焦炉荒煤气显热换热装置及安装结构的制作方法

炼焦和煤化工装备领域，尤其是一种焦炉荒煤气显热换热装置及安装结构。

背景技术：

在钢铁企业炼焦单元和煤化工企业，焦炉炼焦是生产焦炭的主要方式。焦炉炼焦生产中伴随着大量热能的转化与释放，其过程中主要产生四种形态的显(余)热资源，分别是红焦显热、焦炉荒煤气显热、焦炉烟气余热和焦炉炉体散热。其中，焦炉荒煤气显热占到了焦炉生产排放总热资源的35％左右。焦炉炼焦过程中，焦炉上升管内的荒煤气温度高达650℃～850℃，含有大量的显热。实际生产中，为保证设备安全和工艺顺行，普遍的做法是采用喷氨水急冷的工艺对中高温荒煤气进行冷却，即在桥管与集气管喷洒循环氨水与荒煤气直接接触，使荒煤气急剧降温至80℃～85℃，降温后荒煤气在初冷器中再用冷却水间接冷却至常温。该工艺流程不仅浪费了大量荒煤气的显热，而且消耗大量的氨水和工业冷却水，造成了大量污水排放和电力消耗。焦炉排出的中高温荒煤气由于其成份复杂，流量、温度周期性变化，若荒煤气温度降低至450℃左右及以下，焦油组分将会大量析出造成通管堵塞影响生产顺行，一直以来荒煤气显热回收都是行业技术难题，因此焦炉荒煤气显热回收一直是焦化行业节能减排的研究热点之一。

目前，国内少数焦化厂和研究单位对焦炉荒煤气显热回收技术和装置进行了研究，但普遍采用是夹套式和盘管式这两种在上升管筒体外表面进行显热回收的技术和装置，本质为一体式双层壁结构，由于受到筒体、管壳两级/两层传热的限制，存在换热效率低下的瓶颈性问题，直接导致产生的蒸汽品质不高。这两种类型的装置体积庞大、用材量大，需对原有数米高的上升管进行整体替换，致使其单体价格达到了15～18万/根左右，价格昂贵、更换不便。特别的，夹套式显热回收装置由于采用腔体蓄水方式，一旦腔体鼓包、开裂漏水，较大的水量将对焦炉设备造成严重的安全隐患。

申请号为201821349087.3的专利申请“一种带翅片焦炉荒煤气显热回收装置”，提出了一种显热回收利用装置，其本质是由外筒和内筒组成夹套式一体式结构，通过新增加翅片来增大换热面积，能够适当提高显热回收的效率。但申请提出的装置仍然属于夹套式结构，本质性不能解决腔体开裂漏水的问题。

申请号为201420811623.2，名为“焦炉荒煤气上升管显热回收装置”的专利申请，提出了采用螺旋盘管和熔盐导热介质，以解决设备漏水和导热介质变质等问题。该申请提出的回收装置由于在上升管内部采用螺旋盘管结构，将增加荒煤气流动的阻力易造成气流不畅的问题，同时容易导致螺旋盘管上荒煤气结焦，造成管道腐蚀和换热效率急剧降低等问题。

申请号为201410309838.9，名为“上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法及设备”的专利申请，较为创新的采用内置式单体显热回收方式，单体显热回收装置独立安装于上升管内，具有更换及维护成本低等优点，但最关键的问题是由于其内部为空体式结构，存在汽水不分的问题，其也只能产生价值不高的饱和蒸汽。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种体积轻巧、更换方便，从而对焦炉荒煤气余热进行的有效的回收，能够显著提高焦炉的节能水平的焦炉荒煤气显热换热装置及安装结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：焦炉荒煤气显热换热装置，包括换热器壳体，所述换热器壳体顶部设置有过热蒸汽出口管，换热器壳体底部设置有进水管，所述换热器壳体内设置有汽水分离装置。

进一步的是，所述进水管的进水管出水口处设置有散射器。

进一步的是，换热器壳体形状为圆柱体空腔结构。

进一步的是，所述换热器壳体底部壳体的封头形状为半球形、椭球形或圆锥形。

进一步的是，换热器壳体管壁厚度的范围为2mm-8mm。

进一步的是，汽水分离装置将换热器壳体分为上下两个区域，其中，下部区域为汽液分离区，上部区域为蒸汽过热区。

进一步的是，换热器壳体壁层的外壁设置有高导热防粘结材料。

进一步的是，换热器壳体内设置有温度检测元件或压力检测元件，其中，温度检测元件或压力检测元件与给水量控制端连通。

进一步的是，焦炉荒煤气显热换热装置安装结构，还包括上升管，其中换热器壳体设置于上升管的上升管管内，换热器壳体上的进水管和过热蒸汽出口管穿过上升管管壁上的壁层孔洞并延伸到上升管的外部。

进一步的是，所述进水管和过热蒸汽出口管与上升管管壁上的壁层孔洞之间设置有膨胀缝，所述膨胀缝内设置有高温耐火棉。

本发明的有益效果是：本发明将内置式设计与多态和相变换热结构相结合，辅以汽水分离装置，很好的解决了焦炉荒煤气显热换热的问题。同时，由于本发明结构轻巧和精简，可大幅控制装置单体成本。本发明装置及方法能够实现焦炉荒煤气显热经济有效的回收，对钢铁冶金企业或焦化领域的节能具有重要意义。采用本发明装置和方法，对推动钢铁企业炼焦单元和煤化工企业的节能技术进步，降低生产过程碳排放和显热回收经济化均具有重要意义。本发明尤其适用于焦炉荒煤气显热换热工艺之中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中标记为：过热蒸汽出口1、过热蒸汽出口管2、换热器壳体3、汽水分离装置4、散射器5、进水管6、进水管进水口7、吊耳8、上升管9、上升管管内91。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示的焦炉荒煤气显热换热装置，包括换热器壳体3，所述换热器壳体3顶部设置有过热蒸汽出口管2，换热器壳体3底部设置有进水管6，所述换热器壳体3内设置有汽水分离装置4。

在实际使用时，焦炉荒煤气显热换热装置安装结构是这样的，如图1所示：还包括上升管9，焦炉荒煤气显热换热装置可以选择竖直置于上升管9内，其中换热器壳体3设置于上升管9的上升管管内91，换热器壳体3上的进水管6和过热蒸汽出口管2穿过上升管9管壁上的壁层孔洞并延伸到上升管9的外部。一般，优选换热器壳体3最顶端设置吊耳8，便于装置的安装和移除。本发明还可以根据实际需要，采用多个换热器壳体3并联或串联的方式，从而大大提高热交换的效率。由于本装置为过热蒸汽出口管2和进水管6两点构成的双支撑结构，加工制作时，优选过热蒸汽出口管2和进水管6分别向换热器壳体3方向弯曲，预留换热器壳体的热膨胀量。

本发明结合上升管9内焦炉荒煤气的流动特点，巧妙的将内置式设计与多腔多态和相变换热结构巧妙结合，并获得了理想的效果。在实际使用时，可根据需要产生不同压力和温度过热蒸汽，并可把焦炉荒煤气出口温度控制在预期温度区间或荒煤气焦油大量析出的450℃温度点之上，高于焦油临界析出温度，彻底杜绝设备粘接事故。本发明解决了蒸汽品质不高、价格昂贵、换热设备易结焦、安装难、更换及维护成本高等问题，保证焦炉正常运行基础上，对焦炉荒煤气余热进行的有效的回收，能够显著提高焦炉的节能水平。在实际安装时，为了保证必要的结构稳定性和密封性，可以选择这样的方案：所述进水管6和过热蒸汽出口管2与上升管9管壁上的壁层孔洞之间设置有膨胀缝，所述膨胀缝内设置有高温耐火棉。

为了实现进水管6向腔体内散射时均匀给水，可以选择这样的方案：所述进水管6的进水管出水口处设置有散射器5。在实际操作时，换热工质可以选择：除盐水、除氧水、不饱和水、饱和蒸汽等，将上述换热工质通过带流量调节开关的进水管进水口7，导入进水管6，经散射器5，将换热工质均匀分成多股紊流体喷射到换热器壳体3下端的空腔内壁上进行加热或换热，形成汽水混合物；随后，汽水混合物通过汽水分离装置4，完成汽水分离得到饱和蒸汽；然后，饱和蒸汽继续向上流动并吸热，最终产生过热蒸汽；过热蒸汽通过过热蒸汽出口管2以及过热蒸汽出口1流出，进入后续的蒸汽管网，供工艺使用，本装置完成对焦炉上升管荒煤气显热的回收。

为了实现较好的热交换效率，优选换热器壳体3形状为圆柱体空腔结构。更进一步的，优选所述换热器壳体3底部壳体的封头形状为半球形、椭球形或圆锥形。优选换热器壳体3管壁厚度的范围为2mm-8mm。

为了实现相应的热交换效果，优选这样的方案：汽水分离装置4将换热器壳体3分为上下两个区域，其中，下部区域为汽液分离区，上部区域为蒸汽过热区。如图1所示，换热器壳体3空腔内置的放汽水分离装置4，可以将热器壳体3的整体空腔分隔为多腔多态上下两个区域，下区域实现汽液分离，上区域实现蒸汽过热。

为了保证换热器壳体3的稳定运行，优选在换热器壳体3壁层局部做加厚处理，亦或在换热器壳体3壁层的外壁设置有高导热防粘结材料。

为了实现换热器壳体3供水与换热进度的互相匹配，可以选择这样的方案：换热器壳体3内设置有温度检测元件或压力检测元件，其中，温度检测元件或压力检测元件与给水量控制端连通。

实施例

实施例1

换热器壳体管壁厚度3mm，下端壳体封头形状为半球形，换热器壳体3单根放置于上升管9内，该上升管9内一段时间内的上部测点温度约850℃左右。带压不饱和水为换热工质，一定压力条件下通过进水管输送至本换热器装置内，从本装置出口的过热蒸汽温度可以达到241℃，测点温降约100℃，实现了过热蒸汽的产出，并确保荒煤气换热后温度高于460℃。

实施例2

两根结构一致的管壁厚度3.5mm的换热器壳体3，外壁均喷涂高导热材料，下端壳体封头形状为椭球形，换热器壳体3采用并联方式放置于同一根上升管9内。该上升管9内一段时间内的上部测点温度约780℃左右，除氧水为换热工质，一定压力条件下分别通过进水管输送至两换热器装置内，从两装置出口汇合的过热蒸汽温度可以达到183℃，测点温降约209℃，实现了过热蒸汽的产出增加的同时，荒煤气换热后温度高于460℃。

通过上述实施例可以得出，本发明可以明显的降低生产过程碳排放和明显的提高显热回收效率，对钢铁冶金企业或焦化领域的节能具有重要意义，市场推广前景十分广阔。