CN204786295U - 一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，包括位于焦炉上部的若干上升管，每个上升管外设置有辐射吸热装置，所述上升管通过热辐射方式向辐射吸热装置辐射热量，所述辐射吸热装置包括辐射管组，所述辐射管组套装在上升管管壁外，所述辐射管组由多个辐射管并联构成，相邻辐射管之间留有间隙，在所述辐射管组外侧设置有背面辐射管；所述辐射管的下端口分别与水进口集合管连接，所述辐射管的上端口分别与汽水混相出口集合管连接，水进口集合管、汽水混相出口集合管与汽水分离系统相连，本实用新型系统可对炼焦炉上升管荒煤气高温废热进行高效利用。

Description

一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统

技术领域

本实用新型涉及一种汽水分离系统，具体是一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，适用于炼焦炉上升管荒煤气的高温废热利用，属于节能减排技术领域。

背景技术

目前国内外在对焦炉余热回收利用方面有很多成熟的技术，例如利用初冷器回收荒煤气余热、干法熄焦回收焦炭显热、小烟道废热回收利用、循环氨水余热回收等，而在上升管余热回收利用方面的生产应用目前仍停滞不前，约占焦炉总热量三分之一热量的荒煤气，从炼焦炉经上升管、桥管进入集气管内，荒煤气在桥管和集气管处用氨水喷洒冷却，使其温度由650-750℃降至80-85℃，为达到这一温度要求，每吨干装炉煤需喷洒5-6吨氨水用于冷却荒煤气，也就是说荒煤气的废热不但没有得到利用，而且还要消耗动力使煤气冷却和部分焦油器冷凝下来，荒煤气由于高温裂解往往在上升管根部结成坚硬的石墨，影响荒煤气顺利排出。要清除这些石墨也得在很艰苦的条件下进行，上升管辐射散发大量的热，造成炉顶操作环境温度高，前苏联哈尔科夫炼焦厂曾于上世纪五十年代在15个上升管上加了水套，进行工业规模的上升管废热利用试验，用泵将采暖用水强制通过水套，使水温由60℃加热至85℃，从而利用上升管余热获得采暖水，但以后未看到有关进行工业规模推广应用的报道，我国从上世纪七十年代以来，首钢焦化厂、太钢焦化厂、北京焦化厂、武钢焦化厂、鞍钢化工总厂、沈阳二煤气、马钢焦化厂、淄博焦化煤气公司以及我厂等单位先后在焦炉上升管建立了多套采用自然循环系统的焦炉上升管汽化冷却装置，进行工业生产蒸汽取得一定效果，由于设计不合理等原因，频繁出现上升管水套漏水损坏炉体，上升管盖揭启困难，上升管水套下部结焦油饼堵塞上升管，蒸汽产量不稳定水套易“干锅”甚至导致锅炉汽包爆炸等问题，不能长期平稳使用，因此未在全行业进行推广应用；日本新日公铁公司名古屋厂在上世纪八十年代在16个上升管内添加了夹套，用萨姆斯-700（主要成分烷基联苯，沸点315℃）有机介质作为热载体与荒煤气换热。加热后的萨姆斯-700用于产生蒸汽或煤余热，但以后也未看到有关进行工业规模推广应用的报道。近几年，济钢焦化厂曾在焦炉5孔上升管采用导热油夹套技术回收荒煤气余热并产生蒸汽用于发电，但并未见到详细的技术报道。由于炭化室内产生的荒煤气在不同的结焦时段煤气量不一样，而汽化冷却装置的吸热效率很高，所以汽化冷却装置在产气量少的时段会造成上升管内荒煤气温度低于400℃，温度过低会造成煤气中焦油气凝结，回流炭化室或粘附在管内壁影响荒煤气导出，清扫困难。还会导致集气管、吸气管等通道中焦油流动阻力增加。由于上升管位于焦炉炉头上部，下面是炭化室1000℃以上的高温砌体，装置漏水，浇灌炉头致使砌体损坏，上升管做成夹套后，夹套与壳体的焊接位角焊缝，而且只能单面焊接，不能承受高压，炭化炉操作过程的特点造成废热锅炉的时停时开，也造成水套炉的交变载荷，单面角焊缝加交变载荷，使得夹套式废热锅炉不可能成为高压炉，就不可能产生高压蒸汽，对于荒煤气的高品质热源只能低品质应用，造成新的浪费，而且有严重的安全隐患。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，该系统用于炼焦炉上升管荒煤气的高温废热利用。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，包括位于焦炉上部的若干上升管，每个上升管外设置有辐射吸热装置，所述上升管通过热辐射方式向辐射吸热装置辐射热量，辐射吸热装置与汽水分离系统相连。所述辐射吸热装置与上升管管壁可以接触或不接触，优选不接触。

作为优选，所述辐射吸热装置包括辐射管组，所述辐射管组套装在上升管管壁外，所述辐射管组由多个辐射管并联构成，相邻辐射管之间留有间隙，在所述辐射管组外侧设置有背面辐射管；所述辐射管的下端口分别与水进口集合管连接，所述辐射管的上端口分别与汽水混相出口集合管连接，水进口集合管、汽水混相出口集合管与汽水分离系统相连。

所述辐射管组与上升管管壁可以接触或不接触，优选不接触。

所述背面辐射管外设置有保温层，用于防止热量散失。

荒煤气在上升管内流动将其高温热能以辐射以及热传导（当辐射管组与上升管管壁接触时）的传热方给辐射管组，热量在辐射管组内产生高压蒸汽，高压蒸汽在汽水分离系统上利用，如用于发电或驱动做功，做功后的乏汽进行工艺应用，而原上升管系统保持原设计状态。

炼焦过程中煤干馏产生750～800℃荒煤气，荒煤气通过上升管引出炼焦炉，冷却后产生焦油和煤气，750～800℃的荒煤气含有大量热量，不回收就浪费，成为工艺废热，所以节能减排需要回收荒煤气的废热。在荒煤气的余热回收过程中，当达到一定的温度时，荒煤气中的焦油蒸汽就会在换热界面冷凝析出，随着荒煤气温度的降低，冷凝在传热界面的液态焦油量就会增多，不同温度下焦油馏分析出的实际情况，荒煤气中重质焦油成分的冷凝开始温度(冷凝点)在常压下为400～500℃荒煤气，荒煤气结焦会造成很多利影响造成浪费及故障，严重影响安全生产，所以上升管废热利用的前提是保证不使上升环内壁结焦，先保证安全生产再利用上升管内荒煤气余热，实验研究证明，现有上升管废热利用技术都会使上升管的壁温低于450～480℃，实际余热利用过程中更希望在现有结构中增加热阻，降低取热效果保证炼焦生产工艺过程安全。

就物体传热而言，600℃以上以辐射传热为主，本专利就是考虑到物体传热特点和上升管废热回收利用需要控制温度的特点，开发出本系统来回收上升管内荒煤气废热，辐射管组是一组（辐射管组由多个辐射管并联构成）并联组成的圆环形管组，管组可以是螺旋的，也可以是与上升管平行的，相邻辐射管之间留有间隙，以减少导热面积（符合增加热阻的需要），同时也便于焊接加工，辐射管组套装在上升管管壁外，优选不与上升管管壁接触，在辐射管组外侧设置有背面辐射管，上升管的外壁通过漫辐射向外辐射热量，辐射管组和背面辐射管接受辐射热，背面辐射管外面包覆有保温层，阻止背面辐射管接受辐射热将热量从外壁散失，辐射管组接受辐射热将热量传递给管内循环水，背面辐射管将接受的辐射热从其内表面反射辐射向辐射管组以及上升管，这样靠近上升管、背面辐射管的辐射管组的两个半边管壁均受热。炼焦炉的多个上升管，每个上升管都套装一个辐射管组，每个上升管构成一个辐射吸热装置。

上升管防止结焦的手段就是，将上升管的壁温控制在450～480℃，按目前现有技术均是产小于1.6MPA的低压蒸汽，低压蒸汽的温度在250℃左右，夹套式结构会使上升管内壁金属温度远低于450~480℃，本实用新型方案是辐射管组非接触上升管，独立系统可以充分利用荒煤气高温高品质能量产生高压蒸汽做功，提高废热能效，同时可以提高上升管内壁壁温，达到防焦效果。

炼焦炉与上升管封闭连接，辐射管组非接触式套入安装在上升管外，非接触式传热，一旦漏水，绝对保证水不会进入炼焦炉，不会有夹套式余热回收水漏入炼焦炉造成造成炼焦炉炉衬损坏的严重弊端。

本实用新型系统是从上升管获得热量（废热），而上升管内部的温度不能过低，过低将会导致结焦，因此本实用新型系统需要对利用的热量进行控制。在辐射管组的辐射管之间留有间隙，不仅减少了辐射管的使用，而且减少了导热面积，避免上升管向外传递热量过多，导致上升管内部温度过低结焦；特别是在辐射管组与上升管管壁之间不接触时，上升管表面均匀向外辐射热量，上升管表面温度均匀，不会导致上升管的局部温度较低从而结焦。

辐射管组的辐射管之间留有间隙，在上升管的热量向外漫辐射时，扩大了辐射管组的辐射管的受热面积，使得辐射管组的辐射管的受热均匀。

上升管的热量向外漫辐射时，通过辐射管之间的间隙向背面辐射管传递热量，背面辐射管的热量则向辐射管组传递，增加传热效率，使得辐射管组受热更均匀。同时，背面辐射管也向上升管辐射热量，使得热量不流失。

所述汽水分离系统可以采用下述结构：包括汽包和循环水泵，汽水混相出口集合管与汽包连接，所述汽包上连接有蒸汽管道，蒸汽管道内的蒸汽利用，如可用于做功，在所述汽包底部通过泵入口管连接循环水泵，循环水泵上设置有出水口，当一个辐射吸热装置对应一个汽水分离系统时，循环水泵上的出水口通过泵出水管与水进口集合管连接。汽水分离系统的水循环采用高压强制循环。

所述汽水分离系统包括汽包和循环水泵，所述汽包上设置有汽水混相接入口和蒸汽管道，所述蒸汽管道内的蒸汽利用，在所述汽包底部通过泵入口管连接循环水泵，循环水泵上设置有出水口，汽水分离系统的水循环采用高压强制循环。

当辐射吸热装置为多个时，每个辐射吸热装置的水进口集合管均与入口集合管汇集管连接，每个辐射吸热装置的汽水混相出口集合管均与出口集合管汇集管连接，入口集合管汇集管、出口集合管汇集管与汽水分离系统相连。这样，汽水分离系统的汽包便与出口集合管汇集管连接，汽水分离系统的循环水泵的出水口通过泵出水管与入口集合管汇集管连接。即多个辐射吸热装置与一个汽水分离系统连接。

为了对汽包补充水，所述汽包上设置有补水管。

所述蒸汽管道与做功机械连接，从而将管道内的高压蒸汽利用。

所述水进口集合管与入口集合管汇集管之间的管路上设置有切断阀；所述汽水混相出口集合管与出口集合管汇集管之间的管路上设置有出口阀。这样每个上升管辐射管组均可以随时切除，关掉切断阀、出口阀则可以切除改上升管辐射管组。

所述水进口集合管与入口集合管汇集管之间设置有切断阀；所述汽水混相出口集合管与出口集合管汇集管之间设置有出口阀，出口阀、切断阀将辐射吸热装置与汽水分离系统切除。

本实用新型的有益效果：

1、结构小，不影响原设计系统的操作；

2、辐射传热热效率高，产生高压蒸汽品质高；

3、锅炉系统结构受力优化，可以承受高压，寿命长，安全性有保障；

4、锅炉系统可单组切断式设计，随时处理特殊工况；

5、结构紧凑、操作方便、运行成本低；

6、方法可以外延，继续挖掘荒煤气余热，降低原系统能耗。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型系统的辐射吸热装置示意图。

图2为上升管荒煤气废热利用锅炉系统结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型的上升管荒煤气废热利用锅炉系统，包括位于焦炉上部的若干（一个或多个）上升管1，每个上升管1对应一个辐射吸热装置，所述辐射吸热装置包括辐射管组4。辐射管组4套装在上升管1管壁外，优选不与上升管1管壁接触。辐射管组4由多个辐射管并联构成，相邻辐射管之间留有间隙，在辐射管组4外侧设置有背面辐射管14。

当背面辐射管14为金属时，其一端与上升管1固定连接；背面辐射管14为陶瓷等导热体材料时，下部支撑于上升管1即可；背面辐射管14外有外保温13防止热量散失。

辐射管组4的多个辐射管的下端口分别与水进口集合管2连接，辐射管组4的多个辐射管的上端口分别与汽水混相出口集合管5连接，辐射管组4可以采用螺旋或非螺旋式结构。

辐射吸热装置与汽水分离系统相连，将辐射管组获得的热量利用。本实施例介绍一种汽水分离系统：包括汽包8和循环水泵10，汽包8上连接有补水管17和蒸汽管道16，蒸汽管道16与做功机械15连接，蒸汽管道16内的高压蒸汽利用，如用于发电或驱动做功，也可以工艺应用。汽包8底部通过泵入口管9连接循环水泵10。

上升管1对应的辐射吸热装置可以独立与汽水分离系统相连，即每个辐射吸热装置的汽水混相出口集合管5与汽包8连接，循环水泵10通过泵出水管11与水进口集合管2连接。

作为一种优选，多个辐射吸热装置与汽水分离系统相连，汽水混相出口集合管5先通过管路与出口集合管汇集管7连接，汽水混相出口集合管5与出口集合管汇集管7之间的管路上设置有出口阀6。循环水泵10通过泵出水管11与入口集合管汇集管3连接，入口集合管汇集管3与水进口集合管2通过管路连接，水进口集合管2与入口集合管汇集管3之间的管路上设置有切断阀12，水进口集合管2与辐射管组4的下端口连接。

辐射管组4的水进口集合管2和汽水混相出口集合管5的各自的连接分别通过切断阀12、出口阀6采用法兰式连接。

有高温荒煤气经上升管流经上升管辐射管组4段，高温荒煤气将自身热能以辐射等方式传递给上升管1管壁，上升管1管壁基本上与高温荒煤气同温度，上升管1的管壁将自身热能以辐射、热传导等方式传递给上升管1外壁的辐射管组4。

由于辐射管组4的相邻辐射管之间留有间隙，上升管1热量辐射至背面辐射管14上，背面辐射管14得到的热量从背面辐射管14的表面向辐射管组4辐射传递热量，辐射管组4的两面（分别为靠近背面辐射管、上升管的两个半面）都获得辐射的热量，效率高，进一步增加传热效率。而且，由于辐射管之间的间隙设置，辐射管组4与上升管1之间导热面积小，在辐射管组4与上升管1之间热传递时，不会导致上升管1内温度的过度下降，上升管1内的温度高于荒煤气焦油析出和结焦温度，以避开荒煤气焦油析出和结焦，避免了上升管内介质结焦。

辐射管组4内循环水得到热量温度升高汽化形成气液混相，辐射管组4内循环水采用强制循环。系统运行时水、汽水和蒸汽的工艺流程如图2所示，汽包8底部水通过入口管9进入循环水泵10，经循环水泵10加压后流经泵出口管11流入入口集合管汇集管3，经过切断阀12流入水进口集合管2，水进口集合管2将循环水分配给辐射管组4各辐射管。在辐射段得到热量后变成汽水混相，流入汽水混相出口集合管5，经出口阀6进入出口集合管汇集管7，流入汽包8，进行汽水分离，蒸汽外出至做功机械15做功，乏汽去工艺应用，水则在汽包8下部，继续强制循环。因为蒸汽流出，循环水量减少需要经过补水管17对循环水补充蒸发量。

辐射吸热装置将辐射管组获得的热量传递给辐射管内循环水，每个上升管1对应的辐射管组4通过水入口切断阀12和出口阀6与汽水分离系统相连，每个辐射管组辐射吸热装置均可以随时切除，流程切除为：关掉切断阀12即可除掉该组的功能；设备切除为：关掉水入口切断阀12、出口阀6则可以切除上升管1辐射管组4，这样就保证了一旦某个辐射管组辐射吸热装置出现故障，可以随时切除，保证安全生产。

上述实施例不以任何方式限制本实用新型，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，包括位于焦炉上部的若干上升管，其特征在于：每个上升管外设置有辐射吸热装置，所述上升管通过热辐射方式向辐射吸热装置辐射热量，辐射吸热装置与汽水分离系统相连；所述辐射吸热装置包括辐射管组，所述辐射管组套装在上升管外，所述辐射管组由多个辐射管并联构成，相邻辐射管之间留有间隙，在所述辐射管组外侧设置有背面辐射管；所述辐射管的下端口分别与水进口集合管连接，所述辐射管的上端口分别与汽水混相出口集合管连接，水进口集合管、汽水混相出口集合管与汽水分离系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，其特征在于：每个辐射吸热装置的水进口集合管均与入口集合管汇集管连接，每个辐射吸热装置的汽水混相出口集合管均与出口集合管汇集管连接，入口集合管汇集管、出口集合管汇集管与汽水分离系统相连。

3.根据权利要求2所述的一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，其特征在于：所述水进口集合管与入口集合管汇集管之间设置有切断阀；所述汽水混相出口集合管与出口集合管汇集管之间设置有出口阀，出口阀、切断阀将辐射吸热装置与汽水分离系统切除。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，其特征在于：所述辐射吸热装置与上升管管壁不接触。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，其特征在于：所述背面辐射管外设置有保温层。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，其特征在于：所述汽水分离系统包括汽包和循环水泵，所述汽包上设置有汽水混相接入口和蒸汽管道，所述蒸汽管道内的蒸汽利用，在所述汽包底部通过泵入口管连接循环水泵，循环水泵上设置有出水口，汽水分离系统的水循环采用高压强制循环。

7.根据权利要求6所述的一种上升管荒煤气废热利用锅炉系统，其特征在于：所述蒸汽管道与做功机械连接。