CN103419004A - 干熄焦预热器径向换热管的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干熄焦预热器径向换热管的加工方法，包括内、外管偏心设置，封装工质、翅片焊接、防腐处理等步骤，通过偏心设置及焊接翅片，能够有效提高换热管的径向换热效率，并提高工质的充液率，从而可实现采用少量的换热管，就能够满足干熄焦二次降温的换热需求，适合应用于干熄焦二次降温改造的紧凑型预热器。另外，通过防腐处理，能够提高换热管的耐磨、耐蚀、抗氧化性能，延长其使用寿命。

Description

干熄焦预热器径向换热管的加工方法

技术领域

本发明涉及换热管加工工艺，更具体地说，涉及一种干熄焦预热器径向换热管的加工方法。

背景技术

从焦炉中推出的红焦处于1000℃红热状态，其熄焦方法有湿法和干法两种。湿法熄焦是采用水把红焦熄灭的方法。干法熄焦就是用惰性气体冷却红焦，并吸收红焦中大部分湿热后进入余热锅炉产生蒸汽。干法熄焦的主要优点是环保，能利用红热焦炭热量的80％，并且改善焦炭的质量。

干熄焦工艺流程见图1所示：红焦经过炉顶装入装置落入干熄炉1内，与由下至上流动的惰性气体热交换后被冷却到250℃，然后下排到运焦皮带上；惰性气体经风机鼓入干熄炉1冷却焦炭后，经环形集气道进入一次除尘器2除尘，然后以850℃左右的高温进入锅炉3与锅炉炉管换热降到160℃以下，经二次除尘器4除尘后，由循环风机5鼓入干熄炉1内循环使用。

为进一步提升干熄焦的生产能力，国内2000年以后新建的干熄焦都在循环风机5出口处设置纯水预热器10(循环风机5和干熄炉1之间)，对循环烟气进行二次降温，不仅可以提高焦炭产量，而且可以降低锅炉3给水除氧的蒸汽消耗。请结合图2所示，该预热器10为落地式，其壳体11一般呈上下端水平进出惰性气体的圆柱形或长方体形，高达十几米，结构庞大，采用的径向换热管12多达几千根，占地面积多。

请结合图3、图4所示，目前常见的径向换热管12一般是由同轴心的内、外管121、122套接而成，在内管121内部通水，内、外管121、122之间设有液体工质123，并且在内、外管121、122之间还设置了吸液芯124，吸液芯124起到类似毛细管的作用，通过提升和输送工作介质的功能来增强换热效果。径向换热管12是在其径向上实现热量传递的沸腾、其冷凝过程见图5：即通过径向换热管的外管122不断从外界吸收热量，热量进入管内后，一部分通过下部工质123沸腾将热量带走，另外一部分被上升的蒸汽吸收，饱和蒸汽以对流的形式吸收热量成为过热蒸汽，过热蒸汽在内管121壁冷凝放热，将热量传给内管121，最后经内管121中的冷却水将热量带走，同时冷凝后的工质123再回流到下部进行再蒸发，如此反复，实现热量的不断被传递。

然而，设置了吸液芯124后焊缝增加较多，使制造难度加大、成本增加，并且吸液芯124增大了换热管的径向热阻，在一定程度上影响了热传输能力。另外，吸液芯124的结构还不能大幅度调节壁温，因为这种结构只是在热管路中串联了几个很小的热管内热阻(内热阻仅占总热阻的10％～20％)，所以调节壁温的能力仍然有限。

目前，有些原设计无预热器的且在用的干熄焦装置，在循环风机5和干熄炉1之间的空间非常狭小，根本无法安装任何设备。而在循环风机5和二次除尘器4之间，仅有段三米左右的烟气管路可以利用。如若采用上述常见的落地式干熄焦预热器10，即没有足够的吊运通道和安装位置，而且预热器10的气体阻力太大，对现有干熄焦工艺将产生致命的影响。

因此，对于现有干熄焦装置的烟气二次降温的改造，不但需要对预热器的壳体进行重新设计，以满足安装空间需求，而且还需要对换热管进行重新设计，在减少换热管用量的情况下，切实有效地提高其传热效率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种干熄焦预热器径向换热管的加工方法，能够制备出具有高传热效率的径向换热管。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该干熄焦预热器径向换热管的加工方法，包括以下具体步骤：

A.选取内管和外管，并将内、外管呈偏心状相套接；

B.将两端盖分别封盖于内、外管的两端面上，并在其中一封盖上留有冲液孔；

C.通过充液孔向内、外管之间充填工质，并封堵冲液孔；

D.加工齿型钢带，按一定螺距均匀缠绕在外管表面，并通过高频电流焊接，形成管外的齿型螺旋翅片；

E.对外管外壁及翅片进行防腐处理。

在步骤E中，所述的防腐处理采用热浸渗铝工艺，具体包括以下步骤：

E1.化学除油；

E2.酸洗除锈；

E3.溶剂助镀；

E4.干燥；

E5.热浸渗铝；

E6.冷却；

E7.扩散。

所述的热浸渗铝的铝液成份如下：Al≥95％、Si≤2.0％、Zn≤0.05％、Fe≤2.5％、Cu≤0.05％、Mn≤0.05％、B≤0.01％、其余杂质含量≤0.15％。

所述的热浸渗铝的温度控制在710～730℃范围内，热浸渗铝的时间为6～8min。

所述的扩散步骤中的扩散炉温度控制在850～880℃，扩散时间为3～5h。

在步骤A中，所述的内、外管的偏心度为14°～18°，偏心距为0.24～0.31R，R为外管半径；内、外管的直径比为0.4～0.5。

在步骤C中，所述的内、外管之间工质的充液率为70％～75％。

在步骤D中，所述的齿型螺旋翅片的齿高为翅高的0.5～0.65，齿宽为4～6mm，翅片高度为外管直径的0.2～0.25，翅片螺旋间距为12～15mm，翅片厚度为1～1.5mm。

在上述技术方案中，本发明的干熄焦预热器径向换热管的加工方法包括内、外管偏心设置，封装工质、翅片焊接、防腐处理等步骤，通过偏心设置及焊接翅片，能够有效提高换热管的径向换热效率，并提高工质的充液率，从而可实现采用少量的换热管，就能够满足干熄焦二次降温的换热需求，适合应用于干熄焦二次降温改造的紧凑型预热器。另外，通过防腐处理，能够提高换热管的耐磨、耐蚀、抗氧化性能，延长其使用寿命。

附图说明

图1是现有技术的干熄焦工艺原理图；

图2是现有技术的干熄焦预热器的结构图；

图3是现有技术的同心径向换热管的轴向剖视图；

图4是现有技术的同心径向换热管的径向剖视图；

图5是径向换热管的径向换热原理图；

图6是本发明的加工方法的流程框图；

图7是本发明的偏心换热管的轴向剖视图；

图8是本发明的偏心换热管的径向剖视图；

图9是本发明的防腐处理的工艺流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图6～图8所示，本发明的干熄焦预热器径向换热管22的加工方法包括以下几个具体步骤：

该干熄焦预热器径向换热管22的加工方法，包括以下具体步骤：

A.选取内管221和外管222，并将内、外管221、222呈偏心状相套接；在步骤A中，内管221和外管222均可选用型号为20G(GB/5310国标钢号)的钢管，经过多少反复试验和计算，采用以下设计效果较佳，即：内、外管221、222的直径比为0.4～0.5，并且内、外管221、222的偏心度为14°～18°，偏心距为0.24～0.31R，R为外管222半径。如此设计，能够使换热管22在相同加热条件下、冷凝面积比相同的情况下，其最佳充液率大于同心的径向热管，因而对热流密度变化的响应更快，具有更好的调节壁温能力，从而能够有效提高传热、传热效率，同时又具有加工简单、可批量生产等优点。

B.将两端盖分别封盖于内、外管221、222的两端面上，从而在内、外管221、222之间形成一个密封的工质腔，并在其中一封盖上留有冲液孔。

C.通过充液孔向内、外管221、222之间充填工质223，并封堵冲液孔。在步骤C中，由于采用了偏心结构，所述的内、外管221、222之间工质223的充液率可达70％～75％。

D.加工齿型钢带，按一定螺距均匀缠绕在外管222表面，并通过高频电流焊接，形成管外的齿型螺旋翅片224。在步骤D中，具体焊接过程如下：将预先加工好的齿型钢带，按12～15mm的螺旋间距均匀平稳地缠绕在外管222外表面，与此同时，以高频电流作为焊接热源，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，对钢带和外管222外表面进行加热，使之达到熔化可焊状态，再施加一定压力下完成焊接。采用高频电流焊接与现有常用的镶嵌、钎焊等方式相比，翅片224的焊合率可高达95％，无论是在产品质量，还是生产率及自动化程度上，都更为先进。另外，焊接后所形成的齿型螺旋翅片224的齿高为翅高的0.5～0.65，齿宽为4～6mm，翅片224高度为外管222直径的0.2～0.25，翅片224厚度为1～1.5mm。如此翅片224设计，可进一步提高对流传热系数，使得翅片224表面上的锯齿形结构不仅具有扰动气流、阻止边界层发展的作用，而且还能使流经它的气流产生局部涡流，将流动状态由层流提前过渡到湍流，使翅片224表面的传热得以增强，换热效果比无齿形的翅片更佳。

E.由于径向换热管22安装于预热器内，其工作环境较为恶劣，经常会受高温烟气的影响而引发管壁积灰、腐蚀及磨损现象。因此，最后，还需要对外管222外壁及翅片进行防腐处理。请结合图9所示，在步骤E中，所述的防腐处理可采用热浸渗铝工艺，主要包括：化学除油、酸洗除锈、溶剂助镀、干燥、热浸渗铝、冷却和扩散等步骤。其中，所述的热浸渗铝所采用的铝液成份如下：Al≥95％、Si≤2.0％、Zn≤0.05％、Fe≤2.5％、Cu≤0.05％、Mn≤0.05％、B≤0.01％、其余杂质含量≤0.15％。所述的热浸渗铝的温度控制在710～730℃范围内，热浸渗铝的时间为6～8min。而所述的扩散步骤中的扩散炉温度控制在850～880℃，扩散时间为3～5h。经过如此处理后的20G换热管，渗铝层平均厚度≥0.40mm，显微硬度值Hv可达600～800，大大提高了耐磨、耐蚀、抗氧化性能，其渗层硬度接近马氏体钢，耐蚀性与1Cr18Ni9Ti不锈钢相当，有效延长了其使用寿命，减少了检修成本，保证了干熄焦系统的连续生产。

综上所述，采用本发明的干熄焦预热器径向换热管的加工方法具有加工简单、方便，所加工出的换热管具有换热效果佳、耐磨、耐蚀、抗氧化性能好、使用寿命长等优点。经试验，与现有技术相比，同样的换热需求，采用该径向换热管能够使预热器的体积减小30％～40％，而换热管的使用量仅需200多根，原小于现有圆柱形或长方体形预热器所需的数千跟同心换热管的使用量。另外，使用该换热管的预热器能够将循环气体温度从138℃降到110℃，单台干熄焦处理能力提高5％以上，每年多产焦炭24720吨，增产效益达到296万元，并且可使内管221的冷却水温度从36℃上升降到54℃，降低了热力除氧的蒸汽消耗，节能降耗达348万元/年。因此，对于现有的干熄焦装置的烟气二次降温改造十分有利，能够以最大限度地降低企业成本，提高干熄焦生产效率。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种干熄焦预热器径向换热管的加工方法，其特征在于，

包括以下具体步骤：

A.选取内管和外管，并将内、外管呈偏心状相套接；

B.将两端盖分别封盖于内、外管的两端面上，并在其中一封盖上留有冲液孔；

C.通过充液孔向内、外管之间充填工质，并封堵冲液孔；

D.加工齿型钢带，按一定螺距均匀缠绕在外管表面，并通过高频电流焊接，形成管外的齿型螺旋翅片；

E.对外管外壁及翅片进行防腐处理。

2.如权利要求1所述的干熄焦预热器径向换热管的加工方法，其特征在于，

在步骤E中，所述的防腐处理采用热浸渗铝工艺，具体包括以下步骤：

E1.化学除油；

E2.酸洗除锈；

E3.溶剂助镀；

E4.干燥；

E5.热浸渗铝；

E6.冷却；

E7.扩散。

3.如权利要求2所述的干熄焦预热器径向换热管的加工方法，其特征在于，

所述的热浸渗铝的铝液成份如下：Al≥95％、Si≤2.0％、Zn≤0.05％、Fe≤2.5％、Cu≤0.05％、Mn≤0.05％、B≤0.01％、其余杂质含量≤0.15％。

4.如权利要求3所述的干熄焦预热器径向换热管的加工方法，其特征在于：

所述的热浸渗铝的温度控制在710～730℃范围内，热浸渗铝的时间为6～8min。

5.如权利要求2所述的干熄焦预热器径向换热管的加工方法，其特征在于：

所述的扩散步骤中的扩散炉温度控制在850～880℃，扩散时间为3～5h。

6.如权利要求1所述的干熄焦预热器径向换热管的加工方法，其特征在于：

在步骤A中，所述的内、外管的偏心度为14°～18°，偏心距为0.24～0.31R，R为外管半径；内、外管的直径比为0.4～0.5。

7.如权利要求1所述的干熄焦预热器径向换热管的加工方法，其特征在于：

在步骤C中，所述的内、外管之间工质的充液率为70％～75％。

8.如权利要求1所述的干熄焦预热器径向换热管的加工方法，其特征在于：

在步骤D中，所述的齿型螺旋翅片的齿高为翅高的0.5～0.65，齿宽为4～6mm，翅片高度为外管直径的0.2～0.25，翅片螺旋间距为12～15mm，翅片厚度为1～1.5mm。

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