荒煤气余热高低温综合回收系统及方法与流程

本发明涉及一种荒煤气余热高低温综合回收系统及方法。

背景技术：

随着国际社会节能减排政策的不断推进，高耗能企业生产压力不断增加，如何降低企业能耗成为众多高耗能企业面临的一个重要问题。炼焦是钢铁行业重要组成部分，也是能耗较高部分，焦炉荒煤气出口温度650～750℃，其热损失占焦炉能耗的33％左右，该部分热能却未能有效回收。

由于荒煤气成分复杂，尤其是含有焦油等容易结焦成分导致其余热回收困难，在低于450℃时，荒煤气中的焦油、沥青成分会迅速结焦。通常的做法是：在桥管和集气管喷洒循环氨水，与荒煤气直接接触，将荒煤气的温度迅速降至80～85℃；降温后的荒煤气进入初冷器进一步冷却至25℃，循环氨水冷却除焦油后循环使用。该过程中荒煤气的热量被循环氨水的汽化潜热吸收，消耗大量的循环氨水造成生产成本增加，同时余热资源也未能有效利用。因此，一些研究者提出荒煤气余热回收的方案。

检索发现，申请号200810122711.0、专利名称《焦炉荒煤气上升管余热回收装置》提出一种采用热管换热器吸收荒煤气余热的装置，但是其为避免结焦风险，只回收荒煤气中高于500℃以上部分余热，换热器出口500℃的荒煤气进入桥管进行喷氨冷却。申请号200810201705.4、专利名称《焦炉上升管余热回收与干熄焦系统耦合利用的工艺方法》提出一种将干熄焦工艺和荒煤气余热回收系统结合的方法，但是其为避免结焦，也只回收荒煤气中500℃以上的余热。申请号201210317957.X、专利名称《一种组合式焦炉荒煤气余热回收过热蒸汽的系统及方法》，通过在上升管内设置换热器、桥管内设置蒸发器的方法来回收荒煤气中的余热，尽管能够最大限度回收荒煤气中的余热，但是桥管空间有限，荒煤气中焦油成分在低于450℃时会迅速结焦，进而影响换热效率，同时，桥管空间有限不方便蒸发器换热器表面焦油的清理，长时间运行，桥管蒸发器换热效果非常低，甚至会发生焦油堵塞桥管风险。

通过分析可知，荒煤气中会发生凝结的成分包括沥青、蒽油、洗油、萘油、酚油以及轻油等，各组分在液态下，相同温度下各组分粘度：沥青＞蒽油＞洗油＞萘油＞酚油＞轻油，沥青凝结温度最高，在450℃左右开始凝结，其次为蒽油约在360℃开始凝结，洗油的凝结温度在320℃附近，而萘油、酚油等凝结温度继续降低，而且其凝结为液态时粘度不高，因此在换热器上凝结也很难产生挂壁现象。

焦炉荒煤气余热回收面临的问题为：一是回收温度区间窄，通常回收500℃以上余热；二是荒煤气中成分复杂，极易发生结焦影响换热效率。本发明能够很好解决荒煤气余热回收温度区间窄和换热器结焦问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种综合回收荒煤气余热的荒煤气余热高低温综合回收系统。

为达到上述目的，本发明荒煤气余热高低温综合回收系统，包括沿荒煤气流动方向依次设置的回收荒煤气470±10℃以上的余热的高温换热器、将荒煤气冷却至260±10℃的中温冷却器、回收荒煤气120±10～260±10℃的余热资源的低温换热器以及将荒煤气冷却至80±10℃的低温冷却器。

进一步地，所述高温换热器包括外壳和内壳，所述外壳和内壳之间设置有密封的介质腔，所述介质腔设置有换热介质进、出口；所述外壳的外侧设置有保温层。

进一步地，所述中温冷却器包括一容器，所述容器的底部高度低于所述容器的入口和出口的下边缘高度，所述容器的入口和出口分别设置有至少一个用于喷洒氨水的喷嘴，所述容器的底部设置有排污口。

进一步地，所述低温换热器包括一壳体，所述壳体的底部低于所述壳体的入口和出口下边缘的高度；

所述壳体内或者壳体的外壁上设置有换热管道或换热夹层，所述壳体的底部设置有排污口。

进一步地，所述低温冷却器包括一管道和设置在管道内的水雾喷嘴。

进一步地，所述低温换热器的换热介质管道的出口与所述高温换热器的换热介质管道的入口连通。

进一步地，所述高温换热器荒煤气出口设有温度传感器，换热介质进口设有流量计和电磁阀，所述温度传感器和所述流量计与一控制器通讯连接，所述控制器控制所述电磁阀。

进一步地，中温冷却器荒煤气出口设置有温度计，连通所述喷嘴的冷却介质管道上设置有流量计和电磁阀，所述温度计和流量计与一控制器通讯连接，所述控制器控制所述电磁阀。

进一步地，所述低温换热器荒煤气出口设有温度传感器，换热介质进口设有流量计和电磁阀，所述温度计和流量计与一控制器通讯连接，所述控制器控制所述电磁阀。

进一步地，低温喷却器荒煤气出口设置温度计，连通喷嘴的冷却介质管道上设置有流量计和电磁阀，所述温度计和流量计与一控制器通讯连接，所述控制器控制所述电磁阀。

本发明荒煤气余热高低温综合回收系统中，荒煤气余热回收温度区间扩大，不仅能够回收470℃以上余热，还能回收120～260℃部分余热；解决荒煤气余热回收低温段(低于450℃)会发生结焦的难题，提高换热器寿命；精确控制循环氨水量，比传统循环氨水用量下降50％，降低企业运行成本。

针对上述问题，本发明提供一种综合回收荒煤气余热的荒煤气余热高低温综合回收方法。

为达到上述目的，本发明荒煤气余热高低温综合回收方法，包括如下步骤：

S1采用高温换热器对荒煤气进行换热，控制高温换热器的出口煤气温度为470±10℃；

S2采用中温冷却器对荒煤气进行降温，控制中温冷却器的出口煤气温度为260±10℃；

S3采用低温换热器对荒煤气继续进行换热，控制低温换热器的出口煤气温度为120±10℃；

S4采用低温冷却器对荒煤气继续进行冷却，控制低温换热器的出口煤气温度为80±10℃。

进一步地，在S2中，在中温冷却器的入口和出口处向荒煤气中喷洒氨水进行冷却，控制中温冷却器的入口处喷洒液滴SMD范围在5～10μm，控制中温冷却器的出口处喷洒液滴SMD为1±0.3mm。

进一步地，在S1中，控制高温换热器中的换热介质的初始温度不低于100℃。

进一步地，所述S4中，向荒煤气中喷洒水雾进行冷却。

本发明荒煤气余热高低温综合回收方法中，荒煤气余热回收温度区间扩大，不仅能够回收470℃以上余热，还能回收120～260℃部分余热；解决荒煤气余热回收低温段(低于450℃)会发生结焦的难题，提高换热器寿命；精确控制循环氨水量，比传统循环氨水用量下降50％，降低企业运行成本。

附图说明

图1为本发明荒煤气余热高低温综合回收系统的实施例1的工艺流程图；

图2是本发明荒煤气余热高低温综合回收系统的实施例1的中温冷却器的喷嘴的排布图。

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1-2所示，本实施例提供一种荒煤气余热高低温综合回收方法，该系统包括高温换热器1、中温喷淋冷却器2、低温换热器3和低温喷淋冷却器4。

从焦化室出来的650℃以上的高温荒煤气进入高温换热器1进行热交换，高温换热器出口荒煤气温度降至470℃左右，回收第一部分高温余热。换热介质若采用液体，则采用顺流换热形式，换热介质从高温换热器1工质侧进口1.1进入换热器，从工质侧出口1.2离开换热器；若换热介质采用气体介质，则采用逆流换热形式，换热工质从进口侧1.2进入换热器，出口侧1.1离开换热器。

通过高温换热器出口的热电偶T1实时监测高温换热器出口温度，当高温换热器出口温度TGH＞470+10℃时，增加冷却介质流量；当高温换热器出口温度TGH＜470-10℃时，减少冷却介质流量。

从高温换热器1出来的约470℃的荒煤气进入中温喷淋冷却器2，中温喷淋冷却器2为矩形箱体，中温喷淋冷却器2入口的顶部设置3支高压扇形喷嘴2.1，其喷洒液滴SMD范围在5～10μm的氨水，将荒煤气迅速降温；在其尾端顶部布置3支扇形喷淋喷嘴2.2，其喷洒液滴SMD在1mm附近，用于凝并沉降小液滴；油滴与氨水下落至下部密封水槽，水槽内设有液位计，混合液定期由排污孔2.3进入焦油氨水分离环节，通过初步降温冷凝，煤气中的高沸点、高粘度的大分子有机物大部分凝结，为后续的低温换热环节提供条件。中温喷淋冷却器水平布置，在进口段布置多个扇形喷嘴，根据冷却器的长宽比例，在冷却器上部和侧面分布布置1-3支喷嘴。高压循环氨水经喷嘴喷出，液滴SMD为5～10μm，目的是为了将进入中温喷淋冷却器的荒煤气迅速降温至280℃，进一步荒煤气通过喷淋冷却器收集凝结的液核，喷淋扇形喷嘴的出口的氨水液滴SMD约为1mm，主要是为了凝结小液滴，使得液滴快速沉降至喷淋冷却器下部密封水槽，此时荒煤气温度降至260℃，此时荒煤气中的沥青组分、绝大部分蒽油、部分洗油，以及部分H₂S被从荒煤气中去除。从喷淋冷却器出来的荒煤气经静电除雾器吸收未被喷淋冷却器收集的凝结液核。

在中温喷淋冷却器2出口布置不同径向深度的热电偶T2，当平均温度在260±10℃时，保持高压扇形喷嘴2.1的喷水量不变；若温度超过270℃，需增加高压扇形喷嘴2.1的喷氨水量；若温度低于250℃需减小高压扇形喷嘴2.1的喷氨水量。

经过初步除焦油的的荒煤气进入低温换热器3，换热工质从管侧进口3.1.1进入管式换热器3.1，从管式换热器3.1出口3.1.2离开换热器，经过换热器的荒煤气进一步降温，其中部分有机物会进一步冷凝，冷凝的液态有机物通过排污孔3.2排出，进入后续工序。

通过调整换热介质流量，控制低温换热器3荒煤气出口温度范围在120±10℃，控制策略与高温换热器相同，在此不再赘述。

从低温换热器3出来的荒煤气进入低温喷淋冷却器4，低温喷淋冷却器结构为与常规荒煤气桥管类似，通过细水雾喷嘴4.1喷雾冷却，降至80℃的合成气进入常规荒煤气处理的初冷器进一步冷却；喷淋水滴和凝结的荒煤气中的有机物收集进入焦油氨水分离环节。

本实施例中，荒煤气余热高低温综合回收方法通过高温换热器、中温喷淋冷却系统、低温换热器和低温喷淋冷却系统将荒煤气余热分段回收、冷却，不仅回收荒煤气余热还可以实现循环氨水量下降50％，节约运行费用。

本实施例荒煤气余热高低温综合回收系统中，荒煤气余热回收温度区间扩大，不仅能够回收470℃以上余热，还能回收120～260℃部分余热；解决荒煤气余热回收低温段(低于450℃)会发生结焦的难题，提高换热器寿命；精确控制循环氨水量，比传统循环氨水用量下降50％，降低企业运行成本。

实施例2

本实施例与上述实施例的不同之处在于：本实施例中低温换热器和高温换热器采用相同工质，因此，本实施例中将二者进行串联，换热工质首先通过低温换热器进行初步加热，再进入高温换热器进一步提高换热工质热品质。

在上述实施例中，中温冷却器采用的是矩形箱体，该箱体也可以不采用矩形箱体，采用截面为圆形或其他形状的管道。

在上述实施例中，中温冷却器的喷嘴喷洒的是氨水，应当理解，该处采用氨水是一种优选的实施例方式，而不是唯一，还可以采用本领域的其他冷却手段。

在上述实施例中，低温冷却器中的喷嘴喷洒的是水雾，应当理解，该处采用水雾是一种优选的实施例方式，而不是唯一，还可以采用本领域的其他冷却手段。

在上述实施例中，所述的高温换热器可以采用夹套式式或盘管式结构，与荒煤气接触侧壁面应保证足够光滑，用于将从炭化室出口的荒煤气温度降至470℃左右，导热介质可为水、导热油或熔盐，导热介质进口温度应高于100℃，避免形成较大的温差造成换热器靠近荒煤气侧温度过低。

本领域技术人员应当理解，上述实施例中的高温换热器和低温换热器的换热方式仅仅是作为一种优选的实施例方式，而不是对换热方式所作出的限定，在高温换热器和低温换热器中还可以采用本领域技术人员所熟知的其他的换热方式。

实施例3

本实施例提供一种综合回收荒煤气余热的荒煤气余热高低温综合回收方法。

为达到上述目的，本发明荒煤气余热高低温综合回收方法，包括如下步骤：

S1采用高温换热器对荒煤气进行换热，控制高温换热器的出口煤气温度为470±10℃；

S2采用中温冷却器对荒煤气进行降温，控制中温冷却器的出口煤气温度为260±10℃；中温喷淋冷却器水平布置，在进口段布置多个扇形喷嘴，根据冷却器的长宽比例，在冷却器上部和侧面分布布置1-3支喷嘴。高压循环氨水经喷嘴喷出，液滴SMD为5～10μm，目的是为了将进入中温喷淋冷却器的荒煤气迅速降温至280℃，进一步荒煤气通过喷淋冷却器收集凝结的液核，喷淋扇形喷嘴的出口的氨水液滴SMD约为1mm，主要是为了凝结小液滴，使得液滴快速沉降至喷淋冷却器下部密封水槽，此时荒煤气温度降至260℃，此时荒煤气中的沥青组分、绝大部分蒽油、部分洗油，以及部分H₂S被从荒煤气中去除。从喷淋冷却器出来的荒煤气经静电除雾器吸收未被喷淋冷却器收集的凝结液核。

S3采用低温换热器对荒煤气继续进行换热，控制低温换热器的出口煤气温度为120±10℃；

S4采用低温冷却器对荒煤气继续进行冷却，控制低温换热器的出口煤气温度为80±10℃。这一步中，向荒煤气中喷洒水雾进行冷却。通过细水雾喷嘴4.1喷雾冷却，降至80℃的合成气进入常规荒煤气处理的初冷器进一步冷却；喷淋水滴和凝结的荒煤气中的有机物收集进入焦油氨水分离环节。

在S2中，在中温冷却器的入口和出口处向荒煤气中喷洒氨水进行冷却，控制中温冷却器的入口处喷洒液滴SMD范围在5～10μm，控制中温冷却器的出口处喷洒液滴SMD为1±0.3mm。

在S1中，控制高温换热器中的换热介质的初始温度不低于100℃。从而避免由于换热器的壁面温度过低而导致结焦。

本实施例荒煤气余热高低温综合回收方法中，荒煤气余热回收温度区间扩大，不仅能够回收470℃以上余热，还能回收120～260℃部分余热；解决荒煤气余热回收低温段(低于450℃)会发生结焦的难题，提高换热器寿命；精确控制循环氨水量，比传统循环氨水用量下降50％，降低企业运行成本。

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。