CN105180667B - 一种异型水夹套荒煤气显热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型水夹套显热回收装置，包括一上升管换热器，所述上升管换热器进一步包括上升管内筒、上升管外筒、异型水夹套和水夹套隔板，上升管内筒内侧呈中空状，用于荒煤气流通；上升管外筒套设在上升管内筒外侧；异型水夹套环绕设置于上升管内筒与上升管外筒之间，通过水夹套隔板分隔成若干组垂直通道水夹套，每组垂直通道水夹套呈N型布置；若干组垂直通道水夹套首尾相连，其内部容置有换热介质，所述换热介质在每组所述垂直通道水夹套中上下来回形成N个行程，并通过所述上升管内筒与所述上升管内筒内部的荒煤气进行热交换。本发明通过加大整个换热装置的换热面积和延长换热介质的换热时间来进行荒煤气显热的有效回收。

Description

一种异型水夹套荒煤气显热回收装置

技术领域

本发明涉及一种水夹套荒煤气显热回收装置技术领域，尤其是涉及一种异型水夹套荒煤气显热回收装置。

背景技术

焦炉生产中主要有三大余热资源，分别是红焦显热，焦炉荒煤气显热和焦炉烟气余热，其中荒煤气余热占到了焦炉余热资源的30％以上，但一直未能得到充分利用。目前，国内外焦炉都是将碳化室干馏产生的高温荒煤气通过上升管，桥管将其导入集气管，并在荒煤气进入集气管前喷洒氨水，将荒煤气温度降到80℃以下，再通过管道送入化产回收系统，温度升高的氨水靠自然冷却和换热进行降温，大量清洁而高效的热能未得到利用，造成了巨大的资源浪费。

从焦炉碳化室出来进入上升管的荒煤气约700～800℃之间，未能得到很好的利用，导致能源浪费。上世纪七八十年代，一些企业采用上升管汽化冷却装置回收热量，该装置由外筒和内筒组成水夹套，并相应设有进水口，出汽口和排污口，在水夹套与荒煤气换热的内壁衬耐火砖。经检索发现，申请号为CN200910230821.3，名称为新型焦炉上升管余热利用装置的中国专利申请公开了一种余热利用装置。其由串联而成的多段利用装置组成，每段余热利用装置由外筒和内筒组成环形空腔，螺旋盘管的进水口和出水口穿过环形空腔与外界相连，环形空腔内填充导热介质：工作时，荒煤气从上升管下部进入上升管内，通过辐射换热将热量传递给上升管内筒之间的导热介质，导热介质再将热量传递给盘绕在其中的螺旋盘管水管。循环水由最上端的进水口依次进入串联的焦炉上升管余热利用转置后，部分或全部汽化，从最后一个出口进入汽包，实现余热回收利用。这些装置存在几点问题：

1.荒煤气中的杂质在冷热交替环境下，在水夹套根部易产生结焦，影响换热器正常工作；

2.水夹套受热应力和焊点等因素影响，使用时间久了会产生泄漏问题，严重时导致整个汽包里的水漏入碳化室，造成安全事故；

3.特殊情况下停水后再送水时，内筒受应力易发生变形，因此很多企业相继停止运行，拆除了该装置。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明旨在提供一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，从而在保证整个炼焦炉安全运行的情况下，通过对换热介质受热面采取新型的N型水夹套布置，实现荒煤气显热持续稳定有效的回收与利用。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，包括一上升管换热器，所述上升管换热器进一步包括上升管内筒、上升管外筒、异型水夹套和水夹套隔板，其中，

所述上升管内筒内侧呈中空状，用于荒煤气的流通；

所述上升管外筒套设在所述上升管内筒的外侧；

所述异型水夹套环绕设置于所述上升管内筒与上升管外筒之间，通过所述水夹套隔板分隔成若干组垂直通道水夹套，每组所述垂直通道水夹套呈N型布置；

若干组所述垂直通道水夹套首尾相连，其内部容置有换热介质，所述换热介质在每组所述垂直通道水夹套中上下来回形成N个行程，并通过所述上升管内筒与所述上升管内筒内部的荒煤气进行热交换。

较佳的，若干组所述垂直通道水夹套均匀设置于所述上升管内筒的外侧壁上。

较佳的，所述异型水夹套的上端环绕设置有一出口集箱，下端环绕设置有一进口集箱，每组所述垂直通道水夹套上下各设置有连接通道与所述出口集箱和进口集箱连通。

优选的，所述N个行程为奇数个行程。

优选的，当N为1时，所述奇数个行程为单行程，每组所述垂直通道水夹套呈I型布置，所述出口集箱和进口集箱直接设置在所述垂直通道水夹套上下两端。

较佳的，所述水夹套隔板与所述上升管内筒两者可组合形成一个整体，或直接一体形成。

较佳的，所述上升管内筒由耐腐蚀材料或复合金属材料制成。

较佳的，所述上升管内筒为无缝金属结构。

较佳的，所述上升管外筒由金属材料制成。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明提供的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，其中上升管换热器采用套筒式结构，此种结构整体性强、强度高，当荒煤气温度呈周期性变化时，垂直通道水夹套足够可靠，管壁不宜发生破裂造成换热介质的泄漏时，保证了焦炉碳化室的安全生产；

2.本发明提供的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，通过垂直通道水夹套的N型设计布置，不但可以有效扩大换热介质在显热回收装置中的总的换热面积，又能延长换热介质在整个显热回收装置中的总的换热时间，以此保证换热介质能得到充分的换热，实现了荒煤气显热的有效回收和利用；

3.本发明提供的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，通过在上升管内外筒之间设置若干组垂直通道水夹套，可用于降低荒煤气从上升管换热器的上端进入桥管时的温度，改善焦炉顶部作业环境，降低原有系统氨水、电力等消耗，实现了焦炉荒煤气显热持续稳定有效的回收和利用；

4.本发明提供的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，上升管内筒采用无缝金属结构设计，从而有效防止荒煤气对焊缝的直接接触腐蚀。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明一种异型水夹套荒煤气显热回收装置之结构示意图；

图2为本发明一种异型水夹套荒煤气显热回收装置之俯视图。

符号说明：1-上升管内筒；2-上升管外筒；3-垂直通道水夹套；4-进口集箱；5-出口集箱；6-出口；7-进口；8-上法兰；9-下法兰；10-水夹套隔板。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

针对传统的水夹套上升管荒煤气显热回收装置，只是简单的在上升管内外壁之间布置一层水夹套，这种布置设计不但换热面积有限，换热介质流速较快，不能很好的起到换热效果。本发明通过异型水夹套的形状设计布置，非常有效的扩大了换热介质在上升管换热器的换热面积，保证了异型水夹套中的换热介质与管道表面和焦炉荒煤气的充分换热，实现了焦炉荒煤气显热的有效回收和利用。

附图1为本发明一种异型水夹套荒煤气显热回收装置之结构示意图。具体的，公开了一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，包括一上升管换热器，所述上升管换热器进一步包括上升管内筒1、上升管外筒2、异型水夹套和水夹套隔板10，其中，

所述上升管内筒1内侧呈中空状，用于荒煤气的流通；

所述上升管外筒2套设在所述上升管内筒1的外侧；

所述异型水夹套环绕设置于所述上升管内筒1与上升管外筒2之间，通过所述水夹套隔板10分隔成若干组垂直通道水夹套3，每组所述垂直通道水夹套3呈N型布置，呈N型状依次连通并紧紧设置在所述上升管内筒1的外侧壁上，可有效减少换热热阻对换热的影响；所述水夹套隔板10可通过焊接等方式安装到所述上升管内筒1的外侧壁上，此处不作限制。

若干组所述垂直通道水夹套3依次首尾相连，其内部容置有换热工质，所述换热工质在每组所述垂直通道水夹套3中上下来回形成N个行程，N个行程为奇数个行程，并通过所述上升管内筒1与所述上升管内筒1内部的荒煤气进行热交换。换热介质可采用水等介质，此处不作限制。

通过所述垂直通道水夹套3呈N型设计布置，一来可以保证换热介质在所述垂直通道水夹套3中呈N型上来来回循环流通，这种设计相当于换热器中的翅片管的功能，不但可以有效扩大换热介质在显热回收装置中的总的换热面积，又能延长换热介质在整个显热回收装置中的总的换热时间，以此保证换热介质能得到充分的换热，且更有利于对荒煤气进行显热回收。二来可以在垂直通道水夹套3中任意一个垂直通道水夹套3管壁发生破裂造成换热介质的泄漏时，不会有大量的换热介质进入焦炉碳化室，对焦炉碳化室的安全不会造成什么影响。

优选实施例中，所述垂直通道水夹套3均匀位于所述上升管内筒1与外筒2之间，均匀的布置有利于上升管内筒1内部的焦炉荒煤气均匀地与垂直通道水夹套3内的换热介质进行充分换热。

本实施例中，所述上升管内筒1由防腐蚀材料或复合金属材料制成，且所述垂直通道水夹套3与所述上升管内筒1管壁之间采用无缝设计，以此防止上升管内筒1中流通的荒煤气的泄漏。即所述垂直通道水夹套3紧密且无间隙的设置在所述上升管内筒1的外侧壁上，以此确保垂直通道水夹套3和上升管内筒1管壁之间没有任何气体的填充，以此来减少空气热阻对显热回收的影响。此外，上升管内筒采用防腐蚀材料，能有效减少荒煤气中的腐蚀成分对内筒筒壁的腐蚀，延长整个设备的使用寿命。优选的，所述水夹套隔板10与所述上升管内筒1两者可组合形成一个整体，或直接一体形成。

优选实施例中，所述上升管内筒1采用无缝金属结构，从而有效防止荒煤气对焊缝的直接接触腐蚀。其中，上升管内筒1可采用开槽、锻造、扩径等方法来实现内筒无焊缝结构的形式，此处不作限制。

本实施例中，所述上升管外筒2由金属材料制成。

本实施例中，所述上升管换热器上端通过上法兰8与桥管连接，下端通过下法兰9与焦炉碳化室连接，所述异型水夹套的上端环绕设置有一出口集箱5，下端环绕设置有一进口集箱4，每组所述垂直通道水夹套3上下各设置有连接通道与所述出口集箱5和进口集箱4连通，所述出口集箱5和进口集箱4分别通过出口6和进口7与外部管路连接。当上下来回行程N＝1时，即所述奇数个行程为单行程，每组所述垂直通道水夹套3呈I型布置，所述出口集箱5和进口集箱4直接设置在所述垂直通道水夹套3上下两端。

进一步的，上述垂直通道水夹套3通过上升管换热器下端的进口7经进口集箱4呈N(N为奇数)型上下来回循环紧密均匀的设置在上升管内筒1的外侧壁上，布满整个内外筒之间的空间后，经出口集箱5后通过位于上升管换热器上端的出口6与外界连接。

本发明将上升管功能与换热器功能合二为一，一方面有效降低了荒煤气从上升管内筒1的上端进入桥管时的温度，减少了后续处理消耗的氨水、电力等；另一方面垂直通道水夹套3内的换热介质吸收热量，回收荒煤气的显热。

下面就本发明提供的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置的工作原理作进一步的说明，具体如下：

工作时，焦炉荒煤气从上升管换热器底部进入上升管内筒中，沿着上升管内筒向上流动，在上升管内筒中通过与N型垂直通道水夹套内的换热介质进行换热后进入桥管并进行下一步的利用。给水通过上升管外筒的进口经进口集箱进入垂直通道水夹套中的第一个垂直通道水夹套，吸收这个垂直通道水夹套对应部位的焦炉荒煤气的显热后，然后进入下一个垂直通道水夹套继续吸收焦炉荒煤气的显热，以此方式经过奇数个垂直通道水夹套后，最后经出口集箱通过出口将饱和蒸汽送入外部汽包并进行汽水分离后得到蒸汽进行下一步的利用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，包括一上升管换热器，其特征在于，所述上升管换热器进一步包括上升管内筒、上升管外筒、异型水夹套和水夹套隔板，其中，

所述上升管内筒内侧呈中空状,用于荒煤气的流通；

所述上升管外筒套设在所述上升管内筒的外侧；

所述异型水夹套环绕设置于所述上升管内筒与上升管外筒之间，通过所述水夹套隔板分隔成若干组垂直通道水夹套，每组所述垂直通道水夹套呈N型布置；

若干组所述垂直通道水夹套首尾相连，均匀设置于所述上升管内筒的外侧壁上，其内部容置有换热介质，所述换热介质在每组所述垂直通道水夹套中上下来回形成N个行程，并通过所述上升管内筒与所述上升管内筒内部的荒煤气进行热交换；

所述水夹套隔板与所述上升管内筒两者直接一体形成。

2.如权利要求1所述的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述上升管内筒由耐腐蚀材料制成。

3.如权利要求1所述的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述上升管内筒由复合金属材料制成。

4.如权利要求1所述的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述异型水夹套的上端环绕设置有一出口集箱，下端环绕设置有一进口集箱，每组所述垂直通道水夹套上下各设置有连接通道与所述出口集箱和进口集箱连通。

5.如权利要求4所述的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述N个行程为奇数个行程。

6.如权利要求5所述的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，其特征在于，当N为1时，所述奇数个行程为单行程，每组所述垂直通道水夹套呈I型布置，所述出口集箱和进口集箱直接设置在所述垂直通道水夹套上下两端。

7.如权利要求1所述的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述上升管内筒为无缝金属结构。

8.如权利要求1所述的一种异型水夹套荒煤气显热回收装置，其特征在于，所述上升管外筒由金属材料制成。