焦炉上升管余热利用装置技术领域
本发明涉及一种焦炉上升管余热利用装置。
背景技术
钢铁行业是高投入、高产出行业，同时也是高耗能行业，近年来，随着能源供应的
日趋紧张以及环境保护压力的增大，钢铁行业对节能减排技术的应用日益重视，焦炉荒煤
气余热回收技术即是其中重要的一项。
我国是焦炭生产大国，焦化厂的炼焦工艺中，从炭化室出来的荒煤气温度约为650
℃～750℃，其热量约占焦炉输出总热量的36％左右，一般情况下，焦化厂会对这部分热量
进行回收再利用，以实现环境友好、节能减排的目的。
焦化厂一般采用的荒煤气热量回收方式是在焦炉上升管的内壁和外壁之间通入
换热介质，形成换热夹套层，与从焦炉上升管底部进入的荒煤气进行热交换将荒煤气中的
热量进行回收。但在实际应用中，该装置主要有三大缺点，第一是会产生夹套根部结焦问
题，影响换热器正常工作；第二是水夹套使用时间久了会产生泄漏问题，严重的将会导致整
个汽水分离器里面的水漏入炭化室，造成安全事故；第三是由于荒煤气与换热介质进行的
热交换比较慢，往往还未来得及充分进行余热回收，就已经从焦炉上升管逸出，所以这种热
量回收方式换热效率较低，回收热量的能力有限。荒煤气余热回收技术也曾尝试过其他非
夹套方案，如采用高温热管的方式，但终因其成本太高，安全隐患问题而无法推广应用。
总的来说，目前的普遍研究还依然集中于夹套冷却技术，重点在于寻求更加科学
有效的方案以较好的解决上述问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种有效避免结焦的焦炉上升管余热利用装置。
为达到上述目的，本发明焦炉上升管余热利用装置，包括换热装置和汽水分离器；
所述换热装置包括由外向内依次设置的壳体、保温层、换热通道和内套筒；
其中，所述换热通道包括螺旋设置的换热管道，所述换热管道朝向所述上升管中
心的一侧与所述内套筒贴紧；
所述换热管道的上端设置有汽水混合物出口，所述汽水混合物出口与伸出所述外
壳并与所述外壳密封连接，所述换热管道下端设置有进水口，所述进水口伸出所述外壳并
与所述外壳密封连接；
所述换热管道的汽水混合物出口与汽水分离器的上部连通，所述进水口与所述汽
水分离器的下部连通，所述汽水分离器下部还设置有补水口，所述补水口与工业水管道连
通。
进一步地，所述内套筒的内壁设置有纳米不粘涂层。
进一步地，所述内套筒的外径与所述换热通道内径相等，所述内套筒的外壁与所
述换热通道的内侧形成线接触。
进一步地，所述保温层的外壁与所述换热通道的外径相等，所述保温层的内壁与
所述换热通道的外侧形成线接触。
进一步地，所述换热通道包括两根或两根以上的换热管道；相邻两根换热管道之
间密封连接，
各所述换热管道的上端设置在同一高度，各所述换热管道的上端与上连通管道连
通，所述上连通管道与所述汽水混合物出口连通，
各所述换热管道的下端设置在同一高度，各所述换热管道的下端与下连通管道连
通，所述下连通管道与所述汽水混合物出口连通。
进一步地，所述上升管的两端设置有连接法兰，所述连接法兰包括环形的水平连
接板和筒形的竖直连接板，所述竖直连接板的内径与所述换热通道的外径相等，所述水平
连接板与所述壳体连接，所述水平连接板的内径与所述竖直连接板的内径相等，所述水平
连接板与所述竖直连接板同轴连接在一起。
进一步地，所述内套筒与所述换热通道和外套筒可拆卸连接。
进一步地，换热管道的下端连通有排污口，所述排污口伸出所述壳体。
本发明焦炉上升管余热利用装置，采用内外套筒的形式，汽水通道布置于内外套
筒所形成的冷却夹套内，有效避免了汽水管道长期运行带来的渗水安全问题，保证了换热
器的长期安全稳定运行，且一旦内套筒结焦腐蚀严重，其更换维护也非常方便。
本发明焦炉上升管余热利用装置，采用螺旋盘管的形式，有效增加了换热沿程，延
长了热交换时间，避免了换热沿程较短引起的余热回收不充分问题，提高了单位面积的利
用率，降低了单位换热面积的结焦可能性，提高了荒煤气热能回收效率。
采用了上述技术方案后，本焦炉上升管余热利用设备结构合理，保证了换热器安
全和可靠的回收荒煤气的余热，提高了夹套冷却式换热器的效率，且能确保在恶劣工况下
焦炉和换热器的安全高效运行，缓解了以往换热器在运行过程中的结焦和腐蚀问题。
附图说明
图1是本发明焦炉上升管余热利用装置的一种优选结构的示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖视图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例1
如图1-3所示，本实施例提供一种焦炉上升管余热利用装置，包括换热装置和汽水
分离器；所述换热装置包括由外向内依次设置的壳体2、保温层、换热通道3和内套筒1；
其中，所述换热通道3包括螺旋设置的换热管道，所述换热管道朝向所述上升管中
心的一侧与所述内套筒1贴紧；
所述换热管道的上端设置有汽水混合物出口5，所述汽水混合物出口5与伸出所述
外壳并与所述外壳密封连接，所述换热管道下端设置有进水口4，所述进水口4伸出所述外
壳并与所述外壳密封连接；
所述换热管道的汽水混合物出口5与汽水分离器的上部连通，所述进水口4与所述
汽水分离器的下部连通，所述汽水分离器下部还设置有补水口，所述补水口与工业水管道
连通。
本实施例的上升管换热器为带有内套筒1的换热器，该换热器中心内筒采用抗高
温氧化、耐腐蚀性的奥氏体不锈钢制成，筒内侧作为荒煤气流通通道；其外侧筒体内部采用
保温材料内衬，外部用普通碳钢密封，进而防止荒煤气泄漏，其中间采用螺旋盘管作为汽水
通道。高温焦炉荒煤气进入上升管内侧，在流动的过程中将热量首先传递给内套筒1，再由
内套筒1经中间空间传给螺旋盘管，盘管内为汽水通道，汽水分离器给水在盘管内吸收荒煤
气的热量，产生汽水混合物，经汽水分离进入汽水分离器后生产出相应压力的蒸汽。
焦炉上升管换热器底部设置进水口4和排污口，顶部设置汽水混合物出口5；采用
此特殊结构的换热器后，可以保证换热器内壁温度高于煤焦油的沸点温度，因而避免换热
内壁出现焦油粘接堵塞现象，上升管荒煤气导出畅通，不会影响焦炉正常生产。
此设备可以在保证热效率的前提下保证换热器安全稳定运行，并避免换热器内壁
出现严重结焦现象。
本实施例焦炉上升管余热利用装置，采用内外套筒的形式，汽水通道布置于内外
套筒所形成的冷却夹套内，有效避免了汽水管道长期运行带来的渗水安全问题，保证了换
热器的长期安全稳定运行，且一旦内套筒1结焦腐蚀严重，其更换维护也非常方便。
本实施例焦炉上升管余热利用装置，采用螺旋盘管的形式，有效增加了换热沿程，
延长了热交换时间，避免了换热沿程较短引起的余热回收不充分问题，提高了单位面积的
利用率，降低了单位换热面积的结焦可能性，提高了荒煤气热能回收效率。
采用了上述技术方案后，本焦炉上升管余热利用设备结构合理，保证了换热器安
全和可靠的回收荒煤气的余热，提高了夹套冷却式换热器的效率，且能确保在恶劣工况下
焦炉和换热器的安全高效运行，缓解了以往换热器在运行过程中的结焦和腐蚀问题。
实施例2
在上述实施例的基础上，所述内套筒1的内壁设置有纳米不粘涂层。内套筒1内壁
采用了特殊的纳米不粘材料涂层，可以极大地缓解换热器内部因荒煤气降温而引起的表面
结焦和腐蚀现象，并且具有很好的抗氧化、抗渗碳、抗渗氮性能。
实施例3
在上述实施例的基础上，所述内套筒1的外径与所述换热通道3内径相等，所述内
套筒1的外壁与所述换热通道3的内侧形成线接触。
所述保温层的外壁与所述换热通道3的外径相等，所述保温层的内壁与所述换热
通道3的外侧形成线接触。
内套筒1的外壁与所述换热通道3的内侧形成线接触，使相邻两圈换热管道与内套
筒1之间形成了一定的空间，这样，在接触部分是内套筒1向化热通道进行热传导，在非接触
部分是内套筒1向空间内辐射散热，然后该空间内的空气在于化热通道之间进行换热，这样
的结构能够保证内套筒1与换热通道3之间具有一定的温度梯度，而内套筒1与荒煤气之间
也具有一定的温度梯度。这样能够使内套筒1的温度维持在煤焦油的沸点温度之上，能够有
效避免内套筒1内壁结焦。
而换热通道3与保温层之间形成线接触，能够减少换热通道3与保温层之间的热传
导，同时也能够保证保温层对换热通道3的支撑作用。
实施例4
在上述实施例的基础上，所述换热通道3包括两根或两根以上的换热管道；相邻两
根换热管道之间密封连接，
各所述换热管道的上端设置在同一高度，各所述换热管道的上端与上连通管道连
通，所述上连通管道与所述汽水混合物出口5连通，
各所述换热管道的下端设置在同一高度，各所述换热管道的下端与下连通管道连
通，所述下连通管道与所述汽水混合物出口5连通。
本实施例中采用多根换热管道，能够增加单位时间内循环的水量，使汽水分离器
中的水与荒煤气快速换热。
另外，相邻的换热管道密封连接，能够使换热管道与内套筒1之间形成的空间和换
热管道与保温层之间形成的空间相互隔离，这样，就能够使两个空间之间的热量不会通过
空气流动而发生对流传递，能够减少传递到保温层的热量，使换热通道3尽可能多的吸收热
量而尽可能少的发散热量。
以上，仅为本发明的较佳实施例，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在
本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。