热能放热单元3吸收热量后转化成高压高温的高品质蒸汽。
蒸汽可供能给蒸汽应用单元4，蒸汽应用单元4释能后可继续进入热能放热单元3的循环利用。
(实施例2)
本发明中换热腔体111-2为设置在上升管111-1内部的换热盘管。其他技术特征与实施例1相同。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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 (8)

1.一种炼焦荒煤气余热回收系统，包括上升管换热系统；其特征在于：还包括熔盐储热系统和热能放热单元；所述上升管换热系统包括一个上升管换热装置，或多个串联和/或并联的上升管换热装置；所述上升管换热装置包括上升管以及设置在上升管上用于吸收荒煤气热量且内部供熔盐流动的换热腔体；所述熔盐储热系统包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、缓冲罐和熔盐泵；低温熔盐罐的出口通过管道与缓冲罐的第一进口连接，缓冲罐的出口通过管道与上升管换热系统中各上升管换热装置的换热腔体的进口连接，上升管换热系统中各上升管换热装置的换热腔体的出口通过管道汇接后与高温熔盐罐的进口连接，高温熔盐罐的出口通过管道与热能放热单元的进口连接，热能放热单元的出口通过管道与低温熔盐罐的进口连接；所述熔盐泵设置在高温熔盐罐和/或低温熔盐罐和/或缓冲罐上，且用于推动管道内熔盐的流动。
2.根据权利要求1所述的一种炼焦荒煤气余热回收系统，其特征在于：所述热能放热单元包括过热器、蒸发器、预热器、除氧器和冷水箱；冷水箱上设有进水口，冷水箱的出水口通过管道与除氧器的进水口连接，且在该管道上设有水泵；除氧器的出水口通过管道与预热器的进水口连接，且在该管道上设有水泵；预热器的出水口与蒸发器的进水口连接，蒸发器的出汽口与过热器的进口连接，过热器上设有蒸汽出口；所述除氧器上还设有利用低压蒸汽的进口；蒸发器上还设有回水口，回水口通过管道与预热器的进水口连接，且在该管道上设有水泵；
所述高温熔盐罐的出口与过热器的换热进口连接，过热器的换热出口与蒸发器的换热进口连接，蒸发器的换热出口与预热器的换热进口连接，预热器的换热出口与低温熔盐罐的进口连接。
3.根据权利要求1所述的一种炼焦荒煤气余热回收系统，其特征在于：所述上升管换热系统包括N个并联的上升管换热装置组；所述上升管换热装置组包括多个串联的上升管换热装置，N≥2。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种炼焦荒煤气余热回收系统，其特征在于：所述换热腔体为设置在上升管外部的夹套。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种炼焦荒煤气余热回收系统，其特征在于：所述换热腔体为设置在上升管内部的换热盘管。
6.根据权利要求2所述的一种炼焦荒煤气余热回收系统，其特征在于：所述过热器的蒸汽出口通过管道与蒸汽应用单元的进口连接，蒸汽应用单元的出口通过管道与除氧器上利用低压蒸汽的进口连接。
7.根据权利要求2所述的一种炼焦荒煤气余热回收系统，其特征在于：所述蒸汽应用单元为汽轮机或需要使用蒸汽的工业设备。
8.根据权利要求1所述的一种炼焦荒煤气余热回收系统，其特征在于：上升管换热系统中各上升管换热装置的换热腔体的出口通过管道汇接后还与缓冲罐的第二进口连接。
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