热管技术在荒煤气余热回收上的应用

热管技术在荒煤气余热回收上的应用一、炼焦荒煤气余热利用技术背景。1、炼焦荒煤气余热利用技术的必要性。干馏、实现焦炭和其关联产品的生产工艺模式，属于典型的能源流程产业。焦炭生产过程中，协作煤在焦炉中被隔绝空气加热干馏，生成焦炭的同时产生大量的荒煤气。从炼焦生产过程热平衡分布看，从焦炉炭化室推出的950℃〜105037%，650℃〜750℃焦炉荒煤气带出热〔中温佘热〕占36%，180℃〜230℃焦炉烟道废气带出热(低温余热)占焦炉支出热的1611%。炼焦荒煤气余热回收利用的经济效益显著。理论及试验数据说明，每生产10.10.63530035300.6380993巨大。为实施清洁生产，持续削减资源及能源消耗、削减污染物的产生与排放，焦化行业已成为国家节能降耗方面重点关注行业，面临着巨大的节能减排压力。2、我国炼焦荒煤气余热利用技术的进程。目前，焦化行业传统做法是喷洒大量氨水，使荒煤气温度降低，进入后续煤化工产品回收加工工段。这样的结果是，荒煤气带出的热量被白白铺张掉，既流失了荒煤气热能，还增加了水资源的消耗。3070，承受夹套上升管，夹套内冷却水吸取荒煤气所携带的热量而汽化，产生蒸汽，实现热能的回收利用，简称为“焦炉上升管汽化冷却装置”，这一技术曾一度被多家焦化企业釆用，后因上升管的筒体焊缝拉裂、漏水、漏汽等问题，运行几年后基本停用。后来经过改进，有的企业把冷却水换成了导热油，导热油与高温荒煤气间接换热，被加热的高温导热油用于煤焦油蒸馏、枯燥入炉煤、蒸氨等。因导热油稳定性好，运行效果有了较大改善。用热管回收荒煤气带出热量，效果也不错。将管内水变成蒸汽，沿着热管上升加热管外的水产生蒸汽，单个上升管产蒸汽压力1.666/500℃。冷却流程改进。使脱硫贫液与高温荒煤气间接换热，脱硫贫液换热后通过闪蒸装置产生蒸汽，作为脱硫液再生热源，这种工艺可使年产2002625%荒煤气带出热。此外，我国焦化工作者还设计了用锅炉回收荒煤气带出热、用半导体温差发电技术回收荒煤气余热等方案和技术。二、热管技术在荒煤气余热回收上的应用简介。1、热管回收余热技术。1963LosAlamosG.M.Grover种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量快速传递到热源外，其导热力量超过任何金属的导热力量。热管技术目前已广泛应用于宇航、军工、钢铁、机械等行业。封闭的两相传热系统”，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依靠装入内部的流体的相态变化〔液态变为汽态和汽态变为液态〕来传递热量的装置。热管放在热源局部的称之为蒸发段〔热端〕，放在冷却局部的称之为冷凝段〔冷端〕。当蒸发段吸热把热量传递给工质后，工质吸热由液体变成汽体，发生相变，吸取汽化潜热。在管内压差作用下，汽体携带潜热由蒸发段流到冷凝段，把热量传递给管外的冷流体，放出分散潜热，管内工质又由汽体凝为液体，在重力作用下，又回到蒸发段，连续吸热汽化。如此周而复始，将热量不断地由热流体传给冷流体。热管优点①金属、非金属材料本身的导热速率取决于材料的导热系数、温度梯度、正交于温度梯度的截面面积。以金属银为例，其值为415W/m2K导热系数是银的几百倍到上千倍，故热管有热超导体之称。②由于热管内的传热过程是相变过程，而且工质的纯度很高，因此热管内蒸汽热管具有良好的等温性能。-200℃～2000℃，这也是其它传热元件所难以到达的。热管式余热回收装置①原理：热管式余热回收装置的核心部件是热管。根本构造：热管蒸汽发生器是由假设干根特别的热管元件组合而成。热管的受热由于热管的存在使得该水—汽系统的受热及循环完全和热源分别而独立存在于热流体的风道之外，水—汽系统不受热流体的直接冲刷。〔饱和水由下降管输入并使其汽化，所产蒸汽〔汽、水混合物〕经蒸汽上升管到达汽包，经集中分别以后〔汽包内的水由104℃除氧水经水预热器加热至175℃后供给。汽—水循环，到达将热流体降温，并转化为蒸汽的目的。②优点：热管换热设备较常规换热设备更安全、牢靠，可长期连续运行；传热效率高，启功速度快，热管的冷、热侧均可依据需要承受缠绕翅片来增加传热面积；有效的防止积灰，换热器设计时能够承受变截面形式，保证流体通过热管换热器时等流速流淌，到达自清灰的目的；构造紧凑，占地面积小；热流密度可变性，热管可以独立转变蒸发段和冷凝段的加热面积，这样可以掌握管壁温度以避开消灭露点结灰或立转变蒸发段和冷凝段的加热面积，这样可以掌握管壁温度以避开消灭露点结灰或酸腐蚀。热管技术在荒煤气余热回收上的应用。热管安装在荒煤气上升管内，整个装置包括热管换热器，热风引入设备、氨水喷淋器、气液分别罐以及循环水罐和水泵等。荒煤气仍由上升管下部引入，通过热管换热器换热降温至500℃，然后用80～85℃实行不锈钢丝网吸液芯附于热管内壁。热管的蒸发段安装在上升管内，冷凝段安装收方面取得了很好的应用。2、热管技术在国内荒煤气余热利用方面的应用争论。煤料在碳化室内经过高温干馏成为焦炭，同时产生荒煤气〔温度850-950℃、流量70000m3/h〕。集合到碳化室顶部空间的荒煤气在经过桥管送至煤气净化工序的过程中，荒煤气在桥管内通过氨水喷洒进展冷却，以便荒煤气在煤气净化工序进展焦度，但该工艺流程比较简单，同时荒煤气中所含有的大量热能在与氨水热交换过程中被冷却氨水带走，冷却后的氨水通过蒸发脱氨而后排放，在消耗大量氨水增加生产本钱的同时，荒煤气余热资源无法回收而损失掉。在本次焦炉荒煤气余热回收研讨与试验中，作了传热分析与模拟计算，并以此为依据进展了焦炉上升管热量回收试验系统与装置等设计329试验说明对焦炉荒煤气的余热回收，本工程所承受的方案根本是可行的。气余热回收装置；其次种方案是分别式热管荒煤气余热回收装置。①高温热管荒煤气余热回收方案本方案应用高温热管技术回收焦炉荒煤气余热，从炭化室出来的800℃左右的荒煤气进入上升管，通过辐射换热将热量传给高温钾热管，温度降至500℃左右离开上升管，上升管内的钾热管吸取辐射热，并将热量传给上升管外部的冷凝端，使联箱中的水汽化并放出热量。联箱中的水汽化后通过汽水上升管进入锅炉，进展汽水分别，满足用户需求。本方案优点：承受高温热管，能够保证热管壁温在荒煤气焦油露点之上，不会产生结焦问题；而且高温钾热管安全牢靠，即使热管破坏，钾蒸汽量小，不会像水夹套那样导致整个汽包中的汽水混合物漏入炭化室，不会造成②分别式热管荒煤气余热回收方案800℃左右的荒煤气进入上升管，通过辐射换热将热量传给炭钢—水热管，温度降至500℃左右离开上升管；上升管内的数根热管吸取辐射热，热管内的水蒸发成蒸汽，沿热管上升至上联箱集合，然后一起通过汽水上升管送入汽包进展汽水分别，满足用户需布置便利，通过提高产汽压力，可以保证热管壁温在荒煤气焦油露点之上，不会产生结焦问题；分别式热管同高温热管一样，即使热管破坏，水蒸汽量小，不会像水夹套那样导致整个汽包中的汽水混合物漏入炭化室，不会造成事故，能够保证焦炉结焦，必需提高热管管壁温度和热管管内工作温度，这就必需提高热管管内蒸汽压力，而碳钢-水热管最高工作温度和承压力量都有肯定限制，因此对于热管安全运行提出的条件较高。综合考虑后确定承受其次方案。焦炉上升管热量回收试验系统与装置设计：800射换热将热量传给布置在上升管壳体内壁的分别式热管的受热端管束，温度降至500℃左右离开上升管，经氨水喷淋冷却后进入集气管；上升管内的受热端管束吸取辐射热后，管内的水蒸发成蒸汽，上升至管束的上联箱处集合，然后一起通过汽水上升管送入布置在汽包内的分别式热管放热端，将汽包内的水加热并产生蒸汽；管束内的蒸汽冷凝成水后通过给水下降管送回至受热端管束的下联箱后安排给各个热管连续蒸发。如此往复循环进展，从而完成热量由受热段到放热段的输送，到达回收荒煤气显热并产生蒸汽供用户使用的目的。由于焦炉构造布置紧凑，没有太大的剩余空间来安置较大换热装置，本次试验也不宜对原焦炉进展较大的改造，故打算利用原焦炉上升管外壳体，将上升管内部耐火砖打掉，把分别式热管的受热端管束紧贴着上升管壳体内壁布置，将分别式热管的放热端管束浸入汽包液面以下，通过外联上升、下降管路实现受热端与放热端间的热量循环传输。试验过程及数据：在试验期间，为确保试验的安全性，同时为了防止