CN205368240U

CN205368240U - 可拆卸式荒煤气热能回收装置

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Publication number: CN205368240U
Application number: CN201620029577.XU
Authority: CN
Inventors: 肖爱国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2026-01-13

Abstract

本实用新型公开了一种可拆卸式荒煤气热能回收装置，包括上升管、热管换热器和桥管，所述的上升管的中部为三通管，上升管的上、下部分别为通过上法兰和下法兰与三通管的竖管上、下端分别连接的直管，三通管的横管横截面为矩形，三通管的横管一端面与三通管的竖管焊接，横管另一端面通过矩形法兰与桥管连接，横管向桥管端下倾斜3°-5°，桥管为矩形口渐缩为圆型的弯管，横管中部顶面设置开口并焊接圆形法兰，圆形法兰与热管换热器的花板法兰通过内螺纹连接，热管换热器与横管间夹角为85-90°。本实用新型装置提高了焦炉的热回收效率，降低了吨焦单位能耗和水耗，具有显著的经济效益，单台设备可回收1.6MPa左右蒸汽140-160kg/h。

Description

可拆卸式荒煤气热能回收装置

技术领域

本实用新型属于炼焦炉荒煤气热量回收利用技术领域，尤其涉及一种可拆卸式荒煤气热能回收装置，利用热管技术直接回收利用焦炉荒煤气显热的工艺设备。

背景技术

在焦炉生产中，煤在炭化室受热后失去水分，低沸点有机物受热挥发和裂解产生大量的未经净化的高温煤气，炼焦工艺中称为荒煤气。荒煤气中主要成分为：H2，H2O,CnHm,CO,单环，稠环及杂环化芳烃。目前，国内外炼焦炉荒煤气从碳化室顶经上升管导出后，在桥管中用稀氨水喷淋冷却，将750℃左右荒煤气通过稀氨水汽化降温至约80℃左右，进入集气管。再经初冷器间接冷却到33或22℃进入后续工序。在初冷器中，须通过大量的循环水和制冷水间接冷却，同时消耗大量旳循环水和制冷水以及电能。据统计，炼焦炉能耗中红焦带出的热能占炼焦总能耗的37%，荒煤气带出的热能占炼焦总能耗的36%，焦炉加热排出的废烟气带出的热能占焦炉总能耗的17%,焦炉散热带走的热能占焦炉总能耗的10%。红焦带出的热能现已采用干法熄焦技术回收利用，效果显著。废烟气带出的热能现已采用热管式废热锅炉技术加以回收利用，也取得较好效果。荒煤气带出的热能目前尚没有得到有效利用。荒煤气热能回收利用曾采用夹套式汽化冷却器技术，由于受到材质，加工技术的限制常发生夹套裂漏危害炉体。虽经多次改革最终仍被淘汰。目前焦化工作者投入大量人力物力对荒煤气显热利用作了大量研究，有采用夹套螺旋管工艺的，有采用热管换热器工艺的，但都未取得较好成效。现仅有采用整体式上升管夹套技术回收荒煤气显热装置投入了工业运行。但该装置只能回收500℃以上荒煤气显热，理论上约占荒煤气带出热能的30%左右，实际只回收荒煤气带出热能的15%左右，回收效率低。且装置制作工艺有一定难度，一次投资高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可拆卸式荒煤气热能回收装置，针对上升管内热辐射强烈，易使冷凝下的沥青质结焦的缺点，本实用新型在上升管与桥管相接的横管上安装传热效率高的热管技术作换热器，通过对上升管的横管和桥管的改造并利用热管技术能有效地降低荒煤气的温度至250℃以下，使热回收效率提高至荒煤气带出热能的70%左右，是一种节能，降耗，降成本增效益的装置。

为实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可拆卸式荒煤气热能回收装置，包括上升管、热管换热器和桥管，所述的上升管的中部为三通管，上升管的上、下部分别为通过上法兰和下法兰与三通管的竖管上、下端分别连接的直管，三通管的横管横截面为矩形，三通管的横管一端面与三通管的竖管焊接，横管另一端面通过矩形法兰与桥管连接，横管向桥管端下倾斜3°-5°，桥管为矩形口渐缩为圆型的弯管，横管中部顶面设置开口并焊接圆形法兰，圆形法兰与热管换热器的花板法兰通过内螺纹连接，热管换热器与横管间夹角为85-90°。

所述的桥管上从上至下依次设置清扫管座、喷洒管座和清扫管座，桥管内壁上涂覆耐高温、高热阻、水性不粘的纳米陶瓷涂料，以使凝结下来的焦油，沥青质能顺利地随同喷洒氨水一道流入集气管，纳米陶瓷涂料，由纳米SiO₂、纳米Al₂O₃、纳米MgO₂和石墨烯按一定比例用水调配而成。

所述的热管换热器的热管采用耐压无缝钢管与平头或半球封头焊接而成，热管为重力虹吸式，热管蒸发段管壁涂覆有耐高温、高热导、能耐高温氧化和酸碱腐蚀水性不粘纳米陶瓷涂料。

为保证换热面积，本实用新型对上升管三通管横管和桥管进行了改造，将上升管的三通管增高和上升管三通管横管增长，上升管三通管高度参数H=800mm-1000mm，上升管三通管横管长度参数L=800mm-1100mm，具体参数按焦炉炉型计算而定,上升管三通管横管为矩形，矩形高H=800-1000mm,宽B=500mm-900mm，参数按焦炉炉型计算选定，在三通管横管上部开一圆形口，焊接圆形法兰，圆形法兰表面加工有密封槽线和内螺纹以安装热管换热器，内螺纹螺孔直径14mm-18mm，螺孔数量依焦炉炉型计算而定，圆形法兰厚度24-32mm，圆形法兰直径参数D=500mm-900mm，材质20#钢或耐温合金钢，上升管三通管横管与桥管连接用矩形法兰，矩形法兰内孔参数L=800mm-1000mm,B=500mm-900mm按焦炉炉型计算而定，上升管三通管横管由横管与法兰焊接而成，为保证冷凝液能顺利流入集气管，桥管入口法兰与横管法兰配制设计，桥管设计为矩形口渐缩为圆型弯管，螺孔直径与数量依焦炉炉型而异，孔直径一般为16mm-20mm。桥管高度方向尺寸H=700mm-1000mm，桥管的横向管矩形法兰边至桥管竖向管中心尺寸200mm-300mm，桥管下口为圆形，外径D=400mm-500mm,壁厚14mm-20mm，具体尺寸按不同焦炉炉型计算确定，桥管弯度90°-100°依焦炉炉型不等。

为保证设备的正常运行，在结焦后期需对热管表面进行清扫，在热管换热器前端的三通管横管入口侧壁上设计有吹扫孔和喷头，结焦后期用高压氨水或压缩空气进行吹扫。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：

1.采用在上升管的三通管与桥管连接的横管上进行热量回收，避开了上升管内的强烈热辐射可能对沉积在上升管或热管壁表面的沥青质或焦油因高温热辐射导致结焦严重状况。

2.采用热管换热器提高了换热效率，使换热设备尽可能小型化能装于上升管的三通管横管中。

3.因上升管的三通管横管内无强烈辐射热加之热管换热器热管外壁与三通管横管内壁涂有耐温不粘涂料，荒煤气的出口温度将尽可能降低，以便回收更多热量。冷凝在热管外壁上的沥青质，焦油类在极短的时间内不会结焦而是呈液态具有较强的流动性流入桥管，随氨水进入集气管。此措施解决了限制荒煤气热量回收的瓶颈问题---即目前大家认为荒煤气冷却温度不能低于500℃，否则会产生严重结焦的结论。

4.设计了清扫装置，可保证每炉装煤前换热器表面清洁。

5.热管换热器可方便拆卸，检修维护，更换便捷，不会引响生产。

6.热回收效率高。比现有上升管式热回收装置高一倍以上。总回收率可达荒煤气带出热量的70%以上。一次投资可大为降低，具有显著的经济效益和环境效益。

7.设备不占平面面积，不致造成对集气管，上升管的作业影响。

8.设备造价和总投资相对整体上升管热回收装置便宜，易于加工。

因此，本实用新型装置提高了焦炉的热回收效率，降低了吨焦单位能耗和水耗，是具有国际先进水平的焦炉节能环保设备。并具有显著的经济效益，单台设备可回收1.6MPa左右蒸汽140-160kg/h。

附图说明

图1一种可拆卸式荒煤气热能回收装置结构示意图。

其中：1-上升管，2-上法兰，3-下法兰，4-横管，5-圆形法兰，6-吹扫孔，7-花板法兰，8-热管换热器，9-进水孔，10-紧固螺栓，11-螺母，12-矩形法兰，13-清扫管座，14-喷洒管座，15-清扫管座，16-桥管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型技术进一步说明：

如图1所示，一种可拆卸式荒煤气热能回收装置，包括上升管1、热管换热器8和桥管16，所述的上升管1的中部为三通管，上升管1的上、下部分别为通过上法兰2和下法兰3与三通管的竖管上、下端分别连接的直管，三通管的横管4横截面为矩形，横管4一端面与三通管的竖管焊接，横管4另一端面通过矩形法兰12与桥管16连接，横管4向桥管16端下倾斜3°-5°，桥管16为矩形口渐缩为圆型的弯管，横管4中部顶面设置开口并焊接圆形法兰5，圆形法兰5与热管换热器8的花板法兰7通过内螺纹连接，热管换热器8与横管4间夹角为85-90°。

所述的桥管16上从上至下依次设置清扫管座13、喷洒管座14和清扫管座15，桥管16内壁上涂覆耐高温、高热阻、水性不粘的纳米陶瓷涂料，以使凝结下来的焦油，沥青质能顺利地随同喷洒氨水一道流入集气管，纳米陶瓷涂料，由纳米SiO₂、纳米Al₂O₃、纳米MgO₂和石墨烯按一定比例用水调配而成。

所述的上升管1的竖管高度参数H=1000mm-1500mm，上升管1的三通管横管4长度参数L=800mm-1100mm，具体参数按焦炉炉型计算而定,上升管1的三通管横管4为矩形，矩形高H=800-1000mm,宽B=500mm-900mm，参数按焦炉炉型计算选定，在三通管横管上部开一圆形口，焊接圆形法兰5，圆形法兰5表面加工有密封槽线和内螺纹以安装热管换热器，内螺纹螺孔直径14mm-18mm，螺孔数量依焦炉炉型计算而定，圆形法兰直径参数D=500mm-900mm，圆形法兰5厚度24-32mm，材质20#钢或耐温合金钢，横管4与桥管16连接用矩形法兰12，矩形法兰12内孔参数L=800mm-1000mm,B=500mm-900mm按焦炉炉型计算而定，为保证冷凝液能顺利流入集气管，桥管16入口法兰与横管法兰配制设计并通过紧固螺栓10和螺母11连接，桥管16设计为矩形口渐缩为圆型弯管，螺孔直径与数量依焦炉炉型而异，孔直径一般为16mm-20mm。桥管16高度方向尺寸H=700mm-1000mm，桥管的横向管矩形法兰边至桥管竖向管中心尺寸200mm-300mm，桥管下口为圆形，外径D=400mm-500mm,壁厚14mm-20mm，具体尺寸按不同焦炉炉型计算确定，桥管弯度90°-100°依焦炉炉型不等。

为保证设备的正常运行，在结焦后期需对热管表面进行清扫，在热管换热器前端的三通管横管入口侧壁上设计有吹扫孔6和喷头，结焦后期用高压氨水或压缩空气进行吹扫。

所述的热管换热器8由多根独立热管通过花板、法兰和浮头组配而成，浮头上设置循环水的进出水口9，浮头上的进水口与出水口之间连接蒸发器、供水泵、供水支管及相关的阀门进行循环，蒸发器同时还与除盐脱氧水槽连接，桥管下端连接集气管，热管采用耐压无缝钢管与平头或半球封头焊接而成，热管为重力虹吸式，热管蒸发段管壁涂覆有耐高温、高热导、能耐高温氧化和酸碱腐蚀水性不粘纳米陶瓷涂料。热管长度依据焦炉炉型不同长1000mm-2000mm不等；热管管径依焦炉炉型及荒煤气量设计为Φ25.4mm、Φ32mm不等。热管换热器8的热管煤气流向高温端为入口，管内填充工作介质依次为有机物、无机物。荒煤气从上升管三通横管进入，把显热传给热管换热器蒸发段管壁，管内工质吸热后沸腾汽化，工质蒸汽上升至热管冷凝段，将潜热传递给管外纯净锅炉用水，纯净锅炉用水升温为过热过饱和水蒸气排出冷凝段进入蒸发器。纯净锅炉用水由低温至高温依次换热，出口处过热过饱和水蒸气温度最高。

热管换热器8的热管采用耐压无缝钢管与平头或半球封头焊接而成，热管材质为20＃锅炉钢、不锈钢或合金钢。热管蒸发段管壁涂覆有耐高温、高热导、能耐高温氧化和酸碱腐蚀水性不粘纳米陶瓷涂料。热管换热器以花板和法兰与上升管三通横管上部法兰通过内螺纹连接，花板材质为20＃锅炉钢、不锈钢或合金钢。冷凝段封头材质为20＃锅炉钢。

热管换热器按85-90°角安装于上升管三通管的横管顶面，为保证密封，圆形法兰5和花板法兰7结合面设计加工有密封槽线，热管换热器入口前面若干排设计为有机或无机中温换热介质，在此区域热管壁温度保持约≤400℃；在此温度区域和无焦炉热辐射环境下，只有部分沥青体冷凝呈液态附于热管壁面。因管壁涂覆有不粘纳米陶瓷涂料，在气流冲刷下液态沥青被冲入桥管不会引起结焦。后面热管设计为钢-水热管，工作介质为脱氧去离子纯净水，在此区域热管壁温度保持约250℃左右，管内压力约4.0MP；在此温度区域焦油、沥青仍为液态，因管壁涂覆有不粘纳米陶瓷涂料，在气流冲刷下液态焦油、沥青被冲入桥管，不会沉积引起结焦；蒸发段与荒煤气换热后，煤气进入氨水喷淋段，在此部分氨水汽化吸热使煤气温度降至80℃左右与喷淋氨水一道进入集气管。换热器工质蒸汽上升至冷凝段放热，冷凝段管壁温度保持约200-210℃，高温水经吸热后成饱和过热水蒸汽进入集水支管尔后进入蒸发器部分汽化产蒸汽，蒸汽压力在1.02-1.9MP可调。

Claims

1.一种可拆卸式荒煤气热能回收装置，包括上升管（1）、热管换热器（8）和桥管（16），其特征在于：所述的上升管（1）的中部为三通管，上升管（1）的上、下部分别为通过上法兰（2）和下法兰（3）与三通管的竖管上、下端分别连接的直管，三通管的横管（4）横截面为矩形，横管（4）一端面与三通管的竖管焊接，横管（4）另一端面通过矩形法兰（12）与桥管（16）连接，横管（4）向桥管（16）端下倾斜3°-5°，桥管（16）为矩形口渐缩为圆型的弯管，横管（4）中部顶面设置开口并焊接圆形法兰（5），圆形法兰（5）与热管换热器（8）的花板法兰（7）通过内螺纹连接，热管换热器（8）与横管（4）间夹角为85-90°。

2.根据权利要求1所述的一种可拆卸式荒煤气热能回收装置，其特征在于：所述的桥管（16）上从上至下依次设置清扫管座（13）、喷洒管座（14）和清扫管座（15），桥管（16）内壁上涂覆耐高温、高热阻、水性不粘的纳米陶瓷涂料。

3.根据权利要求1所述的一种可拆卸式荒煤气热能回收装置，其特征在于：所述的热管换热器（8）的热管采用耐压无缝钢管与平头或半球封头焊接而成，热管为重力虹吸式，热管蒸发段管壁涂覆有耐高温、高热导、能耐高温氧化和酸碱腐蚀水性不粘纳米陶瓷涂料。

4.根据权利要求1所述的一种可拆卸式荒煤气热能回收装置，其特征在于：上升管三通管竖管高度为H=1000mm-1500mm，上升管三通管横管长度为L=800mm-1100mm；矩形的横管高H=800-1000mm,宽B=500mm-900mm；圆形法兰直径D=500mm-900mm，圆形法兰表面加工有密封槽线和内螺纹，内螺纹螺孔直径14mm-18mm，圆形法兰厚度24-32mm，矩形法兰内孔长L=800mm-1000mm,宽B=500mm-900mm；桥管高度H=700mm-1000mm，桥管的横向管矩形法兰边至桥管竖向管中心尺寸200mm-300mm，桥管下口为圆形，外径D=400mm-500mm,壁厚14mm-20mm，桥管弯度90°-100°。