一种插入式荒煤气余热回收装置及方法以及在脱苯、蒸氨工艺中的应用与流程

2021-02-27 14:02:27|

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本发明涉及一种插入式荒煤气余热回收装置及方法以及在脱苯、蒸氨工艺中的应用，属于上升管荒煤气余热回收利用技术领域。

背景技术：

目前，荒煤气的余热利用主要有插入式换热器及换上升管形式的换热器，换上升管形式的换热器又分为夹套式和盘管式，夹套式和盘管式的介质又分为水循环形式和导热油式。换上升管形式换热器换热是通过上升管内壁与荒煤气层流接触，并且内壁厚度大换热效率较差，而且属于压力容器的特种设备，在焦炉炉顶，出现事故对人员及现场危害大。换上升管形式换热器现场安装时间长，影响焦炉出炉进而影响焦炭产量。通过换整个上升管安装，投资大。目前，换上升管形式的换热器同样能回收焦炉上升管荒煤气的热量，但是回收效率低；换上升管形式的换热器，直接产蒸汽压力一般不超过0.8mpa，压力低只能直接并网用于厂区蒸汽品质要求较低的区域使用；换上升管形式的换热器，加热导热油形式，其中最大的弊病就是，导热油干烧，容易烧焦碳化，致使整个系统瘫痪。

已有技术的插入式换热器，存在的主要问题是：换热器根数少，换热面积小导致换热量小，并且原有插入式换热器内部连接采用焊接形式，焊接质量受多方面因素影响，容易出现泄漏，对焦炉产生不利影响；而且原插入式换热器安装在上升管上，需要对原有上升管开孔，破坏了原有上升管。

目前脱苯、蒸氨工艺，脱苯需要的热源，使用较多的是由管式炉加热导热油或管式炉直接加热富油及饱和蒸汽。蒸氨工段同样目前使用较多的是由管式炉加热导热油或管式炉直接加热剩余氨水及循环废水。管式炉通过燃烧煤气产生热量，从节能环保方面说这样浪费了高品质的煤气能源，同时燃烧煤气时未燃烧充分及燃烧后氮氧化合物、二氧化硫及二氧化碳直接排放到大气中，污染了环境；从安全角度说，焦化厂脱苯及蒸氨工段属于防爆危险区域，在易燃易爆区域明火燃烧煤气，存在重大的安全隐患，是一个重大的危险源。同时管式炉加热导热油或富油，同样需要控制精度要求高，管式炉明火加热温度如果控制不好，温度太高致使导热油或富油结焦碳化，容易造成系统停产，恢复处理比较困难。

技术实现要素：

本发明提供一种插入式荒煤气余热回收装置及方法以及在脱苯、蒸氨工艺中的应用，插入式荒煤气余热回收装置克服了原来的插入式上升管换热器的弊病，调整了结构布局，增大了换热面积，安装于水封盖及桥管法兰连接处，安装简便，在焦炉正常生产情况下利用上升管打盖出焦的间隙，在半小时内完成安装插入式换热器，提取荒煤气余热降低后续工段的能源消耗；产生的蒸汽通过安装的螺旋板换热器加热富油、剩余氨水和循环废水，同时插入式荒煤气余热回收产生的过热蒸汽直接进入脱苯工段再生器，配合整个系统的工艺调节实现荒煤气的余热的高效利用，能够满足脱苯、蒸氨工艺所需热源的要求，满足脱苯、蒸氨稳定生产的要求，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种插入式荒煤气余热回收装置，为列管式换热器，插入焦炉上升管，包含串联连接的八根换热管，八根换热管的直管段相互平行布置，直管段下面的八个端部通过四个下部u型弯管两两连接，直管段上面的八个端部通过八个90°连接弯管连接，形成同一平面上的八个连接端，该平面与直管段垂直，其中的两个连接端分别为法兰进水口和法兰出汽口，另外六个连接端通过三个外部u型连接弯管两两连接，八根换热管的直管段整体形成串联连接结构，该串联连接结构插入焦炉上升管内；八个连接端、法兰进水口、法兰出汽口和三个外部u型连接弯管均位于同一平面上，焊接在水封盖安装底座上，水封盖安装底座上设有水封盖安装底座定位孔，通过螺栓穿过水封盖安装底座定位孔，将焦炉上升管水封盖、水封盖安装底座与焦炉上升管连接在一起。

所述八根换热管也称为分支列管，本发明的插入式荒煤气余热回收装置属于列管式换热器。

所述八根换热管的直管段的中部分别设有各自的连接板固定套管，八个连接板固定套管之间通过活动连接板连接，保证八根换热管的稳定性。

所述三个外部连接弯管包括两个外部u型连接弯管和一个外部7字形连接弯管。

所述串联连接的八根换热管，分别是换热管a、换热管b、换热管c、换热管d、换热管e、换热管f、换热管g和换热管h，换热管a和换热管b下面端部、换热管c和换热管d下面端部、换热管e和换热管f下面端部与换热管g和换热管h下面端部分别通过各自的下部u型弯管连接，换热管a和换热管b形成的换热通道与换热管c和换热管d形成的换热通道相互平行布置，并与换热管e和换热管f形成的换热通道垂直布置，换热管e和换热管f形成的换热通道与换热管g和换热管h形成的换热通道相互平行布置；换热管a上面端部通过90°连接弯管连接法兰进水口，换热管b和换热管c上面端部、换热管f和换热管g上面端部分别通过各自的90°连接弯管与各自的外部u型连接弯管连接，换热管d和换热管e上面端部通过90°连接弯管与外部7字形连接弯管连接，换热管h通过90°连接弯管与法兰出汽口连接。

所述换热管a和换热管b形成的换热通道与换热管c和换热管d形成的换热通道长度大于换热管e和换热管f形成的换热通道与换热管g和换热管h形成的换热通道，整体形成类似细长管状结构，便于插入焦炉上升管内。

所述换热管的直管段与各自的外部u型连接弯管、90°连接弯管、下部u型弯管和外部7字形连接弯管一体冲压成型，也可以焊接连接成型。

一种插入式荒煤气余热回收方法，打开焦炉原有的焦炉上升管水封盖，将所述串联连接结构插入焦炉上升管内，水封盖安装底座位于焦炉上升管水封盖与焦炉上升管之间，通过螺栓穿过水封盖安装底座定位孔，将焦炉上升管水封盖、水封盖安装底座与焦炉上升管密闭连接在一起；水通过法兰进水口进入，依次进入串联连接的八根换热管，在焦炉上升管内部经过荒煤气换热后最后由法兰出汽口送出；水经过焦炉上升管内部经过荒煤气换热后汽化，送出蒸汽或汽水混合物。

分水器中的水进入法兰进水口，先进入换热管a，往下进入下部u型弯管，再进入换热管b，向上进入外部u型连接弯管，再向下进入换热管c，再向上进入换热管d，然后进入外部7字形连接弯管，再向下进入换热管e，再向上进入换热管f，进入另一个外部u型连接弯管，再向下进入换热管g，再向上进入换热管h，在焦炉上升管内部经过荒煤气换热后最后通过法兰出汽口送出。

一种插入式荒煤气余热回收装置，为盘管式换热器，插入焦炉上升管，包含串联连接的直管段和盘管段，直管段的一端通过90°连接弯管与法兰进水口连接，另一端通过下部u型弯管与盘管段的一端连接，盘管段的另一端通过另一个90°连接弯管与法兰出汽口连接；盘管段为围绕直管段布置的螺旋上升盘管，直管段和盘管段一同构成类似柱状结构，便于插入焦炉上升管；法兰进水口和法兰出汽口位于同一平面上，焊接在水封盖安装底座上，水封盖安装底座上设有水封盖安装底座定位孔，通过螺栓穿过水封盖安装底座定位孔，将焦炉上升管水封盖、水封盖安装底座与焦炉上升管连接在一起。

所述水封盖安装底座上设有固定连接杆，盘管段焊接在固定连接杆上。

所述盘管段上部设有一段直管段二，通过直管段二与90°连接弯管连接。

一种插入式荒煤气余热回收方法，打开焦炉原有的焦炉上升管水封盖，将所述类似柱状结构插入焦炉上升管内，水封盖安装底座位于焦炉上升管水封盖与焦炉上升管之间，通过螺栓穿过水封盖安装底座定位孔，将焦炉上升管水封盖、水封盖安装底座与焦炉上升管密闭连接在一起；水通过法兰进水口进入，依次进入串联连接的直管段和盘管段，在上升管内部经过荒煤气换热后最后由法兰出汽口送出；水经过焦炉上升管内部经过荒煤气换热后汽化，送出蒸汽或汽水混合物。

一种插入式荒煤气余热回收装置在脱苯、蒸氨工艺中的应用，工艺流程如下：①脱盐、除氧水给水水站，脱盐水进入脱盐水蓄水罐，除氧循环泵抽取脱盐水蓄水罐内的水送至除氧器除氧，除氧后由汽包给水泵根据汽包液位高点控制送入汽包（汽包低点液位控制由脱苯及蒸氨后冷凝水回送至汽包，循环利用）；②高温强制循环水泵，抽取汽包汽水分离后的水，送至分水器，分水器分配水从插入式荒煤气余热回收装置一法兰进水口进入，由插入式荒煤气余热回收装置一出汽温度控制进水水量（保证小水量进水，保证不低于荒煤气中焦油的结焦温度）；③从插入式荒煤气余热回收装置一法兰出汽口出来的汽水混合物，通过管路输送至汽包；④汽水分离后，通过减压装置，控制汽包及减压装置前回收系统压力，减压装置前达到使用条件的蒸汽由管路系统送至脱苯及蒸氨工段换热，富余蒸汽通过减压装置后并网至现有蒸汽管网；⑤脱苯及蒸氨工段换热后蒸汽冷凝成水，由冷凝水回收泵及管路送回至汽包（由汽包低点控制，以冷凝水循环利用为主）；过热蒸汽，是利用减压装置后与现有蒸汽管网并网的蒸汽回流至插入式荒煤气余热回收装置二（与普通上升管插入式进水换热器可以互相切换）二次加热，通过调节过热蒸汽的用量及插入式荒煤气余热回收装置二的数量调节过热蒸汽出汽温度及压力，由过热蒸汽管路输送至脱苯工段过热蒸汽进再生器，满足生产工艺的要求；蒸汽与原富油、剩余氨水、循环废水通过换热及冷凝回收一体装置换热，通过温度调节系统，控制进入螺旋板换热器的循环量，控制换热后的温度，满足后续工艺使用要求；蒸汽换热后，冷凝水通过液位控制，由冷凝水回收水泵，加压送回至荒煤气余热回收系统汽包内，实现循环利用。

本发明涉及的余热回收系统包括：脱盐、除氧水给水水站，汽水分离汽包，高温强制循环水泵，分水器，插入式荒煤气余热回收装置，温度检测控制，压力检测控制，检漏装置，过热装置，汽包液位控制，出汽压力控制，给水管路，汽水混合物管路和蒸汽管路。

本发明涉及的脱苯、蒸氨工艺中应用系统包括：饱和蒸汽（16-40公斤）管路，富油管路，剩余氨水管路，循环废水管路，过热蒸汽管路，蒸汽加热富油换热器（换热器带冷凝回收装置），蒸汽加热剩余氨水及循环废水换热器（换热器带冷凝回收装置），冷凝水回收液位控制，富油、剩余氨水及循环废水温度控制，过热蒸汽进再生器流量控制。

本发明通过插入式荒煤气换热器提取荒煤气温度，系统升压达到16-40公斤，饱和蒸汽温度达到200.43-249.18℃，通过换热器来加热脱苯工段富油，使富油温度加热至180-230℃；同时利用插入式荒煤气换热器加热6公斤饱和蒸汽至350-450℃，送至脱苯工段再生器使用。上述饱和蒸汽（温度200.43-249.18℃）与系统管网蒸汽通过换热器来加热蒸氨工段剩余氨水及循环废水，满足蒸氨工艺的使用要求。

本发明的积极效果：插入式荒煤气余热回收装置克服了原来的插入式上升管换热器的弊病，采用插入式内部冲压一次成型（避免焊口），调整了结构布局新颖合理，增大了换热面积，安装于水封盖及桥管法兰连接处，安装简便、易于维护，在半小时内既可以完成安装，不影响焦化焦炭生产；直接与荒煤气换热，换热效率高；产生的蒸汽通过安装的螺旋板换热器（带冷凝水回收装置）加热富油、剩余氨水、循环废水，同时冷凝水回送至汽包，实现了能源的循环利用；荒煤气余热回收产生的过热蒸汽直接进入脱苯工段再生器，配合整个系统的工艺调节实现荒煤气的余热的高效利用，能够满足脱苯、蒸氨工艺所需热源的要求，满足脱苯、蒸氨稳定生产的需求，大大降低了能源消耗，减少污染物的排放，排除了脱苯、蒸氨区域一个安全隐患，降低了脱苯、蒸氨区域人员的劳动强度，结构简单，初投资小，易于推广应用。

附图说明

图1为本发明上升管内插入式列管式换热器装配示意图；

图2为本发明上升管内插入式列管式换热器俯视图；

图3为本发明上升管插入式列管式换热器横剖面图；

图4为本发明上升管插入式列管式换热器构造图；

图5为本发明上升管内插入式盘管式换热器装配示意图；

图6为本发明上升管插入式盘管式换热器横剖面图；

图7为本发明上升管插入式盘管式换热器构造图；

图8为本发明插入式荒煤气余热回收装置及在脱苯、蒸氨工艺中应用的流程图；

图中：脱盐水1、脱盐水蓄水罐2、除氧循环泵3、除氧器4、汽包给水泵5、汽包6、高温强制循环水泵7、分水器8、插入式荒煤气余热回收装置一9、减压装置10、现有蒸汽管网11、插入式荒煤气余热回收装置二12、过热蒸汽进再生器13、螺旋板换热器14、冷凝回收装置15、冷凝水回收水泵16、原富油17、热富油供下一工序18、循环废水19、加热后循环废水20、剩余氨水21、加热后剩余氨水22；焦炉上升管水封盖101、焦炉上升管桥管102、焦炉上升管103、外部u型连接弯管104、水封盖安装底座105、90°连接弯管106、直管段107、下部u型弯管108、法兰进水口109、法兰出汽口110、外部7字形连接弯管111、水封盖安装底座定位孔112、活动连接板113、连接板固定套管114、固定连接杆115、盘管段116、内部支撑架117、直管段二118。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

参照附图1、2、3、4，一种插入式荒煤气余热回收装置，为列管式换热器，插入焦炉上升管103，包含串联连接的八根换热管，八根换热管的直管段107相互平行布置，直管段下面的八个端部通过四个下部u型弯管108两两连接，直管段上面的八个端部通过八个90°连接弯管106连接，形成同一平面上的八个连接端，该平面与直管段垂直，其中的两个连接端分别为法兰进水口109和法兰出汽口110，另外六个连接端通过三个外部u型连接弯管两两连接，八根换热管的直管段107整体形成串联连接结构，该串联连接结构插入焦炉上升管103内；八个连接端、法兰进水口109、法兰出汽口110和三个外部u型连接弯管均位于同一平面上，焊接在水封盖安装底座105上，水封盖安装底座105上设有水封盖安装底座定位孔112，通过螺栓穿过水封盖安装底座定位孔112，将焦炉上升管水封盖101、水封盖安装底座105与焦炉上升管103连接在一起。

所述八根换热管也称为分支列管，本发明的插入式荒煤气余热回收装置属于列管式换热器。

所述八根换热管的直管段107的中部分别设有各自的连接板固定套管114，八个连接板固定套管114之间通过活动连接板113连接，保证八根换热管的稳定性。

所述三个外部连接弯管包括两个外部u型连接弯管104和一个外部7字形连接弯管111。

所述串联连接的八根换热管，分别是换热管a、换热管b、换热管c、换热管d、换热管e、换热管f、换热管g和换热管h，换热管a和换热管b下面端部、换热管c和换热管d下面端部、换热管e和换热管f下面端部与换热管g和换热管h下面端部分别通过各自的下部u型弯管108连接，换热管a和换热管b形成的换热通道与换热管c和换热管d形成的换热通道相互平行布置，并与换热管e和换热管f形成的换热通道垂直布置，换热管e和换热管f形成的换热通道与换热管g和换热管h形成的换热通道相互平行布置；换热管a上面端部通过90°连接弯管连接法兰进水口109，换热管b和换热管c上面端部、换热管f和换热管g上面端部分别通过各自的90°连接弯管与各自的外部u型连接弯管104连接，换热管d和换热管e上面端部通过90°连接弯管与外部7字形连接弯管111连接，换热管h通过90°连接弯管与法兰出汽口110连接。

所述换热管a和换热管b形成的换热通道与换热管c和换热管d形成的换热通道长度大于换热管e和换热管f形成的换热通道与换热管g和换热管h形成的换热通道，整体形成类似细长管状结构，便于插入焦炉上升管103内。

所述换热管的直管段107与各自的外部u型连接弯管104、90°连接弯管106、下部u型弯管108和外部7字形连接弯管111一体冲压成型，也可以焊接连接成型。

一种插入式荒煤气余热回收方法，打开焦炉原有的焦炉上升管水封盖101，将所述串联连接结构插入焦炉上升管103内，水封盖安装底座105位于焦炉上升管水封盖101与焦炉上升管103之间，通过螺栓穿过水封盖安装底座定位孔112，将焦炉上升管水封盖101、水封盖安装底座105与焦炉上升管103密闭连接在一起；水通过法兰进水口109进入，依次进入串联连接的八根换热管，在焦炉上升管内部经过荒煤气换热后最后由法兰出汽口110送出；水经过焦炉上升管内部经过荒煤气换热后汽化，送出蒸汽或汽水混合物。

分水器中的水进入法兰进水口109，先进入换热管a，往下进入下部u型弯管，再进入换热管b，向上进入外部u型连接弯管，再向下进入换热管c，再向上进入换热管d，然后进入外部7字形连接弯管，再向下进入换热管e，再向上进入换热管f，进入另一个外部u型连接弯管，再向下进入换热管g，再向上进入换热管h，在焦炉上升管内部经过荒煤气换热后最后通过法兰出汽口110送出。

参照附图5、6、7，一种插入式荒煤气余热回收装置，为盘管式换热器，插入焦炉上升管103，包含串联连接的直管段107和盘管段116，直管段107的一端通过90°连接弯管与法兰进水口109连接，另一端通过下部u型弯管108与盘管段116的一端连接，盘管段116的另一端通过另一个90°连接弯管与法兰出汽口110连接；盘管段116为围绕直管段107布置的螺旋上升盘管，直管段107和盘管段116一同构成类似柱状结构，便于插入焦炉上升管103；法兰进水口109和法兰出汽口110位于同一平面上，焊接在水封盖安装底座105上，水封盖安装底座105上设有水封盖安装底座定位孔112，通过螺栓穿过水封盖安装底座定位孔112，将焦炉上升管水封盖101、水封盖安装底座105与焦炉上升管103连接在一起。

所述水封盖安装底座105上设有固定连接杆115，盘管段116焊接在固定连接杆115上。

所述盘管段116上部设有一段直管段二118，通过直管段二118与90°连接弯管连接。

一种插入式荒煤气余热回收方法，打开焦炉原有的焦炉上升管水封盖101，将所述类似柱状结构插入焦炉上升管103内，水封盖安装底座105位于焦炉上升管水封盖101与焦炉上升管103之间，通过螺栓穿过水封盖安装底座定位孔112，将焦炉上升管水封盖101、水封盖安装底座105与焦炉上升管103密闭连接在一起；水通过法兰进水口109进入，依次进入串联连接的直管段107和盘管段116，在上升管内部经过荒煤气换热后最后由法兰出汽口110送出；水经过焦炉上升管内部经过荒煤气换热后汽化，送出蒸汽或汽水混合物。

一种插入式荒煤气余热回收装置在脱苯、蒸氨工艺中的应用，工艺流程如下：①脱盐、除氧水给水水站，脱盐水进入脱盐水蓄水罐，除氧循环泵抽取脱盐水蓄水罐内的水送至除氧器除氧，除氧后由汽包给水泵根据汽包液位高点控制送入汽包（汽包低点液位控制由脱苯及蒸氨后冷凝水回送至汽包，循环利用）；②高温强制循环水泵，抽取汽包汽水分离后的水，送至分水器，分水器分配水从插入式荒煤气余热回收装置一法兰进水口进入，由插入式荒煤气余热回收装置一出汽温度控制进水水量（保证小水量进水，保证不低于荒煤气中焦油的结焦温度）；③从插入式荒煤气余热回收装置一法兰出汽口出来的汽水混合物，通过管路输送至汽包；④汽水分离后，通过减压装置，控制汽包及减压装置前回收系统压力，减压装置前达到使用条件的蒸汽由管路系统送至脱苯及蒸氨工段换热，富余蒸汽通过减压装置后并网至现有蒸汽管网；⑤脱苯及蒸氨工段换热后蒸汽冷凝成水，由冷凝水回收泵及管路送回至汽包（由汽包低点控制，以冷凝水循环利用为主）；过热蒸汽，是利用减压装置后与原有蒸汽管网并网的蒸汽回流至插入式荒煤气余热回收装置二（与普通上升管插入式进水换热器可以互相切换）二次加热，通过调节过热蒸汽的用量及插入式荒煤气余热回收装置二的数量调节过热蒸汽出汽温度及压力，由过热蒸汽管路输送至脱苯工段过热蒸汽进再生器，满足生产工艺的要求；蒸汽与原富油、剩余氨水、循环废水通过换热及冷凝回收一体装置换热，通过温度调节系统，控制进入螺旋板换热器的循环量，控制换热后的温度，满足后续工艺使用要求；蒸汽换热后，冷凝水通过液位控制，由冷凝水回收水泵，加压送回至荒煤气余热回收系统汽包内，实现循环利用。

更具体的实施方式，参照附图8。

一种插入式荒煤气余热回收装置在脱苯、蒸氨工艺中的应用，工艺流程如下：

1）首先脱盐水1经过管道输送至脱盐水蓄水罐2内；

2）除氧循环泵3抽取脱盐水蓄水罐2内脱盐水输送至除氧器4内除氧；

3）除氧后由汽包给水泵5经过给水管路输送至汽包6内；

4）汽包内水经过下降管进入，由高温强制循环水泵7输送至分水器8内；

5）高温水经过分水器8分配至每一个插入式荒煤气余热回收装置一9法兰进水口内，经过加热后变成汽水混合物，从出汽口送入蒸汽主管回流至汽包6，在汽包6内汽水分离，分离下来的水循环使用；分离出来的蒸汽进入减压装置10（压力控制装置）；

6）减压后蒸汽输送至现有蒸汽管网11，供热用户使用；

7）从并网的管道上取一路饱和蒸汽，进入插入式荒煤气余热回收装置二12，使饱和蒸汽温度达到350-450℃，后经过管路输送至脱苯工段过热蒸汽进再生器13使用；

8）减压前蒸汽，通过压力控制（16-40公斤）饱和蒸汽经过管路输送至脱苯、蒸氨螺旋板换热器14内，把原富油17、循环废水19和剩余氨水21加热，加热后的热富油供下一工序18使用，加热后循环废水20、加热后剩余氨水22进入蒸氨下一工序使用；

9）减压前饱和蒸汽加热介质后，通过冷凝回收装置15回收，通过液位控制及冷凝水回收水泵16，把冷凝水回送至汽包6循环使用。

本发明包含插入式荒煤气换热器换热量计算、蒸汽冷凝与富油、剩余氨水和循环废水热平衡计算。