焦炉荒煤气双夹套上升管显热回收系统及回收方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢铁冶金节能减排、二次能源回收技术领域，特别涉及一种焦炉荒煤气双夹套上升管显热回收系统及回收方法。
【背景技术】
[0002]炼焦过程是炼焦煤通过干馏、实现焦炭和其关联产品的生产工艺，属于典型的能源流程产业。焦炭生产过程中，配合煤在焦炉中被隔绝空气加热干馏，生成焦炭的同时产生大量的荒煤气，其主要成分为氢气、甲烷、一氧化碳、水蒸汽、焦油、粗苯、氨等。从炼焦生产过程热平衡分布看，从焦炉炭化室推出的950°C?1050°C的红焦带出的显热(高温余热)占焦炉支出热的37%，650°C?750°C的焦炉荒煤气带出的显热(中温余热)占焦炉支出热的36%，180°C?230°C的焦炉烟道废气带出热(低温余热)占焦炉支出热的16%，炉体表面热损失(低温余热)占焦炉支出热的11%。按2010年焦炭产量3.88亿吨计算，我国焦炉余热资源总量约1.6亿吨标煤，可以回收利用的约占30%?50%，即4800万?8000万吨标煤，其中荒煤气显热约1600万?2700万吨标煤。不管对于焦化企业还是余热回收设备制造企业，焦炉荒煤气余热回收都是值得关注和投入的方向，具有广阔的市场前景。在占焦炉支出热最多的两项中，对焦炭带出的显热，目前已有成熟的干熄焦装置回收并发电，而对焦化荒煤气带出的显热，虽然从上世纪70年代末期国内就开始回收尝试，但至今未形成成熟、可靠、高效的回收利用技术。
[0003]目前绝大部分焦炉采用喷洒氨水的方式对荒煤气进行冷却，在将600?750°C的荒煤气冷却至80?100°C的同时，产生了大量80°C左右的氨水，致使荒煤气中大量的中温余热被白白浪费掉，而且消耗了大量氨水和电能。
[0004]为回收荒煤气显热，国内外相继发展了上升管汽化水夹套、分离式热管、上升管导热油夹套、上升管内填充导热介质与盘管换热等技术。上升管汽化水夹套技术在使用中出现了夹套焊缝破裂导致水漏入炭化室的问题，而且受安全限制所产蒸汽参数较低，因此以前曾使用的十几家焦化企业目前基本停用；分离式热管技术结构复杂，需在多处斜穿上升管内壁，推广受到限制；起源于日本的上升管导热油夹套技术存在长期高温下导热油变质影响传热的问题，而且其使用温度受到限制，通常其工作温度不超过400°C ;近几年部分焦化企业开发了在上升管内外筒之间填充粉末状导热介质(如氮化铝)，将上升管内筒导入的荒煤气显热由导热介质传给其间盘管中的给水产生饱和蒸气的技术，该技术构思新颖，但由于导热介质粉末与内筒和盘管之间接触热阻很大，其换热效果受到影响，试验中出现上升管根部因冷却不够而焊缝开裂，荒煤气直接进入上升管内外筒之间烧坏盘管的现象。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种焦炉荒煤气双夹套上升管显热回收系统及回收方法，解决现有荒煤气余热回收技术焊缝漏水、高温下导热介质变质等问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供的焦炉荒煤气双夹套上升管显热回收系统，它包括上升管换热组、汽水系统、熔盐系统以及上升管外换热器，所述上升管外换热器为熔盐-水换热器，所述上升管换热组包括多个并列连接的双夹套上升管换热装置；所述汽水系统包括给水进口集箱、汽水出口集箱、汽包和给水泵，所述给水泵、熔盐-水换热器、汽包、汽水出口集箱、双夹套上升管换热装置、给水进口集箱通过管道顺序连通，给水进口集箱的另一端与汽包上的下降管管道连通；所述熔盐系统包括熔盐储槽、熔盐泵、熔盐进口集箱和熔盐出口集箱，所述熔盐储槽、熔盐泵、熔盐进口集箱、双夹套上升管换热装置、熔盐出口集箱、熔盐-水换热器依次通过管道首尾连通。
[0007]作为优选，所述双夹套上升管换热装置包括熔盐夹套内筒、熔盐夹套外筒以及水夹套外筒，所述熔盐夹套内筒和熔盐夹套外筒构成熔盐夹套空间，所述熔盐夹套外筒与水夹套外筒构成水夹套空间；所述熔盐夹套的顶部设有熔盐出口，底部设有熔盐进口 ；所述水夹套的顶部设有汽水混合物出口，底部设有给水进口 ；所述给水进口与给水进口集箱连通，汽水混合物出口与汽水出口集箱连通；所述熔盐进口与熔盐进口集箱连通，熔盐出口与熔盐出口集箱连通。选用熔盐作为熔盐夹套空间的导热介质，耐热稳定好，熔盐不爆炸，不燃烧，腐蚀性低，600°C以下时几乎不产生蒸汽，即使泄露其蒸汽也无毒性，常压下即可达较高的使用温度，非常适合用于回收荒煤气显热。
[0008]作为优选，所述熔盐夹套内筒在顶部和底部外翻折边后与熔盐夹套外筒焊接，水夹套外筒在顶部和底部内翻折边后与熔盐夹套外筒焊接。熔盐夹套内筒外翻后与熔盐夹套外筒焊接，使焊缝不与高温荒煤气接触，保证了熔盐夹套的安全。
[0009]作为优选，所述熔盐夹套内筒垂直处的顶部连接有上法兰，熔盐夹套内筒垂直处的底部连接有支承筒。
[0010]作为优选，所述熔盐夹套和水夹套内分别设有熔盐夹套螺旋板和水夹套螺旋板。螺旋板起到了一定的结构加强作用，同时熔盐和给水在螺旋板形成的螺旋通道中流动，不仅行程长，而且也加强了扰动，传热得到强化。
[0011]作为优选，所述给水进口集箱与汽包上的下降管连通的管道上连通有强制循环栗O
[0012]作为优选，所述给水泵与汽包连通的管道上设有支路管道，所述支路管道的两端分别设在熔盐-水换热器的两端。调节给水进入熔盐-水换热器的流量。
[0013]作为优选，所述恪盐夹套螺旋板与恪盐夹套内筒固定连接，所述水夹套螺旋板与熔盐夹套外筒固定连接。
[0014]作为优选，所述各段管道上设有阀门。
[0015]本发明提供的焦炉荒煤气双夹套上升管显热回收系统的回收方法，具体步骤为:
1)从炭化室逸出的焦炉荒煤气从下至上由双夹套上升管换热装置熔盐夹套内筒内壁所形成的通道中流过，将热量通过熔盐夹套内筒的壁面传给熔盐夹套空间中的熔盐导热介质，荒煤气冷却至约500°c，从双夹套上升管换热装置顶部排出；
2)熔盐储槽中的液态熔盐在熔盐泵的驱动下进入熔盐进口集箱，由熔盐进口集箱分配给上升管换热组中的多个双夹套上升管换热装置的熔盐进口，从熔盐进口进入熔盐夹套内筒和熔盐夹套外筒形成的熔盐夹套空间，从下至上流过熔盐夹套空间，吸收来自荒煤气的热量，通过熔盐夹套外筒传给水夹套空间中的给水，然后从双夹套上升管换热装置的熔盐出口流出，多个双夹套上升管换热装置的熔盐汇合到熔盐出口集箱，进入熔盐-水换热器，在其中与给水泵来的给水换热，最后返回熔盐储槽；
3)除氧给水经给水泵进入熔盐-水换热器，在其中与熔盐出口集箱来的熔盐换热后进入汽包，汽包中的水从下降管流出进入给水进口集箱，由给水进口集箱分配给上升管换热组中的多个双夹套上升管换热装置的给水进口，从给水进口进入双夹套上升管换热装置的水夹套空间，吸取从熔盐夹套外筒传来的熔盐热量后部分给水蒸发，汽水混合物从双夹套上升管换热装置的汽水混合物出口流出，多个双夹套上升管换热装置的汽水混合物汇合到汽水出口集箱，通过管道进入汽包，进行汽水分离后得到饱和蒸汽。
[0016]采用以上结构后，本发明的焦炉荒煤气双夹套上升管显热回收系统及回收方法与现有技术相比，具有以下优点:
O导热介质稳定性好，不会在高温环境下变质而影响传热效果。本发明选用熔盐作为熔盐夹套的导热介质，耐热稳定好。以三元熔盐(53%硝酸钾、40%亚硝酸钠、7%硝酸钠)为例，其熔点为142°C，沸点为680°C，在荒煤气显热回收的温度范围内性质稳定。
[0017]2)安全性好。本发明水夹套不与荒煤气直接接触，杜绝了水漏入炭化室的危险；熔盐夹套内筒外翻折边后与熔盐夹套外筒焊接，焊缝不与荒煤气接触，保证了熔盐夹套的安全；熔盐不爆炸，不燃烧，腐蚀性低，600°C以下时几乎不产生蒸汽，即使泄露其蒸汽也无毒性，常压下即可达较高的使用温度，熔盐夹套不用承受高压。
[0018]4)传热效果好。与导热油相比，在相同的压力下熔盐可获得更高的使用温度，常压下可达500°C以上，其传热系数是其他载热体的2倍左右。同时，本发明的熔盐夹套和水夹套中均设置了螺旋板，熔盐和给水在螺旋板形成的螺旋通道中流动，不仅行程长，而且也加强了扰动，传热得到强化。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的实施例1回收系统示意图；
图2为本发明的实施例2回收系统示意图
图3为本发明的双夹套上升管换热装置结构示意图；
图4为图3中I处放大图；
图5为图3中II处放大图。
[0020]其中:100、上升管换热组，101、给水进口，102、水夹套外筒，103、水夹套螺旋板，
104、汽水混合物出口，105、上法兰，106、熔盐出口，107、熔盐夹套内筒，108、熔盐夹套外筒，109、熔盐夹套螺旋板，110、熔盐进口，111、支承筒；200、汽水系统，201、给水泵，202、给水进口集箱，203、汽水出口集箱，204、汽包，205、强制循环泵；300、熔盐系统，301、熔盐储槽，302、熔盐泵，303、熔盐进口集箱，304、熔盐出口集箱，400、熔盐-水换热器，500、支路管道。
【具体实施方式】
[0021]下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
[0022]实施例1:
如图1所示，本实施例