CN110499169A - 显热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢铁企业炼焦和煤化工装备领域，尤其是一种有效实现焦炉荒煤气的余热回收的显热回收装置，包括换热器壳体、进水管和过热蒸汽出口管，所述换热器壳体内设置有汽水分离装置，汽水分离装置将换热器壳体分隔为上腔室和下腔室，所述进水管穿过汽水分离装置且进水管的出水口端设置于下腔室内，上腔室通过过热蒸汽出口管与外界连通。本发明将内置式设计与多态和相变换热结构相结合，辅以汽水分离装置，很好的解决了显热回收的问题，同时结构轻巧可大幅控制装置单体成本。本发明尤其适用于焦炉荒煤气的余热回收之中。

Description

显热回收装置
技术领域
本发明涉及钢铁企业炼焦和煤化工装备领域，尤其是一种显热回收装置。
背景技术
在钢铁企业炼焦单元和煤化工企业，焦炉炼焦是生产焦炭的主要方式。焦炉炼焦生产中伴随着大量热能的转化与释放，其过程中主要产生四种形态的显(余)热资源，分别是红焦显热、焦炉荒煤气显热、焦炉烟气余热和焦炉炉体散热。其中，焦炉荒煤气显热占到了焦炉生产排放总热资源的35％左右。焦炉炼焦过程中，焦炉上升管内的荒煤气温度高达650℃～850℃，含有大量的显热。实际生产中，为保证设备安全和工艺顺行，普遍的做法是采用喷氨水急冷的工艺对中高温荒煤气进行冷却，即在桥管与集气管喷洒循环氨水与荒煤气直接接触，使荒煤气急剧降温至80℃～85℃，降温后荒煤气在初冷器中再用冷却水间接冷却至常温。该工艺流程不仅浪费了大量荒煤气的显热，而且消耗大量的氨水和工业冷却水，造成了大量污水排放和电力消耗。焦炉排出的中高温荒煤气由于其成份复杂，流量、温度周期性变化，若荒煤气温度降低至450℃左右及以下，焦油组分将会大量析出造成通管堵塞影响生产顺行，一直以来荒煤气显热回收都是行业技术难题，因此焦炉荒煤气显热回收一直是焦化行业节能减排的研究热点之一。
国内少数焦化厂和研究单位对焦炉荒煤气显热回收技术和装置进行了研究，但普遍采用是夹套式和盘管式这两种在上升管筒体外表面进行显热回收的技术和装置，本质为一体式双层壁结构，由于受到筒体、管壳两级/两层传热的限制，存在换热效率低下的瓶颈性问题，直接导致产生的蒸汽品质不高。这两种类型的装置体积庞大、用材量大，需对原有数米高的上升管进行整体替换，致使其单体价格达到了15～18万/根左右，价格昂贵、更换不便。特别的，夹套式显热回收装置由于采用腔体蓄水方式，一旦腔体鼓包、开裂漏水，较大的水量将对焦炉设备造成严重的安全隐患。
申请号为201821349087.3的专利申请“一种带翅片焦炉荒煤气显热回收装置”，提出了一种显热回收利用装置，其本质是由外筒和内筒组成夹套式一体式结构，通过新增加翅片来增大换热面积，能够适当提高显热回收的效率。但申请提出的装置仍然属于夹套式结构，本质性不能解决腔体开裂漏水的问题。
申请号为201420811623.2，名为“焦炉荒煤气上升管显热回收装置”的专利申请，提出了采用螺旋盘管和熔盐导热介质，以解决设备漏水和导热介质变质等问题。该申请提出的回收装置由于在上升管内部采用螺旋盘管结构，将增加荒煤气流动的阻力易造成气流不畅的问题，同时容易导致螺旋盘管上荒煤气结焦，造成管道腐蚀和换热效率急剧降低等问题。
申请号为201410309838.9，名为“上升管余热插入式温控热膨胀除焦热管导出方法及设备”的专利申请，较为创新的采用内置式单体显热回收方式，单体显热回收装置独立安装于上升管内，具有更换及维护成本低等优点，但最关键的问题是由于其内部为空体式结构，存在汽水不分的问题，其也只能产生价值不高的饱和蒸汽。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效实现焦炉荒煤气的余热回收的显热回收装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：显热回收装置，包括换热器壳体、进水管和过热蒸汽出口管，所述换热器壳体内设置有汽水分离装置，汽水分离装置将换热器壳体分隔为上腔室和下腔室，所述进水管穿过汽水分离装置且进水管的出水口端设置于下腔室内，上腔室通过过热蒸汽出口管与外界连通。
进一步的是，所述进水管中位于上腔室内的部分缠绕设置有导流螺旋片。
进一步的是，所述换热器壳体的外壁面设置有翅片。
进一步的是，所述翅片沿换热器壳体的中心轴线方向延伸。
进一步的是，下腔室内底部设置有均热体。
进一步的是，进水管的出水口端设置有散射器。
进一步的是，包括支撑固定管，所述支撑固定管设置于上腔室所在的换热器壳体的外壁面。
进一步的是，所述过热蒸汽出口管设置于支撑固定管内。
进一步的是，所述进水管的进水口段设置于支撑固定管内。
进一步的是，所述换热器壳体顶部设置有吊耳。
本发明的有益效果是：在实际使用时，以除盐水、除氧水、不饱和水、饱和蒸汽等为代表的换热工质首先通过进水管进入，并通过进水管的出水口端输送到下腔室内，换热工质在下腔室内快速吸收热量生成蒸汽，蒸汽通过汽水分离装置上升到换热器壳体的上腔室，其中，未汽化的液体部分则无法通过汽水分离装置从而始终留在下腔室内。进入上腔室的蒸汽再次吸收热量并最终成为过热蒸汽，过热蒸汽通过过热蒸汽出口管排出。本发明将内置式设计与多态和相变换热结构相结合，辅以汽水分离装置，很好的解决了显热回收的问题，同时结构轻巧可大幅控制装置单体成本。本发明尤其适用于焦炉荒煤气的余热回收之中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中标记为：进水管1、散射器2、均热体3、汽水分离装置4、导流螺旋片5、翅片6、换热器壳体7、吊耳8、过热蒸汽出口管9、支撑固定管10、上升管11。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示的显热回收装置，包括换热器壳体7、进水管1和过热蒸汽出口管9，所述换热器壳体7内设置有汽水分离装置4，汽水分离装置4将换热器壳体7分隔为上腔室和下腔室，所述进水管1穿过汽水分离装置4且进水管1的出水口端设置于下腔室内，上腔室通过过热蒸汽出口管9与外界连通。
国内绝大数焦化厂对于焦炉荒煤气显热都没有进行回收，这样的方式造成了显热资源巨大浪费。即使少数焦化厂进行回收，也普遍采用的是夹套式和盘管式这种上升管和换热功能区一体式显热回收技术，存在单体造价高、蒸气品质不高、更换不便、漏水等问题。本发明将内置式设计与多腔多态和相变换热结构相结合，很好的解决了上述问题，同时严格控制装置单体成本，具有良好的推广应用前景。就具体结构而言，本发明可根据需要产生不同压力和温度过热蒸汽，并可把焦炉荒煤气出口温度控制在预期温度区间或荒煤气焦油大量析出的450℃温度点之上，高于焦油临界析出温度，大大降低设备粘接事故。为了使用时的方便，优选所述换热器壳体7顶部设置吊耳8。实际使用时，优选换热器壳体7管壁不包括翅片6部分的厚度选择范围为2mm-10mm，优选换热器壳体7与上升管11内壁至少相距5mm的距离。优选本换热器壳体7的壁层局部做加厚处理，包括翅片在内的外壁整体喷涂防粘结材料或高导热性材料，换热器壳体7腔体内设置温度、压力检测元件，并与给水量关联。同时，本显热回收装置根据实际需要多组并联或串联安装在一个上升管11内，实现蒸汽产能的提升或蒸汽品质的提升。
为了对通过汽水分离装置4后的蒸汽进行较好的导流，从而强化热交换效果，可以选择这样的方案：所述进水管1中位于上腔室内的部分缠绕设置有导流螺旋片5。如图1所示，导流螺旋片5可以对上升过程中的蒸汽进行引导，让蒸汽也呈螺旋状上升，上升过程中，饱和蒸汽继续向上流动并在导流螺旋片5的作用下并快速吸热，最终产生过热蒸汽。导流螺旋片5可以很好的强化蒸汽上升过程中的紊流状态，也加强了从换热器壳体7的吸热，实现过热蒸汽温度的提升。
为了更好的引导上升管11内高温气体的流动，从而强化换热效率，可以选择在所述换热器壳体7的外壁面设置翅片6。一般的，优选换热器壳体7为圆柱体空腔结构，下端壳体封头形状要求为半球形、椭球形或圆锥形，在换热器壳体7圆周方向设置加强热传导的翅片6。翅片6可以引导高温气体更好的流动，从而让热交换更顺畅，加速过热蒸汽的形成，同时，更可以强化热交换。为了上述引导效果获得比较理想的效果，优选所述翅片6沿换热器壳体7的中心轴线方向延伸。
为了让进入到下腔室内的换热工质可以更均匀的受热从而生成蒸汽，优选在下腔室内底部设置均热体3，如图1所示，均热体3让下腔室内底部壁面的热量更均匀的被换热工质吸收，也保证了蒸汽产生的稳定和均匀。
为了换热工质在进入到下腔室内时更好的均匀分布，可以选择这样的方案:进水管1的出水口端设置有散射器2。散射器2可以让换热工质被高压喷射出去，形成雾状的效果，大大加速了蒸汽的形成，也保证了蒸汽形成的均匀性和稳定性。
为了换热器壳体7可以很好的安装于上升管11上，可以选择这样的方案：包括支撑固定管10，所述支撑固定管10设置于上腔室所在的换热器壳体7的外壁面。支撑固定管10可以设置于上升管11管壁上，从而将换热器壳体7加以安装和固定。在此基础之上，优选过热蒸汽出口管9设置于支撑固定管10内，以及优选所述进水管1的进水口段设置于支撑固定管10内。如图1所示，从而更加的精简结构，便于安装、拆卸以及使用。其中，支撑固定管10可根据实际需要选择是否有分隔夹层，只需总体实现过热蒸汽在换热器壳体7与上升管11内壁距离之间的流动，达到支撑固定管10的热强度能够支撑换热器壳体7即可。
本发明在实际使用时也具有很强的灵活性，可根据实际使用需求改进结构或使用方法，也可用于非焦炉荒煤气上升管工作环境或用于生产饱和蒸汽，或者用于产生热水，或用于气体、其它液体的加热。
实施例
实施例1
换热器壳体7的管壁厚度3.5mm，下端壳体封头形状为半球形，按本显热回收装置的结构形式单根放置于上升管11内，该上升管11内一段时间内上部的测点温度约830℃左右。带压不饱和水为换热工质，一定压力条件下通过进水管1输送至本换热器装置内，从本装置出口的过热蒸汽温度可以达到265℃，测点温降约107℃，实现了过热蒸汽的产出，并确保荒煤气换热后温度高于460℃。
实施例2
两根结构一致的管壁厚度5mm的换热器壳体7，外壁均喷涂防粘结材料，下端壳体封头形状为椭球形，按本显热回收装置的结构形式，采用并联方式放置于同一根上升管11内。该上升管11内一段时间内的上部测点温度约780℃左右，除氧水为换热工质，一定压力条件下分别通过进水管1输送至两换热器装置内，从两装置出口汇合的过热蒸汽温度可以达到203℃，测点温降约201℃，实现了过热蒸汽的产出增加的同时，荒煤气换热后温度高于460℃。
通过上述实施例可以得出，本发明可以明显的提高显热回收效率，对钢铁冶金企业或焦化领域的节能具有重要意义，市场推广前景十分广阔。

Claims (10)

1.显热回收装置，其特征在于：包括换热器壳体(7)、进水管(1)和过热蒸汽出口管(9)，所述换热器壳体(7)内设置有汽水分离装置(4)，汽水分离装置(4)将换热器壳体(7)分隔为上腔室和下腔室，所述进水管(1)穿过汽水分离装置(4)且进水管(1)的出水口端设置于下腔室内，上腔室通过过热蒸汽出口管(9)与外界连通。
2.如权利要求1所述的显热回收装置，其特征在于：所述进水管(1)中位于上腔室内的部分缠绕设置有导流螺旋片(5)。
3.如权利要求1或2所述的显热回收装置，其特征在于：所述换热器壳体(7)的外壁面设置有翅片(6)。
4.如权利要求3所述的显热回收装置，其特征在于：所述翅片(6)沿换热器壳体(7)的中心轴线方向延伸。
5.如权利要求1或2所述的显热回收装置，其特征在于：下腔室内底部设置有均热体(3)。
6.如权利要求1或2所述的显热回收装置，其特征在于：进水管(1)的出水口端设置有散射器(2)。
7.如权利要求1或2所述的显热回收装置，其特征在于：包括支撑固定管(10)，所述支撑固定管(10)设置于上腔室所在的换热器壳体(7)的外壁面。
8.如权利要求7所述的显热回收装置，其特征在于：所述过热蒸汽出口管(9)设置于支撑固定管(10)内。
9.如权利要求7所述的显热回收装置，其特征在于：所述进水管(1)的进水口段设置于支撑固定管(10)内。
10.如权利要求1或2所述的显热回收装置，其特征在于：所述换热器壳体(7)顶部设置有吊耳(8)。
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