焦化厂荒煤气余热回收装置及焦化厂荒煤气余热回收方法与流程

本发明涉及冶金过程二次回收利用领域，具体而言，涉及焦化厂荒煤气余热回收装置及焦化厂荒煤气余热回收方法。

背景技术：

荒煤气是煤炼焦过程中所产生的气体，伴随着炼焦的进行，荒煤气从碳化室经上升管流出，温度可以高达650～850℃，这部分热量能够占到焦炉总热量的约36％。荒煤气的余热回收对于节能减排具有重大的意义，既是焦化厂提高资源利用率的有效途径，也是改善环境、绿色生产的需要。

目前，对于焦化厂荒煤气余热回收的研究，现有的方法主要是在焦炉上升管部分进行热交换。例如：在上升管外壁上焊接以环形夹套，在夹套下部通入软水，夹套内的水域热荒煤气换热，煤气温度降至450～500℃，水吸热后可产生0.4～0.7mpa低压饱和蒸汽，这种上升管汽化冷却的方法具有投资少，且运行成本低等优点，而且已经能够用于工业生产中。同时，还有现有技术采用导热油夹套技术，即将如前所述方法中的介质替换为导热油，并将导热油循环使用，被加热的导热油可以用于蒸氨、煤焦油蒸馏、入炉煤干燥等。

然而，现有的余热回收方法还存在一些难以克服的技术问题，例如，由于荒煤气温度较高，因而换热介质温度较高，并且会产生一定的压力，由于上升管与碳化室相连通，当换热器无法承受换热介质的压力时，就会造成换热介质的泄露，泄露的换热介质容易进入碳化室中；如果换热介质压力过大，则可能导致上升管内壁发生破裂，换热介质则会由上升管进入碳化室中，直接影响炼焦工艺，严重时还会造成生产事故。同时，现有的方法中只能通过换热产生低压蒸汽(p≤2.5mpa，t≤400℃)，而这种低压蒸汽在实际工业生产中需求量较小，能够应用的场合也有限。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种焦化厂荒煤气余热回收装置，所述装置中，通过使用导热管将上升管中的热量传递至设置于一定距离外的蒸汽装置中，从而可以避免导热过程中上升管处产生过大的压力，具有结构简单且运行安全等优点。

本发明的第二目的在于提供一种焦化厂荒煤气余热回收方法，本发明方法中，采用本发明所述装置对余热进行回收利用，具有方法简便安全等优点。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种焦化厂荒煤气余热回收装置，所述装置包括导热装置和蒸汽装置；

其中，所述导热装置分别与上升管和蒸汽装置相连接，并将荒煤气余热由上升管传导至设置于一定距离之外的蒸汽装置中。

可选的，本发明中，所述导热装置包括多根并列设置的导热管；其中，所述导热管的受热段设置于上升管内壁；所述导热管的放热段与蒸汽装置相连接，并通过放热对蒸汽装置中的水和/或水汽加热，产生水蒸气。

可选的，本发明中，所述导热管包括管壁和吸液芯；其中，吸液芯内设置有传热工质。

可选的，本发明中，所述传热工质为金属。

可选的，本发明中，所述传热工质为钠、钾，或者钠钾合金。

可选的，本发明中，所述蒸汽装置包括水管、汽管和汽包；其中，所述汽管分别与水管和汽包相连接。

同时，本发明还提供了一种焦化厂荒煤气余热回收方法，所述方法中使用本发明所述装置对荒煤气余热进行回收。

可选的，本发明中，所述方法包括如下步骤：将荒煤气由上升管下部引入，导热管的受热段在上升管中吸热后，导热管内的传热工质蒸发为蒸汽，上升至导热管的放热段，并将热量传递至蒸汽装置中的水和/或水汽，生成蒸气。

可选的，本发明中，生成的蒸气经汽管进入汽包中收集。

可选的，本发明中，本发明所述方法还进一步包括将汽包中收集的蒸汽用于蒸汽发电的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明中，利用导热管进行荒煤气余热的传导；导热管一端直接接触上升管，从上升管取热，将热量传导到一定距离之外另一端所连接的蒸汽装置中，生成蒸汽，同时，还可以根据不同需要自由调节所生成的蒸汽的压力；

(2)本发明中，导热装置将上升管中荒煤气的热量传输一定距离后再进行处理，从而不需要在每个上升管中都设立压力夹道，避免了若压力夹道破裂导热液体会灌入焦炉的风险，结构简单而安全，成本低廉；

(3)本发明中，生成蒸汽的蒸汽装置和上升管之间通过导热固体相连，蒸汽装置和上升管两者之间不会进行压力传输，从而可以通过蒸汽装置自由调节所生成蒸汽的压力而不会对上升管产生任何影响；而传统余热回收装置中，在每个上升管中都设立压力夹道的方案只能生成低压蒸汽，不仅成本非常巨大，而且焦化厂中上升管众多，若每个上升管都是压力夹道，将存在大量安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明装置内部结构图正视图；

图2为本发明装置内部结构图侧视图；

图3为本发明装置内部结构图俯视图；

图4为本发明装置平面布局图正视图；

图5为本发明装置平面布局图侧视图；

其中，图1中，1-导热装置，101-导热管，102-导热管，103-导热管，104-导热管，105-导热管；2-蒸汽装置，201-水管，202-汽管，203-汽包；

图2中，101-导热管，202-汽管，203-汽包；

图3中，101-导热管，203-汽包；

图4中，202-汽管，203-汽包，204-上级汽包，3-上升管；

图5中，101-导热管，202-汽管，203-汽包，204-上级汽包，3-上升管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

有鉴于现有技术荒煤气余热回收装置在结构设计以及使用中所存在的安全隐患问题，本发明中特将蒸汽装置与上升管结构进行间隔设置，并通过导热装置将上升管中的热量直接传导至蒸汽装置中，从而能够有效避免由于蒸汽装置与上升管直接接触所存在的安全问题。本发明中装置结构可具体参考如下：

与焦炉连接的上升管通过导热装置与设置于一定距离之外的蒸汽装置相连接，导热装置在上升管中吸收荒煤气余热的热量，然后将其传导至蒸汽装置中，在蒸汽装置中的水和/或水汽被传导过来的热量加热，然后生成蒸汽，所产生的蒸汽可以进一步用于蒸汽发电，从而实现对于荒煤气余热的有效吸收和利用；

在本发明一个优选的方案中，上升管与蒸汽装置的间距可以根据焦炉间的实际间距进行调整；

在本发明一个优选的方案中，所述导热装置由多根并列设置的导热管组成；进一步的，根据所处位置的不同，可以将导热管分为三段，即设置于上升管内壁的受热段、与蒸汽装置连接的放热段，以及受热段和放热段之间的传输段；

进一步优选的，所述导热管为螺旋结构，导热管的受热段与上升管内壁直接接触，并通过上升管的传热以及荒煤气余热的热辐射吸收热量；

在本发明优选的一个方案中，所述导热管包括管壁和吸液芯，吸液芯中设置有传热工质；进一步的，所述导热管为中空结构，且在工作过程中处于真空状态，传热工质吸收热量后，蒸发为气态并逐步形成蒸气，蒸气通过导热管的传送段扩撒至放热段，并在放热段对蒸汽装置进行加热，产生水蒸气；

在本发明一个优选的方案中，所述传热工质为金属；更优选的，所述传热工质为钠、钾，或者钠钾合金；

在本发明一个优选的方案中，所述蒸汽装置包括水管、汽管和汽包；其中，汽管的两端分别与水管和汽包相连接；

进一步优选的，所述导热管的放热段与汽管相连接，所述导热管的放热段以螺旋结构穿过汽管上所设置的通孔，通孔的面积与导热管截面面积相当，同时，导热管与汽管的连接处需要密封，避免蒸汽泄漏产生危险；更进一步优选的，所述导热管的外径小于汽管的内径，进而使得导热管能够完全通过汽管的内部，同时还不会阻碍蒸汽上升至汽包中；

在本发明进一步的方案中，还可以包括蒸汽发电装置，可以将汽包中收集的水蒸气用于低压蒸汽发电，或者可以将收集的水蒸气加压后，用于高压蒸汽发电。

本发明所提供的焦化厂荒煤气余热回收方法的步骤可参考如下：将荒煤气由上升管下部引入，导热管的受热段在上升管中吸热后，导热管内的传热工质蒸发为蒸气；

其中，导热管的启动包含了许多传热模式的耦合：传导、对流和辐射；传热过程主要包括：管壁和吸液芯的热传导、工质在吸液芯中的熔化、汽液界面的蒸发与凝结、多孔吸液芯中液体的流动以及管中心区可压缩蒸汽的流动等。高温热管的正常启动受各种传热极限的影响，如声速极限、携带极限以及粘性极限对热管的启动都重要影响；

优选的，装载有金属工质(钠、钾或钠钾合金)的热管自凝固状态启动的过程可以被分为五个阶段：

(1)第一阶段：吸附液态金属工质的热管毛细吸液芯处于最初始的凝固状态，导热管中心的蒸汽通道区域处于真空状态；

(2)第二阶段：当对导热管蒸发段(即导热管受热段)开始加热后，热量以导热方式经管壁传入，吸液芯中的工质开始熔化，但液固界面未达到吸液芯气侧边界，蒸发段没有蒸发现象发生，导热管中心蒸汽区域仍处于真空状态；

(3)第三阶段：导热管蒸发段吸液芯中的工质全部熔化，蒸发开始在汽液界面发生，但蒸气压力很低，蒸发流仍处于自由分子运动状态，同时，在绝热段和冷凝段(即导热管放热段)的吸液芯中，部分工质仍处凝固状态；

(4)第四阶段：随着蒸发的不断进行，蒸气在蒸发段中心区域的积聚达到一定量后，该处的蒸气连续流就逐步建立起来，但在导热管放热段(即蒸气冷凝段)末端附近，蒸气仍处于稀薄的自由分子状态；

(5)第五阶段：吸液芯中的工质全部熔化，蒸气连续流扩散到冷凝段末端，使导热管全部区段均达到蒸气连续流状态，这表示热管已进入工作状态，随着时间的推移和热量的持续传递，导热管进入稳定工作状态；

在导热管的放热段，通过热传导和热辐射对蒸汽装置中的水和/或水汽进行加热，并生成水蒸气，同时工质蒸汽由于放热而发生冷凝，再次被吸液芯所吸附；

水蒸气的产生流程可参考如下：水管中的水在吸收了导热管所释放出的热量后，会逐步生成水汽，水汽升腾进入汽管中，并在汽管中进一步通过热传导和热辐射吸收导热管释放出的热量，并进一步生成水蒸气，生成的水蒸气进一步沿汽管进入汽包中收集。

进一步的，可以将汽包中收集的水蒸气用于低压蒸汽发电，或者可以将收集的水蒸气加压后，用于高压蒸汽发电。

实施例1

请参考图1、图2以及图3，本发明实施例所提供的一种焦化厂荒煤气余热回收装置包括导热装置1以及蒸汽装置2；

其中，导热装置1包括导热管101、导热管102、导热管103、导热管104，以及导热管105等多根平行设置的导热管；

蒸汽装置2包括水管201、汽管202和汽包203；

其中，导热管101为螺旋结构，并与汽管202相连接。

进一步的，导热管101为中空结构，并进一步包括管壁和吸液芯，吸收芯中设置有作为传热工质的金属钠。

请参考图4以及图5，本发明焦化厂荒煤气余热回收装置中，蒸汽装置2与上升管3间隔设置，二者通过由多根如导热管101所示的导热管平行设置所组成的导热装置1相连接；

其中，导热管101的受热段设置于上升管3的内壁，并在上升管3中吸收热量，并在导热管101的放热段将热量释放，并对蒸汽装置2中的水/水汽进行加热生成水蒸气，(类似的，导热管102等导热管的受热段也设置于相邻的上升管的内壁，并从对应的上升管中吸收热量，然后在导热管的放热段释放热量，并对蒸汽装置2中的水/水汽进行加热生成水蒸气)实现对荒煤气余热回收。

实施例2

请参考图1、图2、图3、图4以及图5，本发明实施例所提供的一种焦化厂荒煤气余热回收方法包括如下步骤：

将荒煤气由上升管3的下部引入，导热管101的受热段在上升管3中吸热，导热管101中的金属钠工质逐渐熔化，并在导热管101中心的蒸汽通道区域形成钠蒸汽，随着蒸发的不断进行，蒸气在蒸发段中心区域的积聚达到一定量后，就逐步建立起蒸气的连续流；吸液芯中的工质全部熔化，后蒸气连续流扩散到导热管101的放热段的末端，使导热管101全部区段均达到蒸气连续流状态，导热管101进入工作状态，随着时间的推移和热量的持续传递，导热管101进入稳定工作状态；

水管201中的水在吸收了导热管101在放热段所释放出的热量后，会逐步生成水汽，水汽升腾进入汽管202中，并在汽管202中进一步通过热传导和热辐射吸收导热管101释放出的热量，进一步生成水蒸气，生成的水蒸气进一步沿汽管202进入汽包203中收集；

多个汽包中所收集的水蒸气进一步进入上级汽包204中集中收集；

上级汽包204中的水蒸气可以进一步用于低压蒸汽发电，或者可以将收集的水蒸气加压后，用于高压蒸汽发电。

本发明中，通过将蒸汽装置与上升管间隔设置，仅通过导热装置将热量由上升管传递至蒸汽装置中，从而使得二者间仅有热量的传输，而不会进行压力传输，避免了蒸汽压力对于上升管结构或者炼焦整体流程的影响。进一步的，本发明方法在实现对于荒煤气余热有效利用的同时，还不存在任何的安全隐患，是一种能够安全、有效利用荒煤气余热的新方法，对于节能环保生产而言有着重要的实际意义。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。