CN111534309A - 一种复合间壁式上升管换热装置 - Google Patents

一种复合间壁式上升管换热装置 Download PDF

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Abstract

一种复合间壁式上升管换热装置，包括合金内筒、荒煤气导流片、保温层、入口法兰、出口法兰、换热盘管、入水口和出水口；入口法兰和出口法兰平行设置，合金内筒垂直焊接在入口法兰和出口法兰之间，合金内筒的内侧壁沿轴向均匀设置有若干荒煤气导流片，合金内筒外侧同轴套设有保温层，保温层和合金内筒之间的合金内筒外侧壁上套设有若干换热盘管，相邻的换热盘管互相连通；靠近入口法兰处，设置有与换热盘管连通的入水口，靠近出口法兰处设置有与换热盘管连通的出水口。通过导流片、蓄热体，增强了辐射换热，提高了上升管内壁温度，杜绝了上升管挂焦油、结石墨、冒黑烟等环保问题。

Description

一种复合间壁式上升管换热装置
技术领域
本发明专利属于焦化技术领域，涉及一种复合间壁式上升管换热装置。
背景技术
工业余热资源普遍存在，特别在钢铁、化工等行业的生产过程中，具有“清洁能源”特征，但回收利用率不高，尤其是焦炉荒煤气。由于荒煤气中焦油和蒸气易结焦积碳、硫化氢及水蒸气易导致设备腐蚀，且高温易燃，显热回收难度大。传统生产工艺中，荒煤气通常以能量流的形式排出，造成了荒煤气热量的白白浪费。
炼焦过程中，从炭化室上升管逸出的750℃～850℃荒煤气带出热量占焦炉总热量的30～36％。为冷却荒煤气，必须喷洒大量70℃～75℃循环氨水，循环氨水大量蒸发将高温荒煤气冷却到82～85℃，再经初冷器冷却到22℃～35℃，大量热能白白损失：其中约75％～80％用于蒸发氨水、10％～15％用于氨水升温，其余10％为集气管散热损失。因荒煤气产量大、上升管出口温度高，高品位热能浪费严重，回收利用这部分热量可节约氨水循环量，降低工序能耗，减少二氧化碳排放量，经济效益和环保效益显著。
目前焦化企业0.9MPa以下的饱和蒸汽已经趋于饱和，传统的上升管换热结构已经无法满足焦化需求，焦化化产工段目前脱苯塔富油加热、蒸氨废水加热以及负压脱苯贫油加热大都采用焦炉煤气管式炉，采用管式炉不仅存在安全风险，管式炉大量废气排放还存在严重的环保问题，而加热富油、贫油、富油脱苯等所需的蒸汽参数压力1.6-4.0MPa，温度200～450℃。因此产生高品味蒸汽满足环保和客户需求已成为市场所需。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合间壁式上升管换热装置，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合间壁式上升管换热装置，包括合金内筒、荒煤气导流片、保温层、入口法兰、出口法兰、换热盘管、入水口和出水口；入口法兰和出口法兰平行设置，合金内筒垂直焊接在入口法兰和出口法兰之间，合金内筒的内侧壁沿轴向均匀设置有若干荒煤气导流片，合金内筒外侧同轴套设有保温层，保温层和合金内筒之间的合金内筒外侧壁上套设有若干换热盘管，相邻的换热盘管互相连通；靠近入口法兰处，设置有与换热盘管连通的入水口，靠近出口法兰处设置有与换热盘管连通的出水口。
进一步的，换热盘管包括管体、换热盘管外S型翅片和换热盘管内翅片；管体外侧壁径向均匀设置有换热盘管外S型翅片，管体内侧壁径向均匀设置有换热盘管内翅片；相邻的换热盘管之间通过换热盘管联通管连通。
进一步的，保温层和合金内筒之间空隙填充有蓄热材料，蓄热材料外壁连接保温层，保温层以缠绕的方式与蓄热材料连接。
进一步的，保温层外侧包裹有外护板，外护板通过焊接方式和入口法兰以及出口法兰连接。
进一步的，合金内筒外壁和荒煤气导流片上均喷涂有耐高温、耐腐蚀自洁纳米涂层。
进一步的，外护板上还设置有检漏管，检漏管的一端与保温层和合金内筒之间空隙连通，检漏管的另一端焊接检漏哨。
进一步的，入口法兰处为荒煤气入口，出口法兰处为荒煤气出口，荒煤气入口内径大于出口的内径，荒煤气入口内径和出口内径锥度偏差为0.2％～0.5％。
进一步的，荒煤气导流片为三角型、菱形或长方形结构。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明专利所述的一种复合间壁式上升管换热装置，突破了传统焦炉荒煤气显热回收利用技术的瓶颈，改变了行业认知。
通过物理、化学及传热学原理，研制成功的复合间壁式上升管换热器，可生产0.8～5.0MPa的饱和蒸汽和和0.8～5.0MPa、350～500℃的过热蒸汽，蒸汽参数覆盖整个焦化行业各个生产工段，扩大了利用范围。
进一步的，通过耐高温合金内筒及自洁纳米涂层，可实现上升管干烧，完全解决了常规上升管换热器潜在的运行风险。
进一步的，通过导流片、蓄热体，增强了辐射换热，提高了上升管内壁温度，杜绝了上升管挂焦油、结石墨、冒黑烟等环保问题。
进一步的，通过导流片、蓄热体，增强了辐射换热，提高了上升管内壁温度，杜绝了上升管挂焦油、结石墨、冒黑烟等环保问题。
进一步的，本复合间壁式上升管换热器产生的饱和蒸汽及过热蒸汽可以实现无管式炉脱苯(常压和负压脱苯)，解决了现有客户急需解决的问题。
进一步的，本复合间壁式上升管换热器产汽量高，进一步的，本复合间壁式上升管换热器产汽量高，吨焦产汽量可达110～140kg，满足客户需求的同时蒸汽量还有一定的裕量。
附图说明
图1为本发明专利所述的一种复合间壁式上升管换热装置的整体结构示意图；
图2为剖视图；
图3为换热盘管放大图剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图3，本发明提供了一种复合间壁式上升管换热装置，包括荒煤气导流片1、耐高温、耐腐蚀自洁纳米涂层2、耐高温合金内筒3、蓄热体4、保温层5、外护板6、上升管荒煤气入口法兰7、上升管荒煤气出口法兰8、入水口9、出水口/出蒸汽口10、检漏管11、检漏哨12、换热盘管13、荒煤气入口14、荒煤气出口15、换热盘管外S型翅片16、换热盘管内翅片17、换热盘管联通管18。
其中，导流片1通过焊接方式与耐高温合金内筒3连接；耐高温、耐腐蚀自洁纳米涂层2通过热喷涂的方式附着在导流片1和耐高温合金内筒3外壁；耐高温合金内筒3通过焊接方式和上升管荒煤气入口法兰7、上升管荒煤气出口法兰8连接；换热盘管13紧贴耐高温合金内筒3；换热盘管间通过联通管18联通；换热盘管13外壁连接S型翅片16，连接方式为焊接；换热盘管13内壁为钉型翅片和换热盘管为一体化结构；换热盘管13间隙及外壁用蓄热材料4填实；蓄热材料外壁连接保温层5，保温层5以缠绕的方式蓄热体4连接；外护板6以包裹方式与保温层5连接；外护板6通过焊接方式和上升管荒煤气入口法兰7、上升管荒煤气出口法兰8连接；入水口9、出水口/出蒸汽口10通过焊接的方式与换热盘管连接；检漏管11与保温层5、外护板6连接，其中检漏管11外护板6以焊接的方式连接；检漏管11与检漏哨12以焊接方式连接。
本发明的工作原理：
本发明涉及一种复合间壁式上升管换热装置，其工作原理为：来自焦炉碳化室650℃～850℃高温荒煤气从荒煤气入口14进入，换热完后450℃～550℃低温换煤气从从荒煤气出口15导出，荒煤气含有的显热以辐射和对流方式传递给导流片1和耐高温合金内筒3，导流片1的设置不仅增加了辐射传热量而且保证换热均匀和换煤气顺利导出。
导流片1和耐高温合金内筒3吸收的热量以热传导和辐射的方式少部分传给换热盘管13，大部分热量被蓄热体4吸收，蓄热体4吸收的热量以热传导和辐射的方式热稳定的传递给换热盘管13中的水介质。换热介质水从入水口9进入，通过多束换热管换热后高温水或蒸汽从出水口/出蒸汽口导出。换热盘管13中以沸腾换热为主，换热后为高温水、高温汽水两相流、高温饱和蒸汽、高温过热蒸汽等。出后介质温度可达350℃～550℃。
本复合间壁式上升管换热装置可耐干烧，系统可停机检修，本发明通过多种措施加强换热和提高产汽量，同时控制上升管荒煤气测内壁温度处于合理区间范围，杜绝了上升管内壁挂焦油、结石墨、冒黑烟现象。
上升管换器荒煤气入口至出口有0.2％～0.5％的锥度其原因在于入口荒煤气体积流量大于出口体积流量。
上升管换器荒煤气入口荒煤气体积流量大于出口荒煤气体积流量是因为随着荒煤气的导出，荒煤气的热量被换热盘管内的介质水吸收。
上升管换器荒煤气入口至出口有0.2％～0.5％的锥度其原因自于可保证低温荒煤气迅速导出，避免低温荒煤气流速降低导致挂焦油，从而引起结石墨冒黑烟现象。
导流片材质为耐高温合金，可承受800～1000℃的高温，耐高温腐蚀。
导流片其目的在于，有利于荒煤气导出、有利于增强辐射换热、提高产汽量。
自洁纳米涂层2耐2000℃的高温，同时可耐高温腐蚀。
上升管换热器内筒3材质为耐高温合金，可承受800～1000℃的高温。
换热盘管13其材质为07Cr19Ni10，其外径为
Figure BDA0002462505970000051
换热盘管13其外壁增设S型翅片，翅片材质为Q235B。
换热盘管13其内壁增设钉型翅片，翅片材质为07Cr19Ni10，其目的在于增加管内汽包核心，提高产汽率。
换热盘管13其外壁增设S型翅片，其目的在于增强传热，同时有利于换热盘管13在蓄热体4中固定。
蓄热体4其特征在于可确保在焦炉变工况条件下防止换热大幅度波动而造成的爆管和安全事故。
蓄热体4可保证稳定和较高的内壁温度，防止上升管内壁挂焦油、结石墨、冒黑烟。
保温层厚度为10～30mm。保温效果高、热损失低，导热系数小于0.02W/(m·K)，同时可耐1000℃的高温。
外护板6，其材质为06Cr19Ni10，厚度为2～5mm。
检漏管11，其材质为06Cr19Ni10，其目的在于检测换热盘管13是否泄露。
检漏哨12，当上升管换热盘管13泄露时能马上响起哨声报警。

Claims (8)

1.一种复合间壁式上升管换热装置，其特征在于，包括合金内筒(3)、荒煤气导流片(1)、保温层(5)、入口法兰(7)、出口法兰(8)、换热盘管(13)、入水口(9)和出水口(10)；入口法兰(7)和出口法兰(8)平行设置，合金内筒(3)垂直焊接在入口法兰(7)和出口法兰(8)之间，合金内筒(3)的内侧壁沿轴向均匀设置有若干荒煤气导流片(1)，合金内筒(3)外侧同轴套设有保温层(5)，保温层(5)和合金内筒(3)之间的合金内筒(3)外侧壁上套设有若干换热盘管(13)，相邻的换热盘管(13)互相连通；靠近入口法兰(7)处，设置有与换热盘管(13)连通的入水口(9)，靠近出口法兰(8)处设置有与换热盘管(13)连通的出水口(10)。
2.根据权利要求1所述的一种复合间壁式上升管换热装置，其特征在于，换热盘管(13)包括管体、换热盘管外S型翅片(16)和换热盘管内翅片(17)；管体外侧壁径向均匀设置有换热盘管外S型翅片(16)，管体内侧壁径向均匀设置有换热盘管内翅片(17)；相邻的换热盘管(13)之间通过换热盘管联通管(18)连通。
3.根据权利要求1所述的一种复合间壁式上升管换热装置，其特征在于，保温层(5)和合金内筒(3)之间空隙填充有蓄热材料(4)，蓄热材料(4)外壁连接保温层(5)，保温层(5)以缠绕的方式与蓄热材料(4)连接。
4.根据权利要求1所述的一种复合间壁式上升管换热装置，其特征在于，保温层(5)外侧包裹有外护板(6)，外护板(6)通过焊接方式和入口法兰(7)以及出口法兰(8)连接。
5.根据权利要求1所述的一种复合间壁式上升管换热装置，其特征在于，合金内筒(3)外壁和荒煤气导流片(1)上均喷涂有耐高温、耐腐蚀自洁纳米涂层(2)。
6.根据权利要求4所述的一种复合间壁式上升管换热装置，其特征在于，外护板(6)上还设置有检漏管(11)，检漏管(11)的一端与保温层(5)和合金内筒(3)之间空隙连通，检漏管(11)的另一端焊接检漏哨(12)。
7.根据权利要求1所述的一种复合间壁式上升管换热装置，其特征在于，入口法兰(7)处为荒煤气入口(14)，出口法兰(8)处为荒煤气出口(15)，荒煤气入口(14)内径大于出口的内径，荒煤气入口内径和出口内径锥度偏差为0.2％～0.5％。
8.根据权利要求1所述的一种复合间壁式上升管换热装置，其特征在于，荒煤气导流片(1)为三角型、菱形或长方形结构。
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