CN211260749U - 一种焦炉荒煤气余热回收利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种焦炉荒煤气余热回收利用装置，包括荒煤气系统和汽水系统，荒煤气系统包括焦炉荒煤气、上升管换热器和氨水喷淋装置，荒煤气从上升管换热器的内筒中流过热量交换后进入顶部管道内，顶部管道与氨水喷淋装置连通，上升管换热器内的高温高压水通过管道进入汽水系统；汽水系统包括相互连通的汽包、除盐水箱、除氧器、除氧器给水泵、汽包给水泵、强制循环泵。本实用新型工艺流程简单合理，自动化控制，安全性高，上升管换热器结构简单，解决了“怕结焦堵上升管”的问题，具备防“怕干烧、反复通断水”的能力；双汽包技术，避免了上升管换热器的干烧，延长了上升管换热器的使用寿命，保证饱和蒸汽不会间断。

Description

一种焦炉荒煤气余热回收利用装置

技术领域

本实用新型涉及焦化厂节能减排技术领域，尤其涉及一种焦炉荒煤气余热回收利用装置。

背景技术

钢铁产业作为能源、资源密集型行业，其耗能量占全国总能耗的16％左右，吨钢耗能更是比发达国家高20％。因此，在全球节能减排的大背景下，大力发展新科技促进低能耗的钢铁生产具有重要意义。作为钢铁企业中的一个重要生产工序,焦炉生产过程中能源消耗占钢铁总能耗的7％～8％，焦化过程中每吨焦有50千克标煤可以进行回收利用。从炼焦生产过程热平衡分布看，从焦炉炭化室推出的950℃～1050℃红焦带出的显热(高温余热)占焦炉支出热的37％，650℃～800℃焦炉荒煤气带出热(中温余热)占焦炉支出热的36％，180℃～230℃焦炉烟道废气带出热(低温余热)占焦炉支出热的16％，炉体表面热损失占焦炉支出热的11％。

红焦带出的高温余热一般采用干熄焦装置进行回收发电；焦炉上升管荒煤气携带的中温余热，目前多采用喷洒70℃～75℃循环氨水冷却中温荒煤气,荒煤气因氨水的大量蒸发而被冷却至82℃～85℃，再送入初冷器冷却至22℃～35℃以满足工艺要求的技术路线；对于占16％的焦炉烟道废气低温余热，已有余热锅炉进行回收利用的成熟技术；而对于炉体表面低温热损失，只能采取加强保温的方式减少热损失。

目前，国内焦化厂上升管荒煤气采用喷洒氨水冷却的传统工艺，既流失了荒煤气余热资源，又损失了冷却氨水换热能耗,造成大量能源浪费。

此外，焦炉上升管散热造成炉顶平台温度较高，炉顶作业环境较恶劣，威胁着工人的身心健康。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种焦炉荒煤气余热回收利用装置，该装置处理流程合理、施工方便、维护便捷、成本低廉、可生产连续稳定饱和蒸汽。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型一种焦炉荒煤气余热回收利用装置，包括荒煤气系统和汽水系统，所述荒煤气系统包括焦炉荒煤气、上升管换热器和氨水喷淋装置，所述荒煤气从上升管换热器的内筒中流过热量交换后进入顶部管道内，所述顶部管道与氨水喷淋装置连通，所述上升管换热器内的高温高压水通过管道进入所述汽水系统；

所述汽水系统包括汽包、除盐水箱和除氧器，所述除盐水箱通过除氧器给水泵与所述除氧器连通，所述除氧器通过汽包给水泵与所述汽包连通供水，所述汽包通过强制循环泵与所述上升管换热器连通供水，所述上升管换热器通过管道与所述汽包连通供高温高压水，所述汽包内产生的饱和蒸汽通过蒸汽管道排出；除盐水通过除盐水泵输送至所述除盐水箱内；所述除氧器通过管道与所述汽包的蒸汽管道连通。

进一步的，所述上升管换热器包括导热内筒、盘管、外筒、保温层、外护板和漏水监测装置，所述导热内筒、盘管、外筒、保温层和外护板由内向外依次排布连接为一体，所述漏水监测装置安装在底部且测试端位于所述导热内筒与外筒间的空腔内；所述上升管换热器的底端通过法兰与焦炉连接，所述焦炉排出的荒煤气通过管道传输至所述导热内筒内；所述盘管的底端进水口通过支管与供水用的母管连接，所述盘管的顶部出水管通过支管与汽包输入管道连接。

再进一步的，所述导热内筒具体设计为多层结构，包括由内向外设置的纳米导热层、耐高温耐腐蚀合金层和导热体层，所述纳米导热层、耐高温耐腐蚀合金层和导热体层紧密贴在一起，两端焊接密封在一起。

再进一步的，所述盘管具体采用双排异型无缝管弯折组成，所述双排异型无缝管与所述导热内筒的外壁紧密接触，所述双排异型无缝管的相邻管之间曲面接触。

再进一步的，所述外筒具体采用耐高温耐腐蚀材料。

再进一步的，所述上升管换热器内的水为下进上出形式，所述盘管的底部与供水母管连通，盘管的上部出口与回水母管连通。

再进一步的，所述汽包并连设置有两组。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：

1)双排异型管形成的盘管，其横截面积大，相同流量的流体通过盘管时，流速小管阻小，气流顺畅，不会产生气阻，所选用的强制循环泵的扬程小。

2)盘管选用异形无缝管，与上升管换热器导热内筒接触面为平面，面面接触，使得换热面积最大化，换热效率高。

3)支管管径较大，管内流体流速较低，支管与母管连接过度平稳，流体由支管流通到母管时，不冲击母管，减少母管的震动。

4)为使用企业降低管理费用和安全风险，盘管优先采用高温高压无缝合金锅炉管，耐压6MPa以上，安全系数非常高。上升管换热器整体内只有盘管的内部有压力，其他部位都是常压非封闭结构，按照相关压力容器管理规范，不需要进行监制和年检。

5)上升管换热器的导热内筒和外护板间形成的空腔是非连续的，外护板是承插结构，这样导热内筒在工作过程中只受到上下的应力，而没有侧向应力，避免了同时受两个方向的应力而在底部内圈出现裂纹的现象，具有高稳定性和长寿命性。

6)上升管换热器从导热内筒的内壁到换热水之间需要经过三层共15㎜的热程，采用盘管走水进行换热，这样水在盘管内处于强制高雷诺数的紊流状态，换热系数明显优于层流状态。

7)上升管换热器的导热内筒采用耐高温耐腐蚀的合金材料制造，导热内筒外层与大气相通的空腔内布置高压换热用的盘管，盘管内的水与炭化室之间有两层隔离，空腔与大气相通，始终保持常压状态，使剧烈变化的荒煤气温度场变为稳定温度场，使换热用盘管工作在160～200℃稳定的温度之下，避免了盘管开裂；同时设置了排水装置，盘管周围为常压状态，上升管内低于150Pa正压状态，即使发生泄漏，漏水可从排水口排到下水道，避免进入炭化室；换热器底部设置有漏水监测装置，一旦出现盘管漏水，自动向外排出换热器的同时，监控系统也同时报警，提醒操作人员关闭该上盘管的进水阀，如果长时间无人处理，系统将进行干预处理；从本质化上确保了现有焦炉生产的安全性，解决了“怕漏水”的问题。

8)导热内筒的内壁采用耐高温进口纳米导热材料，耐热温度为1800℃，筒壁经光洁化处理，利用材质的高耐腐蚀性，保持了内壁始终为光洁的金属表面，采用合理的换热率设计使内壁温度在火落点之前不低于480℃，从而使得荒煤气中的焦油就不会冷凝，避免内壁大量长石墨和堵上升管底口现象。在每个结焦周期的出炉期间，由于上升管换热器内气体温度巨变，使沉积的薄薄游离碳自然脱落而被火烧掉，使这种结构的上升管换热器不需要人工清扫，解决了“怕结焦堵上升管”问题。

9)导热内筒的中间耐高温耐腐蚀合金层采用高耐热合金材料，结构设计中采用了消除大周期性应力场变化的设计措施，使其可以在0～1200℃周期温度场变化下正常工作，从而使其可以长期干烧和反复通断水，工业性试验中干烧900余天完好无损，使得该上升管换热器具备很好的防“怕干烧、反复通断水”的能力。

10)采用双汽包技术，其中一个汽包作为备用汽包，当设备进行检修时，或者正在使用的汽包出现了问题，汽包需要年检的情况下，启用备用汽包；避免了上升管换热器的干烧，延长了上升管换热器的使用寿命；防止炉顶温度过高，影响工人的操作；产生的饱和蒸汽不会间断，不影响其他生产的进行。

综上所述，本实用新型工艺流程简单合理，自动化控制；上升管换热器的设计结构简单，设备体积小，解决了“怕结焦堵上升管”的问题，具备很好的防“怕干烧、反复通断水”的能力；漏水监测装置设计解决了“怕漏水”的问题，提高了焦炉生产的安全性；双汽包技术，避免了上升管换热器的干烧，延长了上升管换热器的使用寿命，保证饱和蒸汽不会间断，不影响其他生产的进行。

附图说明

下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型焦炉荒煤气余热回收利用装置工作流程图；

图2为本实用新型上升管换热器结构示意图；

图3为本实用新型冷却系统工作流程图；

图4为本实用新型取样系统工作流程图；

图5为本实用新型荒煤气系统局部示意图。

附图标记说明：1、上升管换热器；2、汽包；3、强制循环泵；4、除盐水泵；5、除盐水箱；6、除氧器给水泵；7、除氧器；8、汽包给水泵；9、饱和蒸汽；10、除盐水；11、荒煤气；12、氨水箱；13、连续排污扩容器；14、定期排污扩容器；15、取样装置；1-1、支管；1-2、母管；

101、导热内筒；102、盘管；103、外筒；104保温层；105、外护板；106、漏水监测装置。

具体实施方式

如图1-4所示，一种焦炉荒煤气余热回收利用装置，包括荒煤气系统和汽水系统，所述荒煤气系统包括焦炉荒煤气11、上升管换热器1和氨水喷淋装置12，所述荒煤气11从上升管换热器1的内筒中流过热量交换后进入顶部管道内，所述顶部管道与氨水喷淋装置12连通，冷却氨水回流至化工车间处理，所述上升管换热器1内的高温高压水通过管道进入所述汽水系统；

所述汽水系统包括汽包2、除盐水箱5和除氧器7，所述除盐水箱5通过除氧器给水泵6与所述除氧器7连通，所述除氧器7通过汽包给水泵8与所述汽包2连通供水，所述汽包2通过强制循环泵3与所述上升管换热器1连通供水，所述上升管换热器1通过管道与所述汽包2连通供高温高压水，所述汽包2内产生的饱和蒸汽9通过蒸汽管道排出；除盐水10通过除盐水泵4输送至所述除盐水箱5内；所述除氧器7通过管道与所述汽包2的蒸汽管道连通。

具体的，如图2所示，所述上升管换热器1包括导热内筒101、盘管102、外筒103、保温层104、外护板105和漏水监测装置106，所述导热内筒101、盘管102、外筒103、保温层104和外护板105由内向外依次排布连接为一体，所述漏水监测装置106安装在底部且测试端位于所述导热内筒101和外筒103的空腔内；所述上升管换热器1的底端通过法兰与焦炉连接，所述焦炉排出的荒煤气11通过管道传输至所述导热内筒101内；所述盘管102的底端进水口通过支管1-1与供水用的母管1-2连接，所述盘管102的顶部出水管通过支管1-1与汽包输入管道连接。具体的，导热内筒和外护板间形成的空腔是非连续的，外护板是承插结构，这样导热内筒在工作过程中只受到上下的应力，而没有侧向应力，避免了同时受两个方向的应力而在底部内圈出现裂纹的现象，具有高稳定性和长寿命性。漏水监测装置106的设计，一旦出现盘管漏水，自动向外排出换热器的同时，监控系统也同时报警，提醒操作人员关闭该上盘管的进水阀，如果长时间无人处理，系统将进行干预处理；从本质化上确保了现有焦炉生产的安全性，解决了“怕漏水”的问题。

所述导热内筒101具体设计为多层结构，包括由内向外设置的纳米导热层、耐高温耐腐蚀合金层和导热体层，所述纳米导热层、耐高温耐腐蚀合金层和导热体层紧密贴在一起，两端焊接密封在一起。具体的，导热内筒的内壁采用耐高温进口纳米导热材料，耐热温度为1800℃，筒壁经光洁化处理，利用材质的高耐腐蚀性，保持了内壁始终为光洁的金属表面，采用合理的换热率设计使内壁温度在火落点之前不低于480℃，从而使得荒煤气中的焦油就不会冷凝，避免内壁大量长石墨和堵上升管底口现象。在每个结焦周期的出炉期间，由于上升管换热器内气体温度巨变，使沉积的薄薄游离碳自然脱落而被火烧掉，使这种结构的上升管换热器不需要人工清扫，解决了“怕结焦堵上升管”问题。导热内筒的中间耐高温耐腐蚀合金层采用高耐热合金材料，结构设计中采用了消除大周期性应力场变化的设计措施，使其可以在0～1200℃周期温度场变化下正常工作，从而使其可以长期干烧和反复通断水，工业性试验中干烧900余天完好无损，使得该上升管换热器具备很好的防“怕干烧、反复通断水”的能力。

所述盘管102具体采用双排异型无缝管弯折组成，所述双排异型无缝管与所述导热内筒101的外壁紧密接触，所述双排异型无缝管的相邻管之间曲面接触。具体的，双排异型管具体可以采用矩形、半圆形或其他几何状，其横截面积大，相同流量的流体通过盘管时，流速小管阻小，气流顺畅，不会产生气阻，所选用的强制循环泵的扬程小。盘管选用异形无缝管，与上升管换热器导热内筒接触面为平面，面面接触，使得换热面积最大化，换热效率高。上升管换热器1内设置了排水装置，使得盘管周围为常压状态，上升管内低于150Pa正压状态，即使发生泄漏，漏水可从排水口排到下水道，避免进入炭化室。

所述外筒103具体采用耐高温耐腐蚀材料，一方面可以将整个换热结构与外界隔离开来，另一方面，一旦盘管发生漏水，避免水流入到保温层104，破坏保温材料的性能。保温层104紧贴在外筒外壁，进一步的减少热量的散失，降低焦炉炉顶的作业温度。外护板105包围在保温层的外面，作为承压部分对上升管换热器起到保护作用，避免外部环境对上升管换热器造成损伤。

所述上升管换热器1内的水为下进上出形式，所述盘管102的底部与供水母管连通，盘管102的上部出口与回水母管连通。盘管区域内的空腔由空气填充，静止的空气的导热系数才比隔热材料小，且不会产生对流传热，所以也有效的减少了热量的散失。

所述汽包2并连设置有两组，形成双汽包，其中一个汽包作为备用汽包，当设备进行检修时，或者正在使用的汽包出现了问题，汽包需要年检的情况下，启用备用汽包；避免了上升管换热器的干烧，延长了上升管换热器的使用寿命；防止炉顶温度过高，影响工人的操作；产生的饱和蒸汽不会间断，不影响其他生产的进行。

一种利用如上所述的焦炉荒煤气余热回收利用装置回收余热的方法，包括荒煤气的换热作业、汽水系统作业、除氧作业、排污疏水作业、冷却作业及加药取样作业；

荒煤气的换热作业：焦炉内排出的荒煤气11通过管道进入到所述上升管换热器1的导热内筒101内，热交换后的荒煤气11流入桥管内，所述氨水喷淋装置12喷淋氨水对高温烟气进行降温，烟气汇集到集气管后进入煤气初冷器，再由循环水和制冷水进一步降低温度到21℃左右；

汽水系统作业：除盐水10经过除盐水泵4进入除盐水箱5，再经过除氧器给水泵6到除氧器7进行热力除氧，除氧后的除盐水10通过汽包给水泵8送入汽包2，从汽包2下降管流出由强制循环泵3送入上升管换热器1的盘管102，盘管102内的除盐水在从下向上流动过程中从所述导热内筒101中吸收热量升温通过回水管道进入汽包2中，在汽包2中进行汽水分离，其中水继续通过强制循环泵3送入上升管换热器1内进行换热，饱和蒸汽9通过蒸汽管道送入蒸汽管网中，其中一部分饱和蒸汽9进入除氧器7做除氧用；

除氧作业：所述汽包2的补水前进入除氧器7进行除氧处理，除氧器7所需的饱和蒸汽通过汽包2提供；

加药取样作业：所述汽2内的水采用磷酸盐处理，磷酸盐溶液通过计量泵直接加入到所述汽包2内，所述计量泵与磷酸盐加药装置连通，加药量通过人工控制；

如图3、4所示，还包括四台取样冷却器，分别用于炉水取样、除氧水取样和饱和蒸汽取样，其中炉水取样分别对应两个汽包，取样冷却器的设置主要是进行水质、汽质监督，确保发现问题及时进行调整。

还包括排污疏水作业：所述焦炉荒煤气余热回收利用装置上设置有一台定期排污扩容器14和一台连续排污扩容器13，所述汽包2和除氧器7的连续排污管道接入所述连续排污扩容器13，连续排污扩容器13中的蒸汽接入所述除氧器7，排污水通过积水坑内无密封自控自吸泵排入干熄焦废水池，统一处理后重复利用；所述汽包2和除氧器7定期排污管接至所述定期排污扩容器14，排污水通过积水坑内无密封自控吸泵排入干熄焦废水池，所述除氧器7的紧急放水接至缓冲水箱，循环利用；汽包2的紧急放水接至所述定期排污扩容器14。

如图3所示，还包括冷却作业：系统所用循环冷却水通过管道由焦化厂区内现有冷却水管道接出。所述循环冷却水主要用于强制循环泵3冷却、汽包给水泵8冷却，除氧器给水泵6冷却，除盐给水泵4冷却、取样装置15的冷却，具体的通过管路连接实现自然水的流通，通过热交换实现降温作业，焦化厂原有循环冷却水系统能够满足本系统用水量。

此外，上升管换热器也可以采用除盐水介质换热，直接产生蒸汽(饱和或过热)，也可以采用导热油(熔盐等)作为换热介质，利用导热油(熔盐)先换取荒煤气热量，直接利用或再产生蒸汽后应用。

总的来说，该余热回收利用系统工作时采用自动控制系统，正常工作不需要人工干预，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，当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，只需人工关闭相应的进水阀门即可，不需要对大系统进行处理。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种焦炉荒煤气余热回收利用装置，包括荒煤气系统和汽水系统，其特征在于：所述荒煤气系统包括焦炉荒煤气(11)、上升管换热器(1)和氨水喷淋装置(12)，所述荒煤气(11)从上升管换热器(1)的内筒中流过热量交换后进入顶部管道内，所述顶部管道与氨水喷淋装置(12)连通，所述上升管换热器(1)内的高温高压水通过管道进入所述汽水系统；

所述汽水系统包括汽包(2)、除盐水箱(5)和除氧器(7)，所述除盐水箱(5)通过除氧器给水泵(6)与所述除氧器(7)连通，所述除氧器(7)通过汽包给水泵(8)与所述汽包(2)连通供水，所述汽包(2)通过强制循环泵(3)与所述上升管换热器(1)连通供水，所述上升管换热器(1)通过管道与所述汽包(2)连通供高温高压水，所述汽包(2)内产生的饱和蒸汽(9)通过蒸汽管道排出；除盐水(10)通过除盐水泵(4)输送至所述除盐水箱(5)内；所述除氧器(7)通过管道与所述汽包(2)的蒸汽管道连通。

2.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气余热回收利用装置，其特征在于：所述上升管换热器(1)包括导热内筒(101)、盘管(102)、外筒(103)、保温层(104)、外护板(105)和漏水监测装置(106)，所述导热内筒(101)、盘管(102)、外筒(103)、保温层(104)和外护板(105)由内向外依次排布连接为一体，所述漏水监测装置(106)安装在底部且测试端位于所述导热内筒(101)和外筒(103)的空腔内；所述上升管换热器(1)的底端通过法兰与焦炉连接，所述焦炉排出的荒煤气(11)通过管道传输至所述导热内筒(101)内；所述盘管(102)的底端进水口通过支管(1-1)与供水用的母管(1-2)连接，所述盘管(102)的顶部出水管通过支管(1-1)与汽包输入管道连接。

3.根据权利要求2所述的焦炉荒煤气余热回收利用装置，其特征在于：所述导热内筒(101)具体设计为多层结构，包括由内向外设置的纳米导热层、耐高温耐腐蚀合金层和导热体层，所述纳米导热层、耐高温耐腐蚀合金层和导热体层紧密贴在一起，两端焊接密封在一起。

4.根据权利要求2所述的焦炉荒煤气余热回收利用装置，其特征在于：所述盘管(102)具体采用双排异型无缝管弯折组成，所述双排异型无缝管与所述导热内筒(101)的外壁紧密接触，所述双排异型无缝管的相邻管之间曲面接触。

5.根据权利要求2所述的焦炉荒煤气余热回收利用装置，其特征在于：所述外筒(103)具体采用耐高温耐腐蚀材料。

6.根据权利要求2所述的焦炉荒煤气余热回收利用装置，其特征在于：所述上升管换热器(1)内的水为下进上出形式，所述盘管(102)的底部与供水母管连通，盘管(102)的上部出口与回水母管连通。

7.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气余热回收利用装置，其特征在于：所述汽包(2)并连设置有两组。

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