热气体冷却系统超节能降耗的方法技术方案

本发明专利技术为热气体冷却系统超节能降耗的方法，是一种84℃左右的焦炉荒煤气或其它高温气体超节能间接冷却方法。如焦炉煤气初冷系统，由循环介质泵、冷却介质、横管冷却器、介质稳压槽、空气冷却器和闭式冷却塔的各个管程与连通管道串联为闭路循环。全系统分为冷却介质吸收荒煤气热量的上升侧与释放热量的下降侧，两侧压力完全相等，加之采用无盐介质密闭循环损耗极低且不结垢，故循环介质泵不需要克服其扬程与结垢阻力所需要的动力，仅仅克服闭路管道中系统阻力即可驱动无盐水正常循环，从而大幅减少水泵动力消耗。可使无盐水温差提高到5倍左右，致无盐冷却介质循环量减少4/5。这两个工艺措施减少介质泵动力消耗可达90％以上，减少水耗80％，减少药剂污染，管程不结垢，延长设备寿命，且煤气预热器节约的蒸汽费用可达电费的10倍。

【技术实现步骤摘要】
热气体冷却系统超节能降耗的方法
：本专利技术涉及热工业气体冷却系统节能降耗领域，具体涉及如焦化厂初冷系统或制氧厂、LNG厂等有各种需要冷却的热气体超节能降耗的方法。
技术介绍
：以常规焦化工艺为例，其炼焦炉导出的84℃左右荒煤气，初步冷却阶段经横管冷却器(简称横冷器)上段通常要冷却到40℃以下，这个过程需要一套相当大的各种设施，其中最主要设备是目前应用最广泛的横管冷却器(横冷器)，敞式冷却塔与大型水泵等设施。中大型焦化厂横冷器的循环冷却水泵多选择55m到65m的扬程，才能够满足循环水提升高度、克服管道系统阻力尤其是管道结垢后大幅度增加的阻力，以及水泵长期磨损使性能下降致扬程下降诸因素。循环水经横冷器内部横管束管程中上行至横冷器顶部，通过管道离开横冷器进入敞式冷却塔，由一部分循环水蒸发吸收大量热量使循环水的温度降低，然后再补充一部分新水进入循环水系统。这种冷却方式存在诸多难以克服的问题：1、横冷器内易结垢。此冷却系统循环水为开式循环，利用一部分循环水蒸发带走的的汽化热使循环水在敞式冷却塔内降温，故循环水中盐类的浓度不断提高，尽管通过排污使盐浓度有所降低，并加入了阻垢剂，长时间运行仍有水垢不断累积于管壁。水垢的导热系数一般仅为钢材的1/50～1/100，因此水垢的存在不仅会严重降低冷却器的换热效果，而且会大幅增加系统阻力。2、管内结垢难于清除。通常采用低浓度盐酸清洗方式清除，但由于管路内结垢并不均匀，因此也会造成设备腐蚀和损耗。结垢严重时还需要钻管机来清除结垢，耗时费力、影响生产、缩短设备寿命。3、能耗高。一般正规中大型焦化厂横冷器上段循环冷却水泵多选择55m到65m扬程，才能够满足循环水提升高度、克服管道系统阻力尤其是管道结垢后阻力大幅增加，以及水泵长期磨损使性能下降诸因素。循环水经横冷器管程上行至其顶部，然后沿管道下落至敞式冷却塔，循环水的势能没有得到有效利用，绝大部分被白白浪费掉了。并且为了减缓结垢，目前循环水出横冷器温度多控制在40℃以内，利用温度仅8℃左右，按此工艺，100万吨/年规模焦化厂每小时循环冷却水量4000m3以上。即使控制在更易结垢的43℃，循环冷却水仍需3000m3/h以上。可见其循环水量特别大，动力消耗非常高。4、循环冷却水为防止结垢，水温控制在40℃左右，即使升高到易结垢的45℃，其余热利用的价值也非常低。5、水耗高。敞式凉水塔是利用部分循环水的汽化热使其自身(循环水)降温，加之2～5％的排污水(排盐水)，水的消耗量很高，同时也提高了循环水中盐类的浓度，加快了结垢。6、必须使用药剂。为减少结垢，循环水中需加入阻垢药剂，由于一部分药剂不断随排污水损耗，药剂用量较大，且仅能起到减缓结垢作用。
技术实现思路
：本专利技术是一种热气体冷却系统超节能降耗的方法，其方法提供了一种换热效率高，能够降低电耗90％以上，同时减少水耗80％左右，管程内部永不结垢，还可提供可观的优质热源的全新冷却方法。其基本原理是：热气体冷却系统包括横管冷却器、冷却介质、失压保护器、介质稳压槽、需热源设备(如煤气预热器)、空气冷却器、闭式冷却塔、循环介质泵与连通管道等部分组成。冷却介质在横冷器、需热源设备、空冷器和闭冷塔与循环介质泵以及连接管道组成的全闭路内循环流动。以焦化厂煤气初冷系统为例：其中冷却介质采用无盐液体，通过循环介质泵加压后，无盐液体从横管冷却器下部冷却介质入口进入并延横管束管程上行，与自横管冷却器顶部热气体入口进入横管冷却器壳程并下行到下部热气体出口导出的热气体逆向间接换热，采用无盐冷却介质在全闭路内循环，可同时达到管程不结垢、大幅降低冷却介质循环量，得到温度较高的优质热源使废热资源化的三个目的。无盐液体接受热气体热量从而得到温度较高的优质热源，其优质热源经横管冷却器上部的冷却介质出口及连通管道，输送到就近需要热源的设备被利用部分热量，使废热资源化。经过煤气预热器后冷却介质温度仍然很高，适宜采用空冷器将无盐液体温度降到40℃左右；经空气冷却器中翅片管间接有效散热，将冷却介质降到尽可能低的温度后进入闭式冷却塔，冷却介质与闭式冷却塔中的外冷却水进行间接热交换，外冷却水吸收冷却介质的热量后，其中一部分蒸发将显热转换为含潜热的水蒸汽排入大气，使冷却介质温度降到额定温度范围后，继而通过循环介质泵进入下一个循环，从而形成一个全闭路循环。所述使冷却介质温度降到额定温度范围，如焦化厂是将无盐水从40℃降到32℃及以下，故可减少水冷负荷4/5，加之管外结垢可视易除可加大温差，仅用原工艺冷却水1/10左右的循环量作外冷却水即可，其外冷却水泵扬程仅需3m～5m，同时用于冷却的蒸发消耗水量也同步减少了80％。冷却介质分吸收热量的上升侧与释放热量的下降侧，两侧压力完全相等，循环介质泵不需要克服其扬程与结垢阻力所需要的动力，仅仅克服闭路管道中的系统阻力就可驱动循环介质正常循环。所述热气体是指需要冷却的各种高温气体，如焦炉荒煤气、制氧厂及LNG厂等有气体压缩升温的各种热气体、或其它工艺有需要冷却的热气体。由于本方法的冷却介质几乎不消耗，所以可以采用价格较高的不结垢易流动的无盐液体，无盐液体可以是纯水、蒸馏水以及其它无盐水或在使用温度内不分解的导热油(温度较高时用)等无盐液体；采用无盐冷却介质，加之本方法为全闭路循环，从而避免管程内结垢，且冷却介质消耗极低，同时得到温度较高的优质热源。如焦炉煤气初冷系统适宜采用价格稍高的无盐水作冷却介质，其水温可达72℃以上，单位冷却介质的载热量比常规工艺40℃左右增加到5倍左右，即冷却介质循环量减少4/5左右，动力消耗同步降低4/5左右。采用无盐水作介质，其比热容高、流动性好、尤其是管程不结垢、不检修、导热系数始终如一、无腐蚀、设备寿命长、经济无污染等优点。无盐介质接受了热气体热量从而得到温度较高的优质热源，其优质热源经横管冷却器上部的冷却介质出口及连通管道，输送到就近需要热源的设备被利用部分热量，使废热资源化。是指把常规工艺高耗负效益的低温水变成了可以利用的极低耗正效益的高温水，使废热资源化。如用72℃高温无盐水完全可以取代焦化厂的下游工序硫铵工段煤气预热器加热用的水蒸汽，100万吨/年焦化厂每年可节约一万多吨蒸汽的费用二百万元左右，既减排又降本；其优质热源若用于其它预热、物料干燥、采暖等需要热源的地方创造的效益会更可观。所述介质稳压槽还配套有补液泵与补液槽，可稳定生产过程中冷却介质压力，并对偶有损失的冷却介质进行自动补充，保证管程中冷却介质始终满管循环，防止冷却介质上部因有空气断流后产生隐形扬程，以至导致冷却介质停止循环。介质稳压槽用设在高于冷却介质最高液位具有自动排气功能的高位介质槽不易出电子故障，无条件时也可用自动控制无塔供水器代替。所述冷却介质出口上部设有失压保护器，用于排除横管冷却器管程与循环管路中的空气，同时可使管道与横管束失压时保持内外压力相对平衡，防止设备受到破坏。如84℃左右焦炉荒煤气的冷却介质，由横冷器管程下进上出，荒煤气经横冷器壳程上进下出；此系统适宜采用无盐水作冷却介质，不存在管内结垢问题，经间接换热可将冷却介质的无盐水温度升至72℃甚至更高；带走煤气热量的无盐水出横冷器后先进入煤气预热器利用一部分热能后，再进入带外翅片的铝管空冷器管程，无盐水经空冷器间接冷却至40℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热气体冷却系统超节能降耗的方法，其特征在于：热气体冷却系统包括横管冷却器、冷却介质、失压保护器、介质稳压槽、需热源设备、空气冷却器、闭式冷却塔、循环介质泵与连通管道。其中冷却介质通过循环介质泵加压后，从横管冷却器下部冷却介质入口送入并延横管束管程上行，与自横管冷却器顶部热气体入口进入横管冷却器壳程并下行到下部热气体出口导出的热气体逆向间接换热，采用无盐冷却介质在全闭路内循环，接受热气体热量从而得到温度较高的热源，同时大幅减少冷却介质的循环量；其温度较高的冷却介质经冷却介质出口与连通管道进入需要热源的设备被利用部分热量后，再进入空气冷却器间接散热，将冷却介质降到尽可能低的温度后进入闭式冷却塔，冷却介质与闭式冷却塔中的外冷却水进行间接热交换，外冷却水吸收冷却介质的热量后，其中一部分蒸发将显热转换为含潜热的水蒸汽排入大气；使冷却介质温度降到额定温度范围后，继而通过循环介质泵进入下一个循环，从而形成一个全闭路循环；冷却介质分吸收热量的上升侧与释放热量的下降侧，两侧压力完全相等。

【技术特征摘要】
1.一种热气体冷却系统超节能降耗的方法，其特征在于：热气体冷却系统包括横管冷却器、冷却介质、失压保护器、介质稳压槽、需热源设备、空气冷却器、闭式冷却塔、循环介质泵与连通管道。其中冷却介质通过循环介质泵加压后，从横管冷却器下部冷却介质入口送入并延横管束管程上行，与自横管冷却器顶部热气体入口进入横管冷却器壳程并下行到下部热气体出口导出的热气体逆向间接换热，采用无盐冷却介质在全闭路内循环，接受热气体热量从而得到温度较高的热源，同时大幅减少冷却介质的循环量；其温度较高的冷却介质经冷却介质出口与连通管道进入需要热源的设备被利用部分热量后，再进入空气冷却器间接散热，将冷却介质降到尽可能低的温度后进入闭式冷却塔，冷却介质与闭式冷却塔中的外冷却水进行间接热交换，外冷却水吸收冷却介质的热量后，其中一部分蒸发将显热转换为含潜热的水蒸汽排入大气；使冷却介质温度降到额定温度范围后，继而通过循环介质泵进入下一个循环，从而形成一个全闭路循环；冷却介质分吸收热量的上升侧与释放热量的下降侧，两侧压力完全相等。2.根据权利要求1所述热气体冷却系统超节能降耗的方法，其特征在于：所述热气体是指需要冷却的各种高温气体。3.根据权利要求1-2所述热气体冷却系统超节能降...

【专利技术属性】
技术研发人员：程相魁，
申请(专利权)人：程相魁，
类型：发明
国别省市：山西,14