CS261137B1

CS261137B1 - The method of heating and equipping it to perform

Info

Publication number: CS261137B1
Application number: CS869956A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Hradil; Eduard Kanok; Josef Lazecky; Jaroslav Mojzisek; Frantisek Nikl
Original assignee: Vaclav Hradil; Eduard Kanok; Josef Lazecky; Jaroslav Mojzisek; Frantisek Nikl
Priority date: 1986-12-27
Filing date: 1986-12-27
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS995686A1

Abstract

Způsob ' ohřevu ve výměníku s využitím části odpadního tepla spalin a zařízení k jeho provádění u tekuté čer-nouhelné smoly. Podstatou způsobu ohřevu je, že se do mezitrubkového prostoru výměníku odvětví 3 000 až 23 000 Nm3 spalin s teplotou 320 až 480 stupňů Celsia. Současně se trubkami výměníku prosazuje tekutá černouhelná smola rychlostí 1,0 až 2,2 m . s_1. Zařízení k provádění tohoto ohřevu je tvořeno odběrovým potrubím vyvedeným ze spalinovodu trubkové pece do mezitrubkového prostoru výměníku, který je opatřen trubkami pro ohřev smoly, a dále škrticím orgánem. Další částí zařízení je regulační obvod, vratné potrubí, hlavní ventilátor a posilující ventilátor.Method of heating in an exchanger using part of the waste heat of flue gases and equipment for its implementation with liquid coal pitch. The essence of the heating method is that 3,000 to 23,000 Nm3 of flue gases with a temperature of 320 to 480 degrees Celsius are introduced into the intertube space of the exchanger. At the same time, liquid coal pitch is pushed through the exchanger tubes at a speed of 1.0 to 2.2 m . s_1. The equipment for implementing this heating consists of a sampling pipe led from the flue pipe of the tube furnace into the intertube space of the exchanger, which is equipped with pipes for heating the pitch, and also a throttle. Another part of the equipment is a control circuit, a return pipe, a main fan and a booster fan.

Description

Vynález řeší způsob ohřevu ve výměníku s využitím odpadního tepla spalin, odcházejících spalinovodem z trubkové pece pro ohřev černouhelného· dehtu při jeho trakční destilací vzniká jako destilační zbytek ká se rovněž zařízení pro jeho provádění.The invention solves a method of heating in a heat exchanger utilizing the waste heat of the flue gases leaving the flue gas line from the tube furnace for heating of coal tar during its traction distillation as a distillation residue.

Při zpracování černouhelného dehtu trakční destilací vzniká jako destilační zbytek černouhelná smola. Skladování, další zpracování a zejména expedice tekuté černouhelné smoly vyžaduje značných dodávek tepelné energie, aby byly kryty ztráty tepla, aby mohl být dodržen technologický režim a aby vůbec byla umožněna expedice tekuté smoly na větší vzdálenosti v izolovaných cisternách, aniž by ztuhla a byla přečerpatelná a zpracovatelná.In the treatment of coal tar by traction distillation, a coal tar pitch is formed as a distillation residue. The storage, further processing, and in particular the dispatch of liquid bituminous pitch requires a significant supply of thermal energy in order to cover the loss of heat in order to comply with the technological regime and to allow the dispatch of liquid pitch over longer distances in insulated tanks. processable.

Pro požadované zvýšení enthalpie nelze použít přímý ohřev plamenem či ohřev elekťrický vzhledem k silnému sklonu smoly ke koksování při teplotách styčné plochy na straně smoly vyšších než 400 °C, neboť dochází k podstatnému urychlení procesu polymerace a tvorby koksovitých podílů, což při malých průtočných rychlostech vede k rychlému ucpávání trubek zplodinami polymerace, naopak při velkých průtočných rychlostech částečky koksu přítomné ve smole způsobují rychlou erozi trubek, zejména v ohybech.Direct flame heating or electric heating due to the strong pitch of coke at pitch contact temperatures above 400 ° C cannot be used for the required enthalpy increase, as the polymerization process and coke formation are significantly accelerated, resulting in low flow rates on the contrary, at high flow rates, coke particles present in pitch cause rapid erosion of the tubes, especially in bends.

Dosud se ohřev smoly provádí v průmyslové praxi tak, že při prosté náhradě tepelných ztrát skladované smoly v zásobnících, kdy stačí, aby teplota smoly neklesla pod 170 °C, se dodává smole teplo cirkulací v parním výměníku. Při použití výměníku s •teplosměnnou plochou 100 m² a přehřáté páry o tlaku 3,6 MPa lze udržovat teplotu smoly v zásobníku v rozmezí 180 až 220 °C podle ročního období a v závislosti na spotřebě páry pro ohřev. Pro malý teplotní spád mezi ohřívanou smolou a kondenzující párou je však provozování tohoto postupu soustavně negativně ovlivňováno špatnou funkcí kondenzátních souprav, které je třeba neúměrně často opravovat či měnit, především je však energeticky značně náročné vzhledem k průměrné spotřebě páry 1,97 t za hodinu.So far, the pitch heating is carried out in industrial practice so that by simply replacing the heat losses of the stored pitch in the storage tanks, where it is sufficient that the pitch temperature does not fall below 170 ° C, the pitch is supplied by circulation in the steam exchanger. When using a 100 m ² heat exchanger and 3.6 MPa superheated steam, the pitch temperature in the tank can be maintained between 180 and 220 ° C depending on the season and depending on the steam consumption for heating. However, due to the small temperature gradient between the heated pitch and the condensing steam, the operation of this process is systematically negatively influenced by the malfunctioning of the condensate kits, which need to be repaired or changed disproportionately, but particularly energy intensive due to an average steam consumption of 1.97 t per hour.

Při pokusu vyhovět požadavku zvýšit teplotu smoly pro expedici v autocisternách nejméně na 240 °C byla zvýšena dlouhodobě spotřeba přehřáté páry o tlaku 3,6 MPa na hodnotu 3,77 t/h, avšak plnicí teplota smoly byla nejvýše 224 °C. Smolu s teplotou 240 °C při plnění do cisteren bylo možno· dosud zajistit pouze tak, že při režimu výroby smoly o bodu měknutí 80 °C byly z činnosti vyřazeny dva výměníky pro rekuperaci tepla imezi smolou a surovým dehtem, čímž teplota smoly určená pro přímou expedici v cisternách stoupla na 240 až 250 °C.In an attempt to meet the requirement to increase the pitch temperature for shipping in tankers to at least 240 ° C, the superheated steam consumption at a pressure of 3.6 MPa was increased to 3.77 t / h, but the pitch filling temperature was at most 224 ° C. The pitch of 240 ° C for tank filling could only be ensured so far by the fact that in the pitch production mode with a softening point of 80 ° C two heat exchangers were removed to recover heat from pitch and crude tar, thus bringing the pitch temperature for direct expedition in tanks increased to 240 to 250 ° C.

Výpadek tepla z rekuperace musel být však nahrazen provozováním dvou parních ohřívačů surového dehtu přehřátou párou o tlaku 1,6 MPa. Navíc po naplnění expedičních cisteren bylo nutno okamžitě nastavit normální režim frakční destilace dehtu, tj. s výrobou smoly o bodu měknutí 70 ^,0'C. Střídání výrobního režimu u nepřetržitě provozované frakční destilace bylo prováděno až 35 X za měsíc se všemi nepříznivými dopady na efektivnost destilace. Zvýšila se spotřeba energie, docházelo k neúměrnému kolísání kvality získávaných olejových frakcí, poklesla výtěžnost nejhodnotnějších frakcí, prokazatelné bylo i negativní ovlivnění stavu a životnosti technologického zařízení.However, the heat loss from the heat recovery had to be compensated by operating two steam tar heaters with superheated steam at a pressure of 1.6 MPa. Furthermore, after filling the tank dispatch it was necessary immediately to set the normal mode of the fractional distillation of tar, i.e. the production of pitch softening point of ^{70 0} ° C The production mode alternation for continuous fractional distillation was up to 35 times a month with all adverse effects on distillation efficiency. The energy consumption increased, the quality of the obtained oil fractions was disproportionately fluctuating, the yield of the most valuable fractions decreased, and the condition and lifetime of the technological equipment was negatively affected.

Součástí výrobního zařízení na zpracování černouhelného dehtu je zpravidla trubková pec, ve které se dehet bezprostředně před frakční destilací přehřívá spalováním topného oleje. Z trubkové pece odchází 20 000 až 28 000 Nm³ spalin za hodinu s teplotou 350 až 550 ^aC. Zbytkového tepla spalin se dosud nevyužívá, protože přímé zařazení rekuperátoru do proudu spalin je spojeno s nežádoucím ovlivněním tahových poměrů v peci, především však se tím podstatně zvyšuje nebezpečí odstavení hlavního agregátu pro poruchu zařízení na využití tepla. To by znamenalo u nepřetržitě pracující destilace zejména zbytečné ztráty velkého rozsahu na energiích a zpracovatelské kapacitě.As a rule, a part of the coal tar processing plant is a tubular furnace in which the tar is immediately overheated by combustion of fuel oil immediately prior to fractional distillation. 20,000 to 28,000 Nm ^{3 of} flue gas per hour with a temperature of 350 to 550 ^and C are leaving the tube furnace. The residual heat of the flue gas has not been used yet because the direct inclusion of the heat exchanger in the flue gas flow is associated with undesirable influencing of the furnace flow conditions. significantly increases the risk of shutdown of the main unit for failure of the heat recovery equipment. This would mean unnecessary large-scale losses in energy and processing capacity for continuous distillation.

Uvedené nedostatky řeší způsob ohřevu ve výměníku s využitím části odpadního tepla spalin, odcházejících spalinovodem z trubkové pece pro ohřev černouhelného dehtu, tekuté černouhelné smoly a zařízení k jeho provádění podle vynálezu. Podstatou způsobu ohřevu podle vynálezu je, že se do mezitrubkového prostoru výměníku odvětví 3 000 až 23 OOO Nm³ spalin s teplotou 320 až 480 °C.These drawbacks are solved by a method of heating in an exchanger utilizing a portion of the waste heat of the flue gas leaving the flue gas duct from a furnace for heating coal tar, liquid coal pitch and a device for carrying it out according to the invention. The essence of the heating method according to the invention is that flue gas at a temperature of 320 to 480 [deg.] C. is fed into the inter-tube space of the exchanger of 3000 to 23,000 Nm @ ³ .

Současně se trubkami výměníku prosazuje černouhelná smola rychlostí 1,0 až 2,2 m .At the same time, the coal pitch is pushed through the coil pipes at a speed of 1.0 to 2.2 m.

. s^-1, s výhoidou 1,3 až 1,8 m.s^-1 a ohřívá se na teplotu 200 až 300.°C. Zařízení k provádění tohoto ohřevu je tvořeno odběrovým potrubím vyvedeným ze spalinovodu trubkvé pece do mezitrubkového prostoru výměníku, který je opatřen trubkami pro ohřev tekuté černouhelné smoly a dále škrticím orgánem, zabudovaným v odběrovém potrubí na vstupu do výměníku.. s ^-1 , preferably 1.3 to 1.8 ms ^-1 and heated to a temperature of 200 to 300 ° C. The apparatus for performing this heating consists of a sampling line drawn from the flue gas duct of the tube furnace into the inter-tube space of the exchanger, which is provided with tubes for heating of the liquid bituminous pitch and a throttling body incorporated in the sampling line at the exchanger inlet.

Další částí zařízení je regulační obvod pro regulaci průtoku spalin do výměníku v závislosti na teplotě smoly na výstupu z výměníku. Součástí zařízení je rovněž vratné potrubí, které vychází z mezitrubkového prostoru výměníku a je zavedeno do spalinovodu před jeho zaústěním do komína, přičemž do trasy vratného· potrubí je ještě zabudován hlavní ventilátor a posilující ventilátor.Another part of the device is a control circuit for regulating the flue gas flow to the exchanger in dependence on the pitch temperature at the exchanger outlet. The equipment also includes a return pipe which extends from the inter-tube space of the exchanger and is introduced into the flue gas duct before it enters the chimney, with a main fan and a booster fan built into the return line.

Způsob ohřevu tekuté černouhelné smoly a zařízení pro jeho provádění podle vynálezu umožňuje s malými náklady investičními a s minimálními náklady provozními zabezpečovat náhradu tepelných ztrát tekuté černouhelné smoly při jejím skladování a její tepelnou úpravu před dalším zpracováním, především však umožňuje potřebným (způsobem zvýšit enthalpii tekuté smoly a zabezpečit tak její expedici v tekutém stavu i značně vzdáleným odběratelům. Výstupní teplotu tekuté smoly je možno ve všech případech operativně řídit v širokém rozmezí.The method of heating liquid bituminous pitch and the apparatus for carrying out the process according to the invention makes it possible to ensure, with low investment costs and minimal operating costs, compensation of heat losses of liquid bituminous pitch during its storage and heat treatment before further processing. The outlet temperature of the liquid pitch can in all cases be operatively controlled in a wide range.

Zařízení k provádění způsobu ohřevu tekuté černouhelné smoly podle vynálezu je jednoduché, při dodržení popsaného postupu je funkce tohoto zařízení dokonalá a bezporuchová. Investiční náklady na potřebné zařízení jsou nízké, provozní náklady jsou nesrovnatelně nižší než je tomu u jakéhokoliv dosud používaného způsobu ohřevu tekuté smoly, neboť k ohřevu se využívá pouze odpadního, jinak nevyužitelného tepla spalin odcházejících z trubkové pece, a to tak, že není jakkoliv negativně ovlivněn chod trubkové pece. Přitom spaliny odtahované ze spalinovodu pro ohřev smoly představují z pohledu smoly teplonosné médium s optimální teplotní hladinou, takže provozováním ohřevu podle vynálezu jsou zcela eliminovány značné potíže, vyplývající z polymerace smoly, které u dosud používaných způsobů ohřevu působily jako· závažný omezující faktor.The apparatus for carrying out the method of heating the liquid bituminous pitch according to the invention is simple; The investment costs for the equipment required are low, the operating costs are incomparably lower than with any method used for the heating of liquid pitch since only the waste, otherwise unusable, heat of the flue gases leaving the tube furnace is used for heating. affected the operation of the tube furnace. The exhaust gases drawn from the flue gas duct for the pitch heating are, from the pitch point of view, a heat transfer medium having an optimum temperature level, so that the operation of the heating according to the invention completely eliminates the considerable difficulties resulting from polymerization of the pitch.

Příklad zařízení provedeného podle vynálezu je schematicky znázorněn na přiloženém výkrese. V této podobě bylo předmětu vynálezu využito v praxi v rámci výrobní jednotky na frakční destilaci černouhelného dehtu. Tato jednotka je vybavena dvěma trubkovými pecemi 1, které jsou střídavě v provozu a v jejichž trubkovém systému 2 je přehříván černouhelný dehet, nastřikovaný do destilační kolony, spalovaným topným olejem. Z trubkových pecí 1 je odtah spalin veden přes komínové klapy 3 do spalinovodu 4 a přes komín do atmosféry.An example of a device according to the invention is shown schematically in the attached drawing. In this form, the present invention has been utilized in practice within a coal tar fractional distillation production unit. This unit is equipped with two tube furnaces 1, which are alternately in operation, and in whose tube system 2 the coal tar injected into the distillation column, which is burned with fuel oil, is superheated. From the furnaces 1, the flue gas exhaust is led through the chimney flanges 3 to the flue gas duct 4 and through the chimney to the atmosphere.

Praktické uplatnění předmětu vynálezu v rámci uvedené výrobní jednotky popisují následující příklady.The following examples illustrate the practice of the present invention within the production unit.

P ř í k 1 a d 1Example 1 a d 1

Ve střední části spalinovodu 4 ve vzdálenosti 30 m od vyústění odtahu spalin z trubkové pece 1 je zainstalováno odběrové potrubí 5 o délce 10· m pro odvětvení části spalin, které je napojeno do mezitrubkového prostoru výměníku 8. Toto odběrové potrubí 5 je opatřeno škrticím orgánem 6 s regulačním obvodem 7. Ze spodní části výměníku 8 je vyvedeno vratné potrubí 13 spalin přes hlavní ventilátor 11 a/nebo posilující ventilátor 12 zpět do spalinovodu 4 před jeho zaústěním do· komína 14.In the central part of the flue gas duct 4 at a distance of 30 m from the outlet of the flue gas exhaust from the tube furnace 1 is installed a sampling line 5 with a length of 10 m for branching a part of the flue gas connected to the inter-tube space of the exchanger 8. With a control circuit 7. From the bottom of the exchanger 8, the flue gas return line 13 is led through the main fan 11 and / or the booster fan 12 back to the flue gas duct 4 before it enters the chimney 14.

Výkon každého· z použitých ventilátorů je 10 800 Nm³ spalin za hodinu. Na vývodu vratného potrubí 13 ze spodní části výměníku 8 je instalováno protipožární zařízení 10 pro hašení párou. Výměník 8 je vybaven trubkami 9 se žebry na straně spalin a s vnitřní teplosměnnou plochou 68 m². Do trubek 9 výměníku 8 je napojen přívod tekuté smoly ze zásobníku 15 elektrodové smoly přes parní čerpadlo 16 a výtlačné potrubí smoly 17, odtah tekuté smoly z trubek 9 výměníku 8 je napojen na potrubní systém sestávající z vratné větve 18 do zásobníku 15 elektrodové smoly a z potrubí 19 pro plnění přepravních cisteren 20 tekutou elektrodovou smolou.The output of each fan used is 10,800 Nm ^{3 of} flue gas per hour. At the outlet of the return pipe 13 from the bottom of the exchanger 8, a fire extinguishing device 10 for steam extinguishing is installed. The heat exchanger 8 is equipped with tubes 9 with flue gas fins and an internal heat exchange surface of 68 m ² . Into the tubes 9 of the exchanger 8 is connected the inlet of the liquid pitch from the electrode pitch reservoir 15 via a steam pump 16 and a pitch discharge line 17, the liquid pitch withdrawn from the tubes 9 of the exchanger 8 is connected to a piping system consisting of a return branch 18 to the electrode pitch reservoir 15. 19 for filling transport tanks 20 with liquid electrode pitch.

Ze zásobníku 15 elektrodové smoly bylo· za účelem zvýšení enthalpie skladované smoly čerpáno 33 tun smoly za hodinu trubkami 9 výměníku 8 s průtočnou rychlostí 1,52 m.s^-1. Současně bylo hlavním ventilátorem 11 odsáváno 6 800 Nm³ spalin o teplotě 382 °C přes mezitrubkový prostor výměníku 8. Teplota spalin za hlavním ventilátorem 11 činila 280 “C, teplota smoly se zvýšila ž 205 ° C na 219 °C.33 tons of pitch per hour were pumped from the electrode pitch reservoir 15 to increase enthalpy of stored pitch through tubes 9 of the exchanger 8 at a flow rate of 1.52 ms ^-1 . At the same time, 6,800 Nm ^{3 of} flue gas at 382 ° C was exhausted through the exchanger chamber 8 through the main fan 11. The temperature of the flue gas downstream of the main fan 11 was 280 ° C, the pitch temperature increased ž 205 ° C to 219 ° C.

P ř i k 1 a d 2Example 1 and d 2

I ¹ Pro ohřev smoly určené k expedici v automobilních cisternách na velkou vzdálenost bylo použito zařízení popsané v příkladě 1. Smola o teplotě 211 °C v množství 29 t/hod byla čerpána ze zásobníku 15 do trubek výměníku 8, kterými byla prosazována průtokovou rychlostí 1,33 m. s^_1. Hlavním ventilátorem 11 a současně posilujícím ventilátorem 12 bylo ze spalinovodu 4 odsáváno 17 100 Nm³ spalin za hodinu o teplotě 458 °C přes mezitrubkový prostor výměníku 8. Po průchodu teplosměnným systémem byly tyto spaliny vraceny s teplotou 330 ^aC zpět do spalinovodu 4 před jeho vyústěním do komína 14. Smola ohřátá na teplotu '265 °C byla z výměníku 8 čerpána plnicím potrubím 19 do přepravních cisteren 20.I ¹ for heating the pitch to be shipped in the automotive tanks over a long distance using the equipment described in Example 1. The pitch a temperature of 211 ° C in a quantity of 29 t / hour was pumped from the reservoir 15 into the tubes of the exchanger 8, which was advanced at a flow rate 1 , 33 m. ^S1 . 17,100 Nm ^{3 of} flue gas per hour at 458 ° C were exhausted from the flue gas pipe 4 by the main fan 11 and the booster 12 at the same time. After passing through the heat exchange system, the flue gas was returned to flue gas pipe 4 at 330 ^and C before it. The pitch heated to '265 ° C was pumped from the exchanger 8 through the feed line 19 to the transport tanks 20.

Claims

A method of heating in an exchanger utilizing a portion of the waste heat of the flue gas leaving the flue gas tube from a coal tar furnace during fractional distillation of liquid coal pitch, characterized in that the inter-tube space of the exchanger has a sector of 3,000 to 23,000 Nm ³ flue gas with a temperature of 320 ° C .When 480, while the 'exchanger tubes to promote liquid coal tar pitch at about 1 to 2.2 m. s ^_1, s' speed advantage of 1.3 to 1.8 m. ^s-1, where it is heated to 200 to 300 ° C.

Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it consists of a sampling line (5) led from the flue gas to the water (4) of the tube furnace (1) into the inter-tube space of the exchanger (8). heating of the liquid coal pitch, a throttle (6) built into the sampling line (5) at the exchanger inlet (8), a control circuit (7) to control the flue gas flow to the exchanger (8) in dependence on the exchanger outlet temperature ( 8), by a return pipe (13), which extends from the inter-pipe space of the exchanger (8) and is introduced into the flue gas pipe (4) before it enters the chimney (14), the main fan (11) is integrated into the return pipe (13). ) and a booster fan (12).