專利名稱：一種焦爐荒煤氣余熱回收利用方法及專用換熱式上升管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種焦爐荒煤氣余熱回收利用方法及專用換熱式上升管，屬于焦爐荒煤氣余熱回收利用技術領域。
背景技術：
就熱能利用而言，自英國工業(yè)革命數(shù)百年來，在工業(yè)領域積累了豐富的背景技術。 然而，這些背景技術自焦炭企業(yè)使用碳化室法燒制焦炭以來，上升管內高溫焦爐荒煤氣的余熱就一直未能有效利用，只能用循環(huán)氨水降溫把熱量白白浪費。例如，與荒煤氣換熱、采用水夾套法等，都沒有成功。近些年來，采用熱管技術和導熱油技術都不能長周期穩(wěn)定運行，主要問題是這些背景技術都沒有克服過焦爐煤氣換熱的困難，出現(xiàn)換熱面粘結焦油， 絮狀物堵塞，換熱面漏水影響焦炭生產；或是當換熱系統(tǒng)其它部分故障停止工作時，碳化室法，一爐焦沒有生產完，是不能在中途短時間內停爐的，所以出現(xiàn)熱管爆管，導熱油過熱結焦等問題。這些現(xiàn)狀在2010年9月14日《中國冶金報》中所刊登的一篇由豐恒夫撰寫的 “煉焦荒煤氣余熱回收任重道遠”文章中作了詳細的說明，該文共包括三部分的內容一是煉焦荒煤氣余熱利用的必要性；二是我國煉焦荒煤氣余熱利用進程；三是加快煉焦荒煤氣余熱回收技術的研發(fā)。在本部分強調了“其二是選擇穩(wěn)定、可靠、高效導熱材質。煉焦高溫荒煤氣熱量的回收，需要良好的導熱材質將熱量快速導出，然后提供給水、導熱油或其他換熱介質。荒煤氣在上升管內筒以較快速度通過，要求整個熱傳導過程必須快速，且能最大限度回收荒煤氣余熱。材質的導熱系數(shù)必須大于鋼鐵的導熱率(80瓦/米)且不發(fā)生物理、化學質變，對鋼鐵無腐蝕。從”對鋼鐵無腐蝕“的角度判斷，其所稱需要的高效導熱材質指的是導熱介質。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種焦爐荒煤氣余熱回收利用方法及專用換熱式上升管，使換熱面不腐蝕、粘結焦油或絮狀物堵塞，而在換熱系統(tǒng)其它部分停止工作時，上升管內的換熱器件完好無損，其它部分隨時投入工作，上升管內換熱器件可隨時啟動工作，解決背景技術中存在的上述問題。本發(fā)明的技術方案是一種焦爐荒煤氣余熱回收利用方法，采用氣體作為換熱介質，需要加熱的氣體直接或經循環(huán)機加壓后，進入上升管內的換熱器；在上升管內的換熱器中，氣體被荒煤氣加熱，荒煤氣被氣體冷卻后流出上升管；被加熱的氣體從上升管內換熱器流出后，進入下一工序或進入余熱利用換熱器，放出熱能后進入循環(huán)機加壓后，又進入下一次循環(huán)，如此循環(huán)往復，焦爐上升管內煤氣熱能不斷的由氣體從上升管中帶出，被余熱利用換熱器進行利用。鑒于循環(huán)機的工作溫度要求，被加熱的氣體進入余熱利用換熱器，放出熱能后，先進入冷卻器冷卻至循環(huán)機工作溫度后，再進入循環(huán)機加壓；如果此時作為換熱介質的氣體溫度過低，進入上升管后遇到高溫煤氣，容易產生冷凝堵塞，通過加熱器對循環(huán)機加壓后的氣體進行加熱，把氣體加熱到120-250°C。對氣體先冷卻、再加熱，冷卻是為了適應循環(huán)機工作溫度的要求，再加熱是為了防止產生冷凝堵塞；如果循環(huán)機能夠在高溫環(huán)境下長期工作，則不需對氣體先冷卻、再加熱， 被加熱的氣體進入余熱利用換熱器放熱后，只要氣體溫度在120-250°C之間，就可以通過循環(huán)機加壓后直接進入上升管內的換熱器，這樣的節(jié)能效果最佳。如果進入上升管內的氣體是一種需要加熱的工藝氣體，只要其在工作溫度壓力下，化學性質穩(wěn)定可靠不破壞傳熱面，進入上升管前自身的溫度在120°C -250°C之間無需加熱，可直接換熱。換熱后，進入下一道工序，如果其溫度低于120°C -250°C，則需安排加熱器加熱到此溫度范圍以防止傳熱面凝結焦油或絮狀物堵塞等。所說的氣體換熱介質，包括氬氣Ar、二氧化碳CO 2、氮氣N2等或者是它們的混合物，這些氣體在工業(yè)中易廉價獲得，且高溫下不與換熱面產生氧化、腐蝕等化學變化，在工作狀態(tài)下下是氣體的介質，也可以是在高溫下與換熱面反應較慢的氣體如水蒸氣等。焦爐一般都有上百支上升管，如果同時回收利用上升管內煤氣的熱能時，可以采用如下方式
其一，并聯(lián)方式，多只上升管，每個上升管內換熱器并聯(lián)布置，用一個循環(huán)機，把氣體加壓后進入給氣總管，給氣總管連接每個給氣支管，每個給氣支管分配的氣體進入到所連接的上升管內換熱器中，換熱后氣體進入回氣總管，通過回氣總管進入到余熱回收換熱器，回收余熱后再進入循環(huán)機加壓，如此循環(huán)往復回收熱量；因為每支上升管內煤氣都有穩(wěn)定的流量和溫度，把這些熱量回收利用也需要相匹配的氣體量進入上升管換熱器內，所以要求循環(huán)機、余熱回收換熱器等設備容量足夠大，其氣體流量相對于單只上升管的氣體流量而言，是全部單支上升管進氣量的總和。其二串聯(lián)方式，多只上升管，每個上升管內換熱器串聯(lián)布置，換熱氣體經循環(huán)機加壓后進入第一支上升管內換熱，出來后進入第一支余熱利用換熱器換熱，氣體降溫后不返回循環(huán)機，直接進入第二支上升管內換熱，依次進行；要求被加熱的氣體進入余熱利用換熱器放熱后，氣體溫度在120-250°C之間，直接進入下一循環(huán)，這樣串聯(lián)安排產生了節(jié)能的意外效果，并且，不需要循環(huán)機具有較大容量。并聯(lián)方式時，如果循環(huán)機不能適應高溫環(huán)境工作，出余熱利用換熱器的氣體都需要冷卻后才能進入循環(huán)機加壓，每支進入上升管內換熱器的氣體都是被加熱的，并且循環(huán)機氣量循環(huán)大，能耗高，因此串聯(lián)方式帶來了意想不到的節(jié)能效果，節(jié)能和節(jié)省設備投資。如果是不經循環(huán)機循環(huán)使用只需加熱的前已述及的工藝氣體，則串聯(lián)、并聯(lián)均可， 依實際情況選用，節(jié)能效果相近。一種焦爐荒煤氣余熱回收利用的專用換熱式上升管，包含氣體進口、上升管殼體、 氣體換熱通道、氣體出口，上升管殼體內設有氣體換熱通道，氣體換熱通道的氣體進口和氣體出口設置在上升管殼體上。所說的上升管殼體包含上法蘭、上升管外殼、下法蘭，上法蘭、下法蘭分別設置在上升管外殼的上下兩端，構成上升管殼體，氣體換熱通道的氣體進口和氣體出口設置在上升管外殼上。上升管殼體部分屬于公知部分，與整體裝備安裝的法蘭是部分符合安裝要求。上升管外殼內設有保溫層。所說的氣體換熱通道的換熱表面與上升管內的煤氣接觸，氣體換熱通道與上升管殼體內是兩個相互獨立、封閉的空間。所說的氣體進口和氣體出口流動的氣體，包括氬氣Ar、二氧化碳CO 2、水蒸氣H20、 氮氣N2或者是它們的混合物，這些氣體在工業(yè)中易廉價獲得，且高溫下不與換熱面產生氧化、腐蝕等化學或者物理性變化，在傳熱狀態(tài)下是穩(wěn)定氣體的介質。本發(fā)明的積極效果是本發(fā)明克服了要采用高效導熱材質的技術偏見，采用不良導體氣體為導熱材質，使換熱面不腐蝕、粘結焦油或絮狀物堵塞，而在換熱系統(tǒng)其它部分停止工作時，上升管內的換熱器件完好無損，其它部分隨時投入工作，上升管內換熱器件可隨時啟動工作，具有節(jié)能效果突出、能長周期穩(wěn)定運行、操作靈活、維護修理簡便的特點，解決了本領域長期希望解決的技術問題。


附圖1是本發(fā)明實施例的工藝流程示意圖； 附圖2是本發(fā)明換熱式上升管結構示意圖中上法蘭1、氣體進口 2、上升管外殼3、保溫層4、氣體換熱通道5、氣體出口 6、下法蘭7、換熱表面8。
具體實施例方式以下結合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。本實施例中，一種焦爐荒煤氣余熱回收利用方法，采用氣體作為換熱介質，經循環(huán)機加壓后，通過氣體出口進入上升管內的換熱器；在上升管內的換熱器中，氣體被高溫煤氣加熱，煤氣被氣體冷卻后流出上升管；被加熱的氣體從上升管內換熱器流出后，進入余熱利用換熱器，放出熱能后進入循環(huán)機加壓后，又進入下一次循環(huán)，如此循環(huán)往復，焦爐上升管內煤氣熱能不斷的由氣體從上升管中帶出，被余熱利用換熱器進行利用。鑒于循環(huán)機的工作溫度要求，被加熱的氣體進入余熱利用換熱器，放出熱能后，先進入冷卻器冷卻至循環(huán)機工作溫度后，再進入循環(huán)機加壓；如果此時作為換熱介質的氣體溫度過低，進入上升管后遇到高溫煤氣，容易產生冷凝堵塞，應該先通過加熱器對冷卻加壓后的氣體進行加熱，氣體加熱的溫度范圍是120-250°C。本發(fā)明的一些問題說明
①傳熱介質的選擇。傳統(tǒng)換熱介質除了生產工藝需要的以外，人們在余熱利用時，首
選水，因其比熱大，傳熱系數(shù)高。其次選熱容大的高效導熱介質，然而本發(fā)明克服技術偏見， 選擇了熱的不良導體氬氣Ar、二氧化碳CO 2、氮氣N2等或者是其混合物，這些氣體除了在工業(yè)中易廉價獲得且高溫下不與換熱面產生氧化、腐蝕等化學變化，在工作狀態(tài)下產生了傳熱面不腐蝕、結焦油或絮狀物堵塞的效果。@換熱器的選擇。就氣體加熱器、冷卻器和余熱利用換熱器而言，可采用現(xiàn)有技
術，主要是上升管內的換熱器，因為它要在上升管內工作，又不能干擾上升管原有工作影響焦炭生產。因此需要解決一些問題一是焦爐煤氣中可液化部分焦油的粘附和焦爐煤氣中固態(tài)絮狀物的堵塞。此問題的解決主要采用氣體介質進行換熱，在上升管前設氣體加熱器或使余熱利用換熱器出口溫度接近氣體加熱器出口溫度的系統(tǒng)方案。二是克服高溫焦爐煤氣的腐蝕和沖刷。采用抗高溫耐腐蝕的低合金。串聯(lián)與并聯(lián)的節(jié)能效果，循環(huán)機前設冷卻器，使氣體降溫，保證循環(huán)機正常工作， 循環(huán)機后設加熱器，避免傳熱面粘結焦油和絮狀物堵塞。余熱利用換熱器，隨熱能利用方法有別屬公知技術，一般從熱能品味的需求到傳熱的效率和經濟性上考慮都能合理的使其循環(huán)氣體出口溫度等于或者接近加熱器的出口溫度。在進入下一個上升管換熱器前就不用安排加熱器。氣體進入加熱器需要熱源，氣體進入冷卻器需要冷源，可否把需要加熱的循環(huán)氣體做冷卻器的冷源，而把需要冷卻的循環(huán)氣體做加熱器的熱源呢？定性結論是肯定的可以，定量結論是只能有部分換熱，熱源溫度不夠，因循環(huán)氣量相同，余熱利用換熱器的出口溫度是等于或者接近加熱器出口溫度的。舉例說明^^??！^^^！的水不能把^^?。。』?。！^々 水加熱到100°C。所以必須補充熱源和冷源。串聯(lián)和并聯(lián)都只需要一個加熱器和一個冷卻器，串聯(lián)時循環(huán)氣量僅等于一支上升管換熱器內的氣體量，而并聯(lián)循環(huán)氣量是所有上升管內換熱氣量的總和，故需要補充的熱量和冷量要多于串聯(lián)，所以串聯(lián)的節(jié)能效果更突出。參照附圖2，一種焦爐荒煤氣余熱回收利用的專用換熱式上升管，包含上法蘭1、 氣體進口 2、上升管外殼3、保溫層4、氣體換熱通道5、氣體出口 6、下法蘭7，上法蘭、下法蘭分別設置在上升管外殼的上下兩端，構成上升管殼體，上升管外殼內設有保溫層，其特別之處是上升管殼體內設有氣體換熱通道，氣體換熱通道的氣體進口和氣體出口設置在上升管外殼上。所說的氣體換熱通道的換熱表面8與上升管內的煤氣接觸，氣體換熱通道與上升管殼體內是兩個相互獨立、封閉的空間。高溫焦爐荒煤氣由下法蘭7進入上升管與氣體換熱通道5內的氣體間接換熱，之后由上法蘭1出，氣體換熱介質由進口 2進入氣體換熱通道5，被加熱后，由氣體出口 6出。
權利要求
1.一種焦爐荒煤氣余熱回收利用方法，其特征在于采用氣體作為換熱介質，需要加熱的氣體直接或經循環(huán)機加壓后，進入上升管內的換熱器；在上升管內的換熱器中，氣體被荒煤氣加熱，荒煤氣被氣體冷卻后流出上升管；被加熱的氣體從上升管內換熱器流出后，進入下一工序或進入余熱利用換熱器，放出熱能后進入循環(huán)機加壓后，又進入下一次循環(huán)，如此循環(huán)往復，焦爐上升管內煤氣熱能不斷的由氣體從上升管中帶出，被余熱利用換熱器進行利用。
2.根據(jù)權利要求1所述之焦爐荒煤氣余熱回收利用方法，其特征是鑒于循環(huán)機的工作溫度要求，被加熱的氣體進入余熱利用換熱器，放出熱能后，先進入冷卻器冷卻至循環(huán)機工作溫度后，再進入循環(huán)機加壓，然后通過加熱器對循環(huán)機加壓后的氣體進行加熱，把氣體加熱到 120-250°C。
3.根據(jù)權利要求1所述之焦爐荒煤氣余熱回收利用方法，其特征是如果進入上升管內的氣體是一種需要加熱的工藝氣體，只要其在工作溫度壓力下，化學性質穩(wěn)定可靠，不破壞傳熱面，進入上升管前自身的溫度在120°C -250°C之間無需加熱，可直接換熱，換熱后， 進入下一道工序，如果其溫度低于120°C -250°C，則需安排加熱器加熱到此溫度范圍，以防止傳熱面凝結焦油或絮狀物堵塞。
4.根據(jù)權利要求1、2、3所述之焦爐荒煤氣余熱回收利用方法，其特征在于所說的氣體換熱介質，包括氬氣Ar、二氧化碳CO 2、氮氣N2或者是它們的混合物。
5.根據(jù)權利要求1、2、3所述之焦爐荒煤氣余熱回收利用方法，其特征在于多只上升管，每個上升管內換熱器并聯(lián)布置，用一個循環(huán)機，把氣體加壓后進入給氣總管，給氣總管連接每個給氣支管，每個給氣支管分配的氣體進入到所連接的上升管內換熱器中，換熱后氣體進入回氣總管，通過回氣總管進入到余熱回收換熱器，回收余熱后再進入循環(huán)機加壓， 如此循環(huán)往復回收熱量；因為每支上升管內煤氣都有穩(wěn)定的流量和溫度，把這些熱量回收利用也需要相匹配的氣體量進入上升管換熱器內，所以要求循環(huán)機、余熱回收換熱器等設備容量足夠大，其氣體流量相對于單只上升管的氣體流量而言，是全部單支上升管進氣量的總和。
6.根據(jù)權利要求1、2、3所述之焦爐荒煤氣余熱回收利用方法，其特征在于多只上升管，每個上升管內換熱器串聯(lián)布置，換熱氣體經循環(huán)機加壓后進入第一支上升管內換熱，出來后進入第一支余熱利用換熱器換熱，氣體降溫后不返回循環(huán)機，直接進入第二支上升管內換熱，依次進行；要求被加熱的氣體進入余熱利用換熱器放熱后，氣體溫度在120-250°C 之間，直接進入下一循環(huán)，這樣串聯(lián)安排產生了節(jié)能的意外效果，并且，不需要循環(huán)機具有較大容量。
7.一種焦爐荒煤氣余熱回收利用的專用換熱式上升管，其特征在于包含氣體進口 (2)、上升管殼體、氣體換熱通道(5)、氣體出口(6)，上升管殼體內設有氣體換熱通道，氣體換熱通道的氣體進口和氣體出口設置在上升管殼體上。
8.根據(jù)權利要求7所述之焦爐荒煤氣余熱回收利用的專用換熱式上升管，其特征在于所說的上升管殼體包含上法蘭(1)、上升管外殼(3)、下法蘭(7)，上法蘭、下法蘭分別設置在上升管外殼的上下兩端，構成上升管殼體，氣體換熱通道的氣體進口和氣體出口設置在上升管外殼上。
9.根據(jù)權利要求7或8所述之焦爐荒煤氣余熱回收利用的專用換熱式上升管，其特征在于上升管外殼內設有保溫層(4 )。
10.根據(jù)權利要求1或2所述之焦爐荒煤氣余熱回收利用的專用換熱式上升管，其特征在于所說的氣體換熱通道(5)的換熱表面(8)與上升管內的煤氣接觸，氣體換熱通道與上升管殼體內是兩個相互獨立、封閉的空間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種焦爐荒煤氣余熱回收利用方法及專用換熱式上升管，屬于焦爐熱能回收利用技術領域。技術方案是采用氣體作為換熱介質，經循環(huán)機加壓后，通過氣體出口進入上升管內的換熱器；在上升管內的換熱器中，氣體被高溫煤氣加熱，煤氣被氣體冷卻后流出上升管；被加熱的氣體從上升管內換熱器流出后，進入余熱利用換熱器，放出熱能后進入循環(huán)機加壓后，又進入下一次循環(huán)，如此循環(huán)往復，焦爐上升管內煤氣熱能不斷的由氣體從上升管中帶出，被余熱利用換熱器進行利用。本發(fā)明使換熱面不產生粘結焦油或絮狀物堵塞，而在換熱系統(tǒng)其它部分停止工作時，上升管內的換熱器件完好無損，其它部分隨時投入工作，上升管內換熱器件可隨時啟動工作，解決了本領域長期希望解決的技術問題。
文檔編號C10B27/00GK102329627SQ20111025610
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權日2011年9月1日
發(fā)明者何宗旭, 馮引軍, 王占華, 董久明 申請人:唐山市天元化工設備有限公司