焦炉上升管余热利用设备的制作方法

本发明涉及一种焦炉上升管余热利用设备。

背景技术：

焦炉是一种高效的能量转换装置，通过煤炭的高温干馏，将其转换为焦炭、焦炉煤气、煤焦油、粗苯等产品。但同时焦炉过程也是一种耗能极大的工序，占到炼焦总能耗的70～80％。因此，降低焦炉的能耗，回收余热是炼焦行业节能减排的重要方向。

在焦炉热平衡中，650℃-750℃的焦炉荒煤气带出热约占到36％，具有极高的回收利用价值。但由于荒煤气成分的复杂性，其余热回收工艺也是相对最难以实现的。传统工艺采用循环氨水加以喷淋降温以回收荒煤气，但大量的带出余热随着氨水的蒸发而被白白浪费。近些年来，逐渐开始研究有效的荒煤气余热回收技术，特别是采用上升管形式的换热器结构，大体上主要有以下几种形式。

1.导热油用于上升管回收荒煤气余热：导热油通过夹套管与高温荒煤气间接换热，高温导热油可用于蒸氨、蒸馏煤焦油、干燥入炉煤等。但存在的主要问题是：传热过程的结构设计不合理、循环不够通畅、荒煤气侧壁面焦油粘结导致通道堵塞、导热油侧结焦使得导热油通道堵塞等。

2.水夹套上升管汽化冷却回收余热：上升管由外筒和内筒组成水夹套，并相应设有进水口、出汽口和排污口，在水夹套与荒煤气换热的内壁衬耐火砖。但存在的主要问题是：荒煤气中的杂质在冷热交替环境下，在水夹套根部易产生结焦，影响换热器正常工作；水夹套受热应力和焊点等因素影响，使用时间久了会产生泄露，造成安全事故；特殊情况下停水后再送水时，内筒受应力易发生变形。

3.套筒设导流翅片的焦炉上升管余热回收装置：也是采用水作为冷却介质，包括外筒和内筒，外筒套在内筒上，内套筒外壁布置导热翅片，导热翅片将内外套筒和外套筒连接成一体，外套筒两端分别为进水口和出水口，进水口和出水口分别与换热器进水端和出水端连接相通。上升管上下端分别设有法兰连接装置。存在的主要问题是：内套筒外壁增加的导流翅片会使得流动阻力增大，影响工质流动性能，同时更易引起连接处的结垢，影响传热效果，降低传热效率。

综上所述，传统的上升管换热器结构存在大量结焦、漏水的问题而导致系统不能安全长久的运行，而新型的螺旋盘管式结构又过于复杂，且也未能避免采用内筒和夹套的换热形式，因此必须积极的开发一种新的上升管余热回收设备，以妥当的解决上述问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种高效回收荒煤气余热的焦炉上升管余热利用设备。

为达到上述目的，本发明焦炉上升管余热利用设备，包括上升管换热装置和汽水分离器，所述上升管换热装置包括由外向内依次设置的外壳、隔热保温层、耐火层和换热通道；

其中，所述换热通道包括螺旋设置的换热管道，相邻两圈换热管道之间相互紧贴，换热管道朝向换热通道圆心的一侧外壁设置有纳米不粘涂层；

所述外壳与所述炭化室和桥管密封连接，

所述换热管道的上端设置有汽水混合物出口，所述汽水混合物出口与伸出所述外壳并与所述外壳密封连接，所述换热管道下端设置有进水口，所述进水口伸出所述外壳并与所述外壳密封连接；

所述换热管道的汽水混合物出口与汽水分离器的上部连通，所述进水口与所述汽水分离器的下部连通，所述汽水分离器下部还设置有补水口，所述补水口与工业水管道连通。

进一步地，所述换热通道包括一根换热管道，相邻两圈所述换热管道之间密封连接。

进一步地，所述换热通道包括两根或两根以上的换热管道，相邻换热管道之间密封连接；

各所述换热管道的上端设置在同一高度，各所述换热管道的上端与上连通管道连通，所述上连通管道与所述汽水混合物出口连通，

各所述换热管道的下端设置在同一高度，各所述换热管道的下端与下连通管道连通，所述下连通管道与所述汽水混合物出口连通。

进一步地，所述上升管的两端设置有连接法兰，所述连接法兰包括环形的水平连接板和筒形的竖直连接板，所述竖直连接板的内径与所述换热通道的外径相等，所述水平连接板与所述壳体连接，所述水平连接板的内径与所述竖直连接板的内径相等，所述水平连接板与所述竖直连接板同轴连接在一起。

进一步地，所述外壳与所述水平连接板之间设置有若干加劲板，各所述加劲板沿壳体的周向均匀分布。

进一步地，所述换热通道外径与所述耐火层的内径相等，所述换热通道的换热管道与所述耐火层的内壁形成线接触。

进一步地，换热管道的下端连通有排污口，所述排污口伸出所述壳体。

本发明上升管余热利用设备直接采用外套筒和螺旋盘管的形式，高温荒煤气直接与螺旋盘管辐射换热，盘管内的水则直接吸收热量，较大的增加了换热效果，提高了余热回收的效率。

采用了纳米不粘材料涂层，可以极大的防止换热器内部因荒煤气降温而引起的表面结焦和腐蚀现象，并且具有很好的抗氧化、抗渗碳、抗渗氮性能。

采用螺旋盘管式结构，极大的增加了沿程长度，使得换热效果更好，提高了单位面积的利用率，降低了单位换热面积的结焦可能性。

本发明采用不粘纳米材料涂层防止换热面结焦，增加了余热回收效率，从而提高了副产蒸汽的品位，余热蒸汽利用途径得以拓宽。

采用了上述技术方案后，本焦炉上升管换热设备结构合理，既保证了换热效果，安全、高效、可靠的回收荒煤气的余热，又确保在恶劣工况下，焦炉和换热器的安全经济运行，同时解决了以往换热器在运行过程中的结焦和腐蚀问题。

附图说明

图1是本发明焦炉上升管余热利用设备的一种优选的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1-3所示，本实施例提供一种焦炉上升管余热利用设备，包括上升管换热装置和汽水分离器，所述上升管换热装置包括由外向内依次设置的外壳、隔热保温层、耐火层和换热通道2；

其中，所述换热通道2包括螺旋设置的换热管道，相邻两圈换热管道之间相互紧贴，换热管道朝向换热通道2圆心的一侧外壁设置有纳米不粘涂层；

所述换热通道2包括一根换热管道，相邻两圈所述换热管道之间密封连接；

所述外壳与所述炭化室和桥管密封连接，

所述换热管道的上端设置有汽水混合物出口3，所述汽水混合物出口3与伸出所述外壳并与所述外壳密封连接，所述换热管道下端设置有进水口4，所述进水口4伸出所述外壳并与所述外壳密封连接；

所述换热管道的汽水混合物出口3与汽水分离器的上部连通，所述进水口4与所述汽水分离器的下部连通，所述汽水分离器下部还设置有补水口，所述补水口与工业水管道连通。

此上升管换热器为无内套筒的换热器，其外侧筒体内部采用保温材料内衬形成耐火层和保温层，外部用普通碳钢密封，进而防止荒煤气泄漏，其内部螺旋盘管通过喷涂纳米不粘材料涂层防止盘管外壁结焦，螺旋盘管内部为汽水通道。高温焦炉荒煤气进入上升管内，在流动的过程中通过与螺旋盘管内的汽包给水直接换热，流出上升管进入桥管；汽包给水在螺旋盘管内与荒煤气换热产生汽水混合物，经汽水分离进入汽包后生产出蒸汽。

焦炉上升管换热器底部设置进水口4和排污口，顶部设置汽水混合物出口3；此上升管换热器可以使高温荒煤气温度从700℃降低到约480℃左右进入桥管，在桥管中经喷淋冷却后通过集气管送入后部的化产系统。桥管处高压喷氨需在装煤时开启，而低压喷氨需一直喷洒，桥管采用碳钢材质。

本发明上升管余热利用设备直接采用外套筒和螺旋盘管的形式，高温荒煤气直接与螺旋盘管辐射换热，盘管内的水则直接吸收热量，较大的增加了换热效果，提高了余热回收的效率。

采用了纳米不粘材料涂层，可以极大的防止换热器内部因荒煤气降温而引起的表面结焦和腐蚀现象，并且具有很好的抗氧化、抗渗碳、抗渗氮性能。

采用螺旋盘管式结构，极大的增加了沿程长度，使得换热效果更好，提高了单位面积的利用率，降低了单位换热面积的结焦可能性。

本发明采用不粘纳米材料涂层防止换热面结焦，增加了余热回收效率，从而提高了副产蒸汽的品位，余热蒸汽利用途径得以拓宽。

采用了上述技术方案后，本焦炉上升管换热设备结构合理，既保证了换热效果，安全、高效、可靠的回收荒煤气的余热，又确保在恶劣工况下，焦炉和换热器的安全经济运行，同时解决了以往换热器在运行过程中的结焦和腐蚀问题。

实施例2

在上述实施例的基础上，本实施例提供一种焦炉上升管余热利用设备，与实施例1的不同之处在于：所述换热通道2包括两根或两根以上的换热管道，相邻换热管道之间密封连接；

各所述换热管道的上端设置在同一高度，各所述换热管道的上端与上连通管道连通，所述上连通管道与所述汽水混合物出口3连通，

各所述换热管道的下端设置在同一高度，各所述换热管道的下端与下连通管道连通，所述下连通管道与所述汽水混合物出口3连通。

本实施例中采用多根换热管道，能够增加单位时间内循环的水量，使汽水分离器中的水与荒煤气快速换热。

实施例3

在上述实施例的基础上，本实施例提供一种焦炉上升管余热利用设备，本实施例的上升管余热设备中，所述上升管的两端设置有连接法兰，所述连接法兰包括环形的水平连接板和筒形的竖直连接板，所述竖直连接板的内径与所述换热通道2的外径相等，所述水平连接板与所述壳体1连接，所述水平连接板的内径与所述竖直连接板的内径相等，所述水平连接板与所述竖直连接板同轴连接在一起。

本实施例的法兰设置方法能够避免换热通道2和壳体1发生径向的相互移动，这样能够保证换热通道2和壳体1之间的间距均匀，也就能够保证整个换热管道的热量损失是均匀的，不会出现某个位置散热过快而导致蒸汽品质降低的问题。

实施例4

在上述实施例的基础上，所述换热通道2外径与所述耐火层的内径相等，所述换热通道2的换热管道与所述耐火层的内壁形成线接触。

本实施例中将所述换热管道与耐火层的内壁形成线接触，能够减少换热管道与耐火层之间的接触，减少两者之间的换热，也就是说，能够减少换热管道的热量损失，同时，由于换热管道与耐火层之间形成了线接触，也就能够保证耐火层对换热通道2的良好的支撑作用。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。