本發(fā)明涉及冶金過(guò)程二次回收利用領(lǐng)域，具體而言，涉及焦化廠荒煤氣余熱回收裝置及焦化廠荒煤氣余熱回收方法。

背景技術(shù)：

荒煤氣是煤煉焦過(guò)程中所產(chǎn)生的氣體，伴隨著煉焦的進(jìn)行，荒煤氣從碳化室經(jīng)上升管流出，溫度可以高達(dá)650～850℃，這部分熱量能夠占到焦?fàn)t總熱量的約36％?；拿簹獾挠酂峄厥諏?duì)于節(jié)能減排具有重大的意義，既是焦化廠提高資源利用率的有效途徑，也是改善環(huán)境、綠色生產(chǎn)的需要。

目前，對(duì)于焦化廠荒煤氣余熱回收的研究，現(xiàn)有的方法主要是在焦?fàn)t上升管部分進(jìn)行熱交換。例如：在上升管外壁上焊接以環(huán)形夾套，在夾套下部通入軟水，夾套內(nèi)的水域熱荒煤氣換熱，煤氣溫度降至450～500℃，水吸熱后可產(chǎn)生0.4～0.7mpa低壓飽和蒸汽，這種上升管汽化冷卻的方法具有投資少，且運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且已經(jīng)能夠用于工業(yè)生產(chǎn)中。同時(shí)，還有現(xiàn)有技術(shù)采用導(dǎo)熱油夾套技術(shù)，即將如前所述方法中的介質(zhì)替換為導(dǎo)熱油，并將導(dǎo)熱油循環(huán)使用，被加熱的導(dǎo)熱油可以用于蒸氨、煤焦油蒸餾、入爐煤干燥等。

然而，現(xiàn)有的余熱回收方法還存在一些難以克服的技術(shù)問(wèn)題，例如，由于荒煤氣溫度較高，因而換熱介質(zhì)溫度較高，并且會(huì)產(chǎn)生一定的壓力，由于上升管與碳化室相連通，當(dāng)換熱器無(wú)法承受換熱介質(zhì)的壓力時(shí)，就會(huì)造成換熱介質(zhì)的泄露，泄露的換熱介質(zhì)容易進(jìn)入碳化室中；如果換熱介質(zhì)壓力過(guò)大，則可能導(dǎo)致上升管內(nèi)壁發(fā)生破裂，換熱介質(zhì)則會(huì)由上升管進(jìn)入碳化室中，直接影響煉焦工藝，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成生產(chǎn)事故。同時(shí)，現(xiàn)有的方法中只能通過(guò)換熱產(chǎn)生低壓蒸汽(p≤2.5mpa，t≤400℃)，而這種低壓蒸汽在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中需求量較小，能夠應(yīng)用的場(chǎng)合也有限。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提供一種焦化廠荒煤氣余熱回收裝置，所述裝置中，通過(guò)使用導(dǎo)熱管將上升管中的熱量傳遞至設(shè)置于一定距離外的蒸汽裝置中，從而可以避免導(dǎo)熱過(guò)程中上升管處產(chǎn)生過(guò)大的壓力，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且運(yùn)行安全等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種焦化廠荒煤氣余熱回收方法，本發(fā)明方法中，采用本發(fā)明所述裝置對(duì)余熱進(jìn)行回收利用，具有方法簡(jiǎn)便安全等優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

一種焦化廠荒煤氣余熱回收裝置，所述裝置包括導(dǎo)熱裝置和蒸汽裝置；

其中，所述導(dǎo)熱裝置分別與上升管和蒸汽裝置相連接，并將荒煤氣余熱由上升管傳導(dǎo)至設(shè)置于一定距離之外的蒸汽裝置中。

可選的，本發(fā)明中，所述導(dǎo)熱裝置包括多根并列設(shè)置的導(dǎo)熱管；其中，所述導(dǎo)熱管的受熱段設(shè)置于上升管內(nèi)壁；所述導(dǎo)熱管的放熱段與蒸汽裝置相連接，并通過(guò)放熱對(duì)蒸汽裝置中的水和/或水汽加熱，產(chǎn)生水蒸氣。

可選的，本發(fā)明中，所述導(dǎo)熱管包括管壁和吸液芯；其中，吸液芯內(nèi)設(shè)置有傳熱工質(zhì)。

可選的，本發(fā)明中，所述傳熱工質(zhì)為金屬。

可選的，本發(fā)明中，所述傳熱工質(zhì)為鈉、鉀，或者鈉鉀合金。

可選的，本發(fā)明中，所述蒸汽裝置包括水管、汽管和汽包；其中，所述汽管分別與水管和汽包相連接。

同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種焦化廠荒煤氣余熱回收方法，所述方法中使用本發(fā)明所述裝置對(duì)荒煤氣余熱進(jìn)行回收。

可選的，本發(fā)明中，所述方法包括如下步驟：將荒煤氣由上升管下部引入，導(dǎo)熱管的受熱段在上升管中吸熱后，導(dǎo)熱管內(nèi)的傳熱工質(zhì)蒸發(fā)為蒸汽，上升至導(dǎo)熱管的放熱段，并將熱量傳遞至蒸汽裝置中的水和/或水汽，生成蒸氣。

可選的，本發(fā)明中，生成的蒸氣經(jīng)汽管進(jìn)入汽包中收集。

可選的，本發(fā)明中，本發(fā)明所述方法還進(jìn)一步包括將汽包中收集的蒸汽用于蒸汽發(fā)電的步驟。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明中，利用導(dǎo)熱管進(jìn)行荒煤氣余熱的傳導(dǎo)；導(dǎo)熱管一端直接接觸上升管，從上升管取熱，將熱量傳導(dǎo)到一定距離之外另一端所連接的蒸汽裝置中，生成蒸汽，同時(shí)，還可以根據(jù)不同需要自由調(diào)節(jié)所生成的蒸汽的壓力；

(2)本發(fā)明中，導(dǎo)熱裝置將上升管中荒煤氣的熱量傳輸一定距離后再進(jìn)行處理，從而不需要在每個(gè)上升管中都設(shè)立壓力夾道，避免了若壓力夾道破裂導(dǎo)熱液體會(huì)灌入焦?fàn)t的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而安全，成本低廉；

(3)本發(fā)明中，生成蒸汽的蒸汽裝置和上升管之間通過(guò)導(dǎo)熱固體相連，蒸汽裝置和上升管兩者之間不會(huì)進(jìn)行壓力傳輸，從而可以通過(guò)蒸汽裝置自由調(diào)節(jié)所生成蒸汽的壓力而不會(huì)對(duì)上升管產(chǎn)生任何影響；而傳統(tǒng)余熱回收裝置中，在每個(gè)上升管中都設(shè)立壓力夾道的方案只能生成低壓蒸汽，不僅成本非常巨大，而且焦化廠中上升管眾多，若每個(gè)上升管都是壓力夾道，將存在大量安全隱患。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖正視圖；

圖2為本發(fā)明裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖俯視圖；

圖4為本發(fā)明裝置平面布局圖正視圖；

圖5為本發(fā)明裝置平面布局圖側(cè)視圖；

其中，圖1中，1-導(dǎo)熱裝置，101-導(dǎo)熱管，102-導(dǎo)熱管，103-導(dǎo)熱管，104-導(dǎo)熱管，105-導(dǎo)熱管；2-蒸汽裝置，201-水管，202-汽管，203-汽包；

圖2中，101-導(dǎo)熱管，202-汽管，203-汽包；

圖3中，101-導(dǎo)熱管，203-汽包；

圖4中，202-汽管，203-汽包，204-上級(jí)汽包，3-上升管；

圖5中，101-導(dǎo)熱管，202-汽管，203-汽包，204-上級(jí)汽包，3-上升管。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，基于本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)荒煤氣余熱回收裝置在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及使用中所存在的安全隱患問(wèn)題，本發(fā)明中特將蒸汽裝置與上升管結(jié)構(gòu)進(jìn)行間隔設(shè)置，并通過(guò)導(dǎo)熱裝置將上升管中的熱量直接傳導(dǎo)至蒸汽裝置中，從而能夠有效避免由于蒸汽裝置與上升管直接接觸所存在的安全問(wèn)題。本發(fā)明中裝置結(jié)構(gòu)可具體參考如下：

與焦?fàn)t連接的上升管通過(guò)導(dǎo)熱裝置與設(shè)置于一定距離之外的蒸汽裝置相連接，導(dǎo)熱裝置在上升管中吸收荒煤氣余熱的熱量，然后將其傳導(dǎo)至蒸汽裝置中，在蒸汽裝置中的水和/或水汽被傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的熱量加熱，然后生成蒸汽，所產(chǎn)生的蒸汽可以進(jìn)一步用于蒸汽發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于荒煤氣余熱的有效吸收和利用；

在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方案中，上升管與蒸汽裝置的間距可以根據(jù)焦?fàn)t間的實(shí)際間距進(jìn)行調(diào)整；

在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方案中，所述導(dǎo)熱裝置由多根并列設(shè)置的導(dǎo)熱管組成；進(jìn)一步的，根據(jù)所處位置的不同，可以將導(dǎo)熱管分為三段，即設(shè)置于上升管內(nèi)壁的受熱段、與蒸汽裝置連接的放熱段，以及受熱段和放熱段之間的傳輸段；

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱管為螺旋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱管的受熱段與上升管內(nèi)壁直接接觸，并通過(guò)上升管的傳熱以及荒煤氣余熱的熱輻射吸收熱量；

在本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)方案中，所述導(dǎo)熱管包括管壁和吸液芯，吸液芯中設(shè)置有傳熱工質(zhì)；進(jìn)一步的，所述導(dǎo)熱管為中空結(jié)構(gòu)，且在工作過(guò)程中處于真空狀態(tài)，傳熱工質(zhì)吸收熱量后，蒸發(fā)為氣態(tài)并逐步形成蒸氣，蒸氣通過(guò)導(dǎo)熱管的傳送段擴(kuò)撒至放熱段，并在放熱段對(duì)蒸汽裝置進(jìn)行加熱，產(chǎn)生水蒸氣；

在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方案中，所述傳熱工質(zhì)為金屬；更優(yōu)選的，所述傳熱工質(zhì)為鈉、鉀，或者鈉鉀合金；

在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方案中，所述蒸汽裝置包括水管、汽管和汽包；其中，汽管的兩端分別與水管和汽包相連接；

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱管的放熱段與汽管相連接，所述導(dǎo)熱管的放熱段以螺旋結(jié)構(gòu)穿過(guò)汽管上所設(shè)置的通孔，通孔的面積與導(dǎo)熱管截面面積相當(dāng)，同時(shí)，導(dǎo)熱管與汽管的連接處需要密封，避免蒸汽泄漏產(chǎn)生危險(xiǎn)；更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱管的外徑小于汽管的內(nèi)徑，進(jìn)而使得導(dǎo)熱管能夠完全通過(guò)汽管的內(nèi)部，同時(shí)還不會(huì)阻礙蒸汽上升至汽包中；

在本發(fā)明進(jìn)一步的方案中，還可以包括蒸汽發(fā)電裝置，可以將汽包中收集的水蒸氣用于低壓蒸汽發(fā)電，或者可以將收集的水蒸氣加壓后，用于高壓蒸汽發(fā)電。

本發(fā)明所提供的焦化廠荒煤氣余熱回收方法的步驟可參考如下：將荒煤氣由上升管下部引入，導(dǎo)熱管的受熱段在上升管中吸熱后，導(dǎo)熱管內(nèi)的傳熱工質(zhì)蒸發(fā)為蒸氣；

其中，導(dǎo)熱管的啟動(dòng)包含了許多傳熱模式的耦合：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射；傳熱過(guò)程主要包括：管壁和吸液芯的熱傳導(dǎo)、工質(zhì)在吸液芯中的熔化、汽液界面的蒸發(fā)與凝結(jié)、多孔吸液芯中液體的流動(dòng)以及管中心區(qū)可壓縮蒸汽的流動(dòng)等。高溫?zé)峁艿恼?dòng)受各種傳熱極限的影響，如聲速極限、攜帶極限以及粘性極限對(duì)熱管的啟動(dòng)都重要影響；

優(yōu)選的，裝載有金屬工質(zhì)(鈉、鉀或鈉鉀合金)的熱管自凝固狀態(tài)啟動(dòng)的過(guò)程可以被分為五個(gè)階段：

(1)第一階段：吸附液態(tài)金屬工質(zhì)的熱管毛細(xì)吸液芯處于最初始的凝固狀態(tài)，導(dǎo)熱管中心的蒸汽通道區(qū)域處于真空狀態(tài)；

(2)第二階段：當(dāng)對(duì)導(dǎo)熱管蒸發(fā)段(即導(dǎo)熱管受熱段)開(kāi)始加熱后，熱量以導(dǎo)熱方式經(jīng)管壁傳入，吸液芯中的工質(zhì)開(kāi)始熔化，但液固界面未達(dá)到吸液芯氣側(cè)邊界，蒸發(fā)段沒(méi)有蒸發(fā)現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)熱管中心蒸汽區(qū)域仍處于真空狀態(tài)；

(3)第三階段：導(dǎo)熱管蒸發(fā)段吸液芯中的工質(zhì)全部熔化，蒸發(fā)開(kāi)始在汽液界面發(fā)生，但蒸氣壓力很低，蒸發(fā)流仍處于自由分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)，在絕熱段和冷凝段(即導(dǎo)熱管放熱段)的吸液芯中，部分工質(zhì)仍處凝固狀態(tài)；

(4)第四階段：隨著蒸發(fā)的不斷進(jìn)行，蒸氣在蒸發(fā)段中心區(qū)域的積聚達(dá)到一定量后，該處的蒸氣連續(xù)流就逐步建立起來(lái)，但在導(dǎo)熱管放熱段(即蒸氣冷凝段)末端附近，蒸氣仍處于稀薄的自由分子狀態(tài)；

(5)第五階段：吸液芯中的工質(zhì)全部熔化，蒸氣連續(xù)流擴(kuò)散到冷凝段末端，使導(dǎo)熱管全部區(qū)段均達(dá)到蒸氣連續(xù)流狀態(tài)，這表示熱管已進(jìn)入工作狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移和熱量的持續(xù)傳遞，導(dǎo)熱管進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)；

在導(dǎo)熱管的放熱段，通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射對(duì)蒸汽裝置中的水和/或水汽進(jìn)行加熱，并生成水蒸氣，同時(shí)工質(zhì)蒸汽由于放熱而發(fā)生冷凝，再次被吸液芯所吸附；

水蒸氣的產(chǎn)生流程可參考如下：水管中的水在吸收了導(dǎo)熱管所釋放出的熱量后，會(huì)逐步生成水汽，水汽升騰進(jìn)入汽管中，并在汽管中進(jìn)一步通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射吸收導(dǎo)熱管釋放出的熱量，并進(jìn)一步生成水蒸氣，生成的水蒸氣進(jìn)一步沿汽管進(jìn)入汽包中收集。

進(jìn)一步的，可以將汽包中收集的水蒸氣用于低壓蒸汽發(fā)電，或者可以將收集的水蒸氣加壓后，用于高壓蒸汽發(fā)電。

實(shí)施例1

請(qǐng)參考圖1、圖2以及圖3，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種焦化廠荒煤氣余熱回收裝置包括導(dǎo)熱裝置1以及蒸汽裝置2；

其中，導(dǎo)熱裝置1包括導(dǎo)熱管101、導(dǎo)熱管102、導(dǎo)熱管103、導(dǎo)熱管104，以及導(dǎo)熱管105等多根平行設(shè)置的導(dǎo)熱管；

蒸汽裝置2包括水管201、汽管202和汽包203；

其中，導(dǎo)熱管101為螺旋結(jié)構(gòu)，并與汽管202相連接。

進(jìn)一步的，導(dǎo)熱管101為中空結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步包括管壁和吸液芯，吸收芯中設(shè)置有作為傳熱工質(zhì)的金屬鈉。

請(qǐng)參考圖4以及圖5，本發(fā)明焦化廠荒煤氣余熱回收裝置中，蒸汽裝置2與上升管3間隔設(shè)置，二者通過(guò)由多根如導(dǎo)熱管101所示的導(dǎo)熱管平行設(shè)置所組成的導(dǎo)熱裝置1相連接；

其中，導(dǎo)熱管101的受熱段設(shè)置于上升管3的內(nèi)壁，并在上升管3中吸收熱量，并在導(dǎo)熱管101的放熱段將熱量釋放，并對(duì)蒸汽裝置2中的水/水汽進(jìn)行加熱生成水蒸氣，(類(lèi)似的，導(dǎo)熱管102等導(dǎo)熱管的受熱段也設(shè)置于相鄰的上升管的內(nèi)壁，并從對(duì)應(yīng)的上升管中吸收熱量，然后在導(dǎo)熱管的放熱段釋放熱量，并對(duì)蒸汽裝置2中的水/水汽進(jìn)行加熱生成水蒸氣)實(shí)現(xiàn)對(duì)荒煤氣余熱回收。

實(shí)施例2

請(qǐng)參考圖1、圖2、圖3、圖4以及圖5，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種焦化廠荒煤氣余熱回收方法包括如下步驟：

將荒煤氣由上升管3的下部引入，導(dǎo)熱管101的受熱段在上升管3中吸熱，導(dǎo)熱管101中的金屬鈉工質(zhì)逐漸熔化，并在導(dǎo)熱管101中心的蒸汽通道區(qū)域形成鈉蒸汽，隨著蒸發(fā)的不斷進(jìn)行，蒸氣在蒸發(fā)段中心區(qū)域的積聚達(dá)到一定量后，就逐步建立起蒸氣的連續(xù)流；吸液芯中的工質(zhì)全部熔化，后蒸氣連續(xù)流擴(kuò)散到導(dǎo)熱管101的放熱段的末端，使導(dǎo)熱管101全部區(qū)段均達(dá)到蒸氣連續(xù)流狀態(tài)，導(dǎo)熱管101進(jìn)入工作狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移和熱量的持續(xù)傳遞，導(dǎo)熱管101進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)；

水管201中的水在吸收了導(dǎo)熱管101在放熱段所釋放出的熱量后，會(huì)逐步生成水汽，水汽升騰進(jìn)入汽管202中，并在汽管202中進(jìn)一步通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射吸收導(dǎo)熱管101釋放出的熱量，進(jìn)一步生成水蒸氣，生成的水蒸氣進(jìn)一步沿汽管202進(jìn)入汽包203中收集；

多個(gè)汽包中所收集的水蒸氣進(jìn)一步進(jìn)入上級(jí)汽包204中集中收集；

上級(jí)汽包204中的水蒸氣可以進(jìn)一步用于低壓蒸汽發(fā)電，或者可以將收集的水蒸氣加壓后，用于高壓蒸汽發(fā)電。

本發(fā)明中，通過(guò)將蒸汽裝置與上升管間隔設(shè)置，僅通過(guò)導(dǎo)熱裝置將熱量由上升管傳遞至蒸汽裝置中，從而使得二者間僅有熱量的傳輸，而不會(huì)進(jìn)行壓力傳輸，避免了蒸汽壓力對(duì)于上升管結(jié)構(gòu)或者煉焦整體流程的影響。進(jìn)一步的，本發(fā)明方法在實(shí)現(xiàn)對(duì)于荒煤氣余熱有效利用的同時(shí)，還不存在任何的安全隱患，是一種能夠安全、有效利用荒煤氣余熱的新方法，對(duì)于節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)而言有著重要的實(shí)際意義。

盡管已用具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。