CN109181714B - 一种高效焦炉上升管热交换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高效焦炉上升管热交换装置。所述的热交换装置包括设置在内壳与外壳之间的换热介质流动空间；在所述的换热介质流动空间内设置有分流器、阻流环和/或导流装置。分流器将进入换热介质流动空间的换热介质沿圆周方向进行分布，换热介质经分流器和阻流环均布后，进入上部导流换热空间，由导流装置作用使得换热介质在该区间具有较高的湍动能，经过吸热的换热介质进入上部阻流环和分流器，经出口流出换热器，完成热量交换。该换热器可有效提高夹套换热器换热面的使用率，减少流动死区，提高夹套换热器性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效焦炉上升管热交换装置。
技术背景
焦炉荒煤气成分复杂，理论分析可回收荒煤气中500℃以上的余热，约占荒煤气显热的30％。目前应用的荒煤气显热回收装置主要为水夹套换热器，在实际运行中，往往只能回收约20％的荒煤气显热。
经过分析可以得出，现在水夹套换热器汽水通道采用光面或者直肋形式，循环水在换热器内部流动极不均匀，在换热器进口垂直面上部和出口垂直面下部存在大量流动死区，该区域不能有效利用换热器换热面，导致换热器换热效率不高。现有情况下通常需采用增加循环倍率方式来提高换热器内部流动，但该方式并不能显著降低流动死区面积，反而会增加循环泵能耗。同时，换热器由于流动死区存在，内壳壁面不同位置被水所带出的热量也不均匀，导致换热器内壁温度分布存在差异，容易形成周向应力，影响换热器使用寿命。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提出一种高效焦炉上升管热交换装置，针对传统夹套式换热器壁面使用率低，本发明能够提高换热器壁面的利用率，提高荒煤气显热回收效率。
为了达到上述目的，本发明高效焦炉上升管热交换装置，所述的热交换装置包括设置在内壳与外壳之间的换热介质流动空间；在所述的换热介质流动空间内设置有分流器、阻流环和/或导流装置。
优选的，所述的热交换装置由内壳、中间壳和外壳组成，在所述的外壳与中间壳之间设置有保温层；其中，所述的换热介质流动空间位于内壳与中间壳之间。
优选的，所述的分流器、阻流环和/或导流装置设置在内壳和/中间壳位于换热介质流动空间侧的侧壁上。
优选的，所述的分流器包括下部分流器和上部分流器，分流器通过焊接固定在内壳上，下部分流器下部边缘高于换热介质进口上部边缘，上部分流器上部边缘低于换热介质出口下部边缘；
分流器为人字形或者一字型，分流器沿圆周方向分布，分流器在进、出口位置分布较密，在远离进、出口位置逐渐变疏，在离进、出口1/4圆周后均匀分布。
优选的，所述的阻流环包括下部阻流环和上部阻流环，下部阻流环布置在下部分流器上部，上部阻水布置在上部分流器下部，阻流环沿圆周方向至少布置一圈，通过焊接方式固定在换热器内壁上；
阻流环的截面为三角形或圆弧形，当截面为三角形时，顶角为锐边或圆弧过渡；阻流环的高度为换热介质流动空间水平宽度的1/3～1/2。
优选的，所述的导流装置于阻流环之间，沿圆周方向均匀分布，通过焊接方式固定在内壳内壁上；
导流装置的截面为三角形或圆弧形，当截面为三角形时，顶角为锐边或圆弧过渡；导流装置的高度为换热介质流动空间水平宽度的1/4～1/3；
导流装置优选人字形结构。
本发明通过在换热介质流动空间布置分流器、阻流环和导流装置，换热介质经过换热介质进口送入换热介质流动空间，经过下部分流器进行一次分布，再通过阻流环进行二次分布，从而达到流体在换热介质流动空间均匀分布的目的，经过导流装置，使得换热介质在较低速度下具有较高湍动能，并能有效避免传热恶化，换热介质继续向上流动经过上部阻流环和分流器后从换热介质出口流出。
附图说明
图1为本发明具体实施例1的结构示意图；
其中，1-换热介质进口，2-外壳，3-保温层，4-中间壳，5-下部分流器，6-下部阻流环，7-导流装置，8-内壳，9-上部阻流环，10-上部分流器，11-换热介质出口。
图2为分流器为人字形的内壳外侧展开图。
图3为分流器为一字型的内壳外侧展开图。
图4为分流器、阻流环、导流装置截面形状。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明高效焦炉上升管热交换装置，所述的热交换装置由内壳、中间壳和外壳组成，在所述的外壳与中间壳之间设置有保温层；其中，换热介质流动空间位于内壳与中间壳之间；在所述的换热介质流动空间内设置有分流器、阻流环和/或导流装置。
较佳的，上述的分流器、阻流环和/或导流装置设置在内壳和/中间壳位于换热介质流动空间侧的侧壁上。考虑到内壳的散热作用，较佳的，上述的分流器、阻流环和/或导流装置宜选择设置在内壳。以下以将分流器、阻流环和/或导流装置宜选择设置在内壳为例做进一步的说明。
实施例1
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
换热介质由换热介质进口1进入换热介质流动空间，吸收荒煤气传递给内壳8的热量。换热介质经过下部分流器5进行一次分布，然后通过下部阻流环6进行二次分布而达到沿圆周方向均布的目的，均布后换热介质沿换热介质流动空间均匀向上流动，由于导流装置7的作用，换热介质沿导流装置空间流动，增加了换热器内壁面附近的湍流度，同时延长了壁面附近的流程，从而提高水侧换热系数。换热介质继续沿换热介质流动空间向上运动，经过上部阻流环9和分流器10送入换热介质出口11，从而实现荒煤气与换热介质的热交换。
分流器5、10和阻流环6、9的截面高度为换热介质流动空间水平宽度的1/2～1/3，其存在的主要目的是引导换热介质流动，从而实现换热介质在流道内均匀分布的目的，另外提高湍动能，强化换热。
导流装置7高度为换热介质流动空间水平宽度的1/4～1/3，其目的主要是增加壁面附近的湍动能，增加换热器壁面面积，提高换热效率，同时也起到均布流体的目的。
实施例2
如图2，下部分流器5为人字形结构，在靠近换热介质进口1的位置下部分流器5布置较密，在远离进口1位置，下部分流器5布置较疏；距离进口1/4圆周长度后，下部分流器5沿圆周均匀布置。
采用该方法布置的主要目的是增加离进口较近位置的阻力，降低远离进口位置的阻力。
经过分流的换热介质进一步通过阻流环6的阻滞作用，进一步均匀分布换热介质流动空间的换热介质。
上部分流器10为人字形结构，在靠近换热介质出口11的位置上部分流器10布置较密，在远离出口11位置，上部分流器10布置较疏；距离出口1/4圆周长度后，上部分流器10沿圆周均匀布置。
分流器5、10和阻流环6、9的主要目的是均化换热介质在圆周方向的分布，使得换热介质能够沿竖直方向均匀流动。
换热介质进入导流装置7后，使其壁面处流体沿人字形导流装置7反复变向，一是提高了壁面附近的湍动能，二是延长壁面处流体的流程，从而提高壁面附近换热介质的换热量。
分流器5、10、阻流环6、9和导流装置7增加了荒煤气换热器换热介质侧的换热面积，同时降低了换热介质流动空间的流动死区，因此有效提高了荒煤气换热器的换热性能。
实施例3
如图3，分流器采用一字型结构，工作原理与实施例2类似，在此不再赘述。
实施例4
如图4，分流器5、10、阻流环6、9和导流装置7的截面形状可以为三角形或圆弧形，当截面为三角形时，顶角为锐边或圆弧过渡，截面顶角为60°～150°。分流器5、10、阻流环6、9和导流装置7通过焊接方式固定在内壳8外侧，采用双面焊方式，接触面之间间隙通过焊材进行填充，接触面之间不存在空气泡。
Claims (5)
1.一种高效焦炉上升管热交换装置，其特征在于，所述的热交换装置包括设置在内壳与外壳之间的换热介质流动空间；在所述的换热介质流动空间内设置有分流器、阻流环和导流装置；
所述的分流器、阻流环和导流装置设置在内壳和/中间壳位于换热介质流动空间侧的侧壁上；
所述的分流器包括下部分流器和上部分流器，分流器通过焊接固定在内壳上，下部分流器下部边缘高于换热介质进口上部边缘，上部分流器上部边缘低于换热介质出口下部边缘；分流器为人字形或者一字型，分流器沿圆周方向分布，分流器在进、出口位置分布较密，在远离进、出口位置逐渐变疏，在离进、出口1/4圆周后均匀分布；
所述的阻流环包括下部阻流环和上部阻流环，下部阻流环布置在下部分流器上部，上部阻水布置在上部分流器下部，阻流环沿圆周方向至少布置一圈，通过焊接方式固定在换热器内壁上；阻流环的截面为三角形或圆弧形，当截面为三角形时，顶角为锐边或圆弧过渡；
所述的导流装置于阻流环之间，沿圆周方向均匀分布，通过焊接方式固定在内壳内壁上；导流装置的截面为三角形或圆弧形，当截面为三角形时，顶角为锐边或圆弧过渡。
2.如权利要求1所述的高效焦炉上升管热交换装置，其特征在于，所述的热交换装置由内壳、中间壳和外壳组成，在所述的外壳与中间壳之间设置有保温层；其中，所述的换热介质流动空间位于内壳与中间壳之间。
3.如权利要求1所述的高效焦炉上升管热交换装置，其特征在于，阻流环的高度为换热介质流动空间水平宽度的1/3~1/2。
4.根据权利要求1所述的一种高效焦炉上升管热交换装置，其特征在于，导流装置的高度为换热介质流动空间水平宽度的1/4~1/3。
5.根据权利要求1所述的一种高效焦炉上升管热交换装置，其特征在于，导流装置优选人字形结构。
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