一种焦炉上升管及应用其回收荒煤气热量的方法

摘要

本发明实施例公开了一种焦炉上升管及应用其回收荒煤气热量的方法，其中，该焦炉上升管包括内壁和外壁，还包括：悬杆固定架、悬杆及固定于所述悬杆上的至少一个扰流片；所述悬杆固定架，安装于焦炉上升管中；所述悬杆与所述悬杆固定架活动连接，以使所述悬杆悬垂于焦炉上升管内，并能够旋转；所述焦炉上升管侧壁设置有贯穿所述内壁和外壁的至少一个外流体入口，以使外流体通过外流体入口喷入焦炉上升管内部，并驱动所述悬杆及扰流片旋转。由上述的技术方案可见，本发明的技术方案能够改变荒煤气的流场，增加了荒煤气流动的雷诺数，提高了上升管中荒煤气的换热效率，进而提高了荒煤气热量的回收利用率，增强了焦炉的运行效能。

说明书

技术领域

本发明涉及焦化工艺余热回收领域，特别涉及一种焦炉上升管及应用其回收荒煤气热量的方法。

背景技术

焦化厂在炼焦过程中，从炭化室经上升管逸出的荒煤气温度约为650℃-750℃，其带出的热量占焦炉输出总热量的36％左右，一般情况下，焦化厂会对这部分热量进行回收再利用，以实现资源节约、环境友好的目的。

现在，焦化厂一般采用的荒煤气热量回收方式是在焦炉上升管的内壁和外壁之间通入换热介质，形成换热层；如图1所示，在焦炉上升管的内壁10和外壁11之间通入换热介质，换热介质从换热介质入口12进入后，与从焦炉上升管底部进入的荒煤气进行热交换，并从换热介质出口13排出，荒煤气从焦炉上升管顶部的荒煤气出口14排出，通过热交换从而将荒煤气中的热量进行回收。但是实际应用中，由于靠近焦炉上升管中心部分的荒煤气与换热介质进行热交换比较慢，往往还未来得及充分进行热交换，就已经从焦炉上升管逸出，所以这种热量回收方式换热效率较低，回收热量的能力有限。

发明内容

本发明实施例公开了一种焦炉上升管及应用其回收荒煤气热量的方法，以提高焦炉上升管中荒煤气的换热效率，进而提高荒煤气热量的回收利用率。技术方案如下：

本发明首先提供了一种焦炉上升管，包括内壁和外壁，还包括：悬杆固定架、悬杆及固定于所述悬杆上的至少一个扰流片；

所述悬杆固定架，安装于焦炉上升管中；

所述悬杆与所述悬杆固定架活动连接，以使所述悬杆悬垂于焦炉上升管内，并能够旋转；

所述焦炉上升管侧壁设置有贯穿所述内壁和外壁的至少一个外流体入口，以使外流体通过外流体入口喷入焦炉上升管内部，并驱动所述悬杆及扰流片旋转。

在发明的一种优选实施方式中，所述悬杆固定架安装于焦炉上升管内上部。

在发明的一种优选实施方式中，所述悬杆固定架为镂空圆盘状，所述悬杆通过辐条状连接部件连接于圆盘内。

在发明的一种优选实施方式中，所述扰流片与焦炉上升管内壁留有预设距离。

在发明的一种优选实施方式中，所述悬杆位于所述焦炉上升管的轴线上。

在发明的一种优选实施方式中，所述扰流片沿悬杆的轴向分布。

在发明的一种优选实施方式中，所述扰流片包括叶片及折流板中的至少一种。

本发明还提供了一种应用上述的焦炉上升管进行荒煤气热量回收的方法，包括：

在预设的周期通过外流体入口向焦炉上升管内部喷入外流体，驱动所述悬杆及扰流片旋转，以改变焦炉上升管中荒煤气的流场。

其中，所述外流体可以是气体或能够在焦炉上升管内转化成气体的液体。

所述外流体优选为荒煤气或氨水。

由上述的技术方案可见，本发明通过在焦炉上升管内增加可自由转动的悬杆及固定于悬杆上的至少一个扰流片，并在焦炉上升管侧壁设置有外流体入口，以使外流体通过外流体入口喷入焦炉上升管内部，并驱动所述悬杆及扰流片旋转；以此改变荒煤气的流场，增加了荒煤气流动的雷诺数，提高了上升管中荒煤气的换热效率，进而提高了荒煤气热量的回收利用率，增强了焦炉的运行效能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种焦炉上升管结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种焦炉上升管结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种螺旋形扰流片结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种三叶旋桨式扰流片结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例提供的一种焦炉上升管，包括内壁10和外壁11，还包括：悬杆固定架20、悬杆21及固定于所述悬杆上的至少一个扰流片22；

所述悬杆固定架20，安装于焦炉上升管中；

所述悬杆21与所述悬杆固定架20活动连接，以使所述悬杆21悬垂于焦炉上升管内，并能够旋转；

所述焦炉上升管侧壁设置有贯穿所述内壁10和外壁11的至少一个外流体入口30，以使外流体通过外流体入口30喷入焦炉上升管内部，并驱动所述悬杆21及扰流片22旋转。

在实际应用中，内壁10和外壁11之间可以形成换热层，并通入换热介质，例如导热油、冷却水、空气等，换热介质从换热介质入口12进入后，与从焦炉上升管底部进入的荒煤气进行热交换，并从换热介质出口13排出，荒煤气从焦炉上升管顶部的荒煤气出口14排出，从而实现荒煤气热量回收的目的。

需要说明的是，图2只是一种焦炉上升管的结构示意图，虽然图2中出现了多个扰流片22和多个外流体入口30，但并不表示本发明的技术方案中就存在相应数量的扰流片22和相应数量的外流体入口30，图2只能表示本发明的技术方案中存在扰流片22和外流体入口30，图中显示的扰流片22和外流体入口30的具体数量不能成为对本发明技术方案的限定。

本发明实施例通过在焦炉上升管内增加可自由转动的悬杆21及固定于悬杆21上的至少一个扰流片22，并在焦炉上升管侧壁设置有外流体入口30，以使外流体通过外流体入口30喷入焦炉上升管内部，并驱动所述悬杆21及扰流片22旋转；以此改变荒煤气的流场，增加了荒煤气流动的雷诺数，提高了焦炉上升管中荒煤气的换热效率，进而提高了荒煤气热量的回收利用率，增强了焦炉的运行效能。

所说的悬杆21与所述悬杆固定架20活动连接，可以理解为悬杆固定架20能够使悬杆21相对于焦炉上升管的相对位置不变，同时又使得悬杆21能够自由旋转。在实际应用中，可以采用轴承连接的方式将悬杆21连接于悬杆固定架20。

悬杆固定架20在焦炉上升管内的位置是可以由技术人员根据生产的实际需要来确定的，本发明在此不作具体限定。例如，悬杆固定架20可以安装于焦炉上升管内上部，这样可以更好的防止悬杆21及扰流片22晃动。悬杆固定架20的具体形式可以由技术人员来确定，以不影响焦炉上升管的操作，保证顶部水封盖能够正常打开为宜。例如，悬杆固定架可以设计成镂空圆盘状，悬杆通过辐条状连接部件连接于该圆盘内。

另外，所说的悬杆固定架20可以设计成相对焦炉上升管是可拆卸的，这样在需要的情况下，可以将悬杆固定架20连同悬杆21及扰流片22从焦炉上升管中分离出来，进行检修或其它的操作。

在实际应用中，焦炉上升管内可以设置有承接悬杆固定架20的底座。底座的具体形式可以由技术人员来确定，较简单的，可以在焦炉上升管内根据悬杆固定架20的具体形式设置有水平方向的突起部件，并将悬杆固定架20安放其上达到固定的目的。

悬杆21的作用在于负载扰流片22，在实际应用中，悬杆21可以位于所述焦炉上升管的轴线上。其一端通过悬杆固定架20与焦炉上升管相对固定，另一端悬垂于焦炉上升管内。

本发明的一个关键之处在于扰流片22，通过扰流片22的转动，引起焦炉上升管中荒煤气的扰动，从而改变荒煤气的流场。因此，任何在转动情况下可引起气体扰动的部件都是可以作为扰流片22用于实现本发明的技术方案。考虑到焦化厂的实际情况，扰流片22可以采用叶片及折流板中的至少一种。所说的叶片或折流板均为本领域常用的部件，本发明在此不作赘述，但需要说明的是，叶片或折流板的形状可以由技术人员来确定，本发明在此不作具体限定。在实际应用中，扰流片22可以与悬杆21呈一定的角度，以方便喷入的外流体对扰流片22做功，驱动其旋转为原则。同时能对荒煤气起到更好的扰动作用。具体的，可以采用如图3所示的螺旋形扰流片及图4所示的三叶旋桨式扰流片。

需要说明的是，扰流片22的数量、尺寸等参数都可以由技术人员根据换热效果来确定。

在实际应用中，扰流片22与焦炉上升管内壁10留有预设距离，这样既有利于悬杆21及扰流片22的安装，又有利于荒煤气的扰动。可以理解的是，所说的预设距离会跟焦炉上升管的大小、以及焦炉上升管相关的工艺参数有关。因此，扰流片22与焦炉上升管内壁10之间的距离可以由技术人员根据实际经验或相关的数据分析来确定出较佳值，本发明在此不作具体限定。

另外，扰流片22可以通过焊接与悬杆21固定，并沿悬杆的轴向分布，既可等间距分布，也可以非等间距分布，具体采用哪种形式，也是由技术人员根据换热效果来确定。在需要的情况下，悬杆21的长度可以从焦炉上升管的下端到焦炉上升管的上端，扰流片22可以从焦炉上升管的下端开始向上分布，可以均匀分布，也可以非均匀分布。这样，当荒煤气进入上升管后，就可以对其进行扰动，使得换热效果更佳。

本发明的另一个关键之处在于焦炉上升管侧壁设置有贯穿所述内壁和外壁的至少一个外流体入口30，以使外流体通过外流体入口喷入焦炉上升管内部，对扰流片22做功，驱动悬杆21及扰流片22旋转。

在实际应用中，外流体入口30可以与外流体输送管线连接，并在一定的压力下，使外流体从外流体入口30喷入焦炉上升管内部。需要说明的是，外流体入口30的数量、大小、形状是需要技术人员根据换热效果来确定的，本发明在此不作限定。另外，外流体通过外流体入口30喷入焦炉上升管的方向也是由技术人员根据换热效果来确定，在实际应用中，外流体可以水平方向喷入焦炉上升管内部对扰流片22做功；外流体还可以以一定的仰角喷入焦炉上升管内部对扰流片22做功；外流体还可以以一定的俯角喷入焦炉上升管内部对扰流片22做功；具体采用哪种形式，可以由技术人员根据换热效果来确定，本发明在此不作具体限定。

相应于上面的焦炉上升管实施例，本发明还提供了一种应用上述任意一种焦炉上升管进行荒煤气热量回收的方法，可以包括：

在预设的周期通过外流体入口30向焦炉上升管内部喷入外流体，驱动所述扰流片22旋转，以改变焦炉上升管中荒煤气的流场。

所说的预设的周期可以由技术人员根据换热效果来确定，本发明在此不作具体限定。

所说的外流体可以理解为气体或能够在焦炉上升管内转化成气体的液体。该转化过程可以理解为外流体在喷入上升管内部后，在焦炉上升管中高温的作用下，外流体通过蒸发等形式转化为气体。所说的外流体的具体形式本发明在此不进行限定，例如，可以采用荒煤气或氨水作为外流体。

由于在焦炉上升管内增加可自由转动的悬杆21及固定于悬杆21上的至少一个扰流片22，并在焦炉上升管侧壁设置有外流体入口30，以使外流体通过外流体入口30喷入焦炉上升管内部，并驱动所述悬杆21及扰流片22旋转；以此改变荒煤气的流场，增加了荒煤气流动的雷诺数，提高了焦炉上升管中荒煤气的换热效率，进而提高了荒煤气热量的回收利用率，增强了焦炉的运行效能。

为了考察本发明的技术方案的实际效果，采用如图1所示的焦炉上升管及如图2所示的焦炉上升管(与如图1所示的焦炉上升管相比，只是增加了悬杆固定架、悬杆及安装于悬杆上的3个扰流片，并设置有6个外流体入口，其它参数与图1所示的焦炉上升管相同)进行荒煤气的热量回收对比实验，其中，焦炉上升管的高度均为3米，内径均为0.5米。

实验过程如下，在两个焦炉上升管的内壁10和外壁11之间的换热层分别通等量的冷空气吸收荒煤气带入的热量，降低荒煤气的温度，操作时间均为一个炭化室的结焦周期，通过热电偶测量上升管内荒煤气出口和入口的温度。经过试验对比，图1所示的焦炉上升管中的荒煤气出入口温差约为100℃，图2所示的装置，荒煤气出入口温差将近160℃，换热效率提高约60％，换热效果增加明显。

可见，本发明的技术方案确实提高了焦炉上升管中荒煤气的换热效率。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。