熱管技術在荒煤氣余熱回收上的應用

熱管技術在荒煤氣余熱回收上的應用一、煉焦荒煤氣余熱利用技術背景。1、煉焦荒煤氣余熱利用技術的必要性。干餾、實現(xiàn)焦炭和其關聯(lián)產品的生產工藝模式，屬于典型的能源流程產業(yè)。焦炭生產過程中，協(xié)作煤在焦爐中被隔絕空氣加熱干餾，生成焦炭的同時產生大量的荒煤氣。從煉焦生產過程熱平衡分布看，從焦爐炭化室推出的950℃?105037%，650℃?750℃焦爐荒煤氣帶出熱〔中溫佘熱〕占36%，180℃?230℃焦爐煙道廢氣帶出熱(低溫余熱)占焦爐支出熱的1611%。煉焦荒煤氣余熱回收利用的經(jīng)濟效益顯著。理論及試驗數(shù)據(jù)說明，每生產10.10.63530035300.6380993巨大。為實施清潔生產，持續(xù)削減資源及能源消耗、削減污染物的產生與排放，焦化行業(yè)已成為國家節(jié)能降耗方面重點關注行業(yè)，面臨著巨大的節(jié)能減排壓力。2、我國煉焦荒煤氣余熱利用技術的進程。目前，焦化行業(yè)傳統(tǒng)做法是噴灑大量氨水，使荒煤氣溫度降低，進入后續(xù)煤化工產品回收加工工段。這樣的結果是，荒煤氣帶出的熱量被白白鋪張掉，既流失了荒煤氣熱能，還增加了水資源的消耗。3070，承受夾套上升管，夾套內冷卻水吸取荒煤氣所攜帶的熱量而汽化，產生蒸汽，實現(xiàn)熱能的回收利用，簡稱為“焦爐上升管汽化冷卻裝置”，這一技術曾一度被多家焦化企業(yè)釆用，后因上升管的筒體焊縫拉裂、漏水、漏汽等問題，運行幾年后基本停用。后來經(jīng)過改進，有的企業(yè)把冷卻水換成了導熱油，導熱油與高溫荒煤氣間接換熱，被加熱的高溫導熱油用于煤焦油蒸餾、枯燥入爐煤、蒸氨等。因導熱油穩(wěn)定性好，運行效果有了較大改善。用熱管回收荒煤氣帶出熱量，效果也不錯。將管內水變成蒸汽，沿著熱管上升加熱管外的水產生蒸汽，單個上升管產蒸汽壓力1.666/500℃。冷卻流程改進。使脫硫貧液與高溫荒煤氣間接換熱，脫硫貧液換熱后通過閃蒸裝置產生蒸汽，作為脫硫液再生熱源，這種工藝可使年產2002625%荒煤氣帶出熱。此外，我國焦化工作者還設計了用鍋爐回收荒煤氣帶出熱、用半導體溫差發(fā)電技術回收荒煤氣余熱等方案和技術。二、熱管技術在荒煤氣余熱回收上的應用簡介。1、熱管回收余熱技術。1963LosAlamosG.M.Grover種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導原理與致冷介質的快速熱傳遞性質，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量快速傳遞到熱源外，其導熱力量超過任何金屬的導熱力量。熱管技術目前已廣泛應用于宇航、軍工、鋼鐵、機械等行業(yè)。封閉的兩相傳熱系統(tǒng)”，即在一個抽成真空的封閉的體系內，依靠裝入內部的流體的相態(tài)變化〔液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)和汽態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)〕來傳遞熱量的裝置。熱管放在熱源局部的稱之為蒸發(fā)段〔熱端〕，放在冷卻局部的稱之為冷凝段〔冷端〕。當蒸發(fā)段吸熱把熱量傳遞給工質后，工質吸熱由液體變成汽體，發(fā)生相變，吸取汽化潛熱。在管內壓差作用下，汽體攜帶潛熱由蒸發(fā)段流到冷凝段，把熱量傳遞給管外的冷流體，放出分散潛熱，管內工質又由汽體凝為液體，在重力作用下，又回到蒸發(fā)段，連續(xù)吸熱汽化。如此周而復始，將熱量不斷地由熱流體傳給冷流體。熱管優(yōu)點①金屬、非金屬材料本身的導熱速率取決于材料的導熱系數(shù)、溫度梯度、正交于溫度梯度的截面面積。以金屬銀為例，其值為415W/m2K導熱系數(shù)是銀的幾百倍到上千倍，故熱管有熱超導體之稱。②由于熱管內的傳熱過程是相變過程，而且工質的純度很高，因此熱管內蒸汽熱管具有良好的等溫性能。-200℃～2000℃，這也是其它傳熱元件所難以到達的。熱管式余熱回收裝置①原理：熱管式余熱回收裝置的核心部件是熱管。根本構造：熱管蒸汽發(fā)生器是由假設干根特別的熱管元件組合而成。熱管的受熱由于熱管的存在使得該水—汽系統(tǒng)的受熱及循環(huán)完全和熱源分別而獨立存在于熱流體的風道之外，水—汽系統(tǒng)不受熱流體的直接沖刷?！诧柡退上陆倒茌斎氩⑹蛊淦?，所產蒸汽〔汽、水混合物〕經(jīng)蒸汽上升管到達汽包，經(jīng)集中分別以后〔汽包內的水由104℃除氧水經(jīng)水預熱器加熱至175℃后供給。汽—水循環(huán)，到達將熱流體降溫，并轉化為蒸汽的目的。②優(yōu)點：熱管換熱設備較常規(guī)換熱設備更安全、牢靠，可長期連續(xù)運行；傳熱效率高，啟功速度快，熱管的冷、熱側均可依據(jù)需要承受纏繞翅片來增加傳熱面積；有效的防止積灰，換熱器設計時能夠承受變截面形式，保證流體通過熱管換熱器時等流速流淌，到達自清灰的目的；構造緊湊，占地面積?。粺崃髅芏瓤勺冃?，熱管可以獨立轉變蒸發(fā)段和冷凝段的加熱面積，這樣可以掌握管壁溫度以避開消滅露點結灰或立轉變蒸發(fā)段和冷凝段的加熱面積，這樣可以掌握管壁溫度以避開消滅露點結灰或酸腐蝕。熱管技術在荒煤氣余熱回收上的應用。熱管安裝在荒煤氣上升管內，整個裝置包括熱管換熱器，熱風引入設備、氨水噴淋器、氣液分別罐以及循環(huán)水罐和水泵等。荒煤氣仍由上升管下部引入，通過熱管換熱器換熱降溫至500℃，然后用80～85℃實行不銹鋼絲網(wǎng)吸液芯附于熱管內壁。熱管的蒸發(fā)段安裝在上升管內，冷凝段安裝收方面取得了很好的應用。2、熱管技術在國內荒煤氣余熱利用方面的應用爭論。煤料在碳化室內經(jīng)過高溫干餾成為焦炭，同時產生荒煤氣〔溫度850-950℃、流量70000m3/h〕。集合到碳化室頂部空間的荒煤氣在經(jīng)過橋管送至煤氣凈化工序的過程中，荒煤氣在橋管內通過氨水噴灑進展冷卻，以便荒煤氣在煤氣凈化工序進展焦度，但該工藝流程比較簡單，同時荒煤氣中所含有的大量熱能在與氨水熱交換過程中被冷卻氨水帶走，冷卻后的氨水通過蒸發(fā)脫氨而后排放，在消耗大量氨水增加生產本錢的同時，荒煤氣余熱資源無法回收而損失掉。在本次焦爐荒煤氣余熱回收研討與試驗中，作了傳熱分析與模擬計算，并以此為依據(jù)進展了焦爐上升管熱量回收試驗系統(tǒng)與裝置等設計329試驗說明對焦爐荒煤氣的余熱回收，本工程所承受的方案根本是可行的。氣余熱回收裝置；其次種方案是分別式熱管荒煤氣余熱回收裝置。①高溫熱管荒煤氣余熱回收方案本方案應用高溫熱管技術回收焦爐荒煤氣余熱，從炭化室出來的800℃左右的荒煤氣進入上升管，通過輻射換熱將熱量傳給高溫鉀熱管，溫度降至500℃左右離開上升管，上升管內的鉀熱管吸取輻射熱，并將熱量傳給上升管外部的冷凝端，使聯(lián)箱中的水汽化并放出熱量。聯(lián)箱中的水汽化后通過汽水上升管進入鍋爐，進展汽水分別，滿足用戶需求。本方案優(yōu)點：承受高溫熱管，能夠保證熱管壁溫在荒煤氣焦油露點之上，不會產生結焦問題；而且高溫鉀熱管安全牢靠，即使熱管破壞，鉀蒸汽量小，不會像水夾套那樣導致整個汽包中的汽水混合物漏入炭化室，不會造成②分別式熱管荒煤氣余熱回收方案800℃左右的荒煤氣進入上升管，通過輻射換熱將熱量傳給炭鋼—水熱管，溫度降至500℃左右離開上升管；上升管內的數(shù)根熱管吸取輻射熱，熱管內的水蒸發(fā)成蒸汽，沿熱管上升至上聯(lián)箱集合，然后一起通過汽水上升管送入汽包進展汽水分別，滿足用戶需布置便利，通過提高產汽壓力，可以保證熱管壁溫在荒煤氣焦油露點之上，不會產生結焦問題；分別式熱管同高溫熱管一樣，即使熱管破壞，水蒸汽量小，不會像水夾套那樣導致整個汽包中的汽水混合物漏入炭化室，不會造成事故，能夠保證焦爐結焦，必需提高熱管管壁溫度和熱管管內工作溫度，這就必需提高熱管管內蒸汽壓力，而碳鋼-水熱管最高工作溫度和承壓力量都有肯定限制，因此對于熱管安全運行提出的條件較高。綜合考慮后確定承受其次方案。焦爐上升管熱量回收試驗系統(tǒng)與裝置設計：800射換熱將熱量傳給布置在上升管殼體內壁的分別式熱管的受熱端管束，溫度降至500℃左右離開上升管，經(jīng)氨水噴淋冷卻后進入集氣管；上升管內的受熱端管束吸取輻射熱后，管內的水蒸發(fā)成蒸汽，上升至管束的上聯(lián)箱處集合，然后一起通過汽水上升管送入布置在汽包內的分別式熱管放熱端，將汽包內的水加熱并產生蒸汽；管束內的蒸汽冷凝成水后通過給水下降管送回至受熱端管束的下聯(lián)箱后安排給各個熱管連續(xù)蒸發(fā)。如此往復循環(huán)進展，從而完成熱量由受熱段到放熱段的輸送，到達回收荒煤氣顯熱并產生蒸汽供用戶使用的目的。由于焦爐構造布置緊湊，沒有太大的剩余空間來安置較大換熱裝置，本次試驗也不宜對原焦爐進展較大的改造，故打算利用原焦爐上升管外殼體，將上升管內部耐火磚打掉，把分別式熱管的受熱端管束緊貼著上升管殼體內壁布置，將分別式熱管的放熱端管束浸入汽包液面以下，通過外聯(lián)上升、下降管路實現(xiàn)受熱端與放熱端間的熱量循環(huán)傳輸。試驗過程及數(shù)據(jù)：在試驗期間，為確保試驗的安全性，同時為了防止