焦爐上升管荒煤氣汽化冷卻裝置及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及焦化節能環保技術領域，具體地指一種焦爐上升管荒煤氣汽化冷卻裝置及其制備方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，焦爐炭化室上升管逸出的荒煤氣溫度為650?850°C帶出的熱量占煉焦耗熱總量的35%左右。常規工藝下，在橋管處噴灑大量70?75°C的循環氨水，將高溫荒煤氣溫度降至95?105°C，再進入回收煤氣凈化系統，不僅消耗大量氨水，而且增加系統中的動力消耗，也惡化了焦爐的操作環境，同時也導致大量余熱浪費。
[0003]長期以來，針對荒煤氣余熱利用，國內外研究人員均作了大量工作，形成了多項技術。文獻“孫業新，焦爐荒煤氣余熱回收技術概述，萊鋼科技，2011年，Nol”對國內外焦爐上升管余熱回收技術進行了概述，針對荒煤氣余熱回收裝置焦油蒸汽凝結結焦、上升管變形與滲漏等問題，分別介紹了上升管夾套式汽化冷卻技術、導熱油夾套技術和熱管式換熱技術的實際應用情況及其優缺點。文獻“王振環等，上升管汽化冷卻的應用及發展前景，燃料與化工，2000年，Nol”，系統地介紹了我國焦爐上升管汽化冷卻技術的發展過程及其應用情況，并針對上升管汽化冷卻裝置常見的漏水、內管變形、上升管下部結焦等問題，進行了原因分析和改進措施討論。申請號為201210309504.2的中國發明專利公開了一種焦爐上升管換熱器，它針對夾套式上升管汽化冷卻裝置存在的焊縫開裂漏水問題，提供了一種焦爐上升管環形熱管換熱器，包括柱形換熱器本體，其中，換熱器本體上設煙道下法蘭和煙道上法蘭，換熱器本體側壁豎直設多個環形換熱管，環形換熱管一側部設水夾套；當熱管損壞發生泄漏，只是單根熱管內的水泄漏，由于單根熱管內的水量很少，泄漏不會影響生產，更不會對焦爐設備造成損壞，可以從根源上保證余熱系統的安全穩定性，不會對焦爐生產造成影響。文獻“張政、郁鴻凌、楊東偉等，焦爐上升管中荒煤氣余熱回收的結焦問題研究，煤炭燃燒，2012年，Nol”，針對焦爐上升管中荒煤氣焦油蒸汽的結焦問題，研究了荒煤氣中焦油蒸汽結焦特性和結焦沉積物形成的條件及影響因素，指出了荒煤氣中焦油蒸汽的組成及性質受到裝爐煤的質量、種類和煉焦操作條件等因素的影響，在余熱回收時，荒煤氣最低可冷卻溫度對焦油析出的影響是不同的，因此，企業要根據實際情況來控制荒煤氣冷卻的下限溫度，在保證焦油不結焦或少量結焦的前提下，盡可能多地回收荒煤氣顯熱，以提高熱回收效率。文獻“一種焦爐上升管荒煤氣余熱回收方法及試驗，能源研究與信息，2013年，Νο4”，采用熱重分析儀研究了荒煤氣中焦油結焦過程，分析了結焦反應發生的溫度與速度，并選擇氮氣作為傳熱工質，設計了光管式和螺旋夾套式兩種上升管余熱回收裝置；選擇螺旋夾套式結構在昆鋼焦化廠4.3m焦爐上進行了上升管荒煤氣余熱回收系統與裝置的運行試驗，試驗結果與理論計算結果較為吻合，無結焦現象發生，證明了該裝置的可靠性與實用性，研究為上升管荒煤氣大規模余熱回收利用打下了基礎。申請號為201320540679.4的中國發明專利公開了一種焦爐荒煤氣上升管換熱裝置，它包括設置于上升管換熱裝置下端的煙氣進口法蘭和設置于上升管換熱裝置上端的煙氣出口法蘭，還包括內筒、中筒和外筒，所述的內筒和中筒之間形成內夾層，所述的內夾層中通入除鹽水或氮氣或空氣，所述的中筒和外筒之間形成外夾層，所述的外夾層為密封的隔熱層；其內筒的內壁上設置有耐溫耐磨材料，所述的耐溫耐磨材料為合金鋼或耐火磚或耐火陶瓷，一方面防止煙氣對裝置的高溫腐蝕，另一方面保證了良好的換熱效果；其中筒的外壁上設置有隔熱涂層，將內部的熱量與外界隔離，一方面使得外界溫度得到有效降低，保護環境，另一方面使得熱量不外散，保證內部進行充分的熱交換；所述的焦爐荒煤氣上升管換熱裝置的內筒、中筒和外筒的材質均為耐高溫腐蝕合金或鑄造合金，且中間部分設置有膨脹節，有效地避免了裝置因熱脹冷縮而引起的變形，防止了裝置的泄漏。申請號為201420293869.5中國發明專利公開了一種焦爐荒煤氣余熱回收裝置，焦爐荒煤氣余熱回收裝置設置在爐頂荒煤氣進口法蘭與荒煤氣出口法蘭之間；在上升管外壁與上升管內壁之間設有翅片盤管，翅片盤管內為工藝介質，由工藝介質吸收荒煤氣熱量；所述工藝介質為水；在上升管外壁、上升管內壁與翅片盤管之間充滿氮化鋁導熱材料；翅片盤管具有翅片，翅片從翅片盤管沿徑向方向朝上升管內部延伸，從而保證盤管與管內水與上升管內荒煤氣的隔離，確保焦爐運行安全；上升管內表面噴涂高效吸熱防腐涂層，所述高效吸熱防腐涂層為高溫紅外納米節能涂層，極大提高了被加熱體吸收和發射熱量的能力，大大提高熱能的利用效率，從而達到提高傳熱效率的目的。
[0004]綜合上述可見，雖然目前國內外已研制開發出了形式多樣的上升管荒煤氣余熱回收裝置，但主要是針對技術發展過程中存在損毀現象進行的改進研究，改進措施的有效性與可靠性大多未得到實際生產驗證。同時，相關上升管荒煤氣余熱回收裝置的專利技術，雖然提供了針對相關損毀問題的改進措施思路，但具體如何實施、應該采用什么材料與制備方法、如何保證制備質量與使用性能卻未能涉及；再者，相關專利提供的改善裝置導熱的措施，如填充高導熱系數的氮化鋁導熱材料，雖然提高了汽化冷卻裝置的熱效率，但勢必引起傳熱溫差集中在荒煤氣側的氣固換熱過程，致使換熱壁表面溫度的下降，增大了荒煤氣焦油蒸汽的冷凝析出與結焦風險，不利于上升管汽化冷卻裝置的安全穩定運行；再如上升管內表面噴涂高效吸熱防腐涂層措施，雖然強化了荒煤氣與上升管內壁面的傳熱，但同時使金屬基體溫度提高，加劇了上升管內壁金屬材料的高溫破損；因而，相關專利技術未見到實際生產應用的報道。此外，由于各焦化廠煉焦配煤結構與煉焦工藝的差異，導致上升管荒煤氣成分性質以及煉焦周轉時間內荒煤氣溫度變化范圍與驟冷驟熱速度的顯著差異，如何提高余熱回收裝置對實際生產工況的適應能力，仍需開展深入研究。再者，焦爐上升管中荒煤氣焦油蒸汽結焦的火焰吹掃清理，導致上升管局域溫度劇升，是上升管余熱回收裝置難于長久穩定運行的關鍵因素之一，尤其是長期驟冷驟熱工況的交變熱應力，易使回收裝置焊縫開裂，引起大量漏水進入焦爐碳化室，不僅影響煉焦的穩定生產，而且還危及焦爐爐體的損毀。相關技術僅有單體試驗或短時間運行結果的報道，如何實現長時間穩定運行、提高余熱回收效率還需進一步考證，因而，目前國內外焦爐上升管絕大部分均無余熱回收系統，大量荒煤氣余熱通過噴入氨水冷卻損失掉。

【發明內容】

[0005]本發明克服上述焦爐上升管汽化冷卻裝置存在的不足，提供一種焦爐上升管荒煤氣汽化冷卻裝置及其制備方法，具有結構簡單、制備方便的特點以及分散應力集中、緩沖熱膨脹差異、合理控制壁面溫度與換熱表面熱流密度等優點，達到遏制汽化冷卻裝置變形、漏水以及緩解結焦進程和降低結焦粘接強度、延長裝置使用壽命、提高余熱回收效率等綜合效果。
[0006]為實現上述目的，本發明提供的一種焦爐上升管荒煤氣汽化冷卻裝置，所述冷卻裝置包括冷卻管和設置在冷卻管兩端分別連接有荒煤氣進口法蘭和荒煤氣出口法蘭，所述冷卻管由內至外依次由內套管、外套管、保溫層和防護層組成，所述內套管為由內至外依次由高溫紅外輻射釉層、熱障涂層和內套鋼結構層組成的多層材料復合結構，所述外套管側壁兩端分別開設有通孔，靠近所述荒煤氣進口法蘭的通孔上安裝有進水口鋼管，靠近所述荒煤氣出口法蘭的通孔上安裝有水汽出口鋼管，所述進水口鋼管和水汽出口鋼管之間的外套管上設置有環狀膨脹節段。
[0007