防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置，頂部橋管上端與頂部上升管連接，底部橋管下端與集氣管連接，頂部橋管下端與底部橋管上端之間連接換熱器，換熱器中的導熱油可達溫度為320-350℃，換熱器與導熱油系統連接。本發明將荒煤氣余熱回收裝置布置在橋管上，有效防止了荒煤氣余熱回收裝置中的結焦問題。余熱回收裝置的傳熱介質采用沸點較高的導熱油，導熱油液相運行傳熱效率高，低壓運行系統安全穩定，且加熱后的高溫導熱油可以直接為焦化生產的許多工藝進行供熱，因此荒煤氣余熱可得到充分應用。采用管殼式導熱油換熱器結構，具有傳熱效率高，導熱油液相運行系統壓力低安全性高，傳熱后熱媒溫度高便于熱量的再次應用等特點。
【專利說明】防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種余熱利用裝置，具體涉及一種荒煤氣余熱回收利用裝置。
【背景技術】
[0002]隨著社會發展，化石燃料消耗量迅猛增大，能源供應形勢越來越緊張，節能已成為當前發展趨勢。焦化行業一直是耗能大戶，如果不采取相應的措施，生產中大量的熱量損失將造成巨大的能量浪費。近年來，焦化行業不斷改進操作工藝以降低生產耗能，但至今占煉焦輸出熱量30%以上的荒煤氣余熱一直未得到有效的利用。
[0003]對于煉焦廠出爐紅焦的余熱利用，目前采用干熄焦技術已經取得了初步成效，但干熄焦技術普及范圍還較小；煙道荒煤氣的余熱目前已被一些企業用于裝煤調濕，干燥煉焦煤。對于熱量比例巨大的荒煤氣顯熱，國內外一直對其余熱利用進行研究和工程試驗，但因工程實踐效果不好，目前尚未有相關余熱回收及利用裝置得到認可和廣泛應用。
[0004]為利用荒煤氣的余熱，人們先后采用在上升管中安裝水冷套管，導熱油套管，熱管等熱回收裝置和采用熱回收煉焦，制合成氣等工藝方法。但由于技術不成熟，安全性不高，結焦現象嚴重，經濟效益低等各方面原因上述工藝和方法均未得到工程上的廣泛推廣和應用。而傳統的余熱回收裝置通常布置在焦爐上升管(包括底部上升管和頂部上升管兩部分)上，荒煤氣容易在上升管出口處冷凝析出并順流至上升管底端，最后焦油在上升管底端受碳化室中頂層煤層和焦炭的輻射傳熱而發生縮聚結焦反應，并形成一圈石墨沉積物，影響換熱，嚴重時常常造成上升管堵塞，使荒煤氣無法排出。
[0005]在當今節能環保的嚴峻形勢下，總結經驗，突破思路，采用新技術成果，研究設計一套合理的荒煤氣余熱回收裝置意義巨大。
【發明內容】
[0006]本發明主要是用于解決荒煤氣余熱回收中存在的余熱利用率低，余熱回收裝置結石墨現象嚴重，運行安全性不高，回收的余熱不便于應用等問題，而提供一種防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置。
[0007]為實現上述的目的，本發明的技術方案是:一種防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置，包括換熱器、頂部橋管、底部橋管，頂部橋管上端與頂部上升管連接，底部橋管下端與集氣管連接，其特點是:頂部橋管下端與底部橋管上端之間連接換熱器，換熱器中的導熱油可達溫度為320-350°C，換熱器與導熱油系統連接。
[0008]換熱器包括換熱器頂部法蘭、換熱器底部法蘭、導熱油入口、隔熱層、導熱油出口、換熱器隔板、換熱器管道；換熱器頂部通過換熱器頂部法蘭與頂部橋管相連，換熱器底部通過換熱器底部法蘭與底部橋管相連，隔熱層布置在換熱器頂部法蘭下面，換熱器管道布置于換熱器中間，導熱油出口布置在換熱器頂部側面，導熱油入口布置在換熱器底部側面，換熱器隔板將換熱器殼程隔開，換熱器管道布置于換熱器中間。
[0009]底部橋管右側布置氨水噴嘴，底部橋管底部布置翻板，底部橋管與頂部上升管之間連接有旁通管，旁通管頂部與頂部橋管側面相連，旁通管下部與底部橋管側面相連，旁通管頂部布置旁通管頂部閥門，旁通管頂部閥門下段布置旁通管法蘭，旁通管底部布置旁通管底部閥門。
[0010]導熱油系統包括供熱裝置、過濾器、泵；供熱裝置一側與導熱油出口相連，供熱裝置另一側與過濾器一側相連，過濾器另一側與泵入口相連，泵出口與導熱油入口相連。頂部橋管的彎曲外側上設有清掃孔。
[0011]與現有技術相比，本發明的技術效果是:
(I)將余熱回收裝置換熱器安裝在橋管上，避免了碳化室頂層焦炭對換熱器底部的熱輻射，從而有效避免了換熱器結石墨問題，解決了阻礙荒煤氣余熱回收裝置安全運行的一個重要問題。
[0012](2)充分利用荒煤氣余熱，本發明可將荒煤氣溫度從約650°C降至350°C以下。當前的荒煤氣余熱回收裝置通常將荒煤氣溫度從650-700°C降溫至450-500°C以上，由于本余熱回收裝置可以避免換熱器管壁出現結石墨現象，因此可以將荒煤氣溫度降低到較低的水平，實現對荒煤氣余熱的高效回收利用。
[0013](3)本余熱回收裝置采用導熱油作為傳熱介質，由于導熱油沸點較高，最高運行溫度可達320-350°C，在本裝置中處于液相運行，傳熱效率高，系統處于低壓運行狀態安全穩定等特點。此外，導熱油經本余熱回收裝置加熱后溫度可高達250-300°C，溫度和傳熱效率均較高的高品位導熱油熱源可直接用于焦化廠的煤調濕，蒸氨，粗苯精制，干熄焦鍋爐給水預熱中。
[0014]針對傳統的荒煤氣余熱回收裝置通常布置在焦爐上升管上，其換熱器內壁容易形成結焦物影響換熱的缺陷，本發明將荒煤氣余熱回收裝置布置在橋管上，有效防止了荒煤氣余熱回收裝置中的結焦問題。余熱回收裝置的傳熱介質采用沸點較高的導熱油，導熱油液相運行傳熱效率高，低壓運行系統安全穩定，且加熱后的高溫導熱油可以直接為焦化生產的許多工藝進行供熱，因此荒煤氣余熱可得到充分應用。此外，還設計了清掃孔，旁通管等裝置保障該余熱回收裝置的安全可靠運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的回收裝置的系統示意圖；
圖2是本發明的換熱器結構示意圖；
圖3是圖2的俯視圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0017]如圖1至圖3所示，一種防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置，包括碳化室1，底部上升管2，翻板3，耐火磚4，旁通管底部閥門5，換熱器底部法蘭6，旁通管7，上升管法蘭8，頂部上升管9，旁通管法蘭10，旁通管頂部閥門11，水封蓋12，頂部橋管閥門13，頂部橋管14，清掃孔15，換熱器頂部法蘭16，供熱裝置17，換熱器18，氨水噴嘴19，泵20，過濾器21，底部橋管22，集氣管23，集氣管支架及焦爐本體24，導熱油入口 25，隔熱層26，導熱油出口 27，換熱器隔板28，換熱器管道29。
[0018]上述部件的連接關系如下:
底部上升管2置于碳化室I上，底部上升管2內壁布置耐火磚4 ;頂部上升管9通過上升管法蘭8與底部上升管2相連，水封蓋12置于頂部上升管9上面；頂部橋管14右側與頂部上升管9側面相連，頂部橋管14下部與換熱器18上的換熱器頂部法蘭16相連，頂部橋管14上從入口到出口先后布置有頂部橋管閥門13和清掃孔15 ;換熱器18頂部通過換熱器頂部法蘭16與頂部橋管14相連，換熱器18底部通過換熱器底部法蘭6與底部橋管22相連，隔熱層26布置在換熱器頂部法蘭16下面，換熱器管道29布置于換熱器18中間，導熱油出口 27布置在換熱器18頂部側面，導熱油入口 25布置在換熱器18底部側面，換熱器隔板28將換熱器18殼程隔開，換熱器管道29布置于換熱器18中間；底部橋管22頂部與換熱器18上的換熱器底部法蘭6相連，底部橋管22右側布置氨水噴嘴19，底部橋管22底部布置翻板3 ;集氣管23與底部橋管22底部相連，集氣管23安裝在集氣管支架及焦爐本體24上；旁通管7頂部與頂部橋管14側面相連，旁通管7下部與底部橋管22側面相連，旁通管7頂部布置旁通管頂部閥門11，旁通管頂部閥門11下段布置旁通管法蘭10，旁通管7底部布置旁通管底部閥門5 ;供熱裝置17 —側與導熱油出口 27相連，供熱裝置17另一側與過濾器21 —側相連，過濾器21另一側與泵20入口相連，泵20出口與導熱油入口 25相連。
[0019]清掃孔15布置在頂部橋管14彎曲外側，待換熱器18中出現堵塞時，通過清掃孔15對換熱器18內換熱器管道29進行清掃；所述氨水噴嘴19布置在底部橋管22頂部，待荒煤氣經過換熱器18降溫后，氨水噴嘴19對荒煤氣進一步降溫冷卻。頂部橋管14和底部橋管22直徑與頂部上升管9直徑接近，清掃孔15尺寸以在豎直位置能看見所有換熱器管道29為宜。
[0020]旁通管7頂部與頂部橋管閥門13右側的頂部橋管14側面相連，旁通管7底部與底部橋管22右側相連，待換熱器18出現嚴重堵塞時，打開旁通管頂部閥門11和旁通管底部閥門5，并關閉頂部橋管閥門13，使荒煤氣經過旁通管7進入底部橋管22，以實現荒煤氣正常流通，并保護換熱器18。旁通管7直徑約為頂部橋管14直徑的1/3，以節約初投資。
[0021]換熱器18為管殼式結構，殼程流通導熱油，管程流通荒煤氣；換熱器18中間布置一塊換熱器隔板28，導熱油從導熱油入口 25進入換熱器18，從導熱油出口 27流出換熱器18 ;換熱器隔板28布置于換熱器18殼程中，以增加導熱油流動的擾動，提高其傳熱效果；所述換熱器18內管道布置成類似3X3的管束形式的換熱器管道29，以提高換熱器的緊湊性；換熱器18頂部布置一層約30_厚石英棉成分的隔熱層26，以防止荒煤氣在未進入換熱器管道29之前，在換熱器18頂部平面被冷卻析出焦油從而造成換熱器管道29入口堵塞；所述換熱器18頂部和底部分別安裝有換熱器頂部法蘭16和換熱器底部法蘭6 ;當換熱器18出現故障時，擰開換熱器頂部法蘭16和換熱器底部法蘭6螺栓，擰松旁通管法蘭10，以對換熱器18進行維護和更換；換熱器18外徑等于或大于頂部橋管14直徑，在不影響焦化廠其他設備正常工作的情況下盡可能加大換熱器18外徑，以提高其換熱面積，增加換熱量，換熱器高度約1.2-2米；荒煤氣進入換熱器18之前溫度約為650°C，經換熱器18換熱后荒煤氣溫度可降至300-350°C以下，導熱油進入換熱器18之前溫度比荒煤氣在換熱器18出口處溫度低50°C以上，導熱油從換熱器18出去之前溫度可高達200-330°C。
[0022]導熱油系統中的傳熱介質為合成類導熱油，為液相運行，其最高使用溫度可達約320-3500C ;導熱油系統可將換熱器18中加熱的高溫導熱油從導熱油出口 27引出，通過供熱裝置17將被荒煤氣加熱的導熱油用于焦化廠或其它工業、生活用加熱熱源，最終導熱油通過過濾器21，泵20回流至導熱油入口 25 個焦爐通常包含許多碳化室1，因此所有碳化室I上的余熱回收裝置的導熱油應匯集到同一個大的導熱油系統，以節約成本。
[0023]荒煤氣管道系統、旁通管7、換熱器18、導熱油加熱系統的所有固定部件外壁均鋪設一層保溫石英棉或珍珠巖，以減少荒煤氣散熱提高余熱利用率，并改善焦爐頂部勞動操作環境。
[0024]本發明的技術原理是:經研究發現荒煤氣中的焦油在低于350°C時開始大量析出，而當析出的焦油處于溫度高于380-410°C時焦油才發生縮聚結焦反應形成石墨。傳統的余熱回收裝置通常布置在焦爐上升管(包括底部上升管2和頂部上升管9兩部分)上，荒煤氣容易在上升管出口處冷凝析出并順流至上升管底端，最后焦油在上升管底端受碳化室I中頂層煤層和焦炭的輻射傳熱而發生縮聚結焦反應，并形成一圈石墨沉積物，影響換熱，嚴重時常常造成上升管堵塞，使荒煤氣無法排出。本發明提出將余熱回收裝置布置在橋管上(頂部橋管14和底部橋管22中間)，經分析計算發現，荒煤氣只會發生冷凝析出，且冷凝析出的焦油會順流至溫度更低的底部橋管22中，焦油不會在換熱器管壁上形成石墨等沉積物，因此可以有效的避免余熱回收裝置發生結石墨現象。本余熱回收裝置采用的傳熱媒介為合成類導熱油，該物質常溫下呈液態，沸點非常高，最高使用溫度可達320-350°C，因此在運行中始終處于液相狀態，傳熱效率高；此外，由于熱媒處于液相運行，因此對換熱器和余熱回收系統的壓力等級要求不高，系統安全隱患較少，運行安全可靠性高。
[0025]荒煤氣從焦爐碳化室I中進入底部上升管2時溫度通常為650_750°C，經過底部上升管2，頂部上升管9，頂部橋管14后在進入換熱器18之前溫度約為650°C，荒煤氣在換熱器18中被降溫至300-350°C以下后流入底部橋管22，在底部橋管22中被氨水噴嘴19中噴灑的氨水降溫至75-85° C左右，隨后進入集氣管23及其焦化廠中的初冷器等工藝設備中。導熱油在從導熱油入口 25進入換熱器18之前溫度比荒煤氣在換熱器18出口溫度低50°C以上，導熱油經換熱器18換熱后升溫至200-330°C后從導熱油出口 27流出，隨后進入供熱裝置17，過濾器21和泵20。
[0026]應用本發明對荒煤氣余熱進行回收利用，包括以下步驟:
①在焦爐未開始煉焦之前，檢查各管路是否有故障，在各管路和系統正常情況下，打開供熱裝置17和過濾器21的開關，接通泵20電源，運行導熱油系統。
[0027]②打開頂部橋管閥門13，關閉旁通管頂部閥門11和旁通管底部閥門5，關閉清掃孔15，關閉水封蓋12，待焦爐煉焦其它準備工作已全部準備好時，開通氨水噴嘴19，開始焦爐煉焦。
[0028]③當焦爐需要長時間停機或者出現大范圍故障時，待焦爐停機一段時間后(不再產生荒煤氣)，關閉氨水噴嘴19，關閉導熱油系統的泵20，供熱裝置17，過濾器21。當焦爐再次啟動使用時，重復過程①，②，③。
[0029]141當換熱器18中的換熱器管道29在運行中出現堵塞時，可打開清掃孔15對換熱器管道29進行清掃；當換熱器管道29堵塞較嚴重時，打開旁通管頂部閥門11和旁通管底部閥門5，關閉頂部橋管閥門13，使荒煤氣從旁通管7中流入底部橋管22，并加大氨水噴嘴19的開啟幅度，以保護換熱器18。
[0030]經對該荒煤氣余熱回收裝置分析計算和數值計算表明，該裝置在運行中換熱器管壁不會出現結石墨現象，且該裝置對荒煤氣余熱的利用率高達29%以上，這遠比傳統荒煤氣余熱回收裝置余熱利用率高，此外，采用該裝置還可減少焦爐氨水噴灑量約36%，初冷器循環冷卻水量約33%。經該余熱回收裝置加熱后的導熱油熱值總量巨大，溫度高達200-330°C，加之導熱油傳熱效率高，因此該熱量可直接用于焦化廠中的煤調濕，蒸氨，粗苯精制，干熄焦鍋爐給水預熱等工藝中。本發明對傳統焦爐改動較小，僅將上升管高度提高
1.2-2米即可安裝本裝置，對傳統焦爐的生產工藝和設計影響較少，便于改造推廣。綜上所述，本荒煤氣余熱回收裝置具有運行不出現結石墨現象，余熱利用率高，低壓運行安全可靠，利用的余熱再次應用方便，改造和安裝簡便等特點，是一種推廣前景較好的焦化行業節能設備 。
【權利要求】
1.一種防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置，包括換熱器(18)、頂部橋管(14)、底部橋管(22)，頂部橋管(14)上端與頂部上升管(9)連接，底部橋管(22)下端與集氣管(23)連接，其特征在于:所述頂部橋管(14)下端與底部橋管(22)上端之間連接換熱器(18)，所述換熱器(18)中的導熱油可達溫度為320-350°C，所述換熱器(18)與導熱油系統連接。
2.根據權利要求1所述的防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置，其特征在于:所述換熱器(18 )包括換熱器頂部法蘭(16 )、換熱器底部法蘭(6 )、導熱油入口( 25 )、隔熱層(26)、導熱油出口(27)、換熱器隔板(28 )、換熱器管道(29 );所述換熱器(18 )頂部通過換熱器頂部法蘭(16)與頂部橋管(14)相連，換熱器(18)底部通過換熱器底部法蘭(6)與底部橋管(22)相連，隔熱層(26)布置在換熱器頂部法蘭(16)下面，換熱器管道(29)布置于換熱器(18)中間，導熱油出口(27)布置在換熱器(18)頂部側面，導熱油入口(25)布置在換熱器(18)底部側面，換熱器隔板(28)將換熱器(18)殼程隔開，換熱器管道(29)布置于換熱器(18)中間。
3.根據權利要求1所述的防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置，其特征在于:所述底部橋管(22)右側布置氨水噴嘴(19)，底部橋管(22)底部布置翻板(3)，底部橋管(22)與頂部上升管(9)之間連接有旁通管(7)，所述旁通管(7)頂部與頂部橋管(14)側面相連，旁通管(7 )下部與 底部橋管(22 )側面相連，旁通管(7 )頂部布置旁通管頂部閥門(11)，旁通管頂部閥門(11)下段布置旁通管法蘭(10 )，旁通管(7 )底部布置旁通管底部閥門(5 )。
4.根據權利要求1所述的防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置，其特征在于:所述導熱油系統包括供熱裝置(17)、過濾器(21)、泵(20);所述供熱裝置(17)—側與導熱油出口(27)相連，供熱裝置(17)另一側與過濾器(21)—側相連，過濾器(21)另一側與泵(20)入口相連，泵(20)出口與導熱油入口(25)相連。
5.根據權利要求1所述的防止結焦的導熱油焦爐荒煤氣余熱回收裝置，其特征在于:所述頂部橋管(14)的彎曲外側上設有清掃孔(15)。
【文檔編號】F28F19/00GK104073268SQ201410329566
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月11日 優先權日:2014年7月11日
【發明者】金晶, 曾武勇, 趙慶慶, 胡強, 郭明山, 鐘程鵬, 肖凱華, 王永貞, 胡露, 姚宇翔, 吳超, 沈洪浩, 候封校, 高珊珊, 寇學森 申請人:上海理工大學