一种防止或减少焦炉上升管内壁结焦的方法与流程

1.本发明涉及煤焦化及节能环保技术领域，尤其涉及一种能够防止或减少设有余热回收系统的上升管在运行时内壁结焦的方法。


背景技术：

2.炼焦行业是能源转换与消耗大户，在将炼焦煤隔绝空气干馏成焦炭的过程中，消耗大量的高炉煤气或焦炉煤气，同时也产生大量的热量。其产生的热量主要由四部分组成：1)从炭化室推出的红焦，其显热约占全部热量的37％左右。2)炼焦煤隔绝空气干馏过程中产生的高温荒煤气，其温度在650℃～850℃之间，所带的显热约占全部热量的30％～36％。3)焦炉燃烧产生的废气，其温度在180℃～300℃左右，约占全部热量的16％～20％。4)焦炉炉体散热，约占全部热量的10％左右。可见，高温荒煤气从炭化室排出时携带着可观的热量。
3.在传统的焦化生产中，炭化室内生成的高温荒煤气经过上升管进入桥管，在桥管内利用氨水对荒煤气进行洗涤并降温至80℃左右，再经集气管汇合后进入煤气初冷器进行进一步冷却降温。其间，荒煤气携带的大量热量被氨水带走，热量品质降低，热能没有得到高效利用，而且在荒煤气降温时需要消耗大量氨水，增加了后面工序的处理负荷。为了充分回收高温荒煤气携带的热量，后期普遍采用对上升管内荒煤气余热进行回收利用的工艺。
4.最早的上升管余热回收工艺，采用双层夹套实现，在夹套中放置软水与上升管内的荒煤气进行换热，但这种方式存在夹套漏水、变形、上升管内结焦、换热面积小、传热效率低等问题。
5.后来，又推出了各类上升管余热回收工艺，从总体上可分为外置换热方式和内置换热方式。所谓的外置换热方式，是在保持上升管基本结构形式的基础上，在上升管外侧设置换热设备，上升管内的荒煤气与换热设备不直接接触，上升管内荒煤气的热量通过上升管内壁传递给换热设备。而内置换热方式，是将换热设备置于上升管内部，上升管内的荒煤气与换热设备直接接触换热。目前，外置换热方式在生产实践中应用较为广泛，但存在着因上升管内壁结焦而影响上升管余热回收系统高效稳定运行的问题。
6.上升管内壁结焦，是由于上升管余热回收装置不断将热量取走，上升管内壁温度极易降至500℃以下，而当荒煤气温度低于500℃的时候，荒煤气中的焦油成分会因温度低而析出，析出的焦油与上升管内壁接触后，就会粘附在上升管内壁而形成结焦现象。同时，在高温条件下焦油还会发生裂解和高温缩聚反应，而位于焦炉炉顶、上升管根部的荒煤气通道是焦炭高温辐射区域，温度会达到950℃以上，非常容易结石墨，导致上升管根部的荒煤气通道堵塞；荒煤气通道堵塞后，清理需要耗费巨大人力物力，工人劳动负担沉重。另外，上升管直管段区域的温度通常在750～800℃，结石墨现象也很严重。
7.为了解决上升管内壁结焦的问题，相关技术人员也做了大量的尝试，采取了许多技术措施。如在上升管内壁涂覆疏油性光滑涂层，通过降低焦油在上升管内壁表面的粘附能力而缓解上升管内壁结焦问题。或者降低上升管余热回收装置的余热回收能力，通过提
升上升管内壁的表面温度而避免荒煤气内的焦油发生凝结。还有的采用强制扰动上升管内荒煤气流动状态的方式，在增强荒煤气换热效果的同时来降低焦油在上升管内壁的粘附。也有通过连续或间断运行的方式，设置刮具刮除粘附在上升管内壁的焦油等粘性物质的做法。
8.总之，随着上升管余热回收利用工艺的普及，上升管内壁结焦的问题也越来越凸显出来，能否实现上升管余热回收利用工艺高效稳定运行，成为了一直困扰企业的难题。


技术实现要素：

9.本发明提供了一种防止或减少焦炉上升管内壁结焦的方法，将高压惰性气体引入上升管对上升管内壁进行冲刷，减轻上升管内壁的结焦程度，保障荒煤气换热效率，减少生产维护成本；同时实现焦化生产过程对资源的最大化利用，降低碳排放。
10.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
11.一种防止或减少焦炉上升管内壁结焦的方法，将高压惰性气体从上升管上端沿上升管内壁切线方向供入上升管内；利用高压气流冲刷沉积在上升管内壁的焦油，防止新析出焦油在上升管内壁沉积；高压气流携带冲刷掉的焦油及其它物质进入炭化室内。
12.所述高压惰性气体为压缩氮气、高压水蒸汽、高压co2气体或其它无氧或低氧气体，低氧气体中氧的体积含量≤5％，高压惰性气体的压力≥0.1mpa。
13.所述上升管的上端一侧设惰性气体入口管，惰性气体入口管与上升管之间固定连接或活动连接。
14.所述惰性气体入口管水平设置或内端朝向上升管的内下方倾斜设置，倾斜设置时轴线与水平面的夹角≤30
°
。
15.所述惰性气体入口管的角度能够调节，调节范围为与水平面夹角0
°
～30
°
之间。
16.所述高压惰性气体采用连接供入或间歇式供入方式。
17.所述高压惰性气体采用干熄焦系统中温度为750℃～900℃的高温循环惰性气体；利用高温使上升管内壁凝结的焦油再次气化而脱离，同时高温循环惰性气体中的一部分co2与焦油及其它含碳物质在高温下发生碳溶反应，将上升管内壁结焦形成的碳氧化成co，同时将高温循环惰性气体中的co2转换成co；高温循环惰性气体中剩余co2沿着上升管内壁向下进入炭化室内，与炭化室内的焦炭接触发生碳溶反应被氧化成co；co最终随荒煤气自上升管排出。
18.所述高压惰性气体采用干熄焦余热锅炉产生的高压过热蒸汽；利用高压过热蒸汽的高温，使上升管内壁粘附和析出的焦油消除或减少，同时高压过热蒸汽中的h2o分子与上升管荒煤气中的焦油、析出并粘附在上升管内壁的焦油、沉积在上升管内壁上的含碳物质以及炭化室内的焦炭发生水煤气反应，生成co和h2，随荒煤气自上升管排出。
19.所述惰性气体入口管沿高向设置多个。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.1)通过高压惰性气体对上升管内壁的冲刷，减轻上升管内壁的结焦程度，保障上升管内荒煤气与上升管余热回收装置之间的换热效率，减少生产维护成本；
22.2)采用包括高压co2气体、高压水蒸气在内的高压惰性气体，在高温环境下与含碳物质发生化学反应，有效清除上升管内壁的结焦物，并生成可利用的燃气，提高焦炉煤气的
产量；在解决生产问题的同时，实现焦化生产过程中的资源最大化利用，降低碳排放；
23.3)通过解决上升管内壁结焦的难题，突破上升管余热回收技术的应用瓶颈，进一步推动荒煤气余热利用技术的应用，提高焦化生产过程的能源利用水平。
附图说明
24.图1是本发明实施例1中惰性气体入口管设置形式示意图。
25.图2是图1中的a向视图。
26.图3是本发明实施例2中惰性气体入口管设置形式示意图。
27.图4是本发明实施例3中惰性气体入口管设置形式示意图。
28.图中：1.炭化室 2.上升管 3.上升管余热回收装置 4.惰性气体入口管 5.上升管内壁
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
30.本发明所述一种防止或减少焦炉上升管内壁结焦的方法，将高压惰性气体从上升管上端沿上升管内壁切线方向供入上升管内；利用高压气流冲刷沉积在上升管内壁的焦油，防止新析出焦油在上升管内壁沉积；高压气流携带冲刷掉的焦油及其它物质进入炭化室内。
31.所述高压惰性气体为压缩氮气、高压水蒸汽、高压co2气体或其它无氧或低氧气体，低氧气体中氧的体积含量≤5％，高压惰性气体的压力≥0.1mpa。
32.如图1、图2所示，所述上升管2的上端一侧设惰性气体入口管4，惰性气体入口管4与上升管2之间固定连接或活动连接。
33.所述惰性气体入口管4水平设置(如图3所示)或内端朝向上升管2的内下方倾斜设置(如图1所示)，倾斜设置时轴线与水平面的夹角≤30
°
。
34.所述惰性气体入口管的角度能够调节，调节范围为与水平面夹角0
°
～30
°
之间。
35.所述高压惰性气体采用连接供入或间歇式供入方式。
36.所述高压惰性气体采用干熄焦系统中温度为750℃～900℃的高温循环惰性气体；利用高温使上升管内壁凝结的焦油再次气化而脱离，同时高温循环惰性气体中的一部分co2与焦油及其它含碳物质在高温下发生碳溶反应，将上升管内壁结焦形成的碳氧化成co，同时将高温循环惰性气体中的co2转换成co；高温循环惰性气体中剩余co2沿着上升管内壁向下进入炭化室内，与炭化室内的焦炭接触发生碳溶反应被氧化成co；co最终随荒煤气自上升管排出。
37.所述高压惰性气体采用干熄焦余热锅炉产生的高压过热蒸汽；利用高压过热蒸汽的高温，使上升管内壁粘附和析出的焦油消除或减少，同时高压过热蒸汽中的h2o分子与上升管荒煤气中的焦油、析出并粘附在上升管内壁的焦油、沉积在上升管内壁上的含碳物质以及炭化室内的焦炭发生水煤气反应，生成co和h2，随荒煤气自上升管排出。
38.所述惰性气体入口管沿高向设置多个(如图4所示)。
39.所述高压惰性气体向上升管内的定期间歇供入方式，每次供入的时间及供入的周期可根据焦炉荒煤气在上升管内结焦程度的大小确定。
40.所述的连续供入方式，可根据供入的高压惰性气体类型确定供入的流量。
41.所述的高压惰性气体，优选采用干熄焦装置出口处的高温循环气体，通过一系列反应过程，实现部分循环气体的资源化利用。
42.所述的高压惰性气体，优选采用干熄焦余热锅炉产生的高压过热蒸汽，通过水煤气反应(化学反应式为：c h2o
→
co h2‑
131kj/mol)，减轻或消除上升管内壁结焦问题，同时有利于提高焦炉煤气的轻质可燃成分，提高焦炉煤气的资源化利用水平。
43.所述的高压惰性气体，优选采用经加压后的高压co2气体，通过碳溶反应，将co2氧化成co，从而实现co2的资源化转化，为碳减排做出贡献。
44.以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
45.【实施例1】
46.如图1、图2所示，本实施例中，为了防止或消除上升管内壁结焦，在上升管2的上端一侧设置一个倾斜的惰性气体入口管4，将高压惰性气体从上升管2的上端，沿上升管内壁5的切线方向供入上升管2内，使高压惰性气体在上升管2内形成沿上升管内壁5高速旋转向下运动的连续气流，利用高压惰性气体形成的高速气流对荒煤气中因与上升管内壁5(外设上升管余热回收装置3)接触而析出的焦油等粘性成分进行清除。
47.本实施例中，高压惰性气体的压力为0.2mpa，可保证高压惰性气体在上升管内壁5上形成足够的冲刷力，有效清除相关的粘性物质。
48.本实施例中，惰性气体入口管与上升管2固定连接，高压惰性气体流入方向朝向上升管2底部的荒煤气入口端，惰性气体入口管的轴线与水平面的夹角为30
°
，保证高压惰性气体能够向炭化室内流动。
49.本实施例中，高压惰性气体向上升管2内定期间歇供入，通过高压惰性气体对上升管内壁5的周期性脉冲清理，减少上升管内壁5上的结焦。
50.本实施例中，所述高压惰性气体采用干熄焦系统的高温循环惰性气体，高温循环惰性气体在与红焦充分换热后，温度为850℃。当高温循环惰性气体供入上升管2内时，高温循环惰性气体与刚刚析出附着在上升管内壁5上的焦油等粘性物质接触，使焦油再次气化而脱离上升管内壁。同时，高温循环惰性气体内含有近15％的co2，co2与焦油等含碳物质在高温下接触，会发生如下的碳溶反应：
51.c co2→
2co
‑
173.5kj/mol；
52.该反应为吸热反应，需要在高温下进行，高温循环惰性气体为吸热反应提供了有利条件。高温循环惰性气体将上升管内壁5结焦形成的碳氧化成co，生成的co随荒煤气一起进入下游的煤气系统，减少了上升管内壁5上的结焦量。高温循环惰性气体中未及时反应的co2，则会沿着上升管内壁5向下运动，最后进入炭化室1内，在炭化室1内与炭化室1顶部空间内的焦炭或其它含碳物质接触，也会发生碳溶反应而氧化成co，从而实现高温循环惰性气体的资源化利用。
53.【实施例2】
54.如图3所示，本实施例中，惰性气体入口管4与上升管2活动连接，其轴线与水平面的夹角可根据需要进行调整，或在0
°
～30
°
之间连续往复变化，以保证高压惰性气体覆盖荒煤气流动区域的全部的上升管内壁5。
55.本实施例中，高压惰性气体采用连续供入方式。通过连续供入方式，在上升管内壁5上形成一道气流屏障，可阻止荒煤气中的焦油等粘性物质与上升管内壁5的直接接触，消除在上升管内壁5结焦的现象。
56.本实施例中，高压惰性气体采用干熄焦余热锅炉产生的高压过热蒸汽，一方面由于过热蒸汽温度高，在上升管内壁5向下运动过程中会消除、减少焦油的粘附和析出；另一方面，由于组成蒸汽的水分子会与荒煤气中的焦油、析出并粘附在上升管内壁5的焦油、沉积在上升管内壁5上的含碳物质以及炭化室1内的焦炭等发生水煤气反应，生成co和h2(化学反应式为：c h2o
→
co h2‑
131kj/mol)，进一步消除上升管内壁结焦现象，更有利于提高焦炉煤气的轻质可燃成分，提高焦炉煤气的资源化能力。
57.【实施例3】
58.本实施例在实施例1的基础上，为了保证高压惰性气体在上升管内壁5的流动区域覆盖全部的上升管内壁5，设置多个沿竖向并列排布的惰性气体入口管4(如图4所示)。
59.本实施例中，高压惰性气体采用经加压后的高压co2气体，一方面利用高压气流冲刷沉积在上升管内壁5的焦油，防止新析出焦油在上升管内壁5沉积；另一方面高压气流会携带冲刷掉的焦油等物质进入炭化室1内，在炭化室1内高温环境下发生碳溶反应，将co2氧化成co，不但提高了焦炉煤气的产量，还在一定程度上起到了消纳其它系统、装置或工序产生co2的作用，实现co2的资源化转化，为焦化领域乃至钢铁领域的碳减排起到积极的促进作用。
60.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。