CN205026631U - 焦炉荒煤气显热回收利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种焦炉荒煤气显热回收利用装置,涉及一种用于回收利用焦炉镍合金上升管内荒煤气热量的装置。它包括壳体、上支座、下支座、芯轴，芯轴上端通过定位板与壳体上端或上支座连接，芯轴下端通过定位板与壳体下端或下支座连接，所述壳体包括位于壳体外层的外筒体，以及位于壳体内层的镍合金上升管，有蒸汽发生器呈螺旋状的固定在镍合金上升管的外壁上，蒸汽发生器内装有工艺介质，有导热体填充在镍合金上升管、外筒体和蒸汽发生器三者之间的空隙中，壳体上端安装有与蒸汽发生器的出口连通的出气管，壳体下端安装有与蒸汽发生器的进口连通的进水管。

Description

焦炉荒煤气显热回收利用装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于回收利用焦炉镍合金上升管内荒煤气热量的装置，具体的说一种焦炉荒煤气显热回收利用装置。

背景技术

在焦炉生产过程中产生的热量，有大约36％被650-750℃的高温荒煤气带走，目前普遍采用的的方法是采用喷洒循环氨水的方法降低荒煤气温度，这种方法不仅浪费荒煤气显热而且会增加氨回收工段工艺荷载，同时也会额外增加能耗。因此回收焦炉荒煤气的显热对节能减排具有重要意义，我国《工业节能十二五规划》现已明确要求回收利用焦炉镍合金上升管内荒煤气的热量。

目前的荒煤气热回收还处于研发阶段，主要有螺旋筋板导流水夹套技术、导热油夹套技术及热管技术，这些方法在实践过程中因存在一些技术问题而没有得到推广应用，使用过程中的主要问题总结如下：

1)水夹套技术，武钢水夹套技术在经过一段时间运行后，焊缝会失效，导致夹套漏水，影响焦炉操作安全，水夹套焊缝结构虽经过多次改进，但没有从根本上解决焊缝失效问题，为保证焦炉操作安全，用户最终选择了拆除；

2)导热油夹套技术，济钢曾在镍合金上升管做导热油回收荒煤气余热的试验，油夹套解决了换热过程中导热介质因相变而导致的压力剧增问题，但由于操作环境温度高，导热介质易老化变质，存在安全隐患，操作成本高而不能被企业所接受；

3)热管技术，宝钢曾做过利用高温热管回收荒煤气余热的试验，但由于高温热管成本高，热管材料易被腐蚀、可靠性不高等原因而不能得到工业应用。

此外，水(油)夹套荒煤气显热回收技术最常出现的还有根部结焦问题，影响受热面换热，严重时甚至堵塞荒煤气通道。

发明内容

本实用新型的其中一个目的是为了克服背景技术的不足之处，而提供一种焦炉荒煤气显热回收利用装置，它安全性能高，可靠性好，回收利用效率高，使用周期长。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：焦炉荒煤气显热回收利用装置，其特征在于：包括壳体、与壳体上端连接的上支座、与壳体下端连接的下支座、设于壳体的容置空间内的芯轴，所述芯轴上端通过定位板与壳体上端或上支座连接，芯轴下端通过定位板与壳体下端或下支座连接，所述壳体包括位于壳体外层的外筒体，以及位于壳体内层的镍合金上升管，有蒸汽发生器呈螺旋状的固定在镍合金上升管的外壁上，蒸汽发生器内装有工艺介质，有导热体填充在镍合金上升管、外筒体和蒸汽发生器三者之间的空隙中，壳体上端安装有与蒸汽发生器的出口连通的出气管，壳体下端安装有与蒸汽发生器的进口连通的进水管。

在上述技术方案中，所述导热体为亚微米碳化硅粉末。

在上述技术方案中，所述外筒体包括上外筒体和下外筒体，上外筒体和下外筒体之间通过膨胀节连接。

在上述技术方案中，所述壳体内还设有与芯轴连接并呈倾斜布置的折流叶片。

在上述技术方案中，所述芯轴与折流叶片之间的夹角为15-45°。

在上述技术方案中，所述外筒体的外壁上设有超高温热控涂层。

本实用新型与现有技术相比，有益效果如下：

1)亚微米碳化硅材料具有耐高温、耐腐蚀、传热效率高、热膨胀系数低等特点，空气中最高工作温度达1900℃，室温下导热系数达到125.6W/m.K,导热系数是不锈钢的5倍。碳化硅材料由于其优异的热性能和高温强度,成为化工、冶金工业中最好的换热器材料。利用亚微米碳化硅粉末作为导热体换热效率高，不会出现夹套泄露情况，操作安全、可靠。

2)超高温热控涂层具有极低的导热系数(导热系数≤0.1W/m.K)，隔热效果远远高于传统的保温材料，有效抑制并屏蔽高温物体辐射热和传导热达90％以上，因此可以大幅节省施工的管道空间。超高温热控涂层的材料可采用名称为超高温工业保温涂料的航空材料(如编号为ARSC1003的材料)，上述超高温热控涂层为现有技术，且为水性、环保产品，无VOC排放，防腐蚀性能优良，可承受酸雨等各种恶劣气候的侵蚀，无隔热腐蚀发生，安全可靠。

3)在导热体外层增加膨胀节，补偿热变形差异，消除热应力而确保焊缝不会失效，从而实现装置安全和长周期操作，采用SW6进行力学计算分析表明，结构合理。

4)镍合金上升管须选用耐高温镍合金无缝钢管。材料牌号S31008，产品标准号GB13296《锅炉热交换器用不锈钢无缝钢管》。材料耐高温耐腐蚀，可以承受1035摄氏度以下反复加热，确保镍合金上升管在“干锅”事故状态下，短时间内安全运行。

5)折流叶片设计在镍合金上升管内部并呈倾斜布置，折流叶片不仅可以用于除焦，还可以改变荒煤气流动状态，强化传热。使用时，只需打开桥管水封盖，旋转折流叶片即可可以清除镍合金上升管筒体内壁上的焦油。

6)导流环可以将冷凝的焦油直接引导流淌到炉顶空间的煤料或焦饼上烧掉，避免了冷凝的液态焦油流淌到镍合金上升管根部而重新汽化、固化堆积，导流环还有增强管内扰动、加强换热、加速焦结物脱落的功能。

7)工艺介质宜采用脱盐水，工艺介质在蒸汽发生器中吸收导热体热量产生蒸汽，不会产生老化变质现象。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的B-B剖视图。

图中1-壳体,2-上支座,3-下支座,4-芯轴，5-外筒体,51-上外筒体，52-下外筒体，6-镍合金上升管，7-蒸汽发生器，8-导热体，9-出气管，10-进水管，11-膨胀节，12-折流叶片,13-定位板。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：焦炉荒煤气显热回收利用装置，包括壳体1、与壳体1上端连接的上支座2、与壳体1下端连接的下支座3、设于壳体1的容置空间内的芯轴4，所述芯轴4上端通过定位板13与壳体1上端或上支座2连接，芯轴4下端通过定位板13与壳体1下端或下支座3连接，所述壳体1包括位于壳体1外层的外筒体5，以及位于壳体1内层的镍合金上升管6，有蒸汽发生器7呈螺旋状的固定在镍合金上升管6的外壁上，蒸汽发生器7内装有工艺介质，有导热体8填充在镍合金上升管6、外筒体5和蒸汽发生器7三者之间的空隙中，壳体1上端安装有与蒸汽发生器7的出口连通的出气管9，壳体1下端安装有与蒸汽发生器7的进口连通的进水管10。

所述镍合金上升管6和外筒体5之间构成夹套空间，蒸汽发生器7和导热体8均位于夹套空间内，所述导热体8填充于夹套空间与蒸汽发生器之间的空隙中，导热体8吸收荒煤气显热并将热量传递给蒸汽发生器，外筒体5外壁上涂装超高温热控涂层，超高温热控涂层节能降耗，能降低导热体8热损失，提高导热体8传热效率。

所述导热体8材料为亚微米碳化硅粉末。亚微米碳化硅材料具有耐高温、耐腐蚀、传热效率高、热膨胀系数低等特点，空气中最高工作温度达1900℃，室温下导热系数达到125.6W/m.K,导热系数是不锈钢的5倍。碳化硅材料由于其优异的热性能和高温强度,成为化工、冶金工业中最好的换热器材料。Carborundum公司于1987年推出了用烧结碳化硅制造的Hexoloy热交换器,对液体和气体不泄漏,可以用于加热、冷却、沸腾、冷凝各种液体,从水到各种强腐蚀化学介质，美国ARIES核电站选择纤维增强的碳化硅作为嵌套包壳材料。利用亚微米碳化硅粉末作为导热体8换热效率高，不会出现夹套泄露情况，操作安全、可靠。

导热体8吸收的热量需要传递给工质，降低导热体8热损失，提高传热效率的有效方法是在导热体8外面增加保温层，传统的方法是在荒煤气镍合金上升管外层用保温棉保温，由于荒煤气镍合金上升管安装位置空间狭小，使常规保温方法受到限制。该技术采用航天器热控涂层节能技术，涂层具有极低的导热系数(导热系数≤0.1W/m.K)，隔热效果远远高于传统的保温材料，有效抑制并屏蔽高温物体辐射热和传导热达90％以上，因此可以大幅节省施工的管道空间。涂层材料为水性、环保产品，无VOC排放，防腐蚀性能优良，可承受酸雨等各种恶劣气候的侵蚀，无隔热腐蚀发生，安全可靠。

超高温热控涂层的材料可采用名称为超高温工业保温涂料的航空材料(如编号为ARSC1003的材料，上述超高温热控涂层为现有技术，且为水性、环保产品，无VOC排放，防腐蚀性能优良，可承受酸雨等各种恶劣气候的侵蚀，无隔热腐蚀发生，安全可靠。

外筒体5采用轴向热应力消除结构。背景技术中的夹套设计方案不符合HG20583《钢制化工容器结构设计规定》的要求，不满足GB150《钢制压力容器》强度计算要求。荒煤气镍合金上升管采用双层夹套的结构形式，工作状态下内夹套壁温700℃左右，外加套壁温100℃左右，温差应力大而导致焊缝失效。本实用新型在导热体8外层增加膨胀节11，补偿热变形差异，消除热应力而确保操作安全、可靠和长周期。

镍合金上升管材料选用耐高温镍合金无缝钢管。材料牌号S31008，产品标准号GB13296《锅炉热交换器用不锈钢无缝钢管》。材料适用于浓度65％～85％的硝酸中耐蚀的部件，可以承受1035摄氏度以下反复加热，980℃时，σb≥90MPa可焊性优良，被广泛应用于石化裂解炉炉管等极端高温环境。

镍合金上升管内部可安装折流叶片12。折流叶片设计在镍合金上升管内部并呈倾斜布置，折流叶片不仅可以用于除焦，还可以改变荒煤气流动状态，强化传热，尤其能增加镍合金上升管6中心部位荒煤气热量回收的回收效率。使用时，只需打开桥管水封盖，旋转折流叶片即可可以清除镍合金上升管筒体内壁上的焦油。所述折流叶片12可以改变荒煤气流动状态，强化传热，

镍合金上升管下部可设置焦油导流环。导流环可以将冷凝的焦油直接引导流淌到炉顶空间的煤料或焦饼上烧掉，避免了冷凝的液态焦油流淌到镍合金上升管根部而重新汽化、固化堆积，导流环还有增强管内扰动、加强换热、加速焦结物脱落的功能。

所述芯轴4可以转动，旋转芯轴4，折流叶片12可以刮除挂壁焦油，便于人工清焦操作。

工艺介质为脱盐水。工艺介质在蒸汽发生器中吸收导热体8热量产生蒸汽，不会产生老化变质现象。

本实用新型提供的利用导热体8回收焦炉镍合金上升管荒煤气显热的方法，具体步骤为：

1)焦炉高温荒煤气从下至上由镍合金上升管内流过；

2)工艺介质经循环泵在蒸汽发生器和汽包之间循环；

3)焦炉高温荒煤气将热量通过镍合金上升管传递给导热体8，导热体8将热量传给蒸汽发生器中的工艺介质，工艺介质吸收热量后循环到汽包，在汽包中饱和蒸汽被分离出来。

4)折流叶片12设计在镍合金上升管内部，改变荒煤气流动状态，强化传热。

所述夹套空间中的导热介质为亚微米碳化硅，晶粒尺寸4～10微米。

上支座由法兰及导流环构成，为整体锻件，上支座内可设置下部缩口，下部缩口可以将冷凝的焦油直接引导流淌到炉顶空间的煤料或焦饼上烧掉，避免了冷凝的液态焦油流淌到镍合金上升管根部而重新汽化、固化堆积，导流环还有增强管内扰动、加强换热、加速焦结物脱落的功能。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (6)

1.焦炉荒煤气显热回收利用装置，其特征在于：包括壳体(1)、与壳体(1)上端连接的上支座(2)、与壳体(1)下端连接的下支座(3)、设于壳体(1)的容置空间内的芯轴(4)，所述芯轴(4)上端通过定位板(13)与壳体(1)上端或上支座(2)连接，芯轴(4)下端通过定位板(13)与壳体(1)下端或下支座(3)连接，所述壳体(1)包括位于壳体(1)外层的外筒体(5)，以及位于壳体(1)内层的镍合金上升管(6)，有蒸汽发生器(7)呈螺旋状的固定在镍合金上升管(6)的外壁上，蒸汽发生器(7)内装有工艺介质，有导热体(8)填充在镍合金上升管(6)、外筒体(5)和蒸汽发生器(7)三者之间的空隙中，壳体(1)上端安装有与蒸汽发生器(7)的出口连通的出气管(9)，壳体(1)下端安装有与蒸汽发生器(7)的进口连通的进水管(10)。

2.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气显热回收利用装置，其特征在于：所述导热体(8)为亚微米碳化硅粉末。

3.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气显热回收利用装置，其特征在于：所述外筒体(5)包括上外筒体(51)和下外筒体(52)，上外筒体(51)和下外筒体(52)之间通过膨胀节(11)连接。

4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的焦炉荒煤气显热回收利用装置，其特征在于：所述壳体(1)内还设有与芯轴(4)连接并呈倾斜布置的折流叶片(12)。

5.根据权利要求4所述的焦炉荒煤气显热回收利用装置，其特征在于：所述芯轴(4)与折流叶片(12)之间的夹角为15-45°。

6.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的焦炉荒煤气显热回收利用装置，其特征在于：所述外筒体(5)的外壁上设有超高温热控涂层。