一种一体化脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置的制作方法

本发明属于焦炉设备领域，特别涉及一种一体化脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置。

背景技术：

目前，国内焦炉烟气的脱硫脱硝处理尚处在起步阶段，绝大多数焦化厂、钢厂的焦炉烟气仍然不经处理直接排放到大气中。这样的做法严重影响了当地的大气环境，给人们的健康也带来很大的隐患。随着更严格的焦炉烟气排放标准gb16171-2012的出台，焦炉烟气的脱硫、脱硝将成为国内所有焦化生产厂的必备工艺。可以预见，未来烟气的排放标准会向更严格的国际环保标准靠拢，以适应国际化的节能环保趋势。所以，必须有一种可靠的系统及工艺来实现焦炉烟气的脱硫脱硝及余热回收的目的。

焦炉能对煤炭做高温干馏处理，将其高效地转换为焦炭、焦炉煤气、煤焦油、粗苯等产物，是高效的能量转换窑炉。在焦炉支出热中，650℃-700℃荒煤气的带出热约占36％，具有极高的回收利用价值。目前，通常采用降温处理工艺来实现荒煤气的工业应用，传统工艺为：向高温荒煤气喷洒大量70℃-75℃循环氨水使其降温，实现余热回收，然而，这会导致高温荒煤气带出热因循环氨水的大量蒸发而浪费。

在20世纪80年代，日本大部分焦化厂曾将导热油用于上升管回收荒煤气带出热：他们将上升管做成夹套管，导热油通过夹套管与高温荒煤气间接换热，被加热的高温导热油可用于多种用途，例如蒸氨、蒸馏煤焦油、干燥入炉煤等等。后来，我国济钢曾在五孔上升管进行了类似的试验；我国武钢、马钢、鞍钢、涟钢、北京焦化厂、沈阳煤气二厂、本钢一铁、平顶山焦化厂等多家企业曾在上升管采用水汽化冷却技术回收这部分热量；此外，也有企业采用以氮气为介质、与高温荒煤气间接换热的方法。

现有焦炉上升管荒煤气余热回收取热装置的结构，总体分内、中、外三层基本结构。内层为耐高温、耐腐蚀的合金钢材质的圆筒，荒煤气在圆筒内自下而上流过。中间为核心传热层，具有高导热能力的、一定厚度的耐高温固体介质层紧密附着于内筒的外壁，传热管穿过固体介质层，且与该固体介质层紧密接触，传热管内流过的为取热介质，其在流动过程中吸收了内筒内荒煤气的放热量，在自下而上的流动过程中温度升高。传热管或螺旋上升盘旋在该固体介质内，或自下而上直立布置于该固体介质层，固体介质层需覆盖整个传热管的外表面；外层为保温保护层，金属材质筒体，内壁面上贴有保温材料，对内筒和中间核心传热层起到保温和保护的作用，减少热损失，不受冲击。

然而，现有现有焦炉上升管荒煤气余热回收取热装置或多或少存在以下问题：传热过程的结构设计不合理、循环不够通畅、换热效率低、荒煤气侧壁面焦油粘结导致堵塞荒煤气通道、导热油结焦堵塞导热油通道、易被介质等腐蚀或不能有效解决开停车和运行过程的热胀冷缩问题,这使得以上方法或者难以成功实施，或者难以实现令人满意的效果。

技术实现要素：

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种一体化脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置。

技术方案：本发明提供的一种一体化脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，包括焦炉(1)、第一三通阀(2)、应急烟囱(3)、氨水储罐(51)、氨水预热装置(52)、还原剂提供装置(81)、预热装置(82)、第二三通阀(83)、余热利用装置(84)、第一温度检测装置(85)以及依次连接的板式除焦换热器(4)、脱硫装置(5)、预热装置(6)、加热装置(7)、src脱硝装置(8)、高效余热回收装置(9)、烟囱(10)；所述第一三通阀(2)分别与焦炉(1)、板式余热回收装置(4)、应急烟囱(3)连接；所述氨水储罐(51)、氨水预热装置(52)、脱硫装置(5)的氨水喷淋口依次连接；所述还原剂提供装置(81)、预热装置(82)、src脱硝装置(8)的还原剂入口依次连接；所述板式除焦换热器(4)包括余热烟气管道(41)、一组换热板(42)、冷水管道(43)、热水管道(44)、集焦管(45)、除焦装置(46)、排焦管(47)，所述一组换热板(42)交替设置于余热烟气管道(41)上壁和下壁上，换热板(42)的迎风面内为冷水介质通道(48)与冷水管道(43)连接，换热板(42)的背风面内为热水介质通道(49)与热水管道(44)连接，冷水介质通道(48)和热水介质通道(49)互相连接，除焦装置(46)设于换热板(42)的迎风面上，排焦管(47)设于余热烟气管道(41)下侧壁上且与集焦管(45)连接；所述板式除焦换热器(4)的热水管道(44)和预热装置(6)的高温介质管道、氨水预热装置(52)的高温介质管道依次连接成环；所述高效余热回收装置(9)的高温介质管道出口和预热装置(82)的高温介质管道、第一温度检测装置(85)、第二三通阀(83)依次连接，第二三通阀(83)分别与余热利用装置(84)和高温余热回收装置(6)的高温介质管道入口连接，余热利用装置(84)与高温余热回收装置(6)的高温介质管道入口连接。

作为改进，所述余热烟气管道(11)倾斜设置，倾角为5-20°。

作为另一种改进，所述换热板(12)的迎风面由高效导热集焦复合材料制成，所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬11.6-12.9份、镍5.42-5.94份、硅0.66-0.87份、碳0.48-0.59份、锰0.66-0.85份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管1-2份、氮化硅0.5-1.5份、纳米铜1-3份、纳米氧化铝1-2份、纳米氧化锰0.5-1.5份。

作为另一种改进，还包括第二温度检测装置，所述第二温度检测装置设于高效余热回收装置(9)的烟气出口处。

作为另一种改进，还包括控制装置，所述控制装置分别与第一三通阀(2)、第二三通阀(83)、第一温度检测装置(85)、第二温度检测装置连接。

作为另一种改进，所述余热利用装置(84)为与发电装置连接的汽轮机。

作为另一种改进，所述高温余热回收装置(9)包括高温荒煤气管道(91)、换热盘管(92)；所述高温荒煤气管道(91)自外而内依次包括外筒壁(911)、隔热层(912)、固体介质层(913)、内筒壁(914)；所述下法兰(94)分别与外筒壁(911)底部、内筒壁(914)底部焊接连接；所述上法兰(95)上设有环形凹陷(951)，所述上法兰(95)与外筒壁(911)顶部焊接连接，所述内筒壁(914)顶部设于环形凹陷(951)内；所述膨胀盒(93)焊接固定于外筒壁(911)外侧壁上，所述膨胀盒(93)上设有焊接膨胀节(931)；所述换热盘管(92)设于柔性固体介质层(913)内，其下端为工质进口管(921)，上端为工质出口管(922)，工质出口管(922)依次穿过外筒壁(911)、膨胀盒(93)、膨胀节(931)，工质出口管(922)和膨胀节(931)连接处焊接连接；所述内筒壁(914)由高效导热脱硝复合材料制成，所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬11.2-13.1份、镍5.08-5.16份、硅0.83-0.99份、碳0.60-0.70份、锰0.65-0.78份、氮化钛0.4-0.8份、碳纳米管0.5-1.5份、纳米铜1-2份、纳米锌1-2份、壳聚糖0.2-0.8份、氧化钛1-2份、五氧化二钒0.5-1.0份、氧化钨0.2-0.4份、氧化钼0.1-0.3份。

作为另一种改进，还包括翅片(915)，所述翅片(915)设于内筒壁(914)的内侧壁上，所述翅片由高效导热复合材料制成；还包括钉头(916)，所述钉头(916)一端固定于内筒壁(914)的外侧壁上，另一端固定于外筒壁(911)的内侧壁上。

有益效果：本发明提供的余热回收装置可同时脱硫脱硝，且余热回收效率高、效果好。

附图说明

图1为本发明一体化脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置的结构示意图。

图2为板式除焦换热器的的结构示意图。

图3为高效余热回收装置的结构示意图。

图4为高效余热回收装置的局部放大图一。

图5为高效余热回收装置的局部放大图二。

具体实施方式

下面对本发明一体化脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置作出进一步说明。

实施例1

一体化脱硫脱硝的焦炉烟道废气余热回收装置，包括焦炉(1)、第一三通阀(2)、应急烟囱(3)、氨水储罐(51)、氨水预热装置(52)、还原剂提供装置(81)、预热装置(82)、第二三通阀(83)、余热利用装置(84)、第一温度检测装置(85)以及依次连接的板式除焦换热器(4)、脱硫装置(5)、预热装置(6)、加热装置(7)、src脱硝装置(8)、高效余热回收装置(9)、烟囱(10)；所述第一三通阀(2)分别与焦炉(1)、板式余热回收装置(4)、应急烟囱(3)连接；所述氨水储罐(51)、氨水预热装置(52)、脱硫装置(5)的氨水喷淋口依次连接；所述还原剂提供装置(81)、预热装置(82)、src脱硝装置(8)的还原剂入口依次连接；所述板式除焦换热器(4)包括余热烟气管道(41)、一组换热板(42)、冷水管道(43)、热水管道(44)、集焦管(45)、除焦装置(46)、排焦管(47)，所述一组换热板(42)交替设置于余热烟气管道(41)上壁和下壁上，换热板(42)的迎风面内为冷水介质通道(48)与冷水管道(43)连接，换热板(42)的背风面内为热水介质通道(49)与热水管道(44)连接，冷水介质通道(48)和热水介质通道(49)互相连接，除焦装置(46)设于换热板(42)的迎风面上，排焦管(47)设于余热烟气管道(41)下侧壁上且与集焦管(45)连接；所述板式除焦换热器(4)的热水管道(44)和预热装置(6)的高温介质管道、氨水预热装置(52)的高温介质管道依次连接成环；所述高效余热回收装置(9)的高温介质管道出口和预热装置(82)的高温介质管道、第一温度检测装置(85)、第二三通阀(83)依次连接，第二三通阀(83)分别与余热利用装置(84)和高温余热回收装置(6)的高温介质管道入口连接，余热利用装置(84)与高温余热回收装置(6)的高温介质管道入口连接。

所述余热烟气管道(11)倾斜设置，倾角为5-20°。

所述换热板(12)的迎风面由高效导热集焦复合材料制成，所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、氮化钛0.6份、碳纳米管1.5份、氮化硅1.0份、纳米铜2份、纳米氧化铝1.5份、纳米氧化锰1份。

还包括第二温度检测装置，所述第二温度检测装置设于高效余热回收装置(9)的烟气出口处。

还包括控制装置，所述控制装置分别与第一三通阀(2)、第二三通阀(83)、第一温度检测装置(85)、第二温度检测装置连接。

所述余热利用装置(84)为与发电装置连接的汽轮机。

所述高温余热回收装置(9)包括高温荒煤气管道(91)、换热盘管(92)；所述高温荒煤气管道(91)自外而内依次包括外筒壁(911)、隔热层(912)、固体介质层(913)、内筒壁(914)；所述下法兰(94)分别与外筒壁(911)底部、内筒壁(914)底部焊接连接；所述上法兰(95)上设有环形凹陷(951)，所述上法兰(95)与外筒壁(911)顶部焊接连接，所述内筒壁(914)顶部设于环形凹陷(951)内；所述膨胀盒(93)焊接固定于外筒壁(911)外侧壁上，所述膨胀盒(93)上设有焊接膨胀节(931)；所述换热盘管(92)设于柔性固体介质层(913)内，其下端为工质进口管(921)，上端为工质出口管(922)，工质出口管(922)依次穿过外筒壁(911)、膨胀盒(93)、膨胀节(931)，工质出口管(922)和膨胀节(931)连接处焊接连接；所述内筒壁(914)由高效导热脱硝复合材料制成，所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份、氮化钛0.6份、碳纳米管1.0份、纳米铜1.5份、纳米锌1.5份、壳聚糖0.5份、氧化钛1.5份、五氧化二钒0.7份、氧化钨0.3份、氧化钼0.2份。

还包括翅片(915)，所述翅片(915)设于内筒壁(914)的内侧壁上，所述翅片由高效导热复合材料制成；还包括钉头(916)，所述钉头(916)一端固定于内筒壁(914)的外侧壁上，另一端固定于外筒壁(911)的内侧壁上。

该装置的工作原理：烟气经过第一三通阀进入板式除焦换热器内回收余热并除焦，余热用于对预热装置加热、对氨水预热；再进入脱硫装置内脱硫；脱硫后进入预热装置预热，再进入加热装置内加热至适合src脱硝的温度后，再进入src脱硝装置内脱硝，脱硝后温度变化不大，烟气进入高效余热回收装置中回收余热，回收的余热用于对还原剂预热以及做功发电等用途；回收余热后的烟气经烟囱排出；一旦遇到紧急情况，烟气可利用应急烟囱直接排出。

实施例2

与实施例1基本相同，不同之处仅在于：

所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬12.2份、镍5.69份、硅0.76份、碳0.57份、锰0.74份、氮化钛0.5份、碳纳米管1.7份、氮化硅0.8份、纳米铜1.8份、纳米氧化铝1.7份、纳米氧化锰0.8份；

所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬11.2份、镍5.08份、硅0.99份、碳0.60份、锰0.78份、氮化钛0.5份、碳纳米管0.5份、纳米铜2份、纳米锌2份、壳聚糖0.2份、氧化钛2份、五氧化二钒0.5份、氧化钨0.4份、氧化钼0.1份。

实施例3

与实施例1基本相同，不同之处仅在于：

所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬12.6份、镍5.65份、硅0.80份、碳0.53份、锰0.78份、氮化钛0.7份、碳纳米管1.7份、氮化硅1.2份、纳米铜2.2份、纳米氧化铝1.3份、纳米氧化锰1.2份；

所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬13.1份、镍5.16份、硅0.83份、碳0.70份、锰0.65份、氮化钛0.7份、碳纳米管1.5份、纳米铜1份、纳米锌1份、壳聚糖0.8份、氧化钛1份、五氧化二钒1.0份、氧化钨0.2份、氧化钼0.3份。

实施例4

与实施例1基本相同，不同之处仅在于：

所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬11.6份、镍5.94份、硅0.66份、碳0.59份、锰0.85份、碳氮化钛0.4份、纳米管1份、氮化硅1.5份、纳米铜1份、纳米氧化铝2份、纳米氧化锰0.5份；

所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.3份、镍5.14份、硅0.86份、碳0.67份、锰0.67份、氮化钛0.4份、碳纳米管1.2份、纳米铜1.3份、纳米锌1.7份、壳聚糖0.4份、氧化钛1.7份、五氧化二钒0.6份、氧化钨0.4份、氧化钼0.1份。

实施例5

与实施例1基本相同，不同之处仅在于：

所述高效导热集焦复合材料制成至少由以下重量份的组份制成：铁100份、铬12.9份、镍5.42份、硅0.87份、碳0.48份、锰0.66份、氮化钛0.8份、碳纳米管2份、氮化硅0.5份、纳米铜3份、纳米氧化铝1份、纳米氧化锰1.5份；

所述高效导热脱硝复合材料至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.7份、镍5.10份、硅0.90份、碳0.63份、锰0.71份、氮化钛0.8份、碳纳米管0.8份、纳米铜1.7份、纳米锌1.3份、壳聚糖0.6份、氧化钛1.3份、五氧化二钒0.8份、氧化钨0.2份、氧化钼0.3份。

对比例1

复合材料1由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份；

复合材料2由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、碳纳米管1.5份；

复合材料3由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、氮化硅1.0份；

复合材料4由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、纳米铜2份；

复合材料5由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、纳米氧化铝1.0份；

复合材料6由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份、纳米氧化锰1份。

复合材料7由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.4份、镍5.67份、硅0.78份、碳0.55份、锰0.76份；氮化钛0.6份。

对比例2

复合材料11，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份。

复合材料12，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份、碳纳米管1.0份。

复合材料13，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份、纳米铜1.5份。

复合材料14，至少由以下重量份的组分制成：铁100份、铬12.5份、镍5.12份、硅0.88份、碳0.65份、锰0.69份、纳米锌1.5份。

测试实施例1至5、对比例1-2的复合材料的性能，见下表。