本發(fā)明涉及冶金過程二次回收利用領域，具體而言，涉及焦化廠荒煤氣余熱回收裝置及焦化廠荒煤氣余熱回收方法。

背景技術：

荒煤氣是煤煉焦過程中所產(chǎn)生的氣體，伴隨著煉焦的進行，荒煤氣從碳化室經(jīng)上升管流出，溫度可以高達650～850℃，這部分熱量能夠占到焦爐總熱量的約36％?；拿簹獾挠酂峄厥諏τ诠?jié)能減排具有重大的意義，既是焦化廠提高資源利用率的有效途徑，也是改善環(huán)境、綠色生產(chǎn)的需要。

目前，對于焦化廠荒煤氣余熱回收的研究，現(xiàn)有的方法主要是在焦爐上升管部分進行熱交換。例如：在上升管外壁上焊接以環(huán)形夾套，在夾套下部通入軟水，夾套內(nèi)的水域熱荒煤氣換熱，煤氣溫度降至450～500℃，水吸熱后可產(chǎn)生0.4～0.7mpa低壓飽和蒸汽，這種上升管汽化冷卻的方法具有投資少，且運行成本低等優(yōu)點，而且已經(jīng)能夠用于工業(yè)生產(chǎn)中。同時，還有現(xiàn)有技術采用導熱油夾套技術，即將如前所述方法中的介質(zhì)替換為導熱油，并將導熱油循環(huán)使用，被加熱的導熱油可以用于蒸氨、煤焦油蒸餾、入爐煤干燥等。

然而，現(xiàn)有的余熱回收方法還存在一些難以克服的技術問題，例如，由于荒煤氣溫度較高，因而換熱介質(zhì)溫度較高，并且會產(chǎn)生一定的壓力，由于上升管與碳化室相連通，當換熱器無法承受換熱介質(zhì)的壓力時，就會造成換熱介質(zhì)的泄露，泄露的換熱介質(zhì)容易進入碳化室中；如果換熱介質(zhì)壓力過大，則可能導致上升管內(nèi)壁發(fā)生破裂，換熱介質(zhì)則會由上升管進入碳化室中，直接影響煉焦工藝，嚴重時還會造成生產(chǎn)事故。同時，現(xiàn)有的方法中只能通過換熱產(chǎn)生低壓蒸汽(p≤2.5mpa，t≤400℃)，而這種低壓蒸汽在實際工業(yè)生產(chǎn)中需求量較小，能夠應用的場合也有限。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提供一種焦化廠荒煤氣余熱回收裝置，所述裝置中，通過使用導熱管將上升管中的熱量傳遞至設置于一定距離外的蒸汽裝置中，從而可以避免導熱過程中上升管處產(chǎn)生過大的壓力，具有結構簡單且運行安全等優(yōu)點。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種焦化廠荒煤氣余熱回收方法，本發(fā)明方法中，采用本發(fā)明所述裝置對余熱進行回收利用，具有方法簡便安全等優(yōu)點。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術方案：

一種焦化廠荒煤氣余熱回收裝置，所述裝置包括導熱裝置和蒸汽裝置；

其中，所述導熱裝置分別與上升管和蒸汽裝置相連接，并將荒煤氣余熱由上升管傳導至設置于一定距離之外的蒸汽裝置中。

可選的，本發(fā)明中，所述導熱裝置包括多根并列設置的導熱管；其中，所述導熱管的受熱段設置于上升管內(nèi)壁；所述導熱管的放熱段與蒸汽裝置相連接，并通過放熱對蒸汽裝置中的水和/或水汽加熱，產(chǎn)生水蒸氣。

可選的，本發(fā)明中，所述導熱管包括管壁和吸液芯；其中，吸液芯內(nèi)設置有傳熱工質(zhì)。

可選的，本發(fā)明中，所述傳熱工質(zhì)為金屬。

可選的，本發(fā)明中，所述傳熱工質(zhì)為鈉、鉀，或者鈉鉀合金。

可選的，本發(fā)明中，所述蒸汽裝置包括水管、汽管和汽包；其中，所述汽管分別與水管和汽包相連接。

同時，本發(fā)明還提供了一種焦化廠荒煤氣余熱回收方法，所述方法中使用本發(fā)明所述裝置對荒煤氣余熱進行回收。

可選的，本發(fā)明中，所述方法包括如下步驟：將荒煤氣由上升管下部引入，導熱管的受熱段在上升管中吸熱后，導熱管內(nèi)的傳熱工質(zhì)蒸發(fā)為蒸汽，上升至導熱管的放熱段，并將熱量傳遞至蒸汽裝置中的水和/或水汽，生成蒸氣。

可選的，本發(fā)明中，生成的蒸氣經(jīng)汽管進入汽包中收集。

可選的，本發(fā)明中，本發(fā)明所述方法還進一步包括將汽包中收集的蒸汽用于蒸汽發(fā)電的步驟。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明中，利用導熱管進行荒煤氣余熱的傳導；導熱管一端直接接觸上升管，從上升管取熱，將熱量傳導到一定距離之外另一端所連接的蒸汽裝置中，生成蒸汽，同時，還可以根據(jù)不同需要自由調(diào)節(jié)所生成的蒸汽的壓力；

(2)本發(fā)明中，導熱裝置將上升管中荒煤氣的熱量傳輸一定距離后再進行處理，從而不需要在每個上升管中都設立壓力夾道，避免了若壓力夾道破裂導熱液體會灌入焦爐的風險，結構簡單而安全，成本低廉；

(3)本發(fā)明中，生成蒸汽的蒸汽裝置和上升管之間通過導熱固體相連，蒸汽裝置和上升管兩者之間不會進行壓力傳輸，從而可以通過蒸汽裝置自由調(diào)節(jié)所生成蒸汽的壓力而不會對上升管產(chǎn)生任何影響；而傳統(tǒng)余熱回收裝置中，在每個上升管中都設立壓力夾道的方案只能生成低壓蒸汽，不僅成本非常巨大，而且焦化廠中上升管眾多，若每個上升管都是壓力夾道，將存在大量安全隱患。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明裝置內(nèi)部結構圖正視圖；

圖2為本發(fā)明裝置內(nèi)部結構圖側視圖；

圖3為本發(fā)明裝置內(nèi)部結構圖俯視圖；

圖4為本發(fā)明裝置平面布局圖正視圖；

圖5為本發(fā)明裝置平面布局圖側視圖；

其中，圖1中，1-導熱裝置，101-導熱管，102-導熱管，103-導熱管，104-導熱管，105-導熱管；2-蒸汽裝置，201-水管，202-汽管，203-汽包；

圖2中，101-導熱管，202-汽管，203-汽包；

圖3中，101-導熱管，203-汽包；

圖4中，202-汽管，203-汽包，204-上級汽包，3-上升管；

圖5中，101-導熱管，202-汽管，203-汽包，204-上級汽包，3-上升管。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整的描述，基于本發(fā)明中的具體實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

有鑒于現(xiàn)有技術荒煤氣余熱回收裝置在結構設計以及使用中所存在的安全隱患問題，本發(fā)明中特將蒸汽裝置與上升管結構進行間隔設置，并通過導熱裝置將上升管中的熱量直接傳導至蒸汽裝置中，從而能夠有效避免由于蒸汽裝置與上升管直接接觸所存在的安全問題。本發(fā)明中裝置結構可具體參考如下：

與焦爐連接的上升管通過導熱裝置與設置于一定距離之外的蒸汽裝置相連接，導熱裝置在上升管中吸收荒煤氣余熱的熱量，然后將其傳導至蒸汽裝置中，在蒸汽裝置中的水和/或水汽被傳導過來的熱量加熱，然后生成蒸汽，所產(chǎn)生的蒸汽可以進一步用于蒸汽發(fā)電，從而實現(xiàn)對于荒煤氣余熱的有效吸收和利用；

在本發(fā)明一個優(yōu)選的方案中，上升管與蒸汽裝置的間距可以根據(jù)焦爐間的實際間距進行調(diào)整；

在本發(fā)明一個優(yōu)選的方案中，所述導熱裝置由多根并列設置的導熱管組成；進一步的，根據(jù)所處位置的不同，可以將導熱管分為三段，即設置于上升管內(nèi)壁的受熱段、與蒸汽裝置連接的放熱段，以及受熱段和放熱段之間的傳輸段；

進一步優(yōu)選的，所述導熱管為螺旋結構，導熱管的受熱段與上升管內(nèi)壁直接接觸，并通過上升管的傳熱以及荒煤氣余熱的熱輻射吸收熱量；

在本發(fā)明優(yōu)選的一個方案中，所述導熱管包括管壁和吸液芯，吸液芯中設置有傳熱工質(zhì)；進一步的，所述導熱管為中空結構，且在工作過程中處于真空狀態(tài)，傳熱工質(zhì)吸收熱量后，蒸發(fā)為氣態(tài)并逐步形成蒸氣，蒸氣通過導熱管的傳送段擴撒至放熱段，并在放熱段對蒸汽裝置進行加熱，產(chǎn)生水蒸氣；

在本發(fā)明一個優(yōu)選的方案中，所述傳熱工質(zhì)為金屬；更優(yōu)選的，所述傳熱工質(zhì)為鈉、鉀，或者鈉鉀合金；

在本發(fā)明一個優(yōu)選的方案中，所述蒸汽裝置包括水管、汽管和汽包；其中，汽管的兩端分別與水管和汽包相連接；

進一步優(yōu)選的，所述導熱管的放熱段與汽管相連接，所述導熱管的放熱段以螺旋結構穿過汽管上所設置的通孔，通孔的面積與導熱管截面面積相當，同時，導熱管與汽管的連接處需要密封，避免蒸汽泄漏產(chǎn)生危險；更進一步優(yōu)選的，所述導熱管的外徑小于汽管的內(nèi)徑，進而使得導熱管能夠完全通過汽管的內(nèi)部，同時還不會阻礙蒸汽上升至汽包中；

在本發(fā)明進一步的方案中，還可以包括蒸汽發(fā)電裝置，可以將汽包中收集的水蒸氣用于低壓蒸汽發(fā)電，或者可以將收集的水蒸氣加壓后，用于高壓蒸汽發(fā)電。

本發(fā)明所提供的焦化廠荒煤氣余熱回收方法的步驟可參考如下：將荒煤氣由上升管下部引入，導熱管的受熱段在上升管中吸熱后，導熱管內(nèi)的傳熱工質(zhì)蒸發(fā)為蒸氣；

其中，導熱管的啟動包含了許多傳熱模式的耦合：傳導、對流和輻射；傳熱過程主要包括：管壁和吸液芯的熱傳導、工質(zhì)在吸液芯中的熔化、汽液界面的蒸發(fā)與凝結、多孔吸液芯中液體的流動以及管中心區(qū)可壓縮蒸汽的流動等。高溫熱管的正常啟動受各種傳熱極限的影響，如聲速極限、攜帶極限以及粘性極限對熱管的啟動都重要影響；

優(yōu)選的，裝載有金屬工質(zhì)(鈉、鉀或鈉鉀合金)的熱管自凝固狀態(tài)啟動的過程可以被分為五個階段：

(1)第一階段：吸附液態(tài)金屬工質(zhì)的熱管毛細吸液芯處于最初始的凝固狀態(tài)，導熱管中心的蒸汽通道區(qū)域處于真空狀態(tài)；

(2)第二階段：當對導熱管蒸發(fā)段(即導熱管受熱段)開始加熱后，熱量以導熱方式經(jīng)管壁傳入，吸液芯中的工質(zhì)開始熔化，但液固界面未達到吸液芯氣側邊界，蒸發(fā)段沒有蒸發(fā)現(xiàn)象發(fā)生，導熱管中心蒸汽區(qū)域仍處于真空狀態(tài)；

(3)第三階段：導熱管蒸發(fā)段吸液芯中的工質(zhì)全部熔化，蒸發(fā)開始在汽液界面發(fā)生，但蒸氣壓力很低，蒸發(fā)流仍處于自由分子運動狀態(tài)，同時，在絕熱段和冷凝段(即導熱管放熱段)的吸液芯中，部分工質(zhì)仍處凝固狀態(tài)；

(4)第四階段：隨著蒸發(fā)的不斷進行，蒸氣在蒸發(fā)段中心區(qū)域的積聚達到一定量后，該處的蒸氣連續(xù)流就逐步建立起來，但在導熱管放熱段(即蒸氣冷凝段)末端附近，蒸氣仍處于稀薄的自由分子狀態(tài)；

(5)第五階段：吸液芯中的工質(zhì)全部熔化，蒸氣連續(xù)流擴散到冷凝段末端，使導熱管全部區(qū)段均達到蒸氣連續(xù)流狀態(tài)，這表示熱管已進入工作狀態(tài)，隨著時間的推移和熱量的持續(xù)傳遞，導熱管進入穩(wěn)定工作狀態(tài)；

在導熱管的放熱段，通過熱傳導和熱輻射對蒸汽裝置中的水和/或水汽進行加熱，并生成水蒸氣，同時工質(zhì)蒸汽由于放熱而發(fā)生冷凝，再次被吸液芯所吸附；

水蒸氣的產(chǎn)生流程可參考如下：水管中的水在吸收了導熱管所釋放出的熱量后，會逐步生成水汽，水汽升騰進入汽管中，并在汽管中進一步通過熱傳導和熱輻射吸收導熱管釋放出的熱量，并進一步生成水蒸氣，生成的水蒸氣進一步沿汽管進入汽包中收集。

進一步的，可以將汽包中收集的水蒸氣用于低壓蒸汽發(fā)電，或者可以將收集的水蒸氣加壓后，用于高壓蒸汽發(fā)電。

實施例1

請參考圖1、圖2以及圖3，本發(fā)明實施例所提供的一種焦化廠荒煤氣余熱回收裝置包括導熱裝置1以及蒸汽裝置2；

其中，導熱裝置1包括導熱管101、導熱管102、導熱管103、導熱管104，以及導熱管105等多根平行設置的導熱管；

蒸汽裝置2包括水管201、汽管202和汽包203；

其中，導熱管101為螺旋結構，并與汽管202相連接。

進一步的，導熱管101為中空結構，并進一步包括管壁和吸液芯，吸收芯中設置有作為傳熱工質(zhì)的金屬鈉。

請參考圖4以及圖5，本發(fā)明焦化廠荒煤氣余熱回收裝置中，蒸汽裝置2與上升管3間隔設置，二者通過由多根如導熱管101所示的導熱管平行設置所組成的導熱裝置1相連接；

其中，導熱管101的受熱段設置于上升管3的內(nèi)壁，并在上升管3中吸收熱量，并在導熱管101的放熱段將熱量釋放，并對蒸汽裝置2中的水/水汽進行加熱生成水蒸氣，(類似的，導熱管102等導熱管的受熱段也設置于相鄰的上升管的內(nèi)壁，并從對應的上升管中吸收熱量，然后在導熱管的放熱段釋放熱量，并對蒸汽裝置2中的水/水汽進行加熱生成水蒸氣)實現(xiàn)對荒煤氣余熱回收。

實施例2

請參考圖1、圖2、圖3、圖4以及圖5，本發(fā)明實施例所提供的一種焦化廠荒煤氣余熱回收方法包括如下步驟：

將荒煤氣由上升管3的下部引入，導熱管101的受熱段在上升管3中吸熱，導熱管101中的金屬鈉工質(zhì)逐漸熔化，并在導熱管101中心的蒸汽通道區(qū)域形成鈉蒸汽，隨著蒸發(fā)的不斷進行，蒸氣在蒸發(fā)段中心區(qū)域的積聚達到一定量后，就逐步建立起蒸氣的連續(xù)流；吸液芯中的工質(zhì)全部熔化，后蒸氣連續(xù)流擴散到導熱管101的放熱段的末端，使導熱管101全部區(qū)段均達到蒸氣連續(xù)流狀態(tài)，導熱管101進入工作狀態(tài)，隨著時間的推移和熱量的持續(xù)傳遞，導熱管101進入穩(wěn)定工作狀態(tài)；

水管201中的水在吸收了導熱管101在放熱段所釋放出的熱量后，會逐步生成水汽，水汽升騰進入汽管202中，并在汽管202中進一步通過熱傳導和熱輻射吸收導熱管101釋放出的熱量，進一步生成水蒸氣，生成的水蒸氣進一步沿汽管202進入汽包203中收集；

多個汽包中所收集的水蒸氣進一步進入上級汽包204中集中收集；

上級汽包204中的水蒸氣可以進一步用于低壓蒸汽發(fā)電，或者可以將收集的水蒸氣加壓后，用于高壓蒸汽發(fā)電。

本發(fā)明中，通過將蒸汽裝置與上升管間隔設置，僅通過導熱裝置將熱量由上升管傳遞至蒸汽裝置中，從而使得二者間僅有熱量的傳輸，而不會進行壓力傳輸，避免了蒸汽壓力對于上升管結構或者煉焦整體流程的影響。進一步的，本發(fā)明方法在實現(xiàn)對于荒煤氣余熱有效利用的同時，還不存在任何的安全隱患，是一種能夠安全、有效利用荒煤氣余熱的新方法，對于節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)而言有著重要的實際意義。

盡管已用具體實施例來說明和描述了本發(fā)明，然而應意識到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。