一种焦炉上升管余热回收装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及荒煤气余热回收技术领域，具体涉及一种焦炉上升管余热回收装置及其控制方法。


背景技术：

2.焦炉是焦化企业生产的关键设备和能量聚焦点，焦炉支出热中最高的三项分别为炭化室红焦带出的高温余热，约占37％；上升管高温荒煤气到处的中温余热，约占33％；烟道气带出的低温余热。其中高温余热和低温余热的回收技术已经非常成熟，而上升管中高温荒煤气带出的中温余热的回收利用成功案例比较少。
3.现有技术中针对上升管的余热回收装置主要有水夹套结构、单层内盘管结构和半管盘旋结构三种结构。其中，水夹套结构是在上升管外加上一直径更大的套管，内部充满水进行换热，当夹套水到一定温度压力时，内筒升气管承受外压，所以其压力受到筒体承压能力的限制，即蒸汽压力不能太高，目前产气压力在0.8mpa以下，这一技术相继在我国各个企业得到应用，由于夹套水换热不均匀，当焦炉煤气在温度降到500℃以下后，焦油凝集现象比较严重，并且上升管的筒体焊缝会出现撕裂、漏水、漏汽等问题；单层内盘管结构是荒煤气直接同单层螺旋盘管换热，此换热形式会有大量焦油凝结，使用一段时间后会产生结焦积灰影响使用效果；半管盘旋结构是将半管螺旋焊绕在上升管筒体外壁换热，在使用过程中焊缝容易撕裂，不能长期使用，也不能解决产生焦油凝结问题。
4.因此，十分有必要开发一种新型的焦炉上升管余热回收系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种焦炉上升管余热回收装置及其控制方法，以解决现有技术中针对上升管的余热回收装置存在的产气压力在0.8mpa以下、焦油凝结严重、筒体焊缝会出现撕裂、漏水、漏汽的技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
7.第一方面本发明提供了一种焦炉上升管余热回收装置，包括套设在上升管外的套管，所述套管和上升管之间形成密封的换热腔，所述换热腔内填充有循环工质，所述套管外套设有外换热机构，所述换热腔内设有位于所述上升管外壁外侧以及位于所述套管内壁内侧的冷端，所述循环工质在所述热端吸热汽化，之后在压力作用下流向所述冷端与所述外换热机构换热液化形成循环。
8.通过采用上述方案，循环工质在换热腔的热端吸热汽化，之后在压力作用下汽化的蒸汽流动至冷端与外部换热机构换热遇冷液化，从而将上升管内热量循环回收至外部换热机构内，采用间接换热方式，避免了现有技术中对产气压力的限制，也不存在焊缝会出现撕裂、漏水、漏汽的问题。
9.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
10.进一步的，所述换热腔内设有环绕所述上升管设置的内吸液芯，所述内吸液芯用
于将所述循环工质均匀吸附在所述热端。
11.通过采用上述方案，在上升管外壁设有内吸液芯，从而将循环工质均匀吸附在热端，保证上升管内部荒煤气的换热均匀，避免温度不均匀导致的焦油凝结现象。
12.进一步的，所述换热腔内还设有位于所述套管内壁的外吸液芯，所述外吸液芯与所述内吸液芯之间设有循环工质通道。
13.通过采用上述方案，在套管内壁增设外吸液芯，从而承接在冷端遇冷液化的循环工质，并通过循环工质通道将循环工质导向回内吸液芯，形成更加高效、稳定的换热循环。
14.进一步的，所述内吸液芯呈环状均匀间隔排列在所述上升管外壁或呈网状覆盖在所述上升管外壁，所述外吸液芯呈环状均匀间隔排列在所述套管内壁或呈网状覆盖在所述套管内壁，所述内吸液芯和外吸液芯之间设有由上至下均匀设置有若干组所述循环工质通道，每组所述循环工质通道包括呈辐射状朝外散开的若干所述循环工质通道。
15.通过采用上述方案，均匀布置在上升管外壁的内吸液芯保证上升管内荒煤气的均匀换热，避免焦油凝结现象，均匀布置在套管内壁的外吸液芯有效提高冷端液化的循环工质的吸附率，从而最大化将液态循环工质导回内吸液芯，保证热循环效率。
16.进一步的，所述循环工质通道为两端分别连接所述外吸液芯和内吸液芯的毛细吸液芯。
17.进一步的，所述外换热机构为环绕所述套管设置的螺旋管，所述螺旋管内流动有换热介质。
18.进一步的，所述套管上开设有注入口，所述注入口连接有换热控制机构，所述换热控制机构包括依次连接的贮存罐、电磁阀和泵，所述贮存罐内贮存有所述循环工质，所述泵和电磁阀用于调节所述换热腔内循环工质的量。
19.通过采用上述方案，泵向换热腔内注入循环工质以提高换热腔内循环工质量，当泵关闭，电磁阀开启时，换热腔内循环工质在压力作用下回流至贮存罐内以减少换热腔内循环工质量。
20.进一步的，还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括控制器和测温机构，所述测温机构设置在所述上升管内部用于检测荒煤气出气温度，且测温机构与所述控制器的信号输入口电连接，所述控制器的信号输出口与所述电磁阀、泵和外换热机构电连接。
21.通过采用上述方案，通过检测荒煤气出气温度来控制换热腔内循环工质量以及外换热机构的流量，以此来调节吸热量，精确控制上升管内荒煤气温度，既可以使得余热回收利用最大化，又可以保证热管壁温在荒煤气焦油露点之上，因此不会产生结焦问题。
22.进一步的，所述循环工质为钾单质。
23.本发明第二方面提供了本发明第一方面的焦炉上升管余热回收装置的控制方法，包括如下步骤：
24.s1开机时，打开所述外换热机构，打开所述泵和电磁阀朝所述换热腔内注入一定量的循环工质，之后关闭泵和电磁阀，预设荒煤气出气温度区间t；
25.s2控制上升管内通入荒煤气，实时检测荒煤气出气温度t2，并将温度信号反馈给所述控制器，所述控制器根据温度信号进行如下控制：
26.s21当t2大于温度区间t的最大值时，控制所述外换热机构加大流量，打开所述换热控制机构的泵和电磁阀朝所述换热腔内注入所述循环工质；
27.s22当t2小于温度区间t的最小值时，控制所述外换热机构减小流量，打开所述换热控制机构的电磁阀，换热腔内循环工质在压力作用下反流至所述贮存罐内；
28.s23当t2处于温度区间t时，控制所述外换热机构保持流量运转，保持所述换热控制机构的电磁阀和泵处于关闭状态。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.1、本发明采用间接换热的方式来实现荒煤气的余热回收，换热腔内的循环工质在上升管外壁的热端吸收热量气化，之后在套管内壁的冷端与外换热机构进行换热，循环工质遇冷液化回到热端，形成循环，从而将上升管内热量循环回收至外部换热机构内，采用间接换热方式，避免了现有技术中对产气压力的限制，也不存在焊缝出现撕裂、漏水、漏汽的问题，避免汽水混合物漏入炭化室，避免安全隐患，保证焦炉的安全运行；
31.2、本发明气化的循环工质在套管内壁与外换热机构进行换热时，能够保证各处交换热量的一致，出现温差的可能性极小，防止了外换热机构的螺旋管在使用过程中的损坏问题，且因为是采用相变换热，热阻很小，相变换热效果好，效率更高；
32.3、本发明通过在上升管外壁设置内吸液芯，能够保证液化的循环工质在热端的均匀分布，从而保证各处换热效率一致，避免荒煤气出现温度不均匀的情况，有助于避免焦油凝结；
33.4、本发明通过上升管外壁的内吸液芯、套管内壁的外吸液芯以及设置在内吸液芯和外吸液芯之间的循环工质通道大大加快了循环工质的热循环效率，同时均匀布置的内吸液芯保证上升管内荒煤气的均匀换热，避免焦油凝结现象，均匀布置的外吸液芯有效提高冷端液化的循环工质的吸附率，从而最大化将液态循环工质导回内吸液芯，保证热循环效率；
34.5、本发明可根据荒煤气出气温度，来精确调节换热腔内循环工质量以及外部换热机构的流量，精确控制上升管内荒煤气温度，既可以使得余热回收利用最大化，又可以保证热管壁温在荒煤气焦油露点之上，有效避免了焦油凝结现象。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
36.图1是本发明的实施例的结构示意图。
37.图2是本发明的实施例的套管的结构示意图。
38.图3是本发明的实施例的套管的俯视结构示意图。
39.图中所示：
40.1、上升管；
41.2、套管；
42.3、换热腔；
43.4、循环工质；
44.5、内吸液芯；
45.6、外吸液芯；
46.7、循环工质通道；
47.8、螺旋管；
48.9、贮存罐；
49.10、电磁阀；
50.11、泵；
51.12、测温机构。
具体实施方式
52.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
53.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
54.如图1-2所示，本实施例提供的一种焦炉上升管1余热回收装置，包括套设在上升管1 外的套管2，套管2和上升管1之间形成密封的换热腔3。
55.换热腔3内填充有循环工质4，套管2外套设有外换热机构，外换热机构为环绕套管2 设置的螺旋管8，螺旋管8内流动有换热介质。
56.换热腔3内设有位于上升管1外壁外侧的热端以及位于套管2内壁内侧的冷端，循环工质4在热端吸热汽化，之后在压力作用下流向冷端与外换热机构换热液化形成循环。循环工质4可采用钾单质。
57.循环工质4在换热腔3的热端吸热汽化，之后在压力作用下汽化的蒸汽流动至冷端与外部换热机构换热遇冷液化，从而将上升管1内热量循环回收至外部换热机构内，采用间接换热方式，避免了现有技术中对产气压力的限制，也不存在焊缝会出现撕裂、漏水、漏汽的问题。
58.具体地，本实施例中换热腔3内设有环绕上升管1设置的内吸液芯5，内吸液芯5用于将循环工质4均匀吸附在热端。
59.在上升管1外壁设有内吸液芯5，从而将循环工质4均匀吸附在热端，保证上升管1 内部荒煤气的换热均匀，避免温度不均匀导致的焦油凝结现象。
60.换热腔3内还设有位于套管2内壁的外吸液芯6，外吸液芯6与内吸液芯5之间设有循环工质通道7。
61.在套管2内壁增设外吸液芯6，从而承接在冷端遇冷液化的循环工质4，并通过循环工质通道7将循环工质4导向回内吸液芯5，形成更加高效、稳定的换热循环。
62.内吸液芯5呈环状均匀间隔排列在上升管1外壁，外吸液芯6呈环状均匀间隔排列在套管2内壁；内吸液芯5和外吸液芯6之间设有由上至下均匀设置有若干组循环工质通道 7，每组循环工质通道7包括呈辐射状朝外散开的四个循环工质通道7.
63.均匀布置的若干圈内吸液芯5保证上升管1内荒煤气的均匀换热，避免焦油凝结现象，均匀布置的若干圈外吸液芯6有效提高冷端液化的循环工质4的吸附率，从而最大化将液态循环工质4导回内吸液芯5，保证热循环效率。
64.内吸液芯5和外吸液芯6也采用网状结构，分别覆盖上升管1外壁和套管2内壁，从
而保证均匀换热，提高热循环效率。
65.循环工质通道7为两端分别连接外吸液芯6和内吸液芯5的毛细吸液芯。
66.套管2上开设有注入口，注入口连接有换热控制机构，换热控制机构包括依次连接的贮存罐9、电磁阀10和泵11，贮存罐9内贮存有循环工质4，泵11和电磁阀10用于调节换热腔3内循环工质4的量。
67.泵11向换热腔3内注入循环工质4以提高换热腔3内循环工质4量，当泵11关闭，电磁阀10开启时，换热腔3内循环工质4在压力作用下回流至贮存罐9内以减少换热腔3 内循环工质4量。
68.本实施例装置还包括温度控制系统，温度控制系统包括控制器和测温机构12，测温机构12具体为热电偶，设置在上升管1内部用于检测荒煤气出气温度，且测温机构与控制器的信号输入口电连接，控制器的信号输出口与电磁阀10、泵11和外换热机构电连接。
69.通过检测荒煤气出气温度来控制换热腔3内循环工质4量以及外换热机构的流量，以此来调节吸热量，精确控制上升管1内荒煤气温度，既可以使得余热回收利用最大化，又可以保证热管壁温在荒煤气焦油露点之上，因此不会产生结焦问题。
70.本实施例的焦炉上升管1余热回收装置的控制方法，包括如下步骤：
71.s1开机时，打开外换热机构，打开泵11和电磁阀10朝换热腔3内注入一定量的循环工质4，之后关闭泵11和电磁阀10，预设荒煤气出气温度区间t；
72.s2控制上升管1内通入荒煤气，实时检测荒煤气出气温度t2，并将温度信号反馈给控制器，控制器根据温度信号进行如下控制：
73.s21当t2大于温度区间t的最大值时，控制外换热机构加大流量，打开换热控制机构的泵11和电磁阀10朝换热腔3内注入循环工质4；
74.s22当t2小于温度区间t的最小值时，控制外换热机构减小流量，打开换热控制机构的电磁阀10，换热腔3内循环工质4在压力作用下反流至贮存罐9内；
75.s23当t2处于温度区间t时，控制外换热机构保持流量运转，保持换热控制机构的电磁阀10和泵11处于关闭状态。
76.本实施例采用间接换热的方式来实现荒煤气的余热回收，换热腔3内的循环工质4在上升管1外壁的热端吸收热量气化，之后在套管2内壁的冷端与外换热机构进行换热，循环工质4遇冷液化回到热端，形成循环，从而将上升管1内热量循环回收至外部换热机构内，采用间接换热方式，避免了现有技术中对产气压力的限制，也不存在焊缝出现撕裂、漏水、漏汽的问题，避免汽水混合物漏入炭化室，避免安全隐患，保证焦炉的安全运行；
77.本实施例气化的循环工质4在套管2内壁与外换热机构进行换热时，能够保证各处交换热量的一致，出现温差的可能性极小，防止了外换热机构的螺旋管8在使用过程中的损坏问题，且因为是采用相变换热，热阻很小，相变换热效果好，效率更高；
78.本实施例通过在上升管1外壁设置内吸液芯5，能够保证液化的循环工质4在热端的均匀分布，从而保证各处换热效率一致，避免荒煤气出现温度不均匀的情况，有助于避免焦油凝结；
79.本实施例通过上升管1外壁的内吸液芯5、套管2内壁的外吸液芯6以及设置在内吸液芯5和外吸液芯6之间的循环工质通道7大大加快了循环工质4的热循环效率，同时均匀间隔设置的若干圈内吸液芯5保证上升管1内荒煤气的均匀换热，避免焦油凝结现象，均匀间
隔设置的若干圈外吸液芯6有效提高冷端液化的循环工质4的吸附率，从而最大化将液态循环工质4导回内吸液芯5，保证热循环效率；
80.本实施例可根据荒煤气出气温度，来精确调节换热腔3内循环工质4量以及外部换热机构的流量，精确控制上升管1内荒煤气温度，既可以使得余热回收利用最大化，又可以保证热管壁温在荒煤气焦油露点之上，有效避免了焦油凝结现象。
81.本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
82.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
83.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。