CN103695587A - 一种组合式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种组合式换热器，特别涉及现代高炉生产中高风温热风炉烟气余热回收系统中的一种组合式换热器。组合式换热器包括串接贯通设置的低温换热单元和高温换热单元，低温换热单元和高温换热单元内均穿设有烟气管道和煤气管道，在烟气管道位于高温换热单元的一侧设有烟气进口，在煤气管道位于低温换热单元的一侧设有煤气进口，烟气管道内烟气的流通方向为高温烟气自高温换热单元流向低温换热单元，煤气管道内煤气的流通方向为低温煤气自低温换热单元流向高温换热单元。本发明为既能提高换热效率，又能延长设备寿命，节约成本且安装方便，占地面积少的组合式换热器。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热器，特别涉及现代高炉生产中高风温热风炉烟气余热回收系统中的一种组合式换热器。
背景技术
热风炉烟气余热回收系统主要是利用热风炉产生的烟气将要进入热风炉的煤气进行预热的换热系统。目前，热风炉烟气余热回收系统使用的换热器主要有两种：热管式换热器和板式换热器。
热管式换热器温度范围与热风炉工况条件相适应，投资较少，一般能将煤气预热到180℃左右。但热管式换热器的热管容易失效、寿命短、热效率低，温度过高时会引起爆管。
板式换热器能将煤气预热到较高的温度（200℃以上），传热系数高，耐磨蚀，过载能力强，寿命比热管换热器长；但在相同的烟气和煤气条件下，板式换热器的阻力损失比较大，设备投资高，低温段易被煤气中的Cl-1腐蚀，造成设备破损，进而导致煤气泄漏，严重时可以引起煤气爆炸。也有一些板式换热器采用耐高温及耐腐蚀的材料制造，但上述既耐高温又耐腐蚀的材料十分昂贵，导致板式换热器的成本很高，缺少经济性，并不能大范围推广使用。
如果将上述两种换热器简单的串联布置于工程中，需要增加一套阀门、连接管及仪表监测等设施，其安装复杂，不但增加了设备的占地面积、也增加了设备中气体流动的阻力，导致热量的损失更大，不能起到积极效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能提高换热效率，又能延长设备寿命，节约成本且安装方便，占地面积少的组合式换热器。
为达到上述目的，本发明提出一种组合式换热器，其中，所述组合式换热器包括串接且贯通设置的低温换热单元和高温换热单元，所述低温换热单元和所述高温换热单元内均穿设有烟气管道和煤气管道，在所述烟气管道位于所述高温换热单元的一侧设有烟气进口，在所述煤气管道位于所述低温换热单元的一侧设有煤气进口，所述烟气管道内烟气的流通方向为高温烟气自所述高温换热单元流向所述低温换热单元，所述煤气管道内煤气的流通方向为低温煤气自所述低温换热单元流向所述高温换热单元。
如上所述的组合式换热器，其中，所述煤气管道包括：
煤气管道低温段，设置在所述低温换热单元内；
煤气管道高温段，设置在所述高温换热单元内；
煤气管道连接段，连接所述煤气管道高温段和所述煤气管道低温段。
如上所述的组合式换热器，其中，所述烟气管道呈水平方向设置且贯穿所述低温换热单元和所述高温换热单元。
如上所述的组合式换热器，其中，在所述低温换热单元内，所述煤气管道低温段平行设置于所述烟气管道的上方。
如上所述的组合式换热器，其中，在所述高温换热单元内，所述煤气管道高温段呈弯折状设置，且所述煤气管道高温段的进口和出口均设置在所述高温换热单元的上部。
如上所述的组合式换热器，其中，所述煤气管道位于所述高温换热单元的一侧设置有煤气出口，所述煤气进口和所述煤气出口均连接有变径管。
如上所述的组合式换热器，其中，所述煤气进口沿水平方向开设且与其连接的所述变径管呈水平方向设置，所述煤气出口沿竖直方向开设且与其连接的所述变径管呈竖直方向设置。
如上所述的组合式换热器，其中，连接于所述煤气进口的所述变径管上和所述煤气管道连接段上均设置有煤气放散管。
如上所述的组合式换热器，其中，所述烟气管道位于所述低温换热单元的一侧设有烟气出口，所述烟气进口和所述烟气出口均连接有变径管。
如上所述的组合式换热器，其中，所述低温换热单元为碳钢低温换热单元，所述高温换热单元为不锈钢高温换热单元。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
1、本发明提出的组合式换热器，煤气的温度在进入高温换热单元前的温度已高于“露点”温度，避免了煤气中的“Cl-1”对高温换热单元的腐蚀，进而高温换热单元仅选用耐高温材料制造即可，低温换热单元选用耐腐蚀材料即可，根据不同阶段气体工作参数的差异，在设备中选用了不同的换热单元，既能克服高温换热单元的材料耐高温的问题，又能克服低温换热单元的材料耐腐蚀的问题，增加设备的使用寿命的同时又大大节约了生产的成本。
2、本发明提出的组合式换热器，其高温换热单元能将煤气加热至200℃以上，有利于提高热风炉的理论燃烧温度，从而提高了入炉风温，降低了炼铁的耗能。
3、本发明提出的组合式换热器，其高温换热单元和低温换热单元串联设置而组合成一个整体设备，其气体阻力小，大大提高了换热的效率，其占地面积小，安装方面也十分方便。
4、本发明提出的组合式换热器，采用热风炉产生的烟气对煤气进行预热，在对煤气进行预热的同时也降低了烟气带走的热量，能够达到节能环保的目的。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明组合式换热器的结构示意图。
10-低温换热单元；20-高温换热单元；30-烟气管道；31-烟气进口；32-烟气出口；40-煤气管道；41-煤气管道低温段；42-煤气管道高温段；43-煤气管道连接段；44-煤气进口；45-煤气出口；46-煤气放散管；100-组合式换热器。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
请参考图1，为本发明组合式换热器的结构示意图。本发明提出的组合式换热器100利用热风炉产生的高温烟气预热煤气，如图1所示，组合式换热器100，包括串接且贯通设置的低温换热单元10和高温换热单元20，低温换热单元10能将煤气预热到“露点”温度（100～120℃）以上，高温换热单元20能将煤气预热到200℃以上，低温换热单元10和高温换热单元20内均穿设有烟气管道30和煤气管道40，在烟气管道30位于高温换热单元20的一侧设有烟气进口31，在煤气管道40位于低温换热单元10的一侧设有煤气进口44，烟气管道30内烟气的流通方向为高温烟气自高温换热单元20流向低温换热单元10，煤气管道40内煤气的流通方向为低温煤气自低温换热单元10流向高温换热单元20。
本发明的工作过程为，首先，需要预热的低温煤气经煤气进口44进入低温换热单元10，而热风炉产生的高温烟气首先经烟气进口31进入高温换热单元20，高温烟气在高温换热单元20中先进行一次换热而转变为低温烟气；该低温烟气进入低温换热单元10对其中的低温煤气进行第一次预热，低温煤气被预热到“露点”温度以上而转变为高温煤气；之后，温度在“露点”以上的高温煤气再进入高温换热单元20，并在高温换热单元20中由热风炉产生的高温烟气进行第二次预热被加热至200℃以上。由本发明的上述工作过程可知，煤气的温度在进入高温换热单元20前的温度已高于“露点”温度（100～120℃），避免了煤气中的“Cl-1”对高温换热单元的腐蚀，进而高温换热单元20仅选用耐高温材料制造即可，低温换热单元10选用耐腐蚀材料即可，这样，根据不同阶段气体工作参数的差异，在设备中选用了不同的换热单元，既能克服高温换热单元20的材料耐高温的问题，又能克服低温换热单元10的材料耐腐蚀的问题，增加设备的使用寿命的同时又大大节约了生产的成本。并且，高温换热单元20能将煤气加热至200℃以上，有利于提高热风炉的理论燃烧温度，从而提高了入炉风温，降低了炼铁的耗能。同时，由于高温换热单元20和低温换热单元10串联设置而组合成一个整体设备，其气体阻力小，大大提高了换热的效率，其占地面积小，安装也十分方便。最后，本发明采用热风炉产生的烟气对煤气进行预热，在对煤气进行预热的同时也降低了烟气带走的热量，能够达到节能环保的目的。
在本发明中，煤气管道40包括煤气管道低温段41、煤气管道高温段42和煤气管道连接段43。其中，煤气管道低温段41设置在低温换热单元10内，煤气管道高温段42设置在高温换热单元20内，煤气管道连接段43连接煤气管道高温段41和煤气管道低温段42。煤气管道连接段43为弯管状，以利于煤气的流动。本领域技术人员也可以将煤气管道连接段43设计成利于煤气流动的其他形状。
在本发明中，烟气管道30呈水平方向设置且贯穿低温换热单元10和高温换热单元20。上述结构符合烟气的流动特性，利于烟气在换热器100内的流动和热量交换。
进一步的，在低温换热单元10内，煤气管道低温段41平行设置于烟气管道30的上方。这样，既保证了煤气管道低温段41与烟气管道30有一定的接触面积进行热量交换，又能使煤气管道40和烟气管道30具有较小的气体阻力。同时，水平设置的煤气管道低温段41没有折弯，也能进一步避免水滴在其内壁上凝结，起到了一定的防腐蚀的作用。
进一步的，在高温换热单元20内，煤气管道高温段42呈弯折状设置，且煤气管道高温段42的进口和出口均设置在高温换热单元20的上部。这样便增加了煤气管道高温段42的流程长度以及煤气管道高温段42与烟气管道30的接触面积，实现了煤气在高温加热单元20内被充分加热，以保证经高温加热单元20加热后的煤气温度达到200℃以上，最终提高热风炉的燃烧温度，降低炼铁的能耗。
进一步的，煤气管道40位于高温换热单元20的一侧设置煤气出口45，烟气管道30位于低温换热单元10的一侧设有烟气出口32，煤气进口44和煤气出口45均连接有变径管；烟气进口31和烟气出口32也均连接有变径管；以便于煤气管道40和烟气管道30与其他管路的连接。
进一步的，煤气进口44沿水平方向开设而与煤气进口44连接的变径管也呈水平方向设置，煤气出口45（即煤气管道高温段42的出口）沿竖直方向开设而与煤气出口45连接的变径管呈竖直方向设置。
进一步的，连接于煤气进口44的变径管上和煤气管道连接段43上均设置有带有阀门的煤气放散管46，以便在特殊情况下将煤气排出。
在本发明中，低温换热单元10是由普通碳钢材料制造而成的碳钢低温换热单元，具有耐腐蚀性；高温换热单元20为由普通不锈钢材料制造而成的不锈钢高温换热单元，能够耐高温。
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。
Claims (10)
1.一种组合式换热器，其特征在于，所述组合式换热器包括串接且贯通设置的低温换热单元和高温换热单元，所述低温换热单元和所述高温换热单元内均穿设有烟气管道和煤气管道，在所述烟气管道位于所述高温换热单元的一侧设有烟气进口，在所述煤气管道位于所述低温换热单元的一侧设有煤气进口，所述烟气管道内烟气的流通方向为高温烟气自所述高温换热单元流向所述低温换热单元，所述煤气管道内煤气的流通方向为低温煤气自所述低温换热单元流向所述高温换热单元。
2.如权利要求1所述的组合式换热器，其特征在于，所述煤气管道包括：
煤气管道低温段，设置在所述低温换热单元内；
煤气管道高温段，设置在所述高温换热单元内；
煤气管道连接段，连接所述煤气管道高温段和所述煤气管道低温段。
3.如权利要求2所述的组合式换热器，其特征在于，所述烟气管道呈水平方向设置且贯穿所述低温换热单元和所述高温换热单元。
4.如权利要求3所述的组合式换热器，其特征在于，在所述低温换热单元内，所述煤气管道低温段平行设置于所述烟气管道的上方。
5.如权利要求2或3所述的组合式换热器，其特征在于，在所述高温换热单元内，所述煤气管道高温段呈弯折状设置，且所述煤气管道高温段的进口和出口均设置在所述高温换热单元的上部。
6.如权利要求2所述的组合式换热器，其特征在于，所述煤气管道位于所述高温换热单元的一侧设置有煤气出口，所述煤气进口和所述煤气出口均连接有变径管。
7.如权利要求6所述的组合式换热器，其特征在于，所述煤气进口沿水平方向开设且与其连接的所述变径管呈水平方向设置，所述煤气出口沿竖直方向开设且与其连接的所述变径管呈竖直方向设置。
8.如权利要求6或7所述的组合式换热器，其特征在于，连接于所述煤气进口的所述变径管上和所述煤气管道连接段上均设置有煤气放散管。
9.如权利要求3所述的组合式换热器，其特征在于，所述烟气管道位于所述低温换热单元的一侧设有烟气出口，所述烟气进口和所述烟气出口均连接有变径管。
10.如权利要求1所述的组合式换热器，其特征在于，所述低温换热单元为碳钢低温换热单元，所述高温换热单元为不锈钢高温换热单元。
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