CN106767043B - 一种烟气冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气冷却装置，包括用于通入高温烟气的上管箱、用于通出冷却后烟气的下管箱、连通在上管箱和下管箱之间的换热管、设于上管箱和下管箱之间的换热机构；换热机构包括用于通入冷却水及通出换热后水蒸气的筒体、设于筒体中的折流机构、设于筒体下方的进水口、设于筒体上方的上部增速冷却机构；换热管穿设于筒体中；上部增速冷却机构包括设于上管箱下方的上部扩容筒、穿设于上部扩容筒中的与上部扩容筒间隙分布的上部增速筒、多个环设于上部扩容筒外侧周部的出气口，上部增速筒的下端与筒体的上端连通，上部扩容筒的下端固设于上部增速筒的外侧周部。本发明一种烟气冷却装置，换热效率高，安全系数高，装置使用寿命较长。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气冷却装置。
背景技术
在一些煤化工行业或其它的行业中，或者是后续加工行业，往往都有尾气需要处理。工艺上都是采用燃烧的方式来处理，以减少可燃物的排放，减少对大气的污染，同时还可以回收热量。现在对烟气冷却的形式有很多种，能够运行的高效率烟气冷却器却不多。在工程中经常遇到管板开裂的现象，烟气冷却器的使用寿命一般都在五至十年，有的甚至更短，有的甚至在开车阶段就发生泄漏和管板开裂问题。
烟气冷却器的壳程侧介质通常是水，用于换热产生蒸汽，管程侧通常为高温有毒的物料，一旦泄漏，危害十分严重。同时还有压力较高的场合、具有应力开裂的场合、或高温的场合、或含可燃物不太高的场合，原来一些用户都将尾气或这些高温的工艺气体直接用火炬烧掉，或直接排放到大气中，给环境带来严重的污染，目前国内一些行业也有采用烟气冷却器来回收热量，但是在结构上存在很多缺陷，例如管板焊缝开裂、换热效率低、运行效率低下等。
由于在煤化工、气化深加工、多晶硅、有机硅、涂料、煤化工后续精细化工、农药、有机中间体、石油炼化及食品等行业里都会有工艺废气产生，如何解决这些高温的废气，不光是企业自己的经济系统平衡问题，更是人类居住的环境问题，如何开发先进的烟气冷却装置是目前工程公司和国内制造厂都在努力研究的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟气冷却装置，换热效率高，安全系数高，装置使用寿命较长。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种烟气冷却装置，包括：
用于通入高温烟气的上管箱；
用于通出冷却后烟气的下管箱；
连通在所述上管箱和所述下管箱之间的用于通入通出烟气的换热管；
设于所述上管箱和所述下管箱之间的用于为所述换热管中的烟气进行换热的换热机构；
所述换热机构包括：
用于通入冷却水及通出换热后水蒸气的筒体，所述换热管穿设于所述筒体中；
设于所述筒体中的折流机构；
设于所述筒体下方的进水口；
设于所述筒体上方的上部增速冷却机构；
所述上部增速冷却机构包括：
设于所述上管箱下方的上部扩容筒；
穿设于所述上部扩容筒中的与所述上部扩容筒间隙分布的上部增速筒，所述上部增速筒的下端与所述筒体的上端连通，所述上部扩容筒的下端固设于所述上部增速筒的外侧周部；
多个环设于所述上部扩容筒外侧周部的出气口。
优选地，所述烟气冷却装置包括设于所述上管箱中的翻边向上的上管板，所述上管板与所述上部增速筒之间间隙分布。
更优选地，所述上管板下表面向下延伸形成延伸管，所述换热管的上端焊设于所述延伸管上。
优选地，所述烟气冷却装置包括设于所述筒体下方的下部增速冷却机构；
所述下部增速冷却机构包括：
设于所述下管箱上方的下部扩容筒；
穿设于所述下部扩容筒中的与所述下部扩容筒间隙分布的下部增速筒，所述下部增速筒的上端与所述筒体的下端连通，所述下部扩容筒的上端固设于所述下部增速筒的外侧周部；
所述进水口有多个，多个所述进水口环设于所述下部扩容筒的外侧周部。
更优选地，所述烟气冷却装置包括设于所述下管箱中的翻边向下的下管板，所述下管板与所述下部增速筒之间间隙分布。
更优选地，所述烟气冷却装置包括气包机构、用于连通所述气包机构与所述出气口的上升管、用于连通所述气包机构与所述进水口的下降管。
更进一步优选地，所述烟气冷却装置包括设于所述出气口和所述上升管之间的上部出气集箱、设于所述进水口和所述下降管之间的下部进水集箱。
更进一步优选地，所述上部出气集箱环设于所述上管箱的外侧周部。
更进一步优选地，所述下部进水集箱环设于所述下管箱的外侧周部。
优选地，所述折流机构包括多个沿竖直方向分布的设于所述筒体中的第一折流板、设于所述第一折流板上方的封堵所述筒体顶部的用于破碎所述筒体中上升气泡的第二折流板，所述第二折流板上开设有用于通出破碎后形成的小气泡的通孔。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种烟气冷却装置，通过设置上部增速冷却机构，可使壳程介质均匀、快速冲刷上管板，并使其迅速冷却，避免了管板处换热死角及局部高温的形成，保护了上管板与换热管接头焊缝，强化了传热，延长了上管板的使用寿命；通过设置第二折流板，可破碎蒸汽上升过程中形成的汽泡，避免了折流板下面富集形成大汽泡影响传热，使气-气换热模式转变为气-液换热，从而极大程度上强化了传热，提高了换热系数，增强了换热效果。
附图说明
附图1为本发明装置的结构示意图；
附图2为第二折流板的结构示意图；
附图3为上部增速冷却机构与上管箱的连接结构示意图；
附图4为上管板与换热管的连接示意图。
其中：1、上管箱；2、下管箱；3、换热管；4、筒体；5、进水口；6、上部增速冷却机构；61、上部扩容筒；62、上部增速筒；7、出气口；8、上管板；81、延伸管；9、下部增速冷却机构；91、下部扩容筒；92、下部增速筒；10、下管板；11、气包机构；12、上升管；13、下降管；14、上部出气集箱；15、下部进水集箱；16、第一折流板；17、第二折流板；171、通孔。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
参见图1-4所示，上述一种烟气冷却装置，用于对高温烟气进行换热降温。
该烟气冷却装置包括用于通入高温烟气的上管箱1、用于通出冷却后烟气的下管箱2、连通在上管箱1和下管箱2之间的用于通入通出烟气的换热管3；该换热管3沿竖直方向分布。
该烟气冷却装置还包括设于上管箱1和下管箱2之间的用于为换热管3中的烟气进行换热的换热机构；该换热机构包括用于通入冷却水及通出换热后水蒸气的筒体4，该筒体4也沿竖直方向分布，该换热管3穿设于该筒体4中。
该烟气冷却装置还包括设于筒体4上方的上部增速冷却机构6；该上部增速冷却机构6包括设于上管箱1下方的上部扩容筒61、穿设于上部扩容筒61中的与上部扩容筒61间隙分布的上部增速筒62，上部增速筒62的下端与筒体4的上端焊接，上部扩容筒61的下端焊设于上部增速筒62的外侧周部，上部扩容筒61的上端焊设于上管箱1底部。上部扩容筒61外侧周部间隔均匀的环设有多个用于出气的出气口7。
上部扩容筒61扩容后会导致壳程内介质流速降低，影响换热，而上部增速筒62的设置则消除了扩容的影响，保证了壳程介质（蒸汽）流速不降低。而在上部扩容筒61外侧周部间隔均匀的开设多个出气口7，可使壳程介质通过上部增速筒62和上管板8之间的间隙时向上均匀、快速冲刷的上管板8，并使其迅速冷却，避免了上管板8处换热死角及局部高温的形成，保护了上管板8与换热管3接头焊缝，强化了传热，延长了上管板8的使用寿命。
传统冷却器多为单一蒸汽出口结构，容易使壳程介质在上管板8处聚集，形成气-气换热模式，使传热系数降低，影响传热，严重时造成上管板8高温，导致上管板8与换热管3接头焊缝因超温开裂，对设备的运行产生安全隐患。通过设置上部增速冷却机构6和多个出气口7解决了这一技术弊端。
该烟气冷却装置包括设于上管箱1中的翻边向上的上管板8，上管板8与上部增速筒62之间间隙分布。该间隙宽度由壳程介质流量的大小确定，该宽度能够确保壳程介质高速通过间隙，并能高速冲刷上管板8，以便快速冷却上管板8。
上管板8采用翻边向上的连接结构与筒体4连接，该结构与传统连接方式正好相反。传统的连接方式是上管板8与筒体4采用翻边向下的连接结构，由于受焊接结构的限制，筒体4上开孔的位置与上管板8之间的间距较长，导致壳程介质无法更好的冲刷上管板8，且在上管板8处容易形成蒸汽聚集，无法及时排出，即形成所谓的换热死角，造成上管板8超温、开裂。
该上管板8下表面向下延伸形成延伸管81，该换热管3的上端焊设于延伸管81上。通过这个设置，将焊缝移到壳程，由于壳程中是水和水蒸汽，相对于高温烟气而言，温度很低，另外换热管3的壁厚薄，导热快，相当于将焊缝浸在低温介质中，大大降低上管板8和换热管3的焊缝的应力，对焊缝有较强的保护作用，延长了设备的使用寿命。
通过设置上管板8翻边向下，且上管板8与换热管3焊接接头位于上管板8下面的低温侧，该结构既可吸收热膨胀，同时避免焊接接头处在高温环境。另外，上管板8翻边向下，可使上部增速筒62开口位置最大限度地靠近上管板8，有利于壳程介质冲刷上管板8，避免了蒸汽在上管板8处聚集影响换热，传热系数高，冷却效果好，解决了高温引起的焊缝开裂问题。
该烟气冷却装置包括设于筒体4下方的下部增速冷却机构9；该下部增速冷却机构9包括设于下管箱2上方的下部扩容筒91、穿设于下部扩容筒91中的与下部扩容筒91间隙分布的下部增速筒92，下部增速筒92的上端与筒体4的下端焊接，下部扩容筒91的上端焊设于下部增速筒92的外侧周部；进水口5有多个，多个进水口5间隔均匀的环设于下部扩容筒91的外侧周部。
该结构能够使冷却水自下管板10上部四周均匀进入，保证了整个下管板10受热均匀，与单一进水口5的传统结构相比，无任何换热死角，消除了局部高温对下管板10的不良影响，提高了下管板10的寿命。
该烟气冷却装置还包括设于下管箱2中的翻边向下的下管板10，下管板10与下部增速筒92之间间隙分布。该间隙宽度由壳程介质流量的大小确定，该宽度能够确保壳程介质高速通过间隙，并能高速冲刷下管板10，以便快速冷却下管板10。
该烟气冷却装置包括气包机构11、用于连通气包机构11与出气口7的上升管12、用于连通气包机构11与进水口5的下降管13、设于出气口7和上升管12之间的上部出气集箱14、设于进水口5和下降管13之间的下部进水集箱15。通过设置上部出气集箱14和下部进水集箱15，对上部出气和下部进水起到缓存的作用。在本实施例中，该上部出气集箱14环设于上管箱1的外侧周部；该下部进水集箱15环设于下管箱2的外侧周部。
该烟气冷却装置包括设于筒体4中的折流机构；该折流机构包括多个沿竖直方向分布的设于筒体4中的第一折流板16、设于第一折流板16上方的用于封堵筒体4顶部的第二折流板17。该第二折流板17用于破碎筒体4中上升形成的大气泡，该第二折流板17上开设有用于通出破碎后形成的小气泡的通孔171。该第一折流板16有多个，多个第一折流板16沿竖直方向间隔的设于筒体4中，多个第一折流板16沿竖直方向左右分布的设于筒体4中。
采用第二折流板17，其布置位置由壳程液态水大量转变成蒸汽的位置确定。第二折流板17采用通透型的结构，该通透型结构可破碎蒸汽上升过程中形成的汽泡，使其形成含有液滴的小气泡，避免第二折流板17下方富集形成大汽泡影响传热。随着温度的升高，气化的程度增加，体积不断膨胀。这样，蒸汽与水混合并快速向上冲刷换热管3，使气-气换热模式转变为气-液换热，从而极大程度上强化了传热，提高了换热系数，增强了换热效果，据计算，相同换热效果的情况下，换热面积节约20%左右，也就是说，可节省一定量的换热管3耗材，降低了设备成本。
以下具体阐述下本实施例的工作过程：
高温烟气从上管箱1中进入，降温后的烟气从下管箱2中排出，气包机构11中的液态冷却水经过下降管13再通过下部进水集箱15由下部扩容筒91体4上均布的进水口5进入下部扩容筒91体4与下部增速筒92之间形成的通道，沿通道下行，冲刷高温下管板10，再经过下部增速筒92和下管板10之间的间隙进入壳程，沿第一折流板16以左右折流状向上流动，并横向冲刷筒体4内部，与换热管3进行换热，随着热交换的不断进行，温度逐渐升高，水不断蒸发，当到达一定程度后，有大块状的气泡形成，汽泡经过筒体4上部的第二折流板17时，破碎成小气泡，继续上行；随着温度的不断升高，水的气化程度越大，蒸汽的气量也越多，速度会不断加快，到达顶部的上管板8时，蒸汽和水的混合物高速冲刷高温上管板8后通过上管板8和上部增速筒62之间的间隙，进入上部扩容筒61和上部增速筒62之间形成的通道，再通过上部扩容筒61上均匀环设的多个出气口7进入上部出气集箱14中，经上升管12进入汽包机构中进行分离。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种烟气冷却装置，其特征在于：包括：
用于通入高温烟气的上管箱；
用于通出冷却后烟气的下管箱；
连通在所述上管箱和所述下管箱之间的用于通入通出烟气的换热管；
设于所述上管箱和所述下管箱之间的用于为所述换热管中的烟气进行换热的换热机构；
所述换热机构包括：
用于通入冷却水及通出换热后水蒸气的筒体，所述换热管穿设于所述筒体中；
设于所述筒体中的折流机构；
设于所述筒体下方的进水口；
设于所述筒体上方的上部增速冷却机构；
所述上部增速冷却机构包括：
设于所述上管箱下方的上部扩容筒；
穿设于所述上部扩容筒中的与所述上部扩容筒间隙分布的上部增速筒，所述上部增速筒的下端与所述筒体的上端连通，所述上部扩容筒的下端固设于所述上部增速筒的外侧周部；
多个环设于所述上部扩容筒外侧周部的出气口；
所述烟气冷却装置包括设于所述上管箱中的翻边向上的上管板，所述上管板与所述上部增速筒之间间隙分布；
所述上管板下表面向下延伸形成延伸管，所述换热管的上端面焊设于所述延伸管的下端面上；
所述折流机构包括多个沿竖直方向分布的设于所述筒体中的第一折流板、设于所述第一折流板上方的封堵所述筒体顶部的用于破碎所述筒体中上升气泡的第二折流板，所述第二折流板上开设有用于通出破碎后形成的小气泡的通孔；
所述第二折流板的布置位置由壳程液态水大量转变成蒸汽的位置确定。
2.根据权利要求1所述的一种烟气冷却装置，其特征在于：所述烟气冷却装置包括设于所述筒体下方的下部增速冷却机构；
所述下部增速冷却机构包括：
设于所述下管箱上方的下部扩容筒；
穿设于所述下部扩容筒中的与所述下部扩容筒间隙分布的下部增速筒，所述下部增速筒的上端与所述筒体的下端连通，所述下部扩容筒的上端固设于所述下部增速筒的外侧周部；
所述进水口有多个，多个所述进水口环设于所述下部扩容筒的外侧周部。
3.根据权利要求2所述的一种烟气冷却装置，其特征在于：所述烟气冷却装置包括设于所述下管箱中的翻边向下的下管板，所述下管板与所述下部增速筒之间间隙分布。
4.根据权利要求2所述的一种烟气冷却装置，其特征在于：所述烟气冷却装置包括气包机构、用于连通所述气包机构与所述出气口的上升管、用于连通所述气包机构与所述进水口的下降管。
5.根据权利要求4所述的一种烟气冷却装置，其特征在于：所述烟气冷却装置包括设于所述出气口和所述上升管之间的上部出气集箱、设于所述进水口和所述下降管之间的下部进水集箱。
6.根据权利要求5所述的一种烟气冷却装置，其特征在于：所述上部出气集箱环设于所述上管箱的外侧周部。
7.根据权利要求5所述的一种烟气冷却装置，其特征在于：所述下部进水集箱环设于所述下管箱的外侧周部。
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