CN106705729A - 一种焦炉荒煤气上升管换热装置 - Google Patents

一种焦炉荒煤气上升管换热装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种焦炉荒煤气上升管换热装置，包括筒体、设置于筒体下端的换热介质进口管道和设置于筒体上端的换热介质出口管道，所述筒体由内至外依次包括内筒、夹套筒和外筒，所述内筒和夹套筒之间形成内夹层，所述夹套筒和外筒之间形成外夹层，换热介质在下环形折流板的导引下沿上升管换热装置底部流动一周，再流入下环形折流板上侧的内夹层内，使上升管换热装置底部换热均匀没有换热介质滞留点，使上升管换热装置底部热应力分布均匀，不易因热应力破坏，通过上环形折流板使得上环形折流板上侧的蒸汽比下侧的蒸汽更容易排出，防止上升管换热装置顶部的蒸汽滞留，造成上升管换热装置顶部结构局部过热，产生热应力对上升管换热装置造成破坏。

Description

一种焦炉荒煤气上升管换热装置
技术领域
本发明涉及换热装置的技术领域，尤其涉及一种焦炉荒煤气上升管换热装置。
背景技术
炼焦生产过程中有着大量的余热、余能资源，焦炉热支出绝大部分都是可利用的余热，其中：焦炭显热占37％～40％，废气显热占18％～20％，荒煤气显热占30％～35％，三项余热合计占90％左右，即占焦化生产能耗的近70％，不管对于焦化企业还是余热回收设备制造企业，焦炉荒煤气余热回收都是值得关注和投入的方向，具有广阔的市场前景。目前绝大部分焦炉采用喷洒氨水的方式对荒煤气进行冷却，在将600～750℃的荒煤气冷却至80～100℃的同时，产生了大量80℃左右的氨水，致使荒煤气中大量的中温余热被白白浪费掉，而且消耗了大量氨水和电能。为回收荒煤气显热，国内外相继发展了上升管汽化水夹套、分离式热管、上升管导热油夹套、上升管内填充导热介质与盘管换热等技术。上升管汽化水夹套技术在使用中出现了夹套焊缝破裂导致水漏入炭化室的问题，而且受安全限制所产蒸汽参数较低；分离式热管技术结构复杂，需在多处斜穿上升管内壁，推广受到限制；起源于日本的上升管导热油夹套技术存在长期高温下导热油变质影响传热的问题，而且其使用温度受到限制，通常其工作温度不超过400℃；近几年部分焦化企业开发了在上升管内外筒之间填充粉末状导热介质(如氮化铝)，将上升管内筒导入的荒煤气显热由导热介质传给其间盘管中的给水产生饱和蒸气的技术，该技术构思新颖，但由于导热介质粉末与内筒和盘管之间接触热阻很大，其换热效果受到影响，试验中出现上升管根部因冷却不够而焊缝开裂，荒煤气直接进入上升管内外筒之间烧坏盘管的现象。另外，现有的荒煤气显热回收技术最常出现的还有根部结焦问题，影响受热面换热，严重时甚至堵塞荒煤气通道。焦炉出来的荒煤气温度约为750℃左右，所带出的热量相当于焦炉炼焦消耗的总热量的33～35﹪，为便于后工序的净化与处理，现有技术中通常的做法是：喷洒循环氨水与荒煤气直接接触，靠循环氨水大量汽化，使荒煤气急剧降温至80～83℃送到后续的煤气精制系统。现有技术的上述过程中高温荒煤气的热量转化为无用的低温水蒸汽(约为80℃左右)并需要大量的循环水进行冷却，存在的缺陷是，既浪费了高温荒煤气的热量，又消耗了大量的水资源。目前，现有技术的焦炉上升管换热装置，其结构复杂，换热效果不佳，不能有效地回收荒煤气的余热，导致能源浪费现象严重，并且在上升管换热装置的换热介质进口和换热介质出口处会出现换热介质滞留，容易出现结构局部过热，而产生热应力将上升管换热装置破坏。
发明内容
有鉴于此，本发明所解决的技术问题在于提供一种焦炉荒煤气上升管换热装置，即保证了换热效果，安全、有效、可靠地回收荒煤气的余热，又避免换热介质在进口和出口处出现的滞留，避免热应力破坏。
本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：
一种焦炉荒煤气上升管换热装置，包括筒体、设置于所述筒体下端的换热介质进口管道和设置于所述筒体上端的换热介质出口管道，所述筒体由内至外依次包括内筒、夹套筒和外筒，所述内筒和夹套筒之间形成可通入换热介质的内夹层，所述夹套筒和外筒之间形成外夹层，所述外夹层为隔热层；所述换热介质进口管道和换热介质出口管道均与所述内夹层相连通，所述换热介质出口管道与所述内夹层相连接处设有上环形折流板，所述上环形折流板为管状半椭圆环形结构，上环形折流板的一侧与所述内筒连接，另一侧不与所述夹套筒接触；所述换热介质进口管道与所述内夹层相连接处设有下环形折流板，所述下环形折流板的一端为管状半圆环，下环形折流板与所述内筒和夹套筒的表面垂直，下环形折流板的另一端为环绕内筒分布的挡板；该上升管换热装置的中间部分还设置有膨胀节。
进一步地，所述内筒的内壁上设置有耐温耐磨层，所述夹套筒的外壁上设置有隔热涂层。
进一步地，该上升管换热装置的上下两端分别设有上连接法兰和下连接法兰，所述上连接法兰和下连接法兰处分别设有焦炉荒煤气出口和焦炉荒煤气入口。
在一个具体的实施方式中，所述上环形折流板的开口朝上，使上环形折流板上侧的蒸汽比下侧的蒸汽更容易排出。
进一步地，所述下环形折流板的两侧分别与所述内筒和夹套筒相连接，下环形折流板的环形长度小于所述内桶的外圆周周长的一半，从换热介质进口管道进入的换热介质在所述下环形折流板的导引下沿上升管换热装置底部流动一周，再流入下环形折流板上侧的内夹层内，使上升管换热装置底部换热均匀没有换热介质滞留点。
优选地，所述内筒与夹套筒之间的内夹层顶部通过圆弧顶连接，所述圆弧顶的最高点对应于所述换热介质出口管道，所述圆弧顶两侧的最低点以所述换热介质出口管道为中心线对称设置，使聚集在内夹层顶部的蒸汽流向换热介质出口管道。
优选地，与所述下环形折流板连接的夹套筒的外壁设置有弧形膨胀节，所述弧形膨胀节向外筒方向偏移。
在一个具体的实施方式中，所述换热介质进口管道与所述内夹层相切设置，所述换热介质出口管道与所述内夹层垂直设置。
进一步地，所述耐温耐磨层由合金钢或耐火砖或耐火陶瓷制成。
与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有如下有益效果：
本发明的焦炉荒煤气上升管换热装置利用荒煤气自下而上的流动，换热介质的方向与荒煤气的流动方向一致，换热介质通过换热介质进口管道进入到内筒和夹套筒之间的内夹层，在下环形折流板的导引下沿上升管换热装置底部流动一周，再流入下环形折流板上侧的内夹层内，使上升管换热装置底部换热均匀没有换热介质滞留点，使上升管换热装置底部热应力分布均匀，不易因热应力破坏；经热交换后的换热介质一部分转换为蒸汽聚集在上升管换热装置的顶部，从换热介质出口管道排出，通过上环形折流板使得上环形折流板上侧的蒸汽比下侧的蒸汽更容易排出，防止上升管换热装置顶部的蒸汽滞留，造成上升管换热装置顶部结构局部过热，产生热应力对上升管换热装置造成破坏，并且在内筒与夹套筒之间的内夹层顶部设置圆弧顶，使聚集在内夹层顶部的蒸汽流向换热介质出口管道，使蒸汽更易排出。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明优选实施例的焦炉荒煤气上升管换热装置的结构示意图。
图2为图1中的A-A剖视图(省略上连接法兰)。
图3为图2中的C-C旋转剖视图。
图4为图1中的B-B剖视图(省略下连接法兰)。
图5为图4中的D-D旋转剖视图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
如图1-5所示，本发明实施例提供的一种焦炉荒煤气上升管换热装置，包括筒体10、设置于所述筒体10下端的换热介质进口管道11和设置于所述筒体10上端的换热介质出口管道12，所述筒体10由内至外依次包括内筒20、夹套筒30和外筒40，所述内筒20和夹套筒30之间形成可通入换热介质的内夹层，所述夹套筒30和外筒40之间形成外夹层，所述换热介质进口管道11与所述内夹层相切设置，所述换热介质出口管道12与所述内夹层垂直设置。所述外夹层为隔热层，所述换热介质进口管道11和换热介质出口管道12均与所述内夹层相连通。本发明中的上升管换热装置的上下两端分别设有上连接法兰13和下连接法兰14，所述上连接法兰13和下连接法兰14处分别设有焦炉荒煤气出口和焦炉荒煤气入口，焦炉荒煤气从下连接法兰14的焦炉荒煤气入口进入，焦炉荒煤气将热量通过内筒20传给内夹层中的换热介质，换热介质受热蒸发产生蒸汽或被加热成过热蒸汽，然后从换热介质出口管道12流出，工作时高温焦炉荒煤气流进入上升管换热装置的内筒20内，在向上流动的同时与内夹层内的换热介质换热，最后从焦炉荒煤气出口流出内筒20，吸收荒煤气余热的换热介质吸收热量后通过换热介质出口管道12进入下一工序。
本发明的换热介质出口管道12与所述内夹层相连接处设有上环形折流板50，所述上环形折流板50为管状半椭圆环形结构，上环形折流板50的一侧与所述内筒20连接，另一侧不与所述夹套筒30接触，上升管换热装置升温后，上环形折流板50吸热升温后膨胀，而上环形折流板50不接触夹套筒30，避免夹套筒30被顶破。另外，上环形折流板50的开口朝上，换热介质从换热介质进口管道11沿筒体10的切线方向进入内筒20与夹套筒30之间的内夹层后吸收热量，一部分转换为蒸汽聚集在上升管换热装置的顶部，从换热介质出口管道12排出，上环形折流板50的开口朝上，使上环形折流板50上侧的蒸汽比下侧的蒸汽更容易排出，防止上升管换热装置顶部的蒸汽滞留，造成上升管换热装置顶部结构局部过热，产生热应力对上升管换热装置造成破坏。
本发明的换热介质进口管道11与所述内夹层相连接处设有下环形折流板60，所述下环形折流板60的一端为管状半圆环61，下环形折流板60与所述内筒20和夹套筒30的表面垂直，下环形折流板60的另一端为环绕内筒分布的挡板62，进一步地，所述下环形折流板60的两侧分别与所述内筒20和夹套筒30相连接，下环形折流板60的环形长度小于所述内桶20的外圆周周长的一半，换热介质从换热介质进口管道11沿筒体10的切线方向进入内筒20与夹套筒30之间的内夹层，从换热介质进口管道11进入的换热介质在所述下环形折流板60的导引下沿上升管换热装置底部流动一周，再流入下环形折流板60上侧的内夹层内，使上升管换热装置底部换热均匀没有换热介质滞留点，使上升管换热装置底部热应力分布均匀，不易因热应力破坏，下环形折流板60与换热介质进入上升管换热装置的方向一致，不易被冲刷脱落，管状半圆环61不与筒体10的底部接触，使管状半圆环61背面的换热介质能在换热介质流的吸力带动下流入管状半圆环61内侧，换热无死角。
另外，为了避免焦炉荒煤气上升管换热装置因热胀冷缩而引起的变形，防止了装置的泄漏，本发明的上升管换热装置的中间部分还设置有膨胀节70。并且，与所述下环形折流板60连接的夹套筒30的外壁设置有弧形膨胀节，上升管换热装置升温后，弧形膨胀节向外筒40方向偏移，吸收环下环形折流板60升温后的热应力，避免夹套筒30被顶破。
如图3所示，所述内筒20与夹套筒30之间的内夹层顶部通过圆弧顶80连接，所述圆弧顶80的最高点对应于所述换热介质出口管道12，所述圆弧顶80两侧的最低点以所述换热介质出口管道为中心线对称设置，使聚集在内夹层顶部的蒸汽流向换热介质出口管道12。
进一步地，所述内筒20的内壁上设置有耐温耐磨层，所述夹套筒30的外壁上设置有隔热涂层，优选地，所述耐温耐磨层由合金钢或耐火砖或耐火陶瓷制成，在上升管换热装置的夹套筒30的外壁上设置隔热涂层，通过隔热涂层隔开夹套筒30与荒煤气的接触，避免了荒煤气和外筒40接触传热，从而确保上升管换热装置安全运行，耐温耐磨层由纳米陶瓷材料制成，但是不限于此，耐温耐磨层经高温加工与内筒20的内壁紧密结合在一起，两者热膨胀系数相近，在温度骤变的情况下不会开裂，确保内筒20可承受高温、高压。
本发明的焦炉荒煤气上升管换热装置利用荒煤气自下而上的流动，换热介质的方向与荒煤气的流动方向一致，换热介质通过换热介质进口管道11进入到内筒20和夹套筒30之间的内夹层，在下环形折流板60的导引下沿上升管换热装置底部流动一周，再流入下环形折流板60上侧的内夹层内，使上升管换热装置底部换热均匀没有换热介质滞留点，使上升管换热装置底部热应力分布均匀，不易因热应力破坏；经热交换后的换热介质一部分转换为蒸汽聚集在上升管换热装置的顶部，从换热介质出口管道12排出，通过上环形折流板50使得上环形折流板50上侧的蒸汽比下侧的蒸汽更容易排出，防止上升管换热装置顶部的蒸汽滞留，造成上升管换热装置顶部结构局部过热，产生热应力对上升管换热装置造成破坏，并且在内筒20与夹套筒30之间的内夹层顶部设置圆弧顶80，使聚集在内夹层顶部的蒸汽流向换热介质出口管道12，使蒸汽更易排出。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种焦炉荒煤气上升管换热装置，其特征在于，包括筒体、设置于所述筒体下端的换热介质进口管道和设置于所述筒体上端的换热介质出口管道，所述筒体由内至外依次包括内筒、夹套筒和外筒，所述内筒和夹套筒之间形成可通入换热介质的内夹层，所述夹套筒和外筒之间形成外夹层，所述外夹层为隔热层；
所述换热介质进口管道和换热介质出口管道均与所述内夹层相连通；
所述换热介质出口管道与所述内夹层相连接处设有上环形折流板，所述上环形折流板为管状半椭圆环形结构，上环形折流板的一侧与所述内筒连接，另一侧不与所述夹套筒接触；
所述换热介质进口管道与所述内夹层相连接处设有下环形折流板，所述下环形折流板的一端为管状半圆环，下环形折流板与所述内筒和夹套筒的表面垂直，下环形折流板的另一端为环绕内筒分布的挡板。
2.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气上升管换热装置，其特征在于：所述内筒的内壁上设置有耐温耐磨层，所述夹套筒的外壁上设置有隔热涂层。
3.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气上升管换热装置，其特征在于：该上升管换热装置的上下两端分别设有上连接法兰和下连接法兰，所述上连接法兰和下连接法兰处分别设有焦炉荒煤气出口和焦炉荒煤气入口。
4.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气上升管换热装置，其特征在于，所述上环形折流板的开口朝上。
5.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气上升管换热装置，其特征在于，所述下环形折流板的两侧分别与所述内筒和夹套筒相连接，下环形折流板的环形长度小于所述内桶的外圆周周长的一半，从换热介质进口管道进入的换热介质在所述下环形折流板的导引下沿上升管换热装置底部流动一周，再流入下环形折流板上侧的内夹层内。
6.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气上升管换热装置，其特征在于，所述内筒与夹套筒之间的内夹层顶部通过圆弧顶连接，所述圆弧顶的最高点对应于所述换热介质出口管道。
7.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气上升管换热装置，其特征在于，该上升管换热装置的中间部分还设置有膨胀节；
与所述下环形折流板连接的夹套筒的外壁设置有弧形膨胀节。
8.根据权利要求1所述的焦炉荒煤气上升管换热装置，其特征在于，所述换热介质进口管道与所述内夹层相切设置，所述换热介质出口管道与所述内夹层垂直设置。
9.根据权利要求2所述的焦炉荒煤气上升管换热装置，其特征在于，所述耐温耐磨层由合金钢或耐火砖或耐火陶瓷制成。
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