焦炉上升管制造技术

本发明专利技术公开了一种焦炉上升管，包括：上升管管体，上升管管体两端设有法兰，上升管管体采用套管结构，套管结构包括套设在一起的上升管外管和上升管内管，上升管外管、上升管内管和两端法兰共同围出套管容腔；套管容腔内设有水冷壁，水冷壁包括水冷壁内壁和水冷壁外壁，水冷壁内壁与水冷壁外壁之间为水冷壁内腔，水冷壁外壁下部设有与水冷壁内腔连通的进水管口，上部设有与水冷壁内腔连通的出汽管口；上升管内管的内表面涂有耐高温纳米陶瓷涂层；上升管管体的上端设有上测温点管口，下端设有下测温点管口。本发明专利技术的焦炉上升管，实现了高温荒煤气废热的有效回收利用；解决了荒煤气中的焦油在上升管内壁吸附挂壁、结焦的难题，延长了上升管使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及炼焦热工设备领域，具体涉及一种应用于炼焦炉的焦炉上升管。
技术介绍
炼钢冶金、陶瓷烧制、金属加热等工业过程，一般不能直接使用原煤燃烧进行加热，而是先将原煤经过炼制，脱去原煤中的焦油，成为含有纯煤气可燃成分的焦炭，再用于工业加热。用原煤炼制焦炭所用的窑炉称为炼焦炉，炼制过程是原煤在炼焦炉内热解燃烧脱去焦油，并直至焦油完全脱尽的工艺过程。脱焦燃烧过程排放大量的成分复杂的原煤释放的高温烟气，叫做荒煤气，将荒煤气从炼焦炉内引出的装置称为上升管，上升管是安装在炼焦炉顶部用于排放荒煤气的金属管状附属设备。荒煤气在原煤燃烧时放热产生的气体热膨胀驱动力作用下，从焦炉内部源源不断逸出，通过上升管升腾、氨水降温汇集到主管道，再存入荒煤气罐等待焦化处理。荒煤气经净化与焦化处理，得到的焦炉煤气是优质燃料，得到的萘等是优质煤化工产品，所以，炼焦过程回收荒煤气是非常重要的工艺过程。原煤在焦炉内的最高炼焦温度控制在1050℃以下。原煤在350-480℃时，大分子被热解，开始逸出煤气类气相物和焦油液相物；450-550℃时，以液相为主与气相产物大量析出；700-1000℃时液相物逐渐终尽，脱焦完成，焦炭形成，焦炭中保留了纯煤气可燃性气体成分，即：从原煤到炼焦的工艺结束。如果继续升温，焦炭便被碳化，可燃性气体逸尽并自燃，焦炭成为煤渣。荒煤气中的焦油是成分复杂的液态胶体，在低于临界结焦温度即350℃以下时出现体积浓缩，吸附在物体表面，逐渐聚集成坚硬的块状，称为结焦。现有焦炉上升管的基本结构，如图4所示，包括主体钢管21，作为上升管管体，主体钢管的两端分别设有法兰24，在主体钢管的外表面设有石棉保温层23，在主体钢管的内表面衬有黏土类耐火砖砌成的耐火衬22，上升管内部贴上耐火衬之后，上升管的有效内径为400mm。耐火衬的保护作用起到对焦油进行隔离的效果，防止荒煤气中的焦油与钢管的铁原子化合产生石墨反应，导致金属管腐蚀；耐火衬的保温作用起到除焦效果，防止荒煤气温度在低于350℃时，焦油便吸附在耐火衬上，导致荒煤气逸除不畅，阻塞荒煤气排放。但是，上述现有结构的焦炉上升管存在以下问题：(一)、高温荒煤气废热直接排放，未被有效回收利用。荒煤气高于350℃防结焦温度以上的，约占炼焦放热30％左右的热能全部成为废热，即相当于每吨煤发电能力为3000kwh时，有1000kwh电量成为废热被“上天入地”废弃；部分热能随上升管外壁扩散到空中，外壁最高温度达到450-500℃，最低温度250-300℃；部分热能随荒煤气汇集被氨水急冷降温而消失。(二)、上升管内容易结焦，且难于控制。由于这种上升管是一种单纯的烟道式结构，只有被动的保护防结焦耐火衬，耐火衬表面粗糙极易使焦油吸附挂壁，即使高温烧掉但仍然留有痕迹，并越积越多，形成难以清理的坚硬块状焦油；且上升管的耐火衬是在上升管管内采用耐火砖砌体的方式，故其寿命期较短，一般只有1年，需要每年更新一次上升管，更新耐火砖砌体；管内结焦时常发生，但不易察觉，没有控制结焦的技术措施，需要有经验的操作人员通过观察炼焦炉顶的装煤孔、观察孔，当发现荒煤气大量逸出时，则判断为上升管严重结焦被阻塞，结焦后一般采取调火燃烧除焦措施，严重结焦后则需要更换上升管；由于工况恶劣，上升管处理结焦很困难。(三)、现有上升管在内部贴上耐火衬之后，上升管的有效内径为400mm，该尺寸从理论上满足上升管在高度保温、不取热、不降温的条件下，荒煤气以0.3-1.0m/s升腾速度按层流形态通过上升管；但在使用含焦量比较大的煤种(即烟煤)炼焦时，每一炉均出现荒煤气来不及从上升管逸出，而从焦炉炉顶的装煤孔、观察孔逃逸，甚至需要人工打开上升管上方的炉盖，将带火的荒煤气对“天”排放、并泄压，否则会因荒煤气逸出不及时，在装煤孔或观察孔起火燃烧，甚至导致炼焦室“炸膛”事故。(四)、现有上升管内荒煤气的流体状态是层流状态，即：荒煤气自下而上有序逸出。层流状态使得荒煤气到达桥管时内外温度不一致，贴近上升管内部耐火衬的外层荒煤气的温度，低于上升管中心位置的内层荒煤气的温度，并且温差平均高达150℃。该温差的存在，对荒煤气的废热回收产生以下不利因素：一是，荒煤气废热回收量不完全，大约有40-60％的废热位居荒煤气气流的中心位置没有被回收或被充分回收；二是，给荒煤气降温的喷氨水量没有降低到可以实现的最低量。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种结构改进的焦炉上升管，以便有效回收利用高温荒煤气废热，降低周围温度，改善工况环境。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：焦炉上升管，包括：上升管管体，所述上升管管体的两端分别设置有法兰，所述上升管管体采用套管结构，所述套管结构包括上升管外管和套在所述上升管外管内的上升管内管，所述上升管外管、所述上升管内管、所述法兰共同围出套管容腔；水冷壁，所述水冷壁设置于所述套管容腔内，所述水冷壁包括水冷壁内壁和水冷壁外壁，所述水冷壁内壁与所述水冷壁外壁之间为水冷壁内腔，所述水冷壁外壁的下部设有与所述水冷壁内腔连通的进水管口，所述水冷壁外壁的上部设有与所述水冷壁内腔连通的出汽管口。本专利技术的焦炉上升管，由于其上升管管体采用由上升管外管和上升管内管套设在一起形成的套管结构，套管容腔内设有水冷壁，以水为介质作为回收荒煤气废热的载体，水自水冷壁外壁下部的进水管口进入水冷壁内腔；高温荒煤气在上升管内管中上升过程中与其发生热交换，水冷壁内腔中的水与高温的上升管内管发生热交换，水被加热、汽化、成为过热蒸汽，最终自水冷壁外壁上部的出汽管口导出，制得的过热蒸汽即可进入后续的废热再利用系统，用来发电或者供暖等，实现了高温荒煤气废热的有效回收利用，同时，降低了周围温度，改善了工况环境。以下为对本专利技术焦炉上升管的多项优化改进之处：其中，所述上升管内管的内表面涂有耐高温纳米陶瓷涂层。纳米材料致密度极高，在上升管内管的内表面涂覆耐高温纳米陶瓷涂层后，上升管内壁保持高度的致密度、光洁度、平整度，使荒煤气中的焦油不能在上升管内壁上吸附挂壁，避免结焦；纳米材料附着力极高，故不易出现纳米涂层裂纹、爆裂、脱落，并既有保温特性，又有极强的隔离特性，确保荒煤气的焦油不与钢管的铁原子产生化合作用，保护钢管不被腐蚀，延长使用寿命。其中，所述水冷壁内壁与所述上升管内管之间为内气密层，所述水冷壁外壁与所述上升管外管之间为外气密层。内气密层的设置，可以避免低温的冷水壁与高温的荒煤气形成直接接触的降温界面，避免过大的温差而造成低于结焦临界点温度，避免造成结焦危害，确保废热回收的同时不会结焦；外气密层的设置，不但可以对水冷壁起到保温作用，防止水冷壁向上升管外管散热，确保荒煤气废热的高效回收，又起到防止回收的热量散向周围环境，达到了降低周围温度，改善工况环境目的。其中，所述水冷壁自下而上包括相连通的高温热水段、饱和汽化段和过热蒸汽段。其中，所述水冷壁内腔中设有导流结构。导流结构的设置，使水冷壁内腔中的流体扰动，增加换热效果。其中，所述导流结构为包括：位于所述高温热水段的水流导流板、位于所述饱和汽化段的汽化导流板和位于所述过热蒸汽段的蒸汽分流板。其中，所述水流导流板、所述汽化导流板、所述蒸汽分流板一体设置，呈螺旋导流结构。其中，所述水流导流板的螺距、所述汽化导流板本文档来自技高网...

【技术保护点】
焦炉上升管，其特征在于，包括：上升管管体，所述上升管管体的两端分别设置有法兰，所述上升管管体采用套管结构，所述套管结构包括上升管外管和套在所述上升管外管内的上升管内管，所述上升管外管、所述上升管内管、所述法兰共同围出套管容腔；水冷壁，所述水冷壁设置于所述套管容腔内，所述水冷壁包括水冷壁内壁和水冷壁外壁，所述水冷壁内壁与所述水冷壁外壁之间为水冷壁内腔，所述水冷壁外壁的下部设有与所述水冷壁内腔连通的进水管口，所述水冷壁外壁的上部设有与所述水冷壁内腔连通的出汽管口。

【技术特征摘要】
1.焦炉上升管，其特征在于，包括：上升管管体，所述上升管管体的两端分别设置有法兰，所述上升管管体采用套管结构，所述套管结构包括上升管外管和套在所述上升管外管内的上升管内管，所述上升管外管、所述上升管内管、所述法兰共同围出套管容腔；水冷壁，所述水冷壁设置于所述套管容腔内，所述水冷壁包括水冷壁内壁和水冷壁外壁，所述水冷壁内壁与所述水冷壁外壁之间为水冷壁内腔，所述水冷壁外壁的下部设有与所述水冷壁内腔连通的进水管口，所述水冷壁外壁的上部设有与所述水冷壁内腔连通的出汽管口。2.如权利要求1所述的焦炉上升管，其特征在于，所述上升管内管的内表面涂有耐高温纳米陶瓷涂层。3.如权利要求1或2所述的焦炉上升管，其特征在于，所述水冷壁内壁与所述上升管内管之间为内气密层，所述水冷壁外壁与所述上升管外管之间为外气密层。4.如权利要求3所述的焦炉上升管，其特征在于，所述水...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海波，于奎明，
申请(专利权)人：山东宏力热泵能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37