CN113355110A - 一种内外双夹套管式上升管换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内外双夹套管式上升管换热器，具有本体和换热管；所述本体包括外层筒体和内层筒体；所述换热管包括外层换热管和内层换热管；所述内层筒体固定设置在外层筒体内；所述外层筒体和内层筒体分别设有外夹层和内夹层；所述外层换热管和内层换热管分别设置在外夹层和内夹层里；所述外夹层和内夹层内均设有导热材料；所述内层筒体与外层筒体之间形成用于荒煤气通过的第一通道，内层筒体的内部形成用于荒煤气通过的第二通道。本发明能够克服现有技术的不足，大大增加换热面积，提高换热介质温升，得到高品位热源，减少冷却氨水用量，提高荒煤气的余热利用效率，防止上升管换热器的结焦和腐蚀，同时能避免换热介质泄露进入炭化室。

Description

一种内外双夹套管式上升管换热器

技术领域

本发明涉及换热设备，特别涉及一种内外双夹套管式上升管换热器。

背景技术

我国是焦炭产能大国，拥有各类炼焦炉，焦炭产量巨大。焦炉余热除了炉体表面散热外，主要由以下三部分组成：(1)从焦炉炭化室推出的950℃～1050℃红焦带出的高温余热，约占焦炉支出热的37.52％；(2)650～800℃的荒煤气带出的中温余热，占焦炉支出热约33.76％；(3)260℃焦炉烟道废气带出低温余热，约占焦炉支出热的18.15％。目前红焦及烟道废气余热均有成熟的回收技术，而对于650～800℃的荒煤气余热，目前通用的工艺流程：先在桥管和集气管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80～85℃，降温后的荒煤气在初冷器中再用冷却水间接冷却至25℃，氨水经冷却和除焦油后循环使用。在该工艺过程中，荒煤气中所含有的大量热能被冷却氨水带走，冷却后的氨水通过蒸发脱氨后排放，在消耗大量氨水增加生产成本的同时，荒煤气余热资源无法回收而损失掉。因此，荒煤气带出显热的回收，对焦化厂节能降耗提高经济效益具有非常重要的作用。

焦炉荒煤气余热回收技术从20世纪80年代开始被研究，但由于荒煤气的热物性特点及焦炉生产的安全性问题，荒煤气的余热回收一直进展不顺。总结起来有以下几点技术关键或者说难点：(1)荒煤气温度低于一定值容易石墨沉积、焦油析出，粘结结焦严重，造成内壁空间缩小、传热系数降低；(2)耐压运行，传热介质温升不高；(3)在余热回收的过程中，换热工质易泄露，影响炭化室安全。

现有一些荒煤气上升管换热器，主要是外夹套或外盘管结构的水工质、导热油、氮气等传热介质的，但这些技术的特点都是上升管换热器的换热介质运行压力高，吸热后温升小，最终系统产生的水蒸汽压力低温度低，属于低品位热源，利用价值低。同时换热介质容易泄露进入炭化室，影响焦炉的正常运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种内外双夹套管式上升管换热器，其能够克服现有技术的不足，大大增加换热面积，提高换热介质温升，得到高品位热源，减少冷却氨水用量，提高荒煤气的余热利用效率，防止上升管换热器的结焦和腐蚀，同时能避免换热介质泄露进入入炭化室。

实现本发明目的的技术方案是：本发明具有本体和换热管；所述本体包括外层筒体和内层筒体；所述换热管包括外层换热管和内层换热管；所述内层筒体固定设置在外层筒体内；所述外层筒体和内层筒体分别设有外夹层和内夹层；所述外层换热管和内层换热管分别设置在外夹层和内夹层里；所述外夹层和内夹层内均设有导热材料；所述内层筒体与外层筒体之间形成用于荒煤气通过的第一通道，内层筒体的内部形成用于荒煤气通过的第二通道；外层换热管和内层换热管的换热介质入口汇接后形成换热介质总入口，外层换热管和内层换热管的换热介质出口汇接后形成换热介质总出口；或者外层换热管的换热介质出口与内层换热管的换热介质入口连接相通，外层换热管的换热介质入口即为换热介质总入口，内层换热管的换热介质出口即为换热介质总出口。

上述外层换热管为以外层筒体的轴线为螺旋轴线的第一螺旋盘管；所述内层换热管为以内层筒体的轴线为螺旋轴线的第二螺旋盘管。

第一螺旋盘管的换热介质入口位于外层筒体的下端，第一螺旋盘管的换热介质出口位于外层筒体的上端且与第二螺旋盘管的换热介质入口连接相通；第二螺旋盘管的换热介质入口位于内层筒体的上端，第二螺旋盘管的换热介质出口位于内层筒体的下端。

上述外层筒体包括外筒体和内筒体；外筒体和内筒体固定连接且两者之间形成外夹层；所述外筒体上设有膨胀节。

上述导热材料为碳化硅、氮化铝、氧化锌、氮化硼、墨粉、石墨烯、碳粉、钙钛粉、石硅粉、金属粉、导热性固体粉末的一种或多种的混合物。

外层筒体的上端和下端分别固定设有上法兰和下法兰。

上述上法兰和下法兰为金属件或陶瓷件。

上述外层筒体的内壁以及内层筒体的外壁均涂覆有导热涂层。所述导热涂层可采用北京志盛威华化工有限公司研发生产的耐高温远红外辐射涂料(ZS-1061)，该耐高温远红外辐射涂料具有自清洁效果，有效放置外层筒体的内壁以及内层筒体的外壁上结焦。

上述内层筒体通过支撑限位装置固定设置在外层筒体内；所述支撑限位装置包括下承托限位组件和上限位组件；

下承托限位组件包括承托板，以及固定连接在承托板上的第一限位板和第二限位板；承托板固定连接在外层筒体的内壁上且位于内层筒体的下端；第一限位板和第二限位板之间形成第一限位卡槽；内层筒体通过其下端卡入第一限位卡槽后被承托板承托住并且被第一限位卡槽限位；所述内层筒体的下端围绕内层筒体的轴线圆周分布有多个下承托限位组件；

上限位组件包括连接板，以及固定连接在连接板上的第三限位板和第四限位板；连接板固定连接在外层筒体的内壁上且位于内层筒体的上端；第三限位板和第四限位板之间形成第二限位卡槽；内层筒体通过其上端卡入第二限位卡槽后被第二限位卡槽限位；所述内层筒体的上端围绕内层筒体的轴线圆周分布有多个上限位组件。

换热管内的换热介质优选熔盐，当然还可以选择导热油、水、气体等换热介质。

本发明具有积极的效果：(1)本发明通过采用外层筒体和内层筒体，形成第一通道和第二通道，由于其具有第一通道和第二通道(即双通道)，因此大大增加换热面积，从而大大提高换热效率；同时由于内层换热管位于内夹层里，因此能有效防止换热介质泄露进入炭化室。

(2)本发明由于吸热量大，因此能够降低冷却氨水用量，同时能避免结焦及腐蚀。

(3)本发明通过膨胀节能因温度差与机械振动引起的附加应力提供弹性补偿。

(4)本发明利用支撑限位装置能够对内层筒体起到支撑固定作用，有效防止内夹套层的晃动。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1中B处的放大图；

图4为本发明中外层筒体和内层筒体的俯视图。

具体实施方式

见图1至图4，本发明本发明具有本体和换热管1；所述本体包括外层筒体2和内层筒体3；所述换热管1包括外层换热管11和内层换热管12；所述内层筒体3固定设置在外层筒体2内；所述外层筒体2和内层筒体3分别设有外夹层和内夹层；所述外层换热管11和内层换热管12分别设置在外夹层和内夹层里；所述外夹层和内夹层内均设有导热材料4；所述内层筒体3与外层筒体2之间形成用于荒煤气通过的第一通道5，内层筒体2的内部形成用于荒煤气通过的第二通道6。

所述外层换热管11为以外层筒体2的轴线为螺旋轴线的第一螺旋盘管；所述内层换热管12为以内层筒体3的轴线为螺旋轴线的第二螺旋盘管。

第一螺旋盘管的换热介质入口位于外层筒体2的下端，第一螺旋盘管的换热介质出口位于外层筒体2的上端且与第二螺旋盘管的换热介质入口连接相通；第二螺旋盘管的换热介质入口位于内层筒体3的上端，第二螺旋盘管的换热介质出口位于内层筒体3的下端；第一螺旋盘管的换热介质入口即为换热介质总入口13，第二螺旋盘管的换热介质出口即为换热介质总出口14。

所述外层筒体2包括外筒体21和内筒体22；外筒体21和内筒体22固定连接且两者之间形成外夹层；所述外筒体21上设有膨胀节23。

所述导热材料4为碳化硅、氮化铝、氧化锌、氮化硼、墨粉、石墨烯、碳粉、钙钛粉、石硅粉、金属粉、导热性固体粉末的一种或多种的混合物。

外层筒体2的上端和下端分别固定设有上法兰7和下法兰8。

所述上法兰7为金属件，下法兰8为陶瓷件。

所述外层筒体2的内壁以及内层筒体3的外壁均涂覆有导热涂层。所述导热涂层采用北京志盛威华化工有限公司研发生产的耐高温远红外辐射涂料(ZS-1061)，该耐高温远红外辐射涂料具有自清洁效果，有效放置外层筒体2的内壁以及内层筒体3的外壁上结焦。

所述内层筒体3通过支撑限位装置9固定设置在外层筒体2内；所述支撑限位装置9包括下承托限位组件91和上限位组件92；

下承托限位组件91包括承托板911，以及固定连接在承托板911上的第一限位板912和第二限位板913；承托板911固定连接在外层筒体2的内壁上且位于内层筒体3的下端；第一限位板912和第二限位板913之间形成第一限位卡槽；内层筒体3通过其下端卡入第一限位卡槽后被承托板911承托住并且被第一限位卡槽限位；所述内层筒体3的下端围绕内层筒体3的轴线圆周分布有多个下承托限位组件91；

上限位组件92包括连接板921，以及固定连接在连接板921上的第三限位板922和第四限位板923；连接板921固定连接在外层筒体2的内壁上且位于内层筒体3的上端；第三限位板922和第四限位板923之间形成第二限位卡槽；内层筒体3通过其上端卡入第二限位卡槽后被第二限位卡槽限位；所述内层筒体3的上端围绕内层筒体3的轴线圆周分布有多个上限位组件92。

其中承托板911和连接板921在内层筒体3的轴线投影方向上相互错开。从而使得荒煤气在第一通道5内能够短暂停留，一定程度上进一步提高换热效率。

换热管1内的换热介质优选熔盐。利用熔盐对荒煤气的余热进行回收时，因为熔盐运行为常压运行，因此能够增加换热器寿命；同时因为熔盐温升高(580℃)，因此后期熔盐与水换热能产生高温高压蒸汽，是高品质热源。

本发明的工作原理如下：

换热介质从换热介质总入口13进入，从换热介质总出口14流出；在换热介质流动时，能够吸收走从第一通道5和第二通道6经过的荒煤气的热量。由于内层筒体3的外壁和内壁均内接触荒煤气，因此其吸热效率极高。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种内外双夹套管式上升管换热器，具有本体和换热管；其特征在于：所述本体包括外层筒体和内层筒体；所述换热管包括外层换热管和内层换热管；所述内层筒体固定设置在外层筒体内；所述外层筒体和内层筒体分别设有外夹层和内夹层；所述外层换热管和内层换热管分别设置在外夹层和内夹层里；所述外夹层和内夹层内均设有导热材料；所述内层筒体与外层筒体之间形成用于荒煤气通过的第一通道，内层筒体的内部形成用于荒煤气通过的第二通道；外层换热管和内层换热管的换热介质入口汇接后形成换热介质总入口，外层换热管和内层换热管的换热介质出口汇接后形成换热介质总出口；或者外层换热管的换热介质出口与内层换热管的换热介质入口连接相通，外层换热管的换热介质入口即为换热介质总入口，内层换热管的换热介质出口即为换热介质总出口。

2.根据权利要求1所述的一种内外双夹套管式上升管换热器，其特征在于：所述外层换热管为以外层筒体的轴线为螺旋轴线的第一螺旋盘管；所述内层换热管为以内层筒体的轴线为螺旋轴线的第二螺旋盘管。

3.根据权利要求2所述的一种内外双夹套管式上升管换热器，其特征在于：第一螺旋盘管的换热介质入口位于外层筒体的下端，第一螺旋盘管的换热介质出口位于外层筒体的上端且与第二螺旋盘管的换热介质入口连接相通；第二螺旋盘管的换热介质入口位于内层筒体的上端，第二螺旋盘管的换热介质出口位于内层筒体的下端。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种内外双夹套管式上升管换热器，其特征在于：所述外层筒体包括外筒体和内筒体；外筒体和内筒体固定连接且两者之间形成外夹层；所述外筒体上设有膨胀节。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种内外双夹套管式上升管换热器，其特征在于：所述导热材料为碳化硅、氮化铝、氧化锌、氮化硼、墨粉、石墨烯、碳粉、钙钛粉、石硅粉、金属粉、导热性固体粉末的一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种内外双夹套管式上升管换热器，其特征在于：外层筒体的上端和下端分别固定设有上法兰和下法兰。

7.根据权利要求6所述的一种内外双夹套管式上升管换热器，其特征在于：所述上法兰和下法兰为金属件或陶瓷件。

8.根据权利要求1所述的一种内外双夹套管式上升管换热器，其特征在于：所述外层筒体的内壁以及内层筒体的外壁均涂覆有导热涂层。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种内外双夹套管式上升管换热器，其特征在于：所述内层筒体通过支撑限位装置固定设置在外层筒体内；所述支撑限位装置包括下承托限位组件和上限位组件；

下承托限位组件包括承托板，以及固定连接在承托板上的第一限位板和第二限位板；承托板固定连接在外层筒体的内壁上且位于内层筒体的下端；第一限位板和第二限位板之间形成第一限位卡槽；内层筒体通过其下端卡入第一限位卡槽后被承托板承托住并且被第一限位卡槽限位；所述内层筒体的下端围绕内层筒体的轴线圆周分布有多个下承托限位组件；

上限位组件包括连接板，以及固定连接在连接板上的第三限位板和第四限位板；连接板固定连接在外层筒体的内壁上且位于内层筒体的上端；第三限位板和第四限位板之间形成第二限位卡槽；内层筒体通过其上端卡入第二限位卡槽后被第二限位卡槽限位；所述内层筒体的上端围绕内层筒体的轴线圆周分布有多个上限位组件。

Images