焦炉防腐蚀抑结焦荒煤气显热回收装置及系统.pdf

本发明公开了一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，包括内管，焦炉荒煤气流经内管的内部，内管的内侧壁上设置有耐高温防腐蚀抗结焦涂层；内管的外侧设置有外管；外管与内管之间形成供换热介质流经的空腔。本发明还提供可一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，包括内管，焦炉荒煤气流经过内管的内侧，内管的内侧壁上具有防腐蚀抑结焦涂特性；内管的外侧设置有外管，外管与内管之间形成供换热介质流经的空腔。本发明还提供了一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收系统，包括有耐高温防腐蚀抗结焦高效率上升管换热器及其辅助汽水装置与系统，上升管换热器采用如上所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置。

权利要求书
1.  一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，包括一供焦炉荒煤气流经的内管，所述内管的内侧壁上设置有耐高温防腐蚀抗结焦涂层；所述内管的外侧还套设有一外管，所述外管与所述内管之间形成供换热介质流经的空腔。

2.  根据权利要求1所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述内管为无焊缝金属材料结构。

3.  根据权利要求1所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述耐高温防腐蚀抗结焦涂层由纳米材料、合金材料中的一种或多种复合而成。

4.  根据权利要求1所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述外管的外侧设置有保温层。

5.  根据权利要求1所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述空腔的下侧设置有进口，上侧设置有出口；所述换热介质自所述进口进入再由所述出口排出。

6.  根据权利要求4所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述进口上设置有使由进口进入的换热介质向空腔四周扩散的导流装置。

7.  根据权利要求1所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述空腔的下端还设置有排污口。

8.  根据权利要求1所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述内管的内部设置有用于加强所述焦炉荒煤气与所述换热介质之间的换热的强化换热元件。

9.  根据权利要求1所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述内管的上端边缘和下端边缘向外侧弯曲扩径。

10.  根据权利要求1所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述内管与焦炉碳化室相连接部位进行耐高温、抗结焦、防腐蚀处理。

11.  一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，其特征在于，包括一供焦炉荒煤气流经的内管，所述内管的内侧壁上具有防腐蚀抑结焦涂特性；所述内管的外侧套设有外管，所述外管与所述内管之间形成供换热介质流经的空腔。

12.  一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收系统，其特征在于，包括上升管换热器及其辅助汽水装置与系统，所述上升管换热器采用如权利要求1-11中任意一项所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置。

说明书焦炉防腐蚀抑结焦荒煤气显热回收装置及系统
技术领域
本发明涉及焦炉荒煤气回收技术领域，具体涉及一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置及系统。
背景技术
焦化行业作为高能耗行业备受关注，焦炉炼焦过程中，焦炉上升管内的荒煤气温度高达750℃，含有大量的显热，为便于后续焦化工艺处理，传统工艺采用喷氨水急冷的工艺冷却高温荒煤气，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，增加污水排放和电力消耗。焦炉排出的高温荒煤气由于其成份复杂，流量、温度持续变化，且随着温度的降低有部分焦油组分的析出，导致荒煤气显热回收成为世界性技术难题，荒煤气显热至今未被回收，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。
目前焦炉荒煤气余热回收研究主要分为上升管、桥管、外置式三类形式：一是将上升管改造为具有余热回收功能的上升管装置，采用水或氮气或热电材料作为中介介质回收热水（蒸汽）、热氮气、电力等，但由于焦炉荒煤气含有H2S、水蒸汽和焦油等腐蚀性因素易导致泄露，影响上升管甚至焦炉本体的寿命，同时由于焦油结焦不宜去除引起换热失效，这些因素导致实际应用困难；二是在桥管下降部位设置换热面回收焦炉荒煤气显热，此种结构形式需要增加炉顶载荷，更改现有氨水等管路布置，在现有运行的焦炉上难以实施；三是采用将荒煤气集中引出，另外设置集中的余热回收系统，此种结构模式由于其系统复杂、荒煤气的可燃性、焦油析出结焦等因素甚至增加了新的难题，且系统的气密性等要求很高，系统安全运行受到很大挑战。总而言之，目前焦炉荒煤气显热回收仍然没有一个科学合理有效的解决方案。
发明内容
针对现有焦炉上升管内易腐蚀、泄露、焦油析出结焦等问题，本发明提供了一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，包括一供焦炉荒煤气流经的内管，所述内管的内侧壁上设置有耐高温防腐蚀抗结焦涂层；所述内管的外侧还套设有一外管，所述外管与所述内管之间形成供换热介质流经的空腔。
较佳地，所述内管为无焊缝金属材料结构。
较佳地，所述耐高温防腐蚀抗结焦涂层由纳米材料、合金材料中的一种或多种复合而成。
较佳地，所述外管的外侧还设置有保温层。
较佳地，所述空腔的下侧设置有进口，上侧设置有出口；所述换热介质自所述进口进入再由所述出口排出。
较佳地，所述进口上设置有使由进口进入的换热介质向空腔四周扩散的导流装置。
较佳地，所述空腔的下端还设置有排污口。
较佳地，所述内管的内部设置有用于加强所述焦炉荒煤气与所述换热介质之间的换热的强化换热元件。
较佳地，所述内管的上端边缘和下端边缘向外侧弯曲扩径。
较佳地，所述内管与焦炉碳化室连接的下端进行耐高温、抗结焦、防腐蚀处理。
本发明还提供了一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，包括一供焦炉荒煤气流经的内管，所述内管的内侧壁上具有防腐蚀抑结焦涂特性；所述内管的外侧套设有外管，所述外管与所述内管之间形成供换热介质流经的空腔。
本发明还提供了一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收系统，包括上升管回收装置及其辅助汽水装置与系统，所述上升管回收装置采用如上所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1）本发明提供的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置及系统，内管与外管之间形成一供换热介质流通的空腔，通过换热介质吸收热量，充分回收荒煤气的显热，实现了焦炉荒煤气显热持续稳定有效的回收和利用，回收焦炉荒煤气显热用来产生用户需要压力等级的蒸汽；同时降低荒煤气从上升管换热器的上端进入桥管时的温度，降低原有系统氨水、电力等消耗，减少废水产生，实现焦炉节能减排；
2）本发明提供的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置及系统，内管采用无焊缝金属材料结构设计，从而防止荒煤气对焊缝直接接触腐蚀导致的汽水泄露；
3）本发明提供的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置及系统，在内管的内侧壁上设置耐高温防腐蚀抗结焦涂层，从而防止了荒煤气对内管的内侧壁表面的腐蚀，减缓焦油在内管的内侧壁表面的冷凝结焦，且易于除焦，使内管保持较好的换热效果。
附图说明
结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：
图1为本发明提供的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置的结构示意图；
图2为本发明提供的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置的第一种变形结构设计示意图；
图3为本发明提供的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置的第二种变形结构设计示意图。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
请参考图1-3，本发明提供了一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，在保持原有焦炉上升管周边部件变化较小甚至不变的情况下，通过材料性能研究与特殊结构设计相结合，设计出防腐蚀、抗结焦、耐高温、无泄漏带显热回收功能的回收装置（又可称之为“上升管换热器”）替代原有上升管，以实现焦炉荒煤气显热高效回收，并解决显热回收过程中出现的腐蚀、泄露、焦油析出结焦等问题。
具体的，焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置包括内管3，内管3的内侧呈中空状，形成供荒煤气流通的荒煤气通道1；内管3的外侧设置有一外管5，外管5与内管3之间形成一空腔4；空腔4内用于容纳换热介质流动，高温荒煤气进入到荒煤气通道1内，并通过内管3与空腔4内的换热介质进行热交换；本发明将上升管功能与热回收功能合二为一，一方面有效降低了荒煤气从内管3的上端进入桥管时的温度，减少了后续处理消耗的氨水、电力等；另一方面空腔4的换热介质吸收热量，回收荒煤气的显热。
在本实施例中，内管3采用无缝焊接金属材料结构，从而可有效的防止荒煤气对焊缝的直接接触腐蚀，以避免空腔4内换热介质的泄露；其中，内管3可采用开槽、锻造、扩径等方法，来实现内管3的无焊缝结构形式，此处不作限制。
内管3与外管5形成的空腔4的下端连接焦炉碳化室，上端连接桥管，通常是采用法兰连接，内管3的两端与两法兰之间通过焊接方式来进行连接，并保证内管3上的所有焊接连接点均不与荒煤气通道1直接连通。具体的，本发明可将内管3的上端边缘和下端边缘向外侧方向弯曲扩经，从而使得内管3的顶部、底部与法兰之间的焊接点不与荒煤气通道1接触，从而进一步的阻止荒煤气与焊缝的接触；当然，内管3的上下端不仅局限于弯曲扩径这一方法来实现，也可采用具有同样效果的加工结构，此处不作限制
另外，由于内管3的下端10与焦炉高温（1000℃以上）碳化室直接连通，荒煤气流经内管3的下端10位置处的时候温度较高，且可能带有火花等，易对内管3的下端10造成破坏；本发明为了对内管3的下端10进行保护，内管3的下端10可采用涂釉耐火材料整体制作而成，来起到防火耐高温的处理效果，当然也可采用其他形式来进行防火处理，此处不作限制。
在本实施例中，内管3的内侧壁上还设置有耐高温防腐蚀抗结焦涂层2；由于荒煤气中含有H2S、水蒸汽和焦油等腐蚀性因素，从而造成内管3的腐蚀，影响内管3的寿命，同时焦油易结焦在内管3的内侧壁上，不易去除，从而引起换热的失效；本发明通过耐高温防腐蚀抗结焦涂层2的设置实现防腐且抑制结焦，该涂层材料根据焦炉实际情况采用纳米涂料、合金等材料中的一种或多种复合而成，通过这特殊防护涂层的制作，进一步将承压的内管3的内侧壁与荒煤气隔离，进一步防止内表面的腐蚀，并抑制结焦积碳堵塞，且少量结焦易于去除，实现多重防泄漏保护。
在其他实施方式中，耐高温防腐蚀抗结焦涂层2也可与内管3结合成一体，即内管3直接采用耐高温防腐蚀抗结焦特性的材料制作而成，这种实施方式也属于本发明的保护范围，此处不作限制。
在本实施例中，内管3的荒煤气通道1内还可设置有强化换热元件7，用于加强焦炉荒煤气与换热介质之间的换热，来回收更多的荒煤气的显热；其中，强化换热元件7可采用扰流子、翅片等方式来实现，此处不作限制。
在本实施例中，外管5与内管3之间形成绕空腔4，换热介质流经空腔4，换热介质优选的采用水；空腔4的下端上设置有进口9，上端上设置有出口14，水由进口9进入到空腔4内，经过热交换，吸收荒煤气的显热升温变成汽水混合物，再由出口14排出；其中，进口9上还设置有导流元件8，导流元件8使得由进口9进入的水先向空腔4的周向四周扩散后，再向空腔4的上方扩散，以便于使得水与内管3尽可能均匀接触，改善换热效果。
空腔4的下端上还设置有排污口11，水才内腔内长时间的加热汽化，势必会有一定的杂质沉积在空腔4的下端，本发明通过排污口11的设置，以便含沉积杂质的污水排出。
另外，由于外管5是与水直接接触的，内管3则是同时直接与水、间接与荒煤气接触，因此极易导致外管5与内管3之间存在温差，温差的变化易导致外管5、内管3的变形、甚至损坏；本发明可通过设置膨胀结构、系统控制温差、采用相近膨胀系数材料等方式，来解决上述问题。
在本实施例中，外管5的外侧上还设置有保温层6，用于防止热量的流失，使得荒煤气的显热得到充分够的回收，同时降低外部环境温度，改善作业环境。
在本实施例中，还可根据不同焦炉实际情况的需要，设置检漏预警、自动控制、状态监测等辅助结构或元件或系统12，保护端部与外部结合部位，进一步确保整个回收装置稳定运行，同时及时发现泄漏等故障并进行处理。
下面就本发明提供的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置的工作原理作进一步的说明，具体如下：
工作时，荒煤气从内管3的底部进入，沿着荒煤气通道1向上流动，从内管3顶部出去后进入桥管及集气管，内管3的底部和顶部均采用端部保护装置防止荒煤气与内管3接触；换热介质（水）从进口9进入，经过导流元件8在腔室4中四周扩散后向上流动，通过换热产生汽水混合物从出口14流出，进入外部设置的汽包，汽水混合物经过汽水分离后向外部供汽；同时根据现场情况不同设置排污装置11、检漏等状态监测12，进一步提供系统的安全性与可靠性。
综上本发明通过多重防护可以有效防止水（汽）泄露，防止荒煤气对内管3的内侧壁表面的腐蚀，减缓煤焦油在内管3内侧壁表面上的冷凝结焦，且易于除焦，使内管3保持较好的换热效果，同时根据需要增设强化换热元件，最终实现高效换热，为内管3中荒煤气显热回收的可靠性、有效性提供了保障。另一方面，在回收荒煤气显热的同时，有效降低了荒煤气进入桥管时的温度，减少了后续处理消耗的氨水、电力等；最终实现了耐高温、防腐蚀、抗结焦、无泄漏的焦炉荒煤气显热高效、安全的回收。
本发明还提供了一种焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收系统，通常焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收系统包括有耐高温防腐蚀抗结焦高效率上升管换热器及其辅助汽水系统与装置，本发明系统中的上升管换热器，采用以上所述的焦炉防腐蚀抗结焦荒煤气显热回收装置，此处不再赘述。
因本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。