本發(fā)明涉及焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及焦?fàn)t上升管螺旋盤管套筒式余熱回收利用裝置。本發(fā)明還涉及該裝置的防結(jié)焦方法。

背景技術(shù)：

從焦?fàn)t炭化室上升管逸出的荒煤氣溫度在650℃—750℃，荒煤氣離開炭化室時(shí)所帶走的熱量約占焦?fàn)t總輸出熱量的35%左右，具有較高的回收利用價(jià)值。常規(guī)工藝下為冷卻高溫荒煤氣必須在連接上升管與集氣管的橋管處用氨水噴灑冷卻，使其溫度降至78℃—85℃。為了達(dá)到冷卻荒煤氣，在這一過程中不但使大量優(yōu)質(zhì)煤氣熱能資源被白白浪費(fèi)而無法得到有效利用，而且還要消耗大量氨水和制冷能耗。因而長期以來，針對荒煤氣余熱利用研究人員均作了大量工作，形成了不少荒煤氣余熱利用技術(shù)。

目前荒煤氣余熱利用技術(shù)形式眾多，各有其優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)，但余熱回收技術(shù)不外乎兩種類型：一類是夾層水套式，即在上升管內(nèi)筒外再加一層套管，形成水套夾層，中間通過夾層熱水回收余熱；其優(yōu)點(diǎn)是傳熱效率高，缺點(diǎn)是使用中頻繁出現(xiàn)上升管水套漏水損壞爐體，上升管蓋揭啟困難，蒸汽產(chǎn)量不穩(wěn)定水套易“干鍋”，甚至導(dǎo)致鍋爐汽包爆炸等問題，不能長期平穩(wěn)安全使用；尤其是上升管水套大量熱量被無節(jié)制地傳遞出而導(dǎo)致其溫度低于荒煤氣結(jié)焦溫度點(diǎn)，在上升管內(nèi)壁尤其是上升管根部結(jié)成堅(jiān)硬石墨層或結(jié)焦油餅堵塞上升管，既影響上升管的順暢排出，又阻止熱能傳導(dǎo)，嚴(yán)重限制熱能的回收利用。第二類是螺旋管套筒式，如中國專利“一種螺旋盤管套筒式焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收裝置”、專利號201520772829.3，該焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收裝置包括上升管內(nèi)筒、上升管外筒和盤管，上升管內(nèi)筒的內(nèi)側(cè)為荒煤氣流道，盤管則位于上升管內(nèi)筒和上升管外筒之間的空腔中，為了提高傳熱效率，盤管始終緊密無間隙的盤繞在所述上升管內(nèi)筒的外側(cè)壁上，在該結(jié)構(gòu)中，雖然荒煤氣與螺旋盤管間的傳熱自始至終都在進(jìn)行，正是因?yàn)檫@種自始至終且無節(jié)制的取熱過程，不可避免地造成煤氣中焦油氣凝結(jié)，回流炭化室或粘附在上升管內(nèi)壁影響荒煤氣導(dǎo)出。同時(shí)高溫荒煤氣是具有強(qiáng)腐蝕性的復(fù)雜化學(xué)物質(zhì)，對余熱回收利用裝置形成嚴(yán)重的腐蝕作用，使余熱回收利用裝置的使用壽命大大縮短。

因此現(xiàn)有的荒煤氣余熱利用技術(shù)均在技術(shù)存在一些不足，一方面無法控制荒煤氣中焦油蒸汽的結(jié)焦，導(dǎo)致集氣管、吸氣管等通道中焦油流動阻力增加，阻礙熱能傳遞，制約余熱的高效回收利用；另一方面荒煤氣對余熱回收利用裝置的高溫強(qiáng)腐蝕，嚴(yán)重影響使用壽命。阻礙了荒煤氣余熱回收利用的廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種焦?fàn)t上升管防結(jié)焦高效余熱回收裝置，它不僅能使荒煤氣溫度始終保持在結(jié)焦溫度點(diǎn)以上，避免荒煤氣中焦油蒸汽的凝結(jié)，而且能有效防止荒煤氣的高溫腐蝕，使用壽命長，熱回收效率高。本發(fā)明另一要解決的技術(shù)問題是應(yīng)用該余熱回收裝置而達(dá)到防止荒煤氣結(jié)焦的方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的焦?fàn)t上升管防結(jié)焦高效余熱回收裝置，包括上升管外壁，所述上升管外壁套裝于盤管筒體的外側(cè)，在上升管外壁與盤管筒體之間填充有保溫隔熱層；所述盤管筒體由能夠承壓的承壓管環(huán)繞為筒狀而構(gòu)成，工作時(shí)承壓管管腔中的水蒸汽處于飽和狀態(tài)，該承壓管管腔中的飽和水蒸汽壓力大于或等于2.5MPa；在盤管筒體的筒體壁上涂覆有防腐熱阻層，該防腐熱阻層的厚度為1mm—5mm。

本發(fā)明的防結(jié)焦方法是，首先依據(jù)荒煤氣的結(jié)焦特性設(shè)定盤管筒體承壓管的最低飽和水蒸汽溫度，根據(jù)該承壓管腔的最低飽和水蒸汽溫度，確定承壓管腔中與所述最低飽和水蒸汽溫度對應(yīng)的設(shè)定飽和水蒸汽壓力值，同時(shí)根據(jù)選定的防腐熱阻層材料及其導(dǎo)熱系數(shù)，確定盤管筒體的防腐熱阻層厚度，以通過控制承壓管腔的設(shè)定飽和水蒸汽壓力和防腐熱阻層來穩(wěn)定承壓管腔的工作溫度；當(dāng)向盤管筒體的筒體通道通以高溫荒煤氣時(shí)，高溫荒煤氣的熱能經(jīng)過防腐熱阻層不斷向盤管筒體傳遞，盤管筒體及其承壓管中工質(zhì)水的溫度升高而形成水蒸汽，使得承壓管管腔中的水蒸汽壓力升至設(shè)定飽和水蒸汽壓力，通過控制承壓管中的水蒸汽輸出量以使承壓管中工作壓力或工作溫度穩(wěn)定于設(shè)定飽和水蒸汽壓力或最低飽和水蒸汽溫度值，從而使得荒煤氣溫度始終維持在設(shè)定工作溫度上；一旦荒煤氣溫度降至承壓管設(shè)定最低飽和水蒸汽溫度，承壓管中的水蒸汽停止輸出，防腐熱阻層兩側(cè)溫差趨于零，荒煤氣熱能向盤管筒體的熱傳遞終止，荒煤氣溫度不再降低，使得荒煤氣溫度維持在結(jié)焦溫度之上，以達(dá)到防止荒煤氣結(jié)焦的目的。

本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的積極效果和優(yōu)點(diǎn)。

首先本發(fā)明突破了傳統(tǒng)焦?fàn)t余熱裝置的設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)了余熱的有節(jié)制回收利用，創(chuàng)造性地通過控制盤管筒體承壓管管腔中水蒸汽的飽和壓力和飽和溫度，來控制盤管筒體承壓管內(nèi)外的溫度差。余熱回收取熱過程中，荒煤氣溫度高于盤管筒體承壓管腔中水蒸汽溫度時(shí)，余熱裝置處于熱能的回收利用工作狀態(tài)，承壓管腔內(nèi)外存在溫度差，荒煤氣熱能不斷地向盤管筒體承壓管腔中的水蒸汽傳導(dǎo)并使承壓管腔中的水不斷汽化而輸出可用蒸汽以供利用。且荒煤氣溫度越高，承壓管腔內(nèi)外的溫度差越大，熱傳遞速度越快，輸出的蒸汽量越大，通過控制蒸汽的輸出量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的承壓管腔水蒸汽壓力和溫度。而一旦當(dāng)荒煤氣溫度波動并降至設(shè)定和飽和水蒸汽溫度時(shí)，承壓管腔內(nèi)外溫度差趨于零，熱能傳遞停止，荒煤氣溫度不再降低。在上述過程中通過穩(wěn)定盤管筒體承壓管的壓力和溫度，實(shí)現(xiàn)盤管筒體對荒煤氣取熱或停止取熱的“開關(guān)”作用，使得荒煤氣溫度始終維持在結(jié)焦溫度以上，從而徹底避免了荒煤氣中焦油蒸汽的凝結(jié)。

第二，本發(fā)明在盤管筒體的筒體壁上涂覆有防腐熱阻層，并且將防腐熱阻層的厚度控制在合理范圍內(nèi)，通過防腐熱阻層和防腐熱阻層厚度的選擇設(shè)計(jì)，有效控制荒煤氣熱能的傳熱能力和傳遞速度，將荒煤氣熱能向盤管筒體的導(dǎo)熱能力控制在合理的范圍內(nèi)。也由于在筒體壁上涂覆有防腐熱阻層，起到很好的抗腐防腐作用，高溫荒煤氣含有復(fù)雜的腐蝕性化學(xué)物質(zhì)，加上高溫作用荒煤氣對金屬材料有極強(qiáng)腐蝕作用，防腐熱阻層能有效阻止高溫荒煤氣對盤管筒體的侵蝕，從而大大延長了余熱回收利用裝置的使用壽命，提高余熱回收裝置的使用效率。

第三，本發(fā)明采用盤管取熱結(jié)構(gòu)，既有效擴(kuò)大了余熱回收裝置的換熱面積，又能有效延長換熱介質(zhì)在整個回收裝置中的換熱時(shí)間，保證換熱介質(zhì)能夠充分換熱，實(shí)現(xiàn)荒煤氣顯熱的持續(xù)穩(wěn)定地有效回收和利用，而余熱的有效回收又降低了系統(tǒng)中氨水、電力等消耗，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t余熱的高效利用和節(jié)能減排。

第四，盤管筒體與上升管外壁體間填充有保溫隔熱層，該保溫隔熱層有效阻止已回收余熱的再次損失；盤管結(jié)構(gòu)又能有效避免換熱介質(zhì)的泄漏，保證焦?fàn)t碳化室的安全運(yùn)行，改善工人操作環(huán)境，減少熱污染。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，

圖1是本發(fā)明焦?fàn)t上升管防結(jié)焦高效余熱回收裝置一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1—上升管外壁、2—保溫隔熱層、3—盤管筒體、4—防腐熱阻層、5—上升管連接法蘭、6—盤管進(jìn)出管。

具體實(shí)施方式

如圖1所示的焦?fàn)t上升管防結(jié)焦高效余熱回收裝置，該余熱回收裝置包括呈圓筒狀的上升管外壁1，該上升管外壁1由優(yōu)質(zhì)碳素鋼板卷制而成，其直徑為1000mm，該上升管外壁1也可用無縫管或螺旋管等材料制成。在圓筒狀的上升管外壁上下兩端分別焊接有上升管連接法蘭5，用此連接固定上升管外壁及余熱回收裝置。當(dāng)然該上升管外壁的連接固定方式除法蘭結(jié)構(gòu)外，還可以是用螺旋連接等常用的連接固定方式。

在上升管外壁1內(nèi)套裝有盤管筒體3，盤管筒體3由一鋼質(zhì)的能夠承壓的圓管呈螺旋狀環(huán)繞而構(gòu)成圓筒狀，該構(gòu)成盤管筒體的承壓管上下兩端分別與對應(yīng)端的盤管進(jìn)出管6相連接通連，兩根盤管進(jìn)出管6分別與導(dǎo)熱水的輸入管或輸出管相互連接通連。由于盤管筒體3由圓長管構(gòu)成，具有極好的耐壓能力，這種結(jié)構(gòu)有利于提高承壓管的耐壓能力，并方便對承壓管中壓力和溫度的調(diào)節(jié)控制。本發(fā)明中的盤管筒體3的另一種實(shí)施方式，盤管筒體3由6根鋼質(zhì)能夠承壓的圓形管相互并列的呈螺旋狀環(huán)繞而成，每根承壓管的螺旋環(huán)繞節(jié)距相等，相鄰圓管緊密相貼，在盤管筒體3的兩端位置分別設(shè)置有圓形環(huán)管狀的集合環(huán)管，構(gòu)成盤管筒體3的螺旋狀承壓管兩端均與其對應(yīng)端的集合環(huán)管相并接而通連，在上下兩端的集合環(huán)管上均連通有盤管進(jìn)出管6，故上、下兩端的盤管進(jìn)出管6是通過集合環(huán)管與盤管筒體的各根承壓管相連通的。構(gòu)成盤管筒體3的承壓管并不限于由一根或6根螺旋圓管環(huán)繞而構(gòu)成，可以根據(jù)上升管直徑大小和實(shí)際使用環(huán)境優(yōu)先選擇為2—30根并列螺旋環(huán)繞而成，以減少水及蒸汽的流動阻力并獲得最大的導(dǎo)熱效率。

在盤管筒體3與上升外壁1之間填充有保溫隔熱層2，該保溫隔熱層2由硅酸鋁陶瓷纖維填充而成，當(dāng)然也可以用其他常見的有機(jī)絕熱材料或無機(jī)絕熱材料等絕熱材料填充而成。

在盤管筒體3的筒壁內(nèi)側(cè)面上涂覆有防腐熱阻層4，該防腐熱阻層4由金屬陶瓷材料構(gòu)成，防腐熱阻層4既能較好地控制熱傳導(dǎo)，起到熱阻作用，又具有極好的防腐抗腐性能。該防腐熱阻層4的厚度為3mm。當(dāng)然其厚度應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用情況優(yōu)先選擇為1—5mm。

該焦?fàn)t上升管防結(jié)焦高效余熱回收裝置實(shí)際使用時(shí)，首先依據(jù)荒煤氣的結(jié)焦特性設(shè)定盤管筒體承壓管的最低飽和水蒸汽溫度，該最低飽和水蒸汽溫度應(yīng)能保證荒煤氣在上升管段中不結(jié)焦，根據(jù)承壓管腔的最低飽和水蒸汽溫度，確定與之對應(yīng)的設(shè)定飽和水蒸汽壓力值，通過控制調(diào)節(jié)該飽和水蒸汽壓力值來控制承壓管中的最低飽和水蒸汽溫度。同時(shí)綜合考慮熱阻效果與防腐蝕性能選定金屬陶瓷作為防腐熱阻層的材料，根據(jù)該選定的防腐熱阻層材料及其對應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)，確定盤管筒體的防腐熱阻層的厚度的，經(jīng)過反復(fù)的實(shí)際工程試驗(yàn)，選定金屬陶瓷作為防腐熱阻層材料時(shí)，其厚度優(yōu)選在1mm—5mm之間。

由于控制承壓管的工作壓力不管在技術(shù)上還是在操作上均更加方便容易，因此通過控制承壓管的飽和水蒸汽壓力，結(jié)合防腐熱阻層對傳熱速度的阻滯作用來穩(wěn)定承壓管腔的工作溫度。當(dāng)向盤管筒體通道（也即上升管的荒煤氣通道）通以高溫荒煤氣，高溫荒煤氣的熱能經(jīng)過防腐熱阻層不斷地盤管筒體傳遞，盤管筒體及其承壓管中的工質(zhì)水的溫度升高而汽化，并逐漸使得承壓管管腔中的水蒸汽壓力升至設(shè)定飽和水蒸汽壓力，通過控制調(diào)節(jié)盤管筒體承壓管中水蒸汽輸出流量，以使得承壓管中水蒸汽工作壓力或工作溫度穩(wěn)定于設(shè)定飽和水蒸汽壓力或最低飽和水蒸汽溫度值，從而使得荒煤氣溫度始終維持在設(shè)定工作溫度上。上述過程是一個向荒煤氣連續(xù)取熱的過程，在該取熱過程中通過承壓管水蒸汽輸出流量的控制，確保有節(jié)制、有限度地從高溫荒煤氣中取熱，從而達(dá)到防止荒煤氣結(jié)焦的目的。

由于焦?fàn)t炭化室內(nèi)產(chǎn)生的荒煤氣在不同的結(jié)焦時(shí)段煤氣量并不一樣，當(dāng)產(chǎn)氣量較少時(shí)荒煤氣熱能較少。在取熱過程中，一旦當(dāng)荒煤氣溫度降至承壓管設(shè)定最低飽和水蒸汽溫度，與之對應(yīng)承壓管中的工作壓力也降至設(shè)定飽和水蒸汽壓力值，此時(shí)防腐熱阻層兩層的溫度差也趨于零，荒煤氣熱能向盤管筒體的熱傳導(dǎo)暫停而終止，隨著上升管中荒煤氣的不斷補(bǔ)充并流經(jīng)盤管筒體通道，通道中荒煤氣熱能得以補(bǔ)充使荒煤氣溫度不再降低而重新升高，余熱回收裝置又恢復(fù)到取熱工作過程。這就使得荒煤氣溫度高于結(jié)焦溫度時(shí)，取熱盤管筒體開始取熱，反之則停止取熱，達(dá)到防止荒煤氣結(jié)焦的目的。

當(dāng)荒煤氣補(bǔ)充量不足或者焦?fàn)t炭化室荒煤氣停止排出，盤管筒體的承壓管工作壓力連續(xù)下降，此時(shí)應(yīng)停止取熱，終止并關(guān)閉承壓管輸出蒸汽的閥門，使得余熱回收裝置處于停止工作狀況。由于此時(shí)在上升管荒煤氣通道中很少甚至沒有荒煤氣通過，故而也不會出現(xiàn)結(jié)焦問題。