一種上升管荒煤氣廢熱利用鍋爐系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種汽水分離系統，具體是一種上升管荒煤氣廢熱利用鍋爐系統，適用于煉焦爐上升管荒煤氣的高溫廢熱利用，屬于節能減排技術領域。
【背景技術】
[0002]目前國內外在對焦爐余熱回收利用方面有很多成熟的技術，例如利用初冷器回收荒煤氣余熱、干法熄焦回收焦炭顯熱、小煙道廢熱回收利用、循環氨水余熱回收等，而在上升管余熱回收利用方面的生產應用目前仍停滯不前，約占焦爐總熱量三分之一熱量的荒煤氣，從煉焦爐經上升管、橋管進入集氣管內，荒煤氣在橋管和集氣管處用氨水噴灑冷卻，使其溫度由650-750°C降至80-85°C，為達到這一溫度要求，每噸干裝爐煤需噴灑5_6噸氨水用于冷卻荒煤氣，也就是說荒煤氣的廢熱不但沒有得到利用，而且還要消耗動力使煤氣冷卻和部分焦油器冷凝下來，荒煤氣由于高溫裂解往往在上升管根部結成堅硬的石墨，影響荒煤氣順利排出。要清除這些石墨也得在很艱苦的條件下進行，上升管輻射散發大量的熱，造成爐頂操作環境溫度高，前蘇聯哈爾科夫煉焦廠曾于上世紀五十年代在15個上升管上加了水套，進行工業規模的上升管廢熱利用試驗，用栗將采暖用水強制通過水套，使水溫由60°C加熱至85°C，從而利用上升管余熱獲得采暖水，但以后未看到有關進行工業規模推廣應用的報道，我國從上世紀七十年代以來，首鋼焦化廠、太鋼焦化廠、北京焦化廠、武鋼焦化廠、鞍鋼化工總廠、沈陽二煤氣、馬鋼焦化廠、淄博焦化煤氣公司以及我廠等單位先后在焦爐上升管建立了多套采用自然循環系統的焦爐上升管汽化冷卻裝置，進行工業生產蒸汽取得一定效果，由于設計不合理等原因，頻繁出現上升管水套漏水損壞爐體，上升管蓋揭啟困難，上升管水套下部結焦油餅堵塞上升管，蒸汽產量不穩定水套易“干鍋”甚至導致鍋爐汽包爆炸等問題，不能長期平穩使用，因此未在全行業進行推廣應用；日本新日公鐵公司名古屋廠在上世紀八十年代在16個上升管內添加了夾套，用薩姆斯-700 (主要成分烷基聯苯，沸點315°C)有機介質作為熱載體與荒煤氣換熱。加熱后的薩姆斯-700用于產生蒸汽或煤余熱，但以后也未看到有關進行工業規模推廣應用的報道。近幾年，濟鋼焦化廠曾在焦爐5孔上升管采用導熱油夾套技術回收荒煤氣余熱并產生蒸汽用于發電，但并未見到詳細的技術報道。由于炭化室內產生的荒煤氣在不同的結焦時段煤氣量不一樣，而汽化冷卻裝置的吸熱效率很高，所以汽化冷卻裝置在產氣量少的時段會造成上升管內荒煤氣溫度低于400°C，溫度過低會造成煤氣中焦油氣凝結，回流炭化室或粘附在管內壁影響荒煤氣導出，清掃困難。還會導致集氣管、吸氣管等通道中焦油流動阻力增加。由于上升管位于焦爐爐頭上部，下面是炭化室100tC以上的高溫砌體，裝置漏水，澆灌爐頭致使砌體損壞，上升管做成夾套后，夾套與殼體的焊接位角焊縫，而且只能單面焊接，不能承受高壓，炭化爐操作過程的特點造成廢熱鍋爐的時停時開，也造成水套爐的交變載荷，單面角焊縫加交變載荷，使得夾套式廢熱鍋爐不可能成為高壓爐，就不可能產生高壓蒸汽，對于荒煤氣的高品質熱源只能低品質應用，造成新的浪費，而且有嚴重的安全隱患。
【發明內容】
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種上升管荒煤氣廢熱利用鍋爐系統，該系統用于煉焦爐上升管荒煤氣的高溫廢熱利用。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是:一種上升管荒煤氣廢熱利用鍋爐系統，包括位于焦爐上部的若干上升管，每個上升管外設置有輻射吸熱裝置，所述上升管通過熱輻射方式向輻射吸熱裝置輻射熱量，輻射吸熱裝置與汽水分離系統相連。所述輻射吸熱裝置與上升管管壁可以接觸或不接觸，優選不接觸。
[0005]作為優選，所述輻射吸熱裝置包括輻射管組，所述輻射管組套裝在上升管管壁外，所述輻射管組由多個輻射管并聯構成，相鄰輻射管之間留有間隙，在所述輻射管組外側設置有背面輻射管；所述輻射管的下端口分別與水進口集合管連接，所述輻射管的上端口分別與汽水混相出口集合管連接，水進口集合管、汽水混相出口集合管與汽水分離系統相連。
[0006]所述輻射管組與上升管管壁可以接觸或不接觸，優選不接觸。
[0007]所述背面輻射管外設置有保溫層，用于防止熱量散失。
[0008]荒煤氣在上升管內流動將其高溫熱能以輻射以及熱傳導(當輻射管組與上升管管壁接觸時)的傳熱方給輻射管組，熱量在輻射管組內產生高壓蒸汽，高壓蒸汽在汽水分離系統上利用，如用于發電或驅動做功，做功后的乏汽進行工藝應用，而原上升管系統保持原設計狀態。
[0009]煉焦過程中煤干餾產生750?800 °C荒煤氣，荒煤氣通過上升管引出煉焦爐，冷卻后產生焦油和煤氣，750?800 °(:的荒煤氣含有大量熱量，不回收就浪費，成為工藝廢熱，所以節能減排需要回收荒煤氣的廢熱。在荒煤氣的余熱回收過程中，當達到一定的溫度時，荒煤氣中的焦油蒸汽就會在換熱界面冷凝析出，隨著荒煤氣溫度的降低，冷凝在傳熱界面的液態焦油量就會增多，不同溫度下焦油餾分析出的實際情況，荒煤氣中重質焦油成分的冷凝開始溫度(冷凝點)在常壓下為400?500 °C荒煤氣，荒煤氣結焦會造成很多利影響造成浪費及故障，嚴重影響安全生產，所以上升管廢熱利用的前提是保證不使上升環內壁結焦，先保證安全生產再利用上升管內荒煤氣余熱，實驗研究證明，現有上升管廢熱利用技術都會使上升管的壁溫低于450?480°C，實際余熱利用過程中更希望在現有結構中增加熱阻，降低取熱效果保證煉焦生產工藝過程安全。
[0010]就物體傳熱而言，600 0C以上以輻射傳熱為主，本專利就是考慮到物體傳熱特點和上升管廢熱回收利用需要控制溫度的特點，開發出本系統來回收上升管內荒煤氣廢熱，輻射管組是一組(輻射管組由多個輻射管并聯構成)并聯組成的圓環形管組，管組可以是螺旋的，也可以是與上升管平行的，相鄰輻射管之間留有間隙，以減少導熱面積(符合增加熱阻的需要)，同時也便于焊接加工，輻射管組套裝在上升管管壁外，優選不與上升管管壁接觸，在輻射管組外側設置有背面輻射管，上升管的外壁通過漫輻射向外輻射熱量，輻射管組和背面輻射管接受輻射熱，背面輻射管外面包覆有保溫層，阻止背面輻射管接受輻射熱將熱量從外壁散失，輻射管組接受輻射熱將熱量傳遞給管內循環水，背面輻射管將接受的輻射熱從其內表面反射輻射向輻射管組以及上升管，這樣靠近上升管、背面輻射管的輻射管組的兩個半邊管壁均受熱。煉焦爐的多個上升管，每個上升管都套裝一個輻射管組，每個上升管構成一個輻射吸熱裝置。
[0011]上升管防止結焦的手段就是，將上升管的壁溫控制在450?480°C，按目前現有技術均是產小于1.6MPA的低壓蒸汽，低壓蒸汽的溫度在250°C左右，夾套式結構會使上升管內壁金屬溫度遠低于450~480°C，本實用新型方案是輻射管組非接觸上升管，獨立系統可以充分利用荒煤氣尚溫尚品質能量廣生尚壓蒸汽做功，提尚廢熱能效，同時可以提尚上升管內壁壁溫，達到防焦效果。
[0012]煉焦爐與上升管封閉連接，輻射管組非接觸式套入安裝在上升管外，非接觸式傳熱，一旦漏水，絕對保證水不會進入煉焦爐，不會有夾套式余熱回收水漏入煉焦爐造成造成煉焦爐爐襯損壞的嚴重弊端。
[0013]本實用新型系統是從上升管獲得熱量(廢熱)，而上升管內部的溫度不能過低，過低將會導致結焦，因此本實用新型系統需要對利用的熱量進行控制。在輻射管組的輻射管之間留有間隙，不僅減少了輻射管的使用，而且減少了導熱面積，避免上升管向外傳遞熱量過多，導致上升管內部溫度過低結焦；特別是在輻射管組與上升管管壁之間不接觸時，上升管表面均勻向外輻射熱量，上升管表面溫度均勻，不會導致上升管的局部溫度較低從而結焦。
[0014]輻射管組的輻射管之間留有間隙，在上升管的熱量向外漫輻射時，擴大了輻射管組的輻射管的受熱面積，使得輻射管組的輻射管的受熱均勻。
[0015]上升管的熱量向外漫輻射時，通過輻射管之間的間隙向背面輻射管傳遞熱量，背面輻射管的熱量則向輻射管組傳遞，增加傳熱效率，使得輻射管組受熱更均勻。同時，背面輻射管也向上升管輻射熱量，使得熱量不流失。
[0016]所述汽水分離系統可以采用下述結構:包括汽包和循環水栗，汽水混相出口集合管與汽包連接，所述汽包上連接有蒸汽管道，蒸汽管道內的蒸汽利用，如可用于做功，在所述汽包底部通過栗入口管連接循環水栗，循環水栗上設置有出水口，當一個輻射吸熱裝置對應一個汽水分離系統時，循環水栗上的出水口通過栗出水管與水進口集合管連接。汽水分離系統的水循環采用高壓強制循環。
[0017]所述汽水分離系統包括汽包和循環水栗，所述汽包上設置有汽水混相接入口和蒸汽管道，所述蒸汽管道內的蒸汽利用，在所述汽包底部通過栗入口管連接循環水栗，循環水栗上設置有出水口，汽水分離系統的水循環采用高壓強制循環。
[0018]當輻射吸熱裝置為多個時，每個輻射吸熱裝置的水進口集合管均與入口集合管匯集管連接，每個輻射吸熱裝置的汽水混相出口集合管均與出口集合管匯集管連接，入口集合管匯集管、出口集合管匯集管