專利名稱：罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)，屬于固體高溫物料余熱利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石油焦罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
石油焦通過高溫(1350°C左右)煅燒去除其揮發(fā)份，完全炭化形成煅后焦。煅后焦廣泛用于生產(chǎn)鋁電解陽極、煉鋼用石墨電極、增碳劑、工業(yè)硅及其它炭制品，是重要的基礎(chǔ)原材料。我國煅后焦產(chǎn)量世界第一，2010年總產(chǎn)量為1032萬噸，2011年總產(chǎn)量約為1200萬噸，其中2/3以上是采用罐式煅燒爐生產(chǎn)。罐式煅燒工藝有兩種余熱可供利用高溫?zé)煔庥酂岷透邷仂押蠼褂酂?。高溫?zé)煔庥酂崂眉夹g(shù)已經(jīng)較為成熟，在國內(nèi)許多企業(yè)得到了推廣應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。罐式煅燒爐底板出口的煅后焦溫度在1000°C以上，一方面，其攜帶的余熱大約占整個煅燒工藝總能的33. 5%，具有很高的利用價值；另一方面，高溫煅后焦在排料前需要進行密閉均勻冷卻，避免排料時發(fā)生氧化燃燒反應(yīng)。目前，絕大多數(shù)企業(yè)采用傳統(tǒng)的水冷夾套對高溫煅后焦進行冷卻，依靠大量的循環(huán)水流動將熱量帶走，再經(jīng)過涼水降溫后送回水冷夾套內(nèi)循環(huán)利用。該冷卻方式的弊端是(1)高溫煅后焦的余熱沒有利用，同時還消耗了大量水資源；(2)物料冷卻不均勻，位于水冷夾套通道中心的部分物料溫度較高，排料時有少量煅后焦發(fā)生燒損，降低了煅燒實收率；也導(dǎo)致煅后焦灰分含量增加，質(zhì)量下降。因此，迫切需要綜合解決高溫煅后焦余熱利用和均勻冷卻問題。濰坊聯(lián)興炭素有限公司的“煅燒爐高溫物料冷卻及余熱回收系統(tǒng)”(申請?zhí)枮?01010613254. 2)在每個煅燒罐體下布置一套由內(nèi)、外換熱器組成的換熱器，內(nèi)、外換熱器通過供水總管和回水總管與汽包相連通；汽包內(nèi)的水依靠自然循環(huán)，經(jīng)過供水總管分別進入內(nèi)、外換熱器，在內(nèi)、外換熱器內(nèi)吸收高溫煅后焦余熱蒸發(fā)形成汽水混合物，內(nèi)、外換熱器的汽水混合物分別在兩條回水總管內(nèi)匯集，進入汽包，在汽包內(nèi)進行水、汽分離，形成蒸汽。該專利初步解決了利用高溫煅后焦余熱生產(chǎn)蒸汽的問題。但隨著罐式煅燒工藝的不斷發(fā)展，每臺罐式煅燒爐的煅燒罐數(shù)量逐漸增加，爐體越來越長。比如濰坊聯(lián)興炭素有限公司三期工程的每臺罐式煅燒爐有60個煅燒罐(分為兩排，每排30罐)，爐體長度為38米。如果采用上述專利的一套汽水循環(huán)系統(tǒng)將所有煅燒罐的高溫煅后焦余熱利用起來，汽水循環(huán)管路很長，流動阻力較大，供水前端和后端的換熱器的流量分配差異也較大，容易造成汽水循環(huán)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)換熱器燒毀現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種與罐式煅燒工藝匹配、汽水循環(huán)距離短、能夠穩(wěn)定運行的罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)，包括集汽包、下降管路、上升管路、換熱器和集汽包檢修切換管路，集汽包上部連通蒸汽輸出管，集汽包中部連通補水管路，集汽包下部與下降管路連通，下降管路連通多個由外換熱器和內(nèi)換熱器組成的換熱器，換熱器再經(jīng)由上升管路連通集汽包形成水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述集汽包布置在罐式煅燒爐的中部，將所有換熱器從罐式煅燒爐中部沿爐體長度方向向兩側(cè)分為兩組，形成兩個分汽水循環(huán)系統(tǒng)；每個分汽水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置一條下降總管、一條內(nèi)換熱器上升總管和一條外換熱器上升總管；每個分汽水循環(huán)系統(tǒng)的換熱器并聯(lián)在所述的下降總管、內(nèi)換熱器上升總管和外換熱器上升總管之間。集汽包內(nèi)的水分別進入兩個分汽水循環(huán)系統(tǒng)的下降總管，然后分別進入所有換熱器的內(nèi)換熱器和外換熱器，在內(nèi)換熱器和外換熱器內(nèi)被加熱。所述的集汽包檢修切換管路包括涼水池、水泵、供水管、回水管和第三閘閥，回水管一端與第二閘閥下方的兩條內(nèi)換熱器上升總管以及兩條外換熱器上升總管連通，另一端連通涼水池，供水管一端與第二閘閥下方的兩條下降總管連通，另一端連通水泵，水泵連通涼水池；
所述供水管和回水管中均安裝第三閘閥。所述的下降總管分為垂直段和水平段兩部分，內(nèi)換熱器進水管和外換熱器進水管都與下降總管的水平段連通。所述的內(nèi)換熱器上升總管和外換熱器上升總管都分為垂直段和傾斜段兩部分，傾斜段沿流動方向呈向上傾斜布置，內(nèi)換熱器出水管都與內(nèi)換熱器上升總管的傾斜段連通，外換熱器出水管都與外換熱器上升總管的傾斜段連通。傾斜段沿流動方向呈向上傾斜布置，有利于汽水混合物的流動，避免氣阻現(xiàn)象產(chǎn)生。所述的換熱器的外換熱器包括換熱器本體、環(huán)形上集箱、環(huán)形下集箱、上法蘭和下法蘭，環(huán)形上集箱和環(huán)形下集箱分別安裝在換熱器本體兩端，下法蘭安裝在環(huán)形下集箱下端，上法蘭安裝在環(huán)形上集箱上端，上法蘭由兩個對稱的法蘭板組合而成，兩個法蘭板通過下面的連接板連接在一起，兩個法蘭板之間留有縫隙，在縫隙內(nèi)填充耐熱材料。優(yōu)選的，所述的相鄰兩個法蘭板之間縫隙內(nèi)的耐熱材料為耐熱陶瓷纖維。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是
1、將汽水循環(huán)系統(tǒng)分為兩個分汽水循環(huán)系統(tǒng)，有效縮短了汽水循環(huán)的距離，降低了流動阻力，也減小了各換熱器流量分配的不均性；內(nèi)換熱器和外換熱器分別設(shè)置上升總管，消除了內(nèi)換熱器和外換熱器內(nèi)部流動差別較大的影響；
2、與換熱器相連接部分的兩條上升總管，沿流動方向呈向上傾斜布置，有利于汽水混合物的流動，避免氣阻現(xiàn)象產(chǎn)生，因此，提高了汽水循環(huán)系統(tǒng)運行可靠性；
3、換熱器的外換熱器的上法蘭由兩個對稱的法蘭板組合而成，兩個法蘭板通過下面的連接板連接在一起，兩個法蘭板之間留有縫隙，可以有效補償上法蘭熱膨脹大于環(huán)形上集箱熱膨脹而引起的變形，降低上法蘭與環(huán)形上集箱之間焊縫以及環(huán)形上集箱環(huán)焊縫的應(yīng)力，提高了換熱器工作可靠性。


圖1是該罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)的連接示意圖。圖2是該罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)中換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、換熱器 2、換熱器本體 3、截止閥4、內(nèi)換熱器進水管 5、外換熱器進水管6、下降總管7、內(nèi)換熱器出水管8、第一閘閥9、外換熱器出水管10、外換熱器上升總管11、內(nèi)換熱器上升總管12、第二閘閥13、液位計14、集汽包15、安全閥16、蒸汽輸出管17、壓力表18、補水管路19、回水管20、第三閘閥21、供水管22、環(huán)形上集箱23、環(huán)形下集箱24、水泵25、涼水池26、上法蘭27、下法蘭28、連接板29、耐熱材料。
具體實施例方式圖f2是該罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)的最佳實施例，下面結(jié)合附圖Γ2對該罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)做進一步說明。參照附圖1 :罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)，包括集汽包14、補水管路18、下降管路、上升管路、換熱器I和集汽包檢修切換管路。其中，集汽包14設(shè)有液位計13、安全閥15和壓力表17 ;集汽包14上部與蒸汽輸出管16連通，在集汽包14內(nèi)形成的蒸汽通過蒸汽輸出管16對外輸送。集汽包14中部與補水管路18連通。罐式煅燒爐的每個煅燒罐體下面分別布置一套換熱器1，所有換熱器I均由外換熱器和內(nèi)換熱器組成。下降管路的下降總管6上設(shè)有第二閘閥12，內(nèi)換熱器進水管4和外換熱器進水管5上分別設(shè)有 截止閥3并分別與下降總管6連通。截止閥3用于調(diào)節(jié)外換熱器和內(nèi)換熱器的水流量，也方便換熱器I的更換。上升管路分為內(nèi)換熱器上升管路和外換熱器上升管路。內(nèi)換熱器出水管7與內(nèi)換熱器上升總管11連通；外換熱器出水管9與外換熱器上升總管10連通；內(nèi)換熱器出水管7和外換熱器出水管9上分別設(shè)有第一閘閥8，內(nèi)換熱器上升總管11和外換熱器上升總管10上分別設(shè)有第二閘閥12。集汽包檢修切換管路包括涼水池25、水泵24、供水管21、回水管19和第三閘閥20。集汽包14布置在罐式煅燒爐的中部，將所有換熱器I從罐式煅燒爐中部沿爐體長度方向向兩側(cè)分為兩組，形成兩個分汽水循環(huán)系統(tǒng)；每個分汽水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置一條下降總管6、一條內(nèi)換熱器上升總管11和一條外換熱器上升總管10 ;每個分汽水循環(huán)系統(tǒng)的換熱器并聯(lián)在下降總管6、內(nèi)換熱器上升總管11和外換熱器上升總管10之間；集汽包檢修切換管路的供水管21與第二閘閥12下方的兩條下降總管6連通，回水管19與第二閘閥12下方的兩條內(nèi)換熱器上升總管11和兩條外換熱器上升總管10連通。其中，換熱器I的數(shù)量在實際應(yīng)用中可以根據(jù)實際工況和需求進行調(diào)整，以滿足整個系統(tǒng)的工作條件。其中，下降總管6分為垂直段和水平段兩部分，內(nèi)換熱器進水管4和外換熱器進水管5都與下降總管6的水平段連通。其中，內(nèi)換熱器上升總管11和外換熱器上升總管10都分為垂直段和傾斜段兩部分，傾斜段沿流動方向呈向上傾斜布置，內(nèi)換熱器出水管7都與內(nèi)換熱器上升總管11的傾斜段連通，外換熱器出水管9都與外換熱器上升總管10的傾斜段連通。參照附圖2，換熱器I的外換熱器包括換熱器本體2、環(huán)形上集箱22、環(huán)形下集箱23、上法蘭26和下法蘭27，環(huán)形上集箱22和環(huán)形下集箱23分別安裝在換熱器本體2兩端，下法蘭27安裝在環(huán)形下集箱23下端，上法蘭26安裝在環(huán)形上集箱22上端，上法蘭26由兩個對稱的法蘭板組合而成，兩個法蘭板通過下面的連接板28連接在一起,兩個法蘭板之間留有縫隙，在縫隙內(nèi)填充耐熱材料29，耐熱材料29可為耐熱陶瓷纖維或石棉等耐火材質(zhì)。工作過程如下在罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)正常工作時，截止閥3、第一閘閥8和第二閘閥12處于開啟狀態(tài)，第三閘閥20處于關(guān)閉狀態(tài)。在下降總管6與內(nèi)換熱器上升總管11和外換熱器上升總管10內(nèi)工質(zhì)密度差的驅(qū)動下，集汽包14內(nèi)的水分別進入兩個分汽水循環(huán)系統(tǒng)的下降總管6，然后分別進入所有換熱器I的內(nèi)換熱器和外換熱器，在內(nèi)換熱器和外換熱器內(nèi)被加熱，一部分水蒸發(fā)變成蒸汽，從內(nèi)換熱器流出來的汽水混合物經(jīng)過內(nèi)換熱器上升總管11進入集汽包14，從外換熱器流出來的汽水混合物經(jīng)過外換熱器上升總管10進入集汽包14，汽水混合物在集汽包14內(nèi)進行汽水分離，產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽輸出管外供。水通過補水管路18送入集汽包14，維持集汽包14的水位在一定范圍內(nèi)。如果進入各內(nèi)換熱器的循環(huán)水流量差異較大，可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)換熱器進水管4上的截止閥3開度，使他們的流量保持一致。如果進入各外換熱器I的循環(huán)水流量差異較大，可以通過調(diào)節(jié)外換熱器進水管5上的截止閥3開度，使他們的流量保持一致。當(dāng)集汽包14需要檢修或檢驗時，將第三閘閥20開啟，將第二閘閥12關(guān)閉。涼水池25中的水在水泵24的驅(qū)動下，經(jīng)過供水管21進入下降總管6，然后再進入內(nèi)換熱器和外換熱器，然后再分別經(jīng)過內(nèi)換熱器上升總管11和外換熱器上升總管10進入回水管19，回到?jīng)鏊?5。此時切斷了集汽包14與換熱器I之間的通路，可以實現(xiàn)在罐式煅燒爐運行條件下的集汽包14檢修或檢驗。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)，包括集汽包(14)、下降管路、上升管路、換熱器(I)和集汽包檢修切換管路，集汽包(14)上部連通蒸汽輸出管(16)，集汽包(14)中部連通補水管路(18)，集汽包(14)下部與下降管路連通，下降管路連通多個由外換熱器和內(nèi)換熱器組成的換熱器(I )，換熱器(I)再經(jīng)由上升管路連通集汽包(14)形成水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述集汽包(14)布置在罐式煅燒爐的中部，將所有換熱器(I)從罐式煅燒爐中部沿爐體長度方向向兩側(cè)分為兩組，形成兩個分汽水循環(huán)系統(tǒng)；每個分汽水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置一條下降總管(6)、一條內(nèi)換熱器上升總管(11)和一條外換熱器上升總管(10)；每個分汽水循環(huán)系統(tǒng)的換熱器(I)并聯(lián)在所述的下降總管(6)、內(nèi)換熱器上升總管(11)和外換熱器上升總管(10)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述的集汽包檢修切換管路包括涼水池(25)、水泵(24)、供水管(21)、回水管(19)和第三閘閥(20)，回水管(19) 一端與第二閘閥(12)下方的兩條內(nèi)換熱器上升總管(11)以及兩條外換熱器上升總管(10)連通，另一端連通涼水池(25)，供水管(21) —端與第二閘閥(12)下方的兩條下降總管(6)連通，另一端連通水泵(24)，水泵連通涼水池(25)； 所述供水管(21)和回水管(19)中均安裝第三閘閥(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述的下降總管(6)分為垂直段和水平段兩部分，內(nèi)換熱器進水管(4)和外換熱器進水管(5)都與下降總管(6)的水平段連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述的內(nèi)換熱器上升總管(11)和外換熱器上升總管(10)都分為垂直段和傾斜段兩部分，傾斜段沿流動方向呈向上傾斜布置，內(nèi)換熱器出水管(7)都與內(nèi)換熱器上升總管(11)的傾斜段連通，外換熱器出水管(9)都與外換熱器上升總管(10)的傾斜段連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述的換熱器(I)的外換熱器包括換熱器本體(2)、環(huán)形上集箱(22)、環(huán)形下集箱(23)、上法蘭(26 )和下法蘭(27 )，環(huán)形上集箱(22 )和環(huán)形下集箱(23 )分別安裝在換熱器本體(2 )兩端，下法蘭(27 )安裝在環(huán)形下集箱(23 )下端，上法蘭(26 )安裝在環(huán)形上集箱(22 )上端，上法蘭(26 )由兩個對稱的法蘭板組合而成，兩個法蘭板通過下面的連接板(28 )連接在一起，兩個法蘭板之間留有縫隙，在縫隙內(nèi)填充耐熱材料(29 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述的耐熱材料(29)為耐熱陶瓷纖維。
全文摘要
罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)，屬于固體高溫物料余熱利用技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于所述集汽包(14)布置在罐式煅燒爐的中部，將所有換熱器(1)從罐式煅燒爐中部沿爐體長度方向向兩側(cè)分為兩組，形成兩個分汽水循環(huán)系統(tǒng)；每個分汽水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置一條下降總管(6)、一條內(nèi)換熱器上升總管(11)和一條外換熱器上升總管(10)；每個分汽水循環(huán)系統(tǒng)的換熱器(1)并聯(lián)在所述的下降總管(6)、內(nèi)換熱器上升總管(11)和外換熱器上升總管(10)之間。該罐式煅燒爐高溫煅后焦余熱利用汽水循環(huán)系統(tǒng)有效縮短了汽水循環(huán)的距離，降低了流動阻力，也減小了各換熱器流量分配的不均性，提高了汽水循環(huán)系統(tǒng)運行可靠性。
文檔編號F22B1/04GK102980166SQ201210568888
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者劉永啟, 王佐峰, 王佐任, 劉瑞祥, 鄭斌 申請人:山東理工大學(xué)