一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于炼焦工艺过程荒煤气余热回收利用技术领域，更具体地说，涉及一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元。
【背景技术】
[0002]目前，钢铁行业能耗巨大，焦炉荒煤气余热回收是钢铁节能工作关注的重大问题，是建立资源节约、环境友好的绿色焦化厂的主要节能方向，也是降低焦炉能耗的主要途径之一。从炼焦过程中的热量损失分布来看，荒煤气蕴含的余热占到了总热量的36%左右，与从炭化室推出的红焦带出的显热量相当，从目前已经成熟的干熄焦技术回收的余热所产生的经济效益看，荒煤气余热回收也将产生可观的经济效益，因此，炼焦高温荒煤气余热的回收成为近年来我国炼焦企业研发的热门课题。
[0003]对于荒煤气余热的回收，多年来很多钢厂都进行了大量的探索，形成了一些技术，但工业化应用尚未形成规模。宄其原因是在现有的荒煤气余热回收装置的设计中，基本都是在上升管处安装换热装置，使用换热介质吸收荒煤气的余热，这种换热方式降低了荒煤气的温度，引起荒煤气中焦油等组分的冷凝，从而导致上升管的堵塞。现有的上升管热量回收技术中，不管是采用夹套换热器还是采用夹套管状组合换热器，均未能完全实现工业化应用。与夹套换热器相比，管束换热器效率虽然较高，但也会出现焦油析出造成堵塞的现象。因此防止焦油等组分在冷凝后粘结在换热装置上是实现荒煤气余热回收的关键，现有的防粘结技术中，主要采用的是高温控制法，即让上升管内壁保持在一定的高温，如470°C，这样荒煤气中各种碳、氢链成分就不会结露，进而不会出现粘结。但该技术要求荒煤气的排出温度基本在520°C以上，不能有效回收荒煤气中的余热，造成了极大的热量浪费。在“张政，郁鸿凌等.焦炉上升管中荒煤气余热回收的结焦问题研宄[J].洁净煤技术，2012，1:79?81.”中提到了另一种防止焦油粘结的方法，即在上升管内壁涂硅酸钠或釉等材料，形成玻璃状覆膜的光滑内壁，保证了上升管内壁的光滑，这样焦油就不易形成粘结。这种防止焦油粘结的方法初期效果较好，但随着时间积累，硅酸钠或釉等覆膜容易被破坏，造成这种覆膜难以产业化应用。
[0004]中国专利申请号为201210317957.X，申请时间为2012年8月31日，发明创造名称为:一种组合式焦炉荒煤气余热回收过热蒸汽的系统及方法，焦炉的上升管内设置过热器，桥管内设置蒸发器，并且桥管与上升管连接，蒸发器通过管路与汽包连接，汽包通过管路与过热器连接，汽包内设置汽水分离装置，水经蒸发器形成汽水混合物进入汽包，汽水混合物在汽包内由汽水分离装置分离成水和饱和蒸汽，饱和蒸汽经过热器换热后成为过热蒸汽，蒸发器、汽包、过热器依次形成水汽流通通道。焦炉产生的荒煤气经上升管、桥管依次形成荒煤气流通通道。该申请案的不足之处在于:(I)、过热器存在干锅爆裂等安全隐患；(2)、没有针对桥管换热后产生的焦油冷凝结焦问题给出合理的解决办法。
【发明内容】
[0005]1.发明要解决的技术问题
[0006]本发明的目的在于克服现有技术中荒煤气余热回收时焦油等组分在冷凝后容易粘结在换热装置上的问题，提供了一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，有效的解决了焦炉荒煤气余热回收利用过程中换热管表面焦油易粘结和结焦的问题，且回收利用了焦炉荒煤气余热回收利用过程中产生的焦油。
[0007]2.技术方案
[0008]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0009]本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，包括换热竖管、换热横管和换热工质输送管，其中:
[0010]所述的换热横管两端口密封，换热横管包括上换热横管和下换热横管；所述的换热工质输送管包括上换热工质输送管和下换热工质输送管；
[0011]换热单元本体包括多个单排组件，多个单排组件以相同间距排列并固定在一起组成长方体结构的换热单元本体；
[0012]所述的单排组件包括换热竖管、上换热横管、下换热横管、上换热工质输送管和下换热工质输送管，多根竖直设置的换热竖管以相同的间距排列成一排，排列成一排的换热竖管的上端口分别连通在一根水平设置的上换热横管侧面上，排列成一排的换热竖管的下端口分别连通在一根水平设置的下换热横管侧面上；所述的上换热横管右端连通一根竖直设置的上换热工质输送管；所述的下换热横管左端连通一根竖直设置的下换热工质输送管；
[0013]所有的单排组件的表面均涂有不粘涂层；
[0014]所述的换热单元本体在装配时沿水平面向上方倾斜。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述的换热单元本体的上下侧、前后侧均安装有绝热板；换热单元本体在装配时，换热单元本体下侧的绝热板所在平面与水平面的夹角为15?45度。
[0016]作为本发明的进一步改进，所有的上换热工质输送管上端口分别连通在蒸汽排出管上，所有的下换热工质输送管下端口分别连通在冷却水入口管上。
[0017]作为本发明的进一步改进，所述的换热竖管的直径为25?50mm，换热横管的直径为50?80mm，换热工质输送管的直径为30?50mm，换热工质输送管的长度为150?300mm。
[0018]作为本发明的进一步改进，换热单元本体外侧的单排组件上相邻换热竖管的间距为2?1mm ;换热单元本体中间的单排组件上相邻换热竖管的间距为64mm。
[0019]作为本发明的进一步改进，所述的换热单元本体的总长度为1000?3000mm，总高度为400?1800mm，总宽度为300?1800mm。
[0020]3.有益效果
[0021]采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果:
[0022](I)、本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，在所有的单排组件的表面均涂有不粘涂层，申请人经过大量实验，发现该非浸润不粘涂层能够有效防止焦油的粘结和结焦，在单排组件表面产生的焦油会自流至换热单元本体底部；同时换热单元本体在装配时沿水平面向上方倾斜，最终焦油沿着换热单元本体底部汇流到集气管或专设油管中，对焦油予以回收利用。本发明中不粘涂层的设置和换热单元本体在装配时的倾斜设置，二者相互配合，有效的解决了焦炉荒煤气余热回收利用过程中换热管表面焦油易粘结和结焦的问题，同时回收的焦油可以实现再利用，变废为宝，节约了资源。
[0023](2)、本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，在施工方法上，采用首先将换热竖管、换热横管和换热工质输送管组装并焊接成单排组件，然后将单排组件喷涂不粘涂层的施工形式，不仅易于不粘涂层充分均匀的喷涂在所有的单排组件表面，而且避免了不粘涂层在换热竖管、换热横管和换热工质输送管焊接成单排组件时遭到高温及机械破坏。
[0024](3)、本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，换热过程中，所有的单排组件内始终充满换热工质，且换热工质的温度不高于200°C，既保证了换热过程的高效、稳定和连续，又保证了单排组件表面温度不会过高，防止单排组件表面的不粘涂层被高温破坏。
[0025](4)、现有的防粘结技术中荒煤气的排出温度基本在520°C以上，因此现有技术不能有效回收荒煤气中的余热，造成了极大的热量浪费；本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，有效的解决了焦炉荒煤气余热回收利用过程中换热管表面焦油易粘结和结焦的问题，可将荒煤气换热后的排出温度降到250°C以下，大大提升了荒煤气的换热效果，充分回收了荒煤气中的有效显热，避免了热量浪费，符合节能减排的要求。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元的装配示意图；
[0027]图2为本发明中换热单元本体的结构示意图；
[0028]图3为本发明中换热单元本体的左视结构示意图；
[0029]图4为本发明中换热单元本体外侧的单排组件的结构示意图；
[0030]图5为本发明中换热单元本体中间的单排组件的结构示意图。
[0031]图中的标号说明:1、换热竖管；201、上换热横管；202、下换热横管；301、上换热工质输送管；302、下换热工质输送管；4、换热单元本体底部；5、冷却水入口管；6、蒸汽排出管；7、绝热板。
【具体实施方式】
[0032]为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0033]实施例1
[0034]如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例的一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元，包括换热竖管1、换热横管和换热工质输送管，其中:换热横管两端口密封，换热横管包括上换热横管201和下换热横管202，换热工质输送管包括上换热工质输送管301和下换热工质输送管302。换热单元本体包括多个单排组件，多个单排组件以相同间距排列并固定在一起组成长方体结构的换热单元本体。单排组件包括换热竖管1、上换热横管201、下换热横管202、上换热工质输送管301和下换热工质输送管302，多根竖直设置的换热竖管I以相同的间距排列成一排，排列成一排的换热竖管I的上端口分别连通在一根水平设置的上换热横管201侧面上，排列成一排的换热竖管I的下端口分别连通在一根水平设置的下换热横管202侧面上，上换热横管201右端连通一根竖直设置的上换热工质输送管301，下换热横管202左端连通一根竖直设置的下换热工质输送管302，所有的上换热工质输送管301上端口分别连通在蒸汽排出管6上，所有的下换热工质输送管302下端口分别连通在冷却水入口管5上。换热单元本体的上下侧、前后侧均安装有绝热板7，换热单元本体在装配时沿水平面向上方倾斜15度，即换热单元本体下侧的绝热板7所在平面与水平面的夹角为15度。本实施例中换热工质(本实施例中为水)从冷却水入口管5进入换热单元本体，在换热单元本体内与荒煤气换热后产生水蒸汽，水蒸汽通过蒸汽排出管6排出。
[0035]本实施例中换热单元本体的总长度为1000mm，总高度为400mm，总宽度为300mm。考虑到每个焦炉炭化室的排气能力和换热强度，换热竖管I的直径为25_，换热横管的直径为50mm。根据热动力平衡计算，同时考虑蒸汽输送的功能，换热工质输送管的直径为30_，换热工质输送管的长度为150_。换热竖管I和换热横管的长度由换热单元本体整体尺寸来确定，因此换热竖管I的长度为400mm，换热横管的长度为1000mm。
[0036]为了强化换热单元本体的传热，换热单元本体中间的单排组件上相邻换热竖管I的间距为64mm。换热单元本体外侧的单排组件上相邻换热竖管I的间距为2mm，此处的换热单元本体