本發(fā)明涉及一種荒煤氣余熱高低溫綜合回收系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著國際社會(huì)節(jié)能減排政策的不斷推進(jìn)，高耗能企業(yè)生產(chǎn)壓力不斷增加，如何降低企業(yè)能耗成為眾多高耗能企業(yè)面臨的一個(gè)重要問題。煉焦是鋼鐵行業(yè)重要組成部分，也是能耗較高部分，焦?fàn)t荒煤氣出口溫度650～750℃，其熱損失占焦?fàn)t能耗的33％左右，該部分熱能卻未能有效回收。

由于荒煤氣成分復(fù)雜，尤其是含有焦油等容易結(jié)焦成分導(dǎo)致其余熱回收困難，在低于450℃時(shí)，荒煤氣中的焦油、瀝青成分會(huì)迅速結(jié)焦。通常的做法是：在橋管和集氣管噴灑循環(huán)氨水，與荒煤氣直接接觸，將荒煤氣的溫度迅速降至80～85℃；降溫后的荒煤氣進(jìn)入初冷器進(jìn)一步冷卻至25℃，循環(huán)氨水冷卻除焦油后循環(huán)使用。該過程中荒煤氣的熱量被循環(huán)氨水的汽化潛熱吸收，消耗大量的循環(huán)氨水造成生產(chǎn)成本增加，同時(shí)余熱資源也未能有效利用。因此，一些研究者提出荒煤氣余熱回收的方案。

檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)?00810122711.0、專利名稱《焦?fàn)t荒煤氣上升管余熱回收裝置》提出一種采用熱管換熱器吸收荒煤氣余熱的裝置，但是其為避免結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)，只回收荒煤氣中高于500℃以上部分余熱，換熱器出口500℃的荒煤氣進(jìn)入橋管進(jìn)行噴氨冷卻。申請?zhí)?00810201705.4、專利名稱《焦?fàn)t上升管余熱回收與干熄焦系統(tǒng)耦合利用的工藝方法》提出一種將干熄焦工藝和荒煤氣余熱回收系統(tǒng)結(jié)合的方法，但是其為避免結(jié)焦，也只回收荒煤氣中500℃以上的余熱。申請?zhí)?01210317957.X、專利名稱《一種組合式焦?fàn)t荒煤氣余熱回收過熱蒸汽的系統(tǒng)及方法》，通過在上升管內(nèi)設(shè)置換熱器、橋管內(nèi)設(shè)置蒸發(fā)器的方法來回收荒煤氣中的余熱，盡管能夠最大限度回收荒煤氣中的余熱，但是橋管空間有限，荒煤氣中焦油成分在低于450℃時(shí)會(huì)迅速結(jié)焦，進(jìn)而影響換熱效率，同時(shí)，橋管空間有限不方便蒸發(fā)器換熱器表面焦油的清理，長時(shí)間運(yùn)行，橋管蒸發(fā)器換熱效果非常低，甚至?xí)l(fā)生焦油堵塞橋管風(fēng)險(xiǎn)。

通過分析可知，荒煤氣中會(huì)發(fā)生凝結(jié)的成分包括瀝青、蒽油、洗油、萘油、酚油以及輕油等，各組分在液態(tài)下，相同溫度下各組分粘度：瀝青＞蒽油＞洗油＞萘油＞酚油＞輕油，瀝青凝結(jié)溫度最高，在450℃左右開始凝結(jié)，其次為蒽油約在360℃開始凝結(jié)，洗油的凝結(jié)溫度在320℃附近，而萘油、酚油等凝結(jié)溫度繼續(xù)降低，而且其凝結(jié)為液態(tài)時(shí)粘度不高，因此在換熱器上凝結(jié)也很難產(chǎn)生掛壁現(xiàn)象。

焦?fàn)t荒煤氣余熱回收面臨的問題為：一是回收溫度區(qū)間窄，通?；厥?00℃以上余熱；二是荒煤氣中成分復(fù)雜，極易發(fā)生結(jié)焦影響換熱效率。本發(fā)明能夠很好解決荒煤氣余熱回收溫度區(qū)間窄和換熱器結(jié)焦問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種綜合回收荒煤氣余熱的荒煤氣余熱高低溫綜合回收系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明荒煤氣余熱高低溫綜合回收系統(tǒng)，包括沿荒煤氣流動(dòng)方向依次設(shè)置的回收荒煤氣470±10℃以上的余熱的高溫?fù)Q熱器、將荒煤氣冷卻至260±10℃的中溫冷卻器、回收荒煤氣120±10～260±10℃的余熱資源的低溫?fù)Q熱器以及將荒煤氣冷卻至80±10℃的低溫冷卻器。

進(jìn)一步地，所述高溫?fù)Q熱器包括外殼和內(nèi)殼，所述外殼和內(nèi)殼之間設(shè)置有密封的介質(zhì)腔，所述介質(zhì)腔設(shè)置有換熱介質(zhì)進(jìn)、出口；所述外殼的外側(cè)設(shè)置有保溫層。

進(jìn)一步地，所述中溫冷卻器包括一容器，所述容器的底部高度低于所述容器的入口和出口的下邊緣高度，所述容器的入口和出口分別設(shè)置有至少一個(gè)用于噴灑氨水的噴嘴，所述容器的底部設(shè)置有排污口。

進(jìn)一步地，所述低溫?fù)Q熱器包括一殼體，所述殼體的底部低于所述殼體的入口和出口下邊緣的高度；

所述殼體內(nèi)或者殼體的外壁上設(shè)置有換熱管道或換熱夾層，所述殼體的底部設(shè)置有排污口。

進(jìn)一步地，所述低溫冷卻器包括一管道和設(shè)置在管道內(nèi)的水霧噴嘴。

進(jìn)一步地，所述低溫?fù)Q熱器的換熱介質(zhì)管道的出口與所述高溫?fù)Q熱器的換熱介質(zhì)管道的入口連通。

進(jìn)一步地，所述高溫?fù)Q熱器荒煤氣出口設(shè)有溫度傳感器，換熱介質(zhì)進(jìn)口設(shè)有流量計(jì)和電磁閥，所述溫度傳感器和所述流量計(jì)與一控制器通訊連接，所述控制器控制所述電磁閥。

進(jìn)一步地，中溫冷卻器荒煤氣出口設(shè)置有溫度計(jì)，連通所述噴嘴的冷卻介質(zhì)管道上設(shè)置有流量計(jì)和電磁閥，所述溫度計(jì)和流量計(jì)與一控制器通訊連接，所述控制器控制所述電磁閥。

進(jìn)一步地，所述低溫?fù)Q熱器荒煤氣出口設(shè)有溫度傳感器，換熱介質(zhì)進(jìn)口設(shè)有流量計(jì)和電磁閥，所述溫度計(jì)和流量計(jì)與一控制器通訊連接，所述控制器控制所述電磁閥。

進(jìn)一步地，低溫噴卻器荒煤氣出口設(shè)置溫度計(jì)，連通噴嘴的冷卻介質(zhì)管道上設(shè)置有流量計(jì)和電磁閥，所述溫度計(jì)和流量計(jì)與一控制器通訊連接，所述控制器控制所述電磁閥。

本發(fā)明荒煤氣余熱高低溫綜合回收系統(tǒng)中，荒煤氣余熱回收溫度區(qū)間擴(kuò)大，不僅能夠回收470℃以上余熱，還能回收120～260℃部分余熱；解決荒煤氣余熱回收低溫段(低于450℃)會(huì)發(fā)生結(jié)焦的難題，提高換熱器壽命；精確控制循環(huán)氨水量，比傳統(tǒng)循環(huán)氨水用量下降50％，降低企業(yè)運(yùn)行成本。

針對上述問題，本發(fā)明提供一種綜合回收荒煤氣余熱的荒煤氣余熱高低溫綜合回收方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明荒煤氣余熱高低溫綜合回收方法，包括如下步驟：

S1采用高溫?fù)Q熱器對荒煤氣進(jìn)行換熱，控制高溫?fù)Q熱器的出口煤氣溫度為470±10℃；

S2采用中溫冷卻器對荒煤氣進(jìn)行降溫，控制中溫冷卻器的出口煤氣溫度為260±10℃；

S3采用低溫?fù)Q熱器對荒煤氣繼續(xù)進(jìn)行換熱，控制低溫?fù)Q熱器的出口煤氣溫度為120±10℃；

S4采用低溫冷卻器對荒煤氣繼續(xù)進(jìn)行冷卻，控制低溫?fù)Q熱器的出口煤氣溫度為80±10℃。

進(jìn)一步地，在S2中，在中溫冷卻器的入口和出口處向荒煤氣中噴灑氨水進(jìn)行冷卻，控制中溫冷卻器的入口處噴灑液滴SMD范圍在5～10μm，控制中溫冷卻器的出口處噴灑液滴SMD為1±0.3mm。

進(jìn)一步地，在S1中，控制高溫?fù)Q熱器中的換熱介質(zhì)的初始溫度不低于100℃。

進(jìn)一步地，所述S4中，向荒煤氣中噴灑水霧進(jìn)行冷卻。

本發(fā)明荒煤氣余熱高低溫綜合回收方法中，荒煤氣余熱回收溫度區(qū)間擴(kuò)大，不僅能夠回收470℃以上余熱，還能回收120～260℃部分余熱；解決荒煤氣余熱回收低溫段(低于450℃)會(huì)發(fā)生結(jié)焦的難題，提高換熱器壽命；精確控制循環(huán)氨水量，比傳統(tǒng)循環(huán)氨水用量下降50％，降低企業(yè)運(yùn)行成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明荒煤氣余熱高低溫綜合回收系統(tǒng)的實(shí)施例1的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明荒煤氣余熱高低溫綜合回收系統(tǒng)的實(shí)施例1的中溫冷卻器的噴嘴的排布圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1

如圖1-2所示，本實(shí)施例提供一種荒煤氣余熱高低溫綜合回收方法，該系統(tǒng)包括高溫?fù)Q熱器1、中溫噴淋冷卻器2、低溫?fù)Q熱器3和低溫噴淋冷卻器4。

從焦化室出來的650℃以上的高溫荒煤氣進(jìn)入高溫?fù)Q熱器1進(jìn)行熱交換，高溫?fù)Q熱器出口荒煤氣溫度降至470℃左右，回收第一部分高溫余熱。換熱介質(zhì)若采用液體，則采用順流換熱形式，換熱介質(zhì)從高溫?fù)Q熱器1工質(zhì)側(cè)進(jìn)口1.1進(jìn)入換熱器，從工質(zhì)側(cè)出口1.2離開換熱器；若換熱介質(zhì)采用氣體介質(zhì)，則采用逆流換熱形式，換熱工質(zhì)從進(jìn)口側(cè)1.2進(jìn)入換熱器，出口側(cè)1.1離開換熱器。

通過高溫?fù)Q熱器出口的熱電偶T1實(shí)時(shí)監(jiān)測高溫?fù)Q熱器出口溫度，當(dāng)高溫?fù)Q熱器出口溫度TGH＞470+10℃時(shí)，增加冷卻介質(zhì)流量；當(dāng)高溫?fù)Q熱器出口溫度TGH＜470-10℃時(shí)，減少冷卻介質(zhì)流量。

從高溫?fù)Q熱器1出來的約470℃的荒煤氣進(jìn)入中溫噴淋冷卻器2，中溫噴淋冷卻器2為矩形箱體，中溫噴淋冷卻器2入口的頂部設(shè)置3支高壓扇形噴嘴2.1，其噴灑液滴SMD范圍在5～10μm的氨水，將荒煤氣迅速降溫；在其尾端頂部布置3支扇形噴淋噴嘴2.2，其噴灑液滴SMD在1mm附近，用于凝并沉降小液滴；油滴與氨水下落至下部密封水槽，水槽內(nèi)設(shè)有液位計(jì)，混合液定期由排污孔2.3進(jìn)入焦油氨水分離環(huán)節(jié)，通過初步降溫冷凝，煤氣中的高沸點(diǎn)、高粘度的大分子有機(jī)物大部分凝結(jié)，為后續(xù)的低溫?fù)Q熱環(huán)節(jié)提供條件。中溫噴淋冷卻器水平布置，在進(jìn)口段布置多個(gè)扇形噴嘴，根據(jù)冷卻器的長寬比例，在冷卻器上部和側(cè)面分布布置1-3支噴嘴。高壓循環(huán)氨水經(jīng)噴嘴噴出，液滴SMD為5～10μm，目的是為了將進(jìn)入中溫噴淋冷卻器的荒煤氣迅速降溫至280℃，進(jìn)一步荒煤氣通過噴淋冷卻器收集凝結(jié)的液核，噴淋扇形噴嘴的出口的氨水液滴SMD約為1mm，主要是為了凝結(jié)小液滴，使得液滴快速沉降至噴淋冷卻器下部密封水槽，此時(shí)荒煤氣溫度降至260℃，此時(shí)荒煤氣中的瀝青組分、絕大部分蒽油、部分洗油，以及部分H₂S被從荒煤氣中去除。從噴淋冷卻器出來的荒煤氣經(jīng)靜電除霧器吸收未被噴淋冷卻器收集的凝結(jié)液核。

在中溫噴淋冷卻器2出口布置不同徑向深度的熱電偶T2，當(dāng)平均溫度在260±10℃時(shí)，保持高壓扇形噴嘴2.1的噴水量不變；若溫度超過270℃，需增加高壓扇形噴嘴2.1的噴氨水量；若溫度低于250℃需減小高壓扇形噴嘴2.1的噴氨水量。

經(jīng)過初步除焦油的的荒煤氣進(jìn)入低溫?fù)Q熱器3，換熱工質(zhì)從管側(cè)進(jìn)口3.1.1進(jìn)入管式換熱器3.1，從管式換熱器3.1出口3.1.2離開換熱器，經(jīng)過換熱器的荒煤氣進(jìn)一步降溫，其中部分有機(jī)物會(huì)進(jìn)一步冷凝，冷凝的液態(tài)有機(jī)物通過排污孔3.2排出，進(jìn)入后續(xù)工序。

通過調(diào)整換熱介質(zhì)流量，控制低溫?fù)Q熱器3荒煤氣出口溫度范圍在120±10℃，控制策略與高溫?fù)Q熱器相同，在此不再贅述。

從低溫?fù)Q熱器3出來的荒煤氣進(jìn)入低溫噴淋冷卻器4，低溫噴淋冷卻器結(jié)構(gòu)為與常規(guī)荒煤氣橋管類似，通過細(xì)水霧噴嘴4.1噴霧冷卻，降至80℃的合成氣進(jìn)入常規(guī)荒煤氣處理的初冷器進(jìn)一步冷卻；噴淋水滴和凝結(jié)的荒煤氣中的有機(jī)物收集進(jìn)入焦油氨水分離環(huán)節(jié)。

本實(shí)施例中，荒煤氣余熱高低溫綜合回收方法通過高溫?fù)Q熱器、中溫噴淋冷卻系統(tǒng)、低溫?fù)Q熱器和低溫噴淋冷卻系統(tǒng)將荒煤氣余熱分段回收、冷卻，不僅回收荒煤氣余熱還可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)氨水量下降50％，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。

本實(shí)施例荒煤氣余熱高低溫綜合回收系統(tǒng)中，荒煤氣余熱回收溫度區(qū)間擴(kuò)大，不僅能夠回收470℃以上余熱，還能回收120～260℃部分余熱；解決荒煤氣余熱回收低溫段(低于450℃)會(huì)發(fā)生結(jié)焦的難題，提高換熱器壽命；精確控制循環(huán)氨水量，比傳統(tǒng)循環(huán)氨水用量下降50％，降低企業(yè)運(yùn)行成本。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與上述實(shí)施例的不同之處在于：本實(shí)施例中低溫?fù)Q熱器和高溫?fù)Q熱器采用相同工質(zhì)，因此，本實(shí)施例中將二者進(jìn)行串聯(lián)，換熱工質(zhì)首先通過低溫?fù)Q熱器進(jìn)行初步加熱，再進(jìn)入高溫?fù)Q熱器進(jìn)一步提高換熱工質(zhì)熱品質(zhì)。

在上述實(shí)施例中，中溫冷卻器采用的是矩形箱體，該箱體也可以不采用矩形箱體，采用截面為圓形或其他形狀的管道。

在上述實(shí)施例中，中溫冷卻器的噴嘴噴灑的是氨水，應(yīng)當(dāng)理解，該處采用氨水是一種優(yōu)選的實(shí)施例方式，而不是唯一，還可以采用本領(lǐng)域的其他冷卻手段。

在上述實(shí)施例中，低溫冷卻器中的噴嘴噴灑的是水霧，應(yīng)當(dāng)理解，該處采用水霧是一種優(yōu)選的實(shí)施例方式，而不是唯一，還可以采用本領(lǐng)域的其他冷卻手段。

在上述實(shí)施例中，所述的高溫?fù)Q熱器可以采用夾套式式或盤管式結(jié)構(gòu)，與荒煤氣接觸側(cè)壁面應(yīng)保證足夠光滑，用于將從炭化室出口的荒煤氣溫度降至470℃左右，導(dǎo)熱介質(zhì)可為水、導(dǎo)熱油或熔鹽，導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)口溫度應(yīng)高于100℃，避免形成較大的溫差造成換熱器靠近荒煤氣側(cè)溫度過低。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例中的高溫?fù)Q熱器和低溫?fù)Q熱器的換熱方式僅僅是作為一種優(yōu)選的實(shí)施例方式，而不是對換熱方式所作出的限定，在高溫?fù)Q熱器和低溫?fù)Q熱器中還可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其他的換熱方式。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種綜合回收荒煤氣余熱的荒煤氣余熱高低溫綜合回收方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明荒煤氣余熱高低溫綜合回收方法，包括如下步驟：

S1采用高溫?fù)Q熱器對荒煤氣進(jìn)行換熱，控制高溫?fù)Q熱器的出口煤氣溫度為470±10℃；

S2采用中溫冷卻器對荒煤氣進(jìn)行降溫，控制中溫冷卻器的出口煤氣溫度為260±10℃；中溫噴淋冷卻器水平布置，在進(jìn)口段布置多個(gè)扇形噴嘴，根據(jù)冷卻器的長寬比例，在冷卻器上部和側(cè)面分布布置1-3支噴嘴。高壓循環(huán)氨水經(jīng)噴嘴噴出，液滴SMD為5～10μm，目的是為了將進(jìn)入中溫噴淋冷卻器的荒煤氣迅速降溫至280℃，進(jìn)一步荒煤氣通過噴淋冷卻器收集凝結(jié)的液核，噴淋扇形噴嘴的出口的氨水液滴SMD約為1mm，主要是為了凝結(jié)小液滴，使得液滴快速沉降至噴淋冷卻器下部密封水槽，此時(shí)荒煤氣溫度降至260℃，此時(shí)荒煤氣中的瀝青組分、絕大部分蒽油、部分洗油，以及部分H₂S被從荒煤氣中去除。從噴淋冷卻器出來的荒煤氣經(jīng)靜電除霧器吸收未被噴淋冷卻器收集的凝結(jié)液核。

S3采用低溫?fù)Q熱器對荒煤氣繼續(xù)進(jìn)行換熱，控制低溫?fù)Q熱器的出口煤氣溫度為120±10℃；

S4采用低溫冷卻器對荒煤氣繼續(xù)進(jìn)行冷卻，控制低溫?fù)Q熱器的出口煤氣溫度為80±10℃。這一步中，向荒煤氣中噴灑水霧進(jìn)行冷卻。通過細(xì)水霧噴嘴4.1噴霧冷卻，降至80℃的合成氣進(jìn)入常規(guī)荒煤氣處理的初冷器進(jìn)一步冷卻；噴淋水滴和凝結(jié)的荒煤氣中的有機(jī)物收集進(jìn)入焦油氨水分離環(huán)節(jié)。

在S2中，在中溫冷卻器的入口和出口處向荒煤氣中噴灑氨水進(jìn)行冷卻，控制中溫冷卻器的入口處噴灑液滴SMD范圍在5～10μm，控制中溫冷卻器的出口處噴灑液滴SMD為1±0.3mm。

在S1中，控制高溫?fù)Q熱器中的換熱介質(zhì)的初始溫度不低于100℃。從而避免由于換熱器的壁面溫度過低而導(dǎo)致結(jié)焦。

本實(shí)施例荒煤氣余熱高低溫綜合回收方法中，荒煤氣余熱回收溫度區(qū)間擴(kuò)大，不僅能夠回收470℃以上余熱，還能回收120～260℃部分余熱；解決荒煤氣余熱回收低溫段(低于450℃)會(huì)發(fā)生結(jié)焦的難題，提高換熱器壽命；精確控制循環(huán)氨水量，比傳統(tǒng)循環(huán)氨水用量下降50％，降低企業(yè)運(yùn)行成本。

以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。