CN207452008U - 一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统 - Google Patents

Abstract

一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，包括：除盐水箱、除氧器、汽包、若干并联的上升管换热器；还包括供水管路和蒸汽管路；供水管路包括除氧器供水管路、上升管换热器供水管路和汽包供水管路；除氧器供水管路包括供水管路一和供水管路二，供水管路一设有除氧给水泵；供水管路二直接连通脱盐水箱阀门前的管道和除氧器的进水管道作为备用水源，上升管换热器供水管路上设有至少一组强制循环泵。本实用新型系统通过对给水、蒸汽利用，对供电电源等从系统安全可靠经济性进行优化，将所产蒸汽通过专管直供焦化化产所用，且能真正实现电源、各种给水泵等关键设备的一用一备，方便整个系统的维护检修、杜绝安全隐患，安全性好、稳定性高。

Description

一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统

技术领域

本实用新型涉及一种余热回收及利用系统，具体涉及一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统。

背景技术

炼焦行业焦化工序能耗占到钢铁联合企业总能耗的15％，而炼焦炉的能耗一般达到炼焦工序能耗的70％以上。

炼焦煤在焦炉炭化室内高温干馏，发生一系列物理化学变化，形成高温煤气自上升管逸出，温度为650～800℃的荒煤气经桥管进入集气管，由喷洒的循环氨水对其进行急冷。喷洒的循环氨水压力0.15-0.2MPa(表压)、质量浓度为3～5％。氨水汽化过程能够带走荒煤气非常度的热量，荒煤气温度由650～800℃下降到82～86℃，这个过程中，有60％左右的焦油汽冷凝析出。经循环氨水急冷后的荒煤气，进入初冷器，被循环水冷却至22～350C左右后进入后续分离工段，上述过程造成荒煤气带出热被白白浪费。

对于焦化上升管荒煤气带出的占焦炉总热36％的显热，由于荒煤气性质复杂，含有多种气体成分和杂质，受炼焦安全性影响，其余热回收的研究并不顺利。目前为止，还没有形成一种高效、可靠、安全的余热回收技术，大部分焦化厂还没有对荒煤气的热量进行回收利用。

焦化上升管荒煤气带出热占到焦炉输出热量的36％，具有相当高的回收利用价值，目前国内外研究了各种焦炉上升管余热回收工艺，也进行了一定的工业尝试，但对于大规模推广应用仍存在诸多问题，严重阻碍余热回收的顺利进行，同时现有的技术中着重强调对焦炉上升管荒煤气换热装置的研究，对整个余热系统及钢铁企业生产特点重视度不够，导致实际运行中存在诸多问题。

比如：现有已运行的焦化炉上升管荒煤气余热回收系统所产生蒸汽是直接并入现有的低压蒸汽管网，低压蒸汽管网在实际运行中，存在多汽源点并网，用户布局分散，冬夏用汽不平衡，潜在的泄漏点多等多种问题，导致蒸汽管网运行不稳定，热损失大，泄漏频繁等现象，同时对热力能源也有很大的浪费，造成焦炉上升管荒煤气余热回收总体经济效益不高。

且现有运行的焦化上升管荒煤气余热回收系统所用除氧器采用单路供水，仅有一条供水管路，除盐水经除氧给水泵进入除氧器，一旦除氧给水泵出现故障，导致除氧补水受到影响，除氧器水箱中的水仅能维持30min，上升管余热回收装置存在干烧风险，极有可能导致换热系统出现故障，再次投运时可能对焦化工艺产生不利影响。

对比文件1：CN102925165A一种用于焦炉上升管荒煤气余热回收利用系统，由上升管换热器、主集气管、水/汽换热器组成，上升管换热器进气口连接焦炉的工质气体出口，上升管换热器的热气体出口连接主集气管，主集气管连接水/汽换热器，用于产生蒸汽或热水。

对比文件2：CN204824713U公开一种新型焦炉荒煤气上升管余热回收系统，包括上升管，汽包，汽包上设有安全阀和加药装置，联氨除氧装置通过给水泵与汽包连通，汽包底部通过循环热水泵分别与若干组上升管相连接，所述上升管上端与汽包相通，所述的汽包上端通过管道连接蒸汽管网。

上述对比文件1和对比文件2公开的焦炉荒煤气上升管余热回收系统产生的蒸汽都是直接并入蒸汽管网，且供水管路不完善，容易造成除氧器除氧水箱烧干等安全隐患。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，该系统通过对给水，蒸汽利用，供电电源等从系统安全可靠经济性进行优化，能将所产蒸汽通过专管直供焦化化产所用，且能真正实现电源、各种给水泵等关键设备的一用一备，方便整个系统的维护检修、杜绝安全隐患，具有安全性好、稳定性高的特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，包括：

脱盐水箱、除氧器、汽包、若干个并联的上升管换热器；还包括连接各设备的供水管路和蒸汽管路；

所述供水管路包括除氧器供水管路、汽包供水管路和上升管换热器供水出水管路；

除氧器供水管路包括供除氧器水管路一和除氧器供水管路二，所述除氧器供水管路一设有除氧给水泵，通过除氧给水泵将脱盐水泵入除氧器；所述除氧器供水管路二直接连通脱盐水箱阀门前的管道和除氧器的进水管道，作为备用水源；

汽包供水管路上设有汽包给水泵，用于将通过除氧器除氧后的除氧水注入汽包内；

上升管换热器供水管路上设有至少一组强制循环泵，所述强制循环泵用于给上升管换热器注水。

优选地，上升管换热器进水管路上的强制循环泵采用大流量低扬程的循环泵；同时强制循环泵采用分组、梯级管径配置。

多个强制循环泵采用分组、梯级管径配置，能保证每个上升管换热器进出水量相对平均，一定程度上均衡上升管进出口荒煤气的温差，并且上升管换热器内壁表面均匀光滑，无死角，不易凝结，从而尽可能地降低焦油在内壁的凝结。

本系统中的汽水工艺流程为：除盐水经除氧泵送至除氧器，后经给水泵送入汽包，汽包内的水由强制循环泵注入上升管荒煤气换热器吸收高温荒煤气(约750℃)的显热及辐射热，产生的气液混合物再返回汽包，汽包内产生的饱和蒸汽通过汽水分离器分离后通过化产专用管道直接供化产使用或供干熄焦除氧用蒸汽。

荒煤气流程为：自焦炉炭化室→上升管换热器→桥管→去焦化生产系统。

进一步地，

所述除氧器供水管路二上设有调节阀，且所述调节阀的前、后各设手动阀门一台。

进一步地，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括螺杆膨胀发电机组，所述螺杆膨胀发电机组能利用汽包及除氧器的除氧水箱暖冲，用于停电时供电给除氧给水泵和强制循环泵，以防焦化厂突发停电事故对上升管荒煤气换热器干烧破坏；同时还能作为蒸汽量调节机组，用于当化产所用蒸汽量波动有余时开启螺杆发电机组发电。

进一步地，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统的蒸汽产出口通过专管连接焦化生产系统。

进一步地，

所述除氧给水泵、汽包给水泵和强制给水泵均采用一用一备的形式设置连接在相应的供水管路上。

优选地，所述汽包供水管路上设有至少两组汽包给水泵，至少保证一用一备，必要时多用一备，所述汽包给水泵用于给上升管换热器供水。除氧给水泵及强制给水泵也都可优选采用多用一备的形式设置。

进一步地，

所述系统中汽包包括汽包一和汽包二，汽包一和汽包二之间通过管路连接。能避免单汽包在定期进行内检及安全阀检验时，需要汽包停止运行，但上升管换热器还要正常使用，无法断开汽包与上升管换热器的连接。设置双汽包能年检时可停用一个汽包，便于维护和检修。

进一步地，

所述汽包一和汽包二上均设有安全阀，并设有加药投入口。

进一步地，

所述上升管换热器采用复合材料夹套型结构，中心为荒煤气通道，四周设有汽水通道；上升管换热器底部设置进水口和排污口，顶部设置汽水出口。

上升管换热器内壁通过结构与材料相结合的复合设计，实现多重防护，保证事故水不会流入炭化室。

进一步地，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括加药取样系统，所述加药取样系统包括加药装置和取样冷却器，所述加药装置用于给除氧后的给水管道中添加联氨溶液，以及连接汽包的加药投入口，给汽包中设置添加磷酸三钠溶液，所述取样冷却器用于分别定期化验除氧水的含氧量、汽包水的酸碱度和电导率以及蒸汽质量。

进一步地，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括，定期排污扩容器，所述定期排污扩容器与汽包的排污口连接。

进一步地，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括设置在装煤车上的红外测温设备和激光测距设备，以及设置在上升管荒煤气余热回收装置法兰预留孔测量进出口用于测量荒煤气温度的热电偶。

热电偶用于测量荒煤气进出口温度；荒煤气出口温度可根据上升管换热器的进水量进行调节控制。

进一步地，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括PLC自动控制系统。

采用PLC自动控制系统进行监控，使得系统在正常工作状态下不需要人工干预，给水泵和强制循环泵采用热备用状态，一旦出现故障系统自动检测并自动切换。每个上升管换热器都有温度监控数据，某个上升管换热器一旦出现异常，系统将自动报警并自动提示需要处理的号，提示操作人员立即核查现场情况并采取相应措施。

进一步地，

本系统可以根据用户需要定制不同压力等级的蒸汽。

本实用新型的有益效果：

本实用新型将系统中蒸汽利用进行优化，所产蒸汽能通过专管直供焦化化产所用，富余部分接入螺杆膨胀发电机组发电，通过螺杆膨胀发电机组减压后的蒸汽可直供焦化厂低压蒸汽用电。

本系统中所用除氧器采用双管道供水，一条供水管路，将脱盐水经除氧给水泵如除氧器；另从脱盐水箱附近引出一根供水管道直接通至除氧器，选取干熄焦脱盐水箱阀门前的管道为除氧器备用水来源，相比现有的除氧器单路供水，一旦除氧给水泵出现故障，能避免除氧补水受到影响，防止除氧水箱干烧，避免安全隐患。选取干熄焦脱盐水箱阀门前的管道为除氧器备用水来源，既能满足除氧器的供水压力条件，又能节省增设水泵、维护水泵的费用，同时还能消除增设水泵带来的故障点。为应对紧急情况，除氧器供水管路二上设有调节阀，同时阀前阀后设手动阀门各一台，保证在除氧器除氧水箱在水位低的情况下，备用水源能够马上投入使用。

本系统通过配置螺杆膨胀发电机组，利用汽包及除氧水箱暖冲，在停电时，可以继续给系统除氧给水泵，强制循环水泵等供电，可不备用柴油发电机组，有效减少柴油机购置及维护保养费用，必要时可以与除本系统用电设备外的焦化重要设备联锁，将有效保护焦化生产设备，真正实现两路电源一用一备。能有效避免在焦化厂大停电的情况下，出现上升管荒煤气余热回收装置断水干烧的情况对上升管荒煤气余热回收系统产生的不利影响。

本实用新型整个系统选用大流量低扬程强制循环泵，进水管路合理梯级管径配置，进出水采用双管环管布置，保证每个上升管换热器的进水出水相对均衡。

通过对上升管荒煤气余热回收装置外表温度的在线实时监测(正常运行温度50～90℃)，当温度超过120℃，系统发出报警，提示操作人员进行现场处理，避免上升管荒煤气余热回收装置断水干烧。鉴于焦炉炉顶环境恶劣，不宜在现场直接设置大量在线仪表保护设备，本实用新型采取在线监测与离线检测相结合的方式对上升管荒煤气余热回收装置进行在线监控。即在装煤车上安装一台红外测温设备和一台激光测距设备，通过无线通讯设备将采集到的数据传输到控制系统中进行分析。如数据偏离设定值即报警，现场操作人员立即利用热电偶通过上升管荒煤气余热回收装置法兰预留孔测量进出口荒煤气温度，进而分析是焦炉工艺系统还是上升管荒煤气余热回收装置问题，能较好地解决在线监测设备维护难度大，不宜装配在线监测系统的问题，为系统长周期稳定运行提供有效保证。

本系统具有极高操作稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例上升管荒煤气余热回收及利用系统的流程图一；

图2为本实用新型实施例上升管荒煤气余热回收及利用系统的流程图二。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对实用新型进一步说明，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

如图1、2所示，本实施例提供一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，包括：脱盐水箱1、除氧器2、汽包一31、汽包二32、若干个并联的上升管换热器4(具体个数图中用省略号省略)；还包括连接各设备的供水管路和蒸汽管路；

还包括工艺所需的钢支架及电子仪器等设备设施；

所述供水管路包括除氧器供水管路、汽包供水管路和上升管换热器供水管路；

除氧器供水管路包括除氧器水管路一和除氧器供水管路二，所述除氧器供水管路一设有除氧给水泵7，通过除氧给水泵7将脱盐水箱1中的脱盐水注入除氧器2；除氧器供水管路二直接连通脱盐水箱1阀门前的管道和除氧器2的进水管道，作为备用水源；所述除氧器供水管路二上设有调节阀，且所述调节阀的前、后各设手动阀门一台；

汽包供水管路上设有汽包给水泵8，用于将通过除氧器2除氧后的脱盐水泵入汽包一31、汽包二32内；

上升管换热器4供水管路上设有至少一组强制循环泵9，强制循环泵9用于给上升管换热器4供水。

本实施例提供的焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统的蒸汽产出口通过专管连接焦化生产系统，富余部分接入螺杆膨胀发电机组6发电。

螺杆膨胀机发电组6能利用汽包一31、汽包二32及除氧器2的除氧水箱缓冲水量发电，用于停电时短时供电给除氧给水泵7和强制循环泵9。

本实施例中，除氧给水泵7、汽包给水泵8和强制给水泵9均采用一用一备或多用一备的形式设置连接在相应的供水管路上。

在实际的工业应用中，因为汽包要求强制检修，而焦化工艺常年不停休，采用设置汽包一31和汽包二31的双汽包的形式，能避免单汽包在定期进行内检及安全阀检验时，需要汽包停止运行，但上升管换热器还要正常使用，无法断开汽包与上升管换热器的连接。设置双汽包能年检时可停用一个汽包，便于维护和检修。

汽包一31和汽包二32上均设有安全阀，并设有加药投入口，加药投入口通过管道连接加药装置。

本实施例中上升管换热器4采用复合材料夹套型结构，中心为荒煤气通道，四周设有汽水通道；上升管换热器4底部设置进水口和排污口，顶部设置汽水出口。

上升管4内壁通过结构与材料相结合的复合设计，实现多重防护，保证事故水不会流入炭化室。

本实施例提供的焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括加药取样系统，所述加药取样系统包括加药装置和取样冷却器，所述加药装置用于给除氧后的给水管道中添加联氨溶液，以及连接汽包的加药投入口，给汽包中设置添加磷酸三钠溶液，所述取样冷却器用于分别定期化验除氧水的含氧量、汽包水的酸碱度和电导率以及蒸汽质量。

本实施例提供的焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括定期排污扩容器5，定期排污扩容器5与汽包二32的排污口连接。

本实施例中上升管换热器供水管路的进水管路采用双管环管布置，且进水管路的管径采用梯级配置，蒸汽管道同样采用双管管布置。且整个系统选用大流量低扬程强制循环泵，能保证每个上升管换热器的进水出水相对均衡。

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括设置在装煤车上的红外测温设备和激光测距设备，以及设置在上升管荒煤气余热回收装置法兰预留孔测量进出口用于测量荒煤气温度的热电偶。热电偶用于测量荒煤气进出口温度；荒煤气出口温度可根据上升管换热器的进水量进行调节控制。

本实施例采用PLC自动控制系统进行监控，使得系统在正常工作状态下不需要人工干预，给水泵和强制循环泵采用热备用状态，一旦出现故障系统自动检测并自动切换。每个上升管换热器都有温度监控数据，某个上升管换热器一旦出现异常，系统将自动报警并自动提示需要处理的号，提示操作人员立即核查现场情况并采取相应措施。

本实施例提供的焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统可以根据用户需要定制不同压力等级的蒸汽。

本实用新型将系统中蒸汽利用进行优化，所产蒸汽能通过专管直供焦化化产所用，富余部分接入螺杆膨胀发电机组6发电，通过螺杆膨胀发电机组6减压后的蒸汽可直供焦化厂低压蒸汽用电。

本系统中所用除氧器2采用双管道供水，一条供水管路，将脱盐水经除氧给水泵7泵入除氧器2；另从脱盐水箱1附近引出一根供水管道直接通至除氧器2，选取干熄焦脱盐水箱1阀门前的管道为除氧器2备用水来源，相比现有的除氧器单路供水，一旦除氧给水泵7出现故障，能避免除氧补水受到影响，防止除氧水箱干烧，避免安全隐患。选取干熄焦脱盐水箱阀1门前的管道为除氧器2备用水来源，既能满足除氧器2的供水压力条件，又能节省增设水泵、维护水泵的费用，同时还能消除增设水泵带来的故障点。为应对紧急情况，除氧器供水管路二上设有调节阀，同时阀前阀后设手动阀门各一台，保证在除氧器除氧水箱在水位低的情况下，备用水源能够马上投入使用。

本系统通过配置螺杆膨胀发电机组6，利用汽包一31、汽包二32及除氧水箱缓冲水量，在短暂停电时，可以继续给系统除氧给水泵7，强制循环水泵9等供电，可不备用柴油发电机组，有效减少柴油机购置及维护保养费用，必要时可以与除本系统用电设备外的焦化重要设备联锁，将有效保护焦化生产设备，真正实现两路电源一用一备。能有效避免在焦化厂大停电的突发状况下，出现上升管荒煤气余热回收装置断水干烧的情况对上升管荒煤气余热回收系统产生的不利影响。

通过对上升管荒煤气余热回收装置外表温度的在线实时监测(正常运行温度50～90℃)，当温度超过120℃，系统发出报警，提示操作人员进行现场处理，避免上升管荒煤气余热回收装置断水干烧。鉴于焦炉炉顶环境恶劣，不宜在现场直接设置大量在线仪表保护设备，本实施例采取在线监测与离线检测相结合的方式对上升管荒煤气余热回收装置进行在线监控。即在装煤车上安装一台红外测温设备和一台激光测距设备，通过无线通讯设备将采集到的数据传输到控制系统中进行分析。如数据偏离设定值即报警，现场操作人员立即利用热电偶通过上升管荒煤气余热回收装置法兰预留孔测量进出口荒煤气温度，进而分析是焦炉工艺系统还是上升管荒煤气余热回收装置问题，能较好地解决在线监测设备维护难度大，不宜装配在线监测系统的问题，为系统长周期稳定运行提供有效保证。

综上，本实施例是一种能通过对给水、蒸汽进行利用，对供电电源等从系统安全可靠经济性进行优化，能将所产蒸汽通过专管直供焦化化产所用，且能真正实现电源、各种给水泵及各种余热回收设备的一用一备，方便整个系统的维护检修、杜绝安全隐患的上升管荒煤气余热回收及利用系统，具有极高的操作稳定性、安全性和可靠性。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，其特征在于，包括：

脱盐水箱、除氧器、汽包、若干个并联的上升管换热器；还包括连接各设备的供水管路和蒸汽管路；

所述供水管路包括除氧器供水管路、汽包供水管路和上升管换热器供水出水管路；

除氧器供水管路包括供除氧器水管路一和除氧器供水管路二，所述除氧器供水管路一设有除氧给水泵，通过除氧给水泵将脱盐水泵入除氧器；所述除氧器供水管路二直接连通脱盐水箱阀门前的管道和除氧器的进水管道，作为备用水源；

汽包供水管路上设有汽包给水泵，用于将通过除氧器除氧后的除氧水注入汽包内；

上升管换热器供水管路上设有至少一组强制循环泵，所述强制循环泵用于给上升管换热器注水。

2.根据权利要求1所述的一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，其特征在于，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括螺杆膨胀发电机组，所述螺杆膨胀发电机组能利用汽包及除氧器的除氧水箱缓冲，用于停电时供电给除氧给水泵和强制循环泵；同时还能作为蒸汽量调节机组，用于当化产所用蒸汽量波动有余时开启螺杆发电机组发电。

3.根据权利要求1所述的一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，其特征在于，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统的蒸汽产出口通过专管连接焦化生产系统。

4.根据权利要求1所述的一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，其特征在于，

所述除氧给水泵、汽包给水泵和强制给水泵均采用一用一备的形式设置连接在相应的供水管路上。

5.根据权利要求1所述的一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，其特征在于，

所述汽包包括汽包一和汽包二，汽包一和汽包二之间通过管路连接；

所述汽包一和汽包二上均设有安全阀，并设有加药投入口。

6.根据权利要求1所述的一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，其特征在于，

所述上升管换热器采用复合材料夹套型结构，中心为荒煤气通道，四周设有汽水通道；上升管荒煤气换热器底部设置进水口和排污口，顶部设置汽水出口。

7.根据权利要求1所述的一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，其特征在于，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括加药取样系统，所述加药取样系统包括加药装置和取样冷却器，所述加药装置用于给除氧后的给水管道中添加联氨溶液；以及连接汽包的加药投入口，给汽包中设置添加磷酸三钠溶液；所述取样冷却器用于分别定期化验除氧水的含氧量、汽包水的酸碱度和电导率以及蒸汽质量。

8.根据权利要求1所述的一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，其特征在于，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括，定期排污扩容器，所述定期排污扩容器与汽包的排污口连接。

9.根据权利要求1所述的一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，其特征在于，

所述上升管换热器供水管路的进水管路采用双管环管布置，且进水管路的管径采用梯级配置，上升管换热器的蒸汽出口同样采用双管环管布置。

10.根据权利要求1所述的一种焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统，其特征在于，

所述焦化上升管荒煤气余热回收及利用系统还包括设置在装煤车上的红外测温设备和激光测距设备，以及设置在上升管荒煤气余热回收装置法兰预留孔测量进出口用于测量荒煤气温度的热电偶。