CN102829654A - 管板管束组件、列管式换热器及解析塔 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管板管束组件，包括管板(6)和设置在所述管板(6)上且由多根列管(8)组成的管束，所述管板(6)上设置有第一安装孔，所述第一安装孔为锥形孔；该管板管束组件还包括具有与所述列管(8)的管端配合的第二安装孔的锥形螺母(18)，所述第二安装孔和所述管端之间设置有耐高温密封垫(17)，所述锥形螺母(18)的外壁和所述第一安装孔的内壁设置有相互配合的密封自锁螺纹，所述锥形螺母(18)横截面积较小的一端的外壁周向上设置有多个沿所述锥形螺母(18)轴向延伸的涨紧槽(181)。降低了现有技术解析塔中管板管束连接组件的维修成本和维修强度。本发明还提供了一种列管式换热器和解析塔。

Description

管板管束组件、列管式换热器及解析塔

技术领域

本发明涉及活性炭脱硫技术领域，更具体地说，涉及一种管板管束组件，本发明还涉及一种具有上述管板管束组件的列管式换热器及解析塔。

背景技术

为了解决冶金烧结球团烟气污染问题和实现资源的高效利用，进而促进环保节约型社会及社会可持续的发展，采用活性炭对烟气进行处理是当前最先进的解决方式之一。

活性炭烟气净化技术是以活性炭作为催化剂，脱除烟气中的SO2、NOx等有害气体，进而降低烟气对大气的污染，同时实现硫的回收利用。净化工艺主要包括硫吸收、硫解析和硫回收三个处理过程。具体工艺如下：烟气经增压风机进入吸附塔，在吸附塔内烟气中的有害成分在活性炭的作用下发生物理化学反应，粉尘、二噁英及生成的硫酸盐吸附在活性炭的孔隙里，NOx分解成无害的N2，最终实现了烟气中SO2、NOx等有害气体的脱除。

我们知道活性炭对有害物质的吸附都有一定的饱和度，吸附饱和后的活性炭从吸附塔底部排出，经输料机输送到解析塔的顶部，由解析塔的顶部注入解析塔，在解析塔中，活性炭吸附的有害物质在高温下发生分解，高浓度SO2气体被释放出来得以回收利用，而重获活性的活性炭通过解析塔的底部排出经振动筛除去细小颗粒后由输料机输送到吸附塔顶部重新注入吸附塔内进行循环利用。

上述工作过程中，饱和后的活性炭进入到解析塔中并在高温烟气的加热下实现了有害气体的解析。其中：高温烟气对活性炭的加热是通过列管式换热器实现的。列管式换热器通常主要由管板、管束组成，其中管束由多根换热管(列管)组成，管束的两端分别安装在两端的管板的安装孔中，外围侧壁和两个管板围成的空间中，位于列管外部的空间为高温或者低温媒介通道，活性炭在列管内流通，通过管壁与高温媒介或者低温媒介进行换热，从而实现了对活性炭的加热或者降温。在解析塔内，活性炭的解析过程中通过高温媒介对其加热实现的，解析后的活性炭需要冷却以便进行后续输送。

解析塔中的加热段和冷却段均通过列管式换热器实现，在加热段中活性炭在管束的管道中流动，管束外面通有加热气体。加热气体先将列管加热，再通过列管将列管里的活性炭加热。其中活性炭是易燃物质，加热气体里面还有氧气，在高温情况下，活性炭遇到氧气容易燃烧，造成事故，因此，列管里面的活性炭和列管外面的加热气体不能够有气体的交换，这就要求列管和管板的连接处要有很好的气密性。在冷却段中，活性炭在管束的列管里面流动，管束外面通有冷却气体。冷却气体先将列管冷却，再通过列管将列管里面的活性炭冷却。同样，在冷却段中，列管和管板的连接也要求有很好的气密性，防止冷却气体进入到列管里面。

随着使用时间的加长，活性炭与管道内壁的长期磨损，导致整个列管的管壁变薄，甚至产生裂缝，进而导致加热和冷却气体进入到列管内部，很容易导致事故发生，因此，在加热段和冷却段工作一段时间后，要进行检修，对磨损腐蚀较为严重的列管进行更换。

现有技术中的列管式换热器一般采用焊接或者涨紧连接，其中：如图2所示，焊接方式将列管22插入到管板21的孔内后，然后将管板21和列管22焊接。如图1所示，涨紧连接方式为将管板101的上的安装孔做成阶梯孔，将列管102插入到管板101的阶梯孔内，把涨紧块103插入到列管102内以改变列管连接端的形状，最终将列管102涨紧到管板101的阶梯孔内实现了管板101和列管102的连接。

上述两种连接方式中，管板和列管连接后就无法拆卸，特别是当管束中的一些列管损坏后，很难进行列管的更换，只能更换列管式换热器整体，增大了维修的成本和维修强度。同样，在解析塔的分布段中也存在相同问题。

因此，如何降低现有的解析塔中的管板管束连接组件的维修成本和维修强度，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种管板管束组件，降低了现有技术解析塔中的管板管束连接组件的维修成本和维修强度。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种管板管束组件，包括管板和设置在所述管板上且由多根列管组成的管束，所述管板上设置有第一安装孔，所述第一安装孔为锥形孔；该管板管束组件还包括具有与所述列管的管端配合的第二安装孔的锥形螺母，所述第二安装孔和所述管端之间设置有耐高温密封垫，所述锥形螺母的外壁和所述第一安装孔的内壁设置有相互配合的密封自锁螺纹，所述锥形螺母横截面积较小的一端的外壁周向上设置有多个沿所述锥形螺母轴向延伸的涨紧槽。

本发明提供的管板管束组件中，管板上设置有第一安装孔，锥形螺母的外壁和第一安装孔的内壁上设置有相互配合的密封自锁螺纹，两者的密封自锁螺纹配合后，第一安装孔为锥形孔，锥形螺母在旋进第一安装孔的过程中，旋进的越紧密封螺母与第一安装孔的配合的横截面积越小，最终螺纹和锥形结构的配合在旋紧的过程中，由于涨紧槽的存在，锥形螺母在外力作用下的收缩实现了与列管的抱紧和密封，而锥形螺母与管板之间由于采用密封自锁螺纹连接而实现了密封。本发明提供的管板管束组件采用锥形螺母连接，保证密封、固定连接的前提下，实现了可拆卸连接，更换的过程中只需要更换磨损严重的列管即可，降低了维修成本和维修强度。

优选的，上述管板管束组件中，多个所述涨紧槽在所述锥形螺母的周向上均布。

优选的，上述管板管束组件中，所述耐高温密封垫为石棉垫。

优选的，上述管板管束组件中，所述锥形螺母的尾端的端面上设置有旋紧槽，所述旋紧槽为多边形槽或者十字形槽。

本发明还提供了一种列管式换热器，包括两个管板和设置在两个所述管板之间由多根列管组成的管束及与两个所述管板组成换热介质腔的侧壁，其特征在于，所述管板上设置有第一安装孔，所述第一安装孔为锥形孔；该列管式换热器还包括具有与所述列管的管端配合的第二安装孔的锥形螺母，所述第二安装孔和所述管端之间设置有耐高温密封垫，所述锥形螺母的外壁和所述第一安装孔的内壁设置有相互配合的密封自锁螺纹，所述锥形螺母横截面积较小的一端的外壁周向上设置有多个沿其轴向延伸的涨紧槽。

优选的，上述列管式换热器中，多个所述涨紧槽在所述锥形螺母的周向上均布。

基于上述提供的列管式换热器，本发明还提供了一种解析塔，包括塔体和自所述塔体的内腔的进料口至出料口的料流方向上依次设置的第一分布段、加热段、第二分布段和冷却段，所述加热段和冷却段均设置有上述所述的列管式换热器，所述列管式换热器的侧壁为塔体上与所述列管式换热器相对的部分。

优选的，上述解析塔中，所述塔体与所述加热段或者/和冷却段相对的部位具有竖直方向上的具有进行热胀冷缩补偿的补偿器。

所述加热段的热媒进口位于该部位的列管式换热器的底部，所述加热段的热媒出口位于该部位的列管式换热器的顶部。

优选的，上述解析塔中，所述塔体与所述加热段或者/和冷却段相对的部位设置有交错设置的折流板。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中列管式换热器中管板和列管的一种连接结构示意图；

图2为现有技术中列管式换热器中管板和列管的另一种连接结构示意图；

图3为本发明实施例提供的解析塔的结构示意图；

图4为图3中列管式换热器中管板和列管的连接结构示意图；

图5为本发明实施例中列管式换热器的俯视结构示意图；

图6为图5中锥形螺母的结构示意图；

图7为图6的A向视图；

图8为图6的B向视图。

上图1-图8中：

管板101、列管102、涨紧块103；

管板21、列管22；

上锁气给料装置1、塔体2、活性炭3、第一氮气入口4、第一分布段5、管板6、加热气出口7、列管8、加热气进口9、加热段10、氮气出口11、冷却段12、冷却气出口13、第二氮气入口14、冷却气入口15、下锁气出料装置16、耐高温密封垫17、锥形螺母18、涨紧槽181、旋紧槽182。

具体实施方式

本发明的核心改进点是对解析塔中的管板管束组件的结构进行改进，保证固定密封的前提下，实现了列管与管板的可拆卸维修和更换，避免了更换整体的列管式换热器，降低了维修成本和维修强度。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考附图3，该图示出了本发明实施例提供的解析塔的结构，本发明实施例提供的解析塔包括上锁气给料装置1、塔体2和下锁气出料装置16，其中：

上锁气给料装置1和下锁气给料装置16分别设置在塔体2的顶端和底端，实现了控制活性炭3流通的过程同时保证了整个解析塔的密封性；

沿着塔体2的内腔自顶部的进料口至底部的出料口依次设置第一分布段5、加热段10、第二分布段和冷却段12，其中加热段设置有列管式换热器，加热媒介通过加热气进口9流入到加热段中进而对列管中的活性炭进行加热，并最终通过加热气出口7排出，从而完成对活性炭的加热，加热后的活性炭发生解析使得有害物质以气体形式解析出，优选的方案中，活性炭自列管式换热器的顶端向着底端在重力的作用下流动，为了提高对活性炭的加热效率，加热段10的加热气进口9设置在列管式换热器的底部，加热气出口7设置在列管式换热器的顶部，该种结构使得加热气的流动方向与活性炭的流动方向相对，尽可能地将加热气中的能量转换给活性炭；具体的，加热气进口9和加热气出口7可以设置在塔体2的两侧，加长了加热气的流通路径。

经过解析后的活性炭进入到第二分布段进行物料的分布进入到冷却段12中，其中冷却段12也设置有列管式换热器，向冷却媒介通过冷却气入口15进入到冷却段12中对冷却段的活性炭进行冷却并最终通过冷却气出口13排出，经冷却后的活性炭通过下锁气出料装置16排出，从而完成了整个解析过程；

在塔体2上，可以在位于第一分布段5的部位设置有第一氮气入口4，在冷却段12的下方设置有第二氮气入口14，在第二分布段上设置有氮气出口11，在整个解析的过程中氮气解析后有害成分的载气，在氮气流的带动下将活性炭解析出来的有害成分排出去。

请参考附图4-8，上述实施例的解析塔中的管板管束组件，包括管板6、和设置在管板6上，且有多根列管8组成的管束以及锥形螺母18，管板6上设置有第一安装孔，第一安装孔为锥形孔，锥形螺母18上设置有与列管8的管端配合的第二安装孔，第二安装孔和列管8的管端之间设置有耐高温密封垫17，锥形螺母18的外壁和第一安装孔的内壁设置有相互配合的密封自锁螺纹，锥形螺母18横截面积较小的一端的外壁周向上设置有多个沿锥形螺母的轴向延伸的涨紧槽181。本发明实施例中提供的管板管束组件在本专利所介绍的解析塔中，可以作为第一分布段和第二分布段的管板管束结构，也可以作为列管式换热器的管板管束结构，通过对上述管板管束组件的结构分析可知，管板上设置有第一安装孔，锥形螺母的外壁和第一安装孔的内壁上设置有相互配合的密封自锁螺纹，两者的密封自锁螺纹配合后，第一安装孔为锥形孔，锥形螺母在旋进第一安装孔的过程中，旋进的越紧锥形螺母与第一安装孔的配合的横截面积越小，最终螺纹和锥形结构的配合在旋紧的过程中，由于涨紧槽的存在，锥形螺母在外力的作用下收缩实现了与列管的抱紧和密封，而锥形螺母与管板之间由于采用密封自锁螺纹连接而实现了密封。通过对管板管束组件的结构和配合关系的改进，在列管8出现磨损的情况下，直接更换需要更换的列管即可，无需整体进行更换，降低了维修成本和维修强度。

具体的，上述多个涨紧槽181在锥形螺母18的周向上均布，保证了配合强度的均匀性，进一步提高了密封效果。

本发明实施例中提供的管板管束组件中的耐高温密封垫17可以为各种耐高温密封垫，可以为石棉垫等，本领域技术人员可以根据实际的工作情况对耐高温密封垫的材质进行选择。

为了方便锥形螺母18与第一安装孔的配合操作，本发明实施例中的管板管束组件中的锥形螺母18的尾端的端面上设置有旋紧槽182，旋紧槽182具体的可以为多边形槽或者十字形槽。

基于上述的管板管束组件，本发明实施例中的加热段10和冷却段12的列管式换热器，包括两个管板6和设置在两个管板6之间由多根列管8组成的管束及与两个管板6组成换热介质腔的侧壁，在本实施例中的解析塔中，该侧壁可以为塔体2的一部分，当然也可以独立于塔体2的部件构成，两个管板6上均设置有第一安装孔，第一安装孔为锥形孔，该列管式换热器还包括锥形螺母18，其具有与列管8的管端配合的第二安装孔，第二安装孔和管端之间设置有耐高温密封垫17，锥形螺母18的外壁和第一安装孔的内壁设置有相互配合的密封自锁螺纹，锥形螺母18横截面积较小的一端的外壁轴向上设置有多个沿其轴向延伸的涨紧槽181。由于该部分所介绍的列管式换热器的主要改进点也是管板管束组件的连接方式，所以该列管式换热器具有的有益效果由管板管束组件的改进带来的，同样是在维修的过程中无需更换整个列管式换热器，也降低了维修成本和维修难度，具体的推导请参考上述实施例相对应部分所述即可，在此不再赘述。

同理，该列管式换热器中锥形螺母18上的多个涨紧槽181在锥形螺母18的周向均布，保证了配合强度的均匀性，进一步提高了密封效果。

请参考附图3，该发明实施例中的解析塔中加热段10中的列管式换热器的侧壁为塔体2的一部分，由于该段的作用是对活性炭进行加热，这就需要加热段的各个部件具有较大的热伸缩性能，同理冷却段12也是如此。上述加热段10和冷却段12都涉及到较大的形变，各个部件的变形余量最终会积累，除了更换较好的热伸缩性材料之外，还可以将塔体2与加热段10、冷却段12的结构进行改进，具体的，所述塔体2位于加热段10和/或者冷却段12的部位具有竖直方向上的具有进行热胀冷缩补偿的补偿器。具体的可以在塔体2上位于加热段10和/或者冷却段12的部位可以具有皱折段，或者将该部分设计成曲面段等。

为了提高加热段10或者冷却段12的换热效率，塔体2与加热段10或者/和冷却段相对的部位设置有交错布置的折流板，加长了换热媒介的流通路线，即延长了换热的时间，提高了整个解析塔的换热效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种管板管束组件，包括管板(6)和设置在所述管板(6)上且由多根列管(8)组成的管束，其特征在于，所述管板(6)上设置有第一安装孔，所述第一安装孔为锥形孔；该管板管束组件还包括具有与所述列管(8)的管端配合的第二安装孔的锥形螺母(18)，所述第二安装孔和所述管端之间设置有耐高温密封垫(17)，所述锥形螺母(18)的外壁和所述第一安装孔的内壁设置有相互配合的密封自锁螺纹，所述锥形螺母(18)横截面积较小的一端的外壁周向上设置有多个沿所述锥形螺母(18)轴向延伸的涨紧槽(181)。

2.根据权利要求1所述的管板管束组件，其特征在于，多个所述涨紧槽(181)在所述锥形螺母(18)的周向上均布。

3.根据权利要求1所述的管板管束组件，其特征在于，所述耐高温密封垫(17)为石棉垫。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的管板管束组件，其特征在于，所述锥形螺母(18)的尾端的端面上设置有旋紧槽(182)，所述旋紧槽(182)为多边形槽或者十字形槽。

5.一种列管式换热器，包括两个管板(6)和设置在两个所述管板(6)之间由多根列管(8)组成的管束及与两个所述管板(6)组成换热介质腔的侧壁，其特征在于，所述管板(6)上设置有第一安装孔，所述第一安装孔为锥形孔；该列管式换热器还包括具有与所述列管(8)的管端配合的第二安装孔的锥形螺母(18)，所述第二安装孔和所述管端之间设置有耐高温密封垫(17)，所述锥形螺母(18)的外壁和所述第一安装孔的内壁设置有相互配合的密封自锁螺纹，所述锥形螺母(18)横截面积较小的一端的外壁周向上设置有多个沿其轴向延伸的涨紧槽(181)。

6.根据权利要求5所述列管式换热器，其特征在于，多个所述涨紧槽(181)在所述锥形螺母(18)的周向上均布。

7.一种解析塔，其特征在于，包括塔体(2)和自所述塔体(2)的内腔的进料口至出料口的料流方向上依次设置的第一分布段(5)、加热段(10)、第二分布段和冷却段(12)，其特征在于，所述加热段(10)和冷却段(12)均设置有上述权利要求5或者6所述的列管式换热器，所述列管式换热器的侧壁为塔体(2)上与所述列管式换热器相对的部分。

8.根据权利要求7所述的解析塔，其特征在于，所述塔体(2)与所述加热段(10)或者/和冷却段(12)相对的部位具有竖直方向上的具有进行热胀冷缩补偿的补偿器。

9.根据权利要求8所述的解析塔，其特征在于，所述加热段(10)的热媒进口位于该部位的列管式换热器的底部，所述加热段(10)的热媒出口位于该部位的列管式换热器的顶部。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的解析塔，其特征在于，所述塔体(2)与所述加热段(10)或者/和冷却段(12)相对的部位设置有交错设置的折流板。

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