CN115029500A - 一种具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，包括塔体和设于塔体内部的热交换能板和冷却装置；所述热交换能板位于冷却装置的上方，热交换能板包括空间换热能板和紧贴塔体内壁水冷壁换热能板，空间换热能板从塔体内壁附近延伸至内部空间且呈竖壁平面状放置，水冷壁换热能板紧贴塔体内壁且呈竖壁弧面状放置。与现有技术相比，本发明对转炉煤气的高温段进行了余热回收，既对转炉煤气降温，水冷壁换热能板也对塔壁起到保护作用，防止塔壁超温；同时能板换热面均为竖表面，能够减少积灰，降低灰尘对换热面的磨损，产生品位级的中高压饱和蒸汽，减少了喷水量，减少了塔体出口的煤气流量，减少了转炉煤气的后续处理成本。
Description
技术领域
本发明属于转炉煤气余热回收装置技术领域，特别涉及一种具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置。
背景技术
炼钢转炉出来的～1600℃的转炉煤气(有的称为转炉烟气，因包含有可燃成分CO，其含量多达70％以上，其余为CO2、N2、O2，因而也被称为转炉煤气。还含有大量的灰尘，灰尘中含有较多铁、镁等可用成分，需要回收)先进入汽化冷却烟道余热锅炉，降温至800～900℃。汽化冷却烟道余热锅炉的转炉煤气温度段灰尘为柔软性，对金属壁面的磨损性较小。目前，汽化冷却烟道余热锅炉的使用较为普遍，几乎每个转炉都已配备。转炉煤气的特性：高温、含尘多、有磁性、磨损性、静电、间断性、周期性、可燃性，条件极为苛刻。
800～900℃的转炉煤气，由于灰尘变成硬性，对金属壁面的磨损较大，目前的现状是，进入喷雾冷却塔(蒸发冷却塔)，用冷水对该转炉煤气降温至～200℃后进行除尘净化。目前，在世界范围内都没有成功回收该800～900℃转炉煤气热量的相关设备，造成了高品位热量的浪费。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其能够有效回收转炉煤气余热。
技术方案：本发明提供一种具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，包括塔体和设于塔体内部的热交换能板和冷却装置；所述热交换能板位于冷却装置的上方，热交换能板包括空间换热能板和水冷壁换热能板，空间换热能板从塔体内壁附近延伸至内部空间且呈竖壁平面状放置，水冷壁换热能板紧贴塔体内壁且呈竖壁弧面状放置。
本发明中所述“竖壁平面状”或“竖壁弧面状”，其中的“竖壁”是指空间换热能板和水冷壁换热能板均在塔体内竖直放置，其侧面均与水平面呈垂直状态，所以称为“竖壁”；其中的“平面状”或“弧面状”是指能板的侧面形状。
作为优选或者改进方案：
作为一种实施方案，所述空间换热能板在塔体内沿圆周方向均匀分布，且径向放置。
进一步的，所述空间换热能板设置成不同的宽度，交错放置。
作为另一种实施方案，所述空间换热能板为两个以上，在塔体内任一穿过中轴线的纵截面两侧分布。
进一步的，所述空间换热能板在塔体内任一穿过中轴线的纵截面两侧对称分布，且同一侧内的能板相互平行放置。
更进一步的，所述空间换热能板设置成不同的宽度，依序放置。
所述水冷壁换热能板的弧面与塔体的内壁相匹配。
所述空间换热能板，其主要由第一换热管组成，第一换热管呈竖直蛇形状态，两端开口分别与塔体外部联通；作为改进，所述第一换热管表面还设有第一直翅片。
进一步的，所述第一换热管中每段竖直的管体表面，沿圆周方向均匀设有竖直的第一直翅片；作为改进，每个第一直翅片上设有若干第一锯齿形锲口，第一锯齿形锲口交错分布，分别位于管体不同的轴向断面上。
所述水冷壁换热能板，其主要由第二换热管组成，第二换热管呈竖直蛇形状态，两端开口分别与塔体外部联通；作为改进，所述第二换热管表面还设有第二直翅片。
进一步的，所述第二换热管中每段竖直的管体表面，设有竖直的与塔体内壁平行的第二直翅片；作为改进，每个第二直翅片上设有若干第二锯齿形锲口，第二锯齿形锲口交错分布，分别位于管体不同的轴向断面上。
所述塔体包括煤气进口和煤气出口，煤气进口位于热交换能板的上方，煤气出口位于冷却装置的下方；
所述冷却装置采用喷雾装置，包括设于塔体内部的输送管路和喷头，以及设于塔体侧壁的冷水入口，所述喷头安装在塔体内，通过输送管路与冷水入口连接。
所述空间换热能板和水冷壁换热能板中均设有换热管，所有换热管的两端开口均穿过塔体的塔壁，与塔体外部的汽包连接，汽包和换热管进水口连接的管路上还设有强制循环泵，形成冷却介质的循环通路。
所述空间换热能板和水冷壁换热能板还可以设置外壳，外壳内部设置导热层，换热管沉埋于导热层内。
所述空间换热能板和水冷壁换热能板均呈竖壁面布置。复合能板厚度小，高度大，宽度适中，竖壁面布置适合外部煤气沿竖板面的纵向冲刷。
所述煤气进口设置于塔体顶部；所述煤气出口设置于塔体底部，或靠近底部的塔体的壁上，或塔体下部，均可以实现本发明的目的。
由于煤气中的含尘量比较大，一般达到150克/m3以上，且颗粒较大，有的甚至粒径达2mm以上，灰尘中含有多种金属元素，因此，灰尘对壁面的磨损比较严重，金属颗粒在流动过程中的碰撞等会产生静电，具有吸附性、磁性。本发明采用的热交换能板为竖壁面布置，其中能板的迎风面宽度很小，因此，不会占据较多的煤气流通面积，也就是说设置能板后对煤气的流速几乎不变，不会因煤气流速变大很多而产生对能板的磨损。此外，设置水冷壁换热能板，既对煤气降温，同时对塔壁起到保护作用，防止塔壁升温。同时，由于直翅片翅尖的温度要高于翅根(管壁处)的，导致翅尖膨胀量大，因此每个直翅片带有锯齿形锲口，能够消除膨胀应力，且相邻直翅片的锯齿形锲口呈错开状态，避免引起换热管的热应力集中，造成换热管损坏。
因转炉工作的间断性和周期性，本发明采用强制循环余热锅炉型式回收煤气热量，按照最大煤气流量和最高煤气进口温度的工况设计，在最小工况下，可能煤气的流量为0，但换热介质的循环依然在进行，换热介质恒定流量循环，不会因煤气的流量和温度变化而改变，这样可减少换热介质的热冲击，增加循环的稳定性。
有益效果：与现有的完全依靠喷雾冷却对煤气降温处理的技术相比，本发明对转炉煤气的高温段进行了余热回收，其中设置的水冷壁换热能板，既对煤气降温，同时对塔壁起到保护作用，防止塔壁超温；所有换热能板的换热面，包括管体表面和翅片表面，均为竖表面，与含尘煤气的走向(自上而下)平行一致，减少了积灰，降低了灰尘对换热面的磨损，能产生品位级的中高压饱和蒸汽，减少了喷水量，减少了喷雾塔出口的煤气流量，减少了转炉煤气的后续处理成本，喷雾塔的喷雾装置设置在塔体的中部，位于本余热回收装置的下方，不改变原有的喷雾操作过程。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为本发明装置中空间换热能板的结构图。
图3为本发明装置中空间换热能板中每段竖直管体的结构图。
图4为本发明装置中水冷壁换热能板的结构示意图。
图5为本发明装置中水冷壁换热能板中每段竖直管体的结构示意图。
图6为本发明装置中热交换能板的分布示意图(空间换热能板圆周均布式)。
图7为本发明装置中热交换能板的分布示意图(空间换热能板平行分布式)。
图8为本发明装置中换热管与汽包的连接关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明装置作出进一步说明。
实施例1
一种具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，如图1-5所示，包括塔体1和设于塔体1内部的热交换能板2和冷却装置3；热交换能板2位于冷却装置3的上方，热交换能板2包括空间换热能板21和水冷壁换热能板22，空间换热能板21从塔体1内壁附近延伸至内部空间且呈竖壁平面状放置，水冷壁换热能板22紧贴塔体1内壁且呈竖壁弧面状放置。塔体1包括煤气进口11和煤气出口12，煤气进口11位于热交换能板2的上方，煤气出口12位于冷却装置3的下方。冷却装置3采用喷雾装置，包括设于塔体1内部的输送管路31和喷头32，以及设于塔体1侧壁的冷水入口33，喷头32安装在塔体1内，通过输送管路31与冷水入口33连接。
如图2和3所示，空间换热能板21，主要由第一换热管211组成，第一换热管211呈竖直蛇形状态，两端开口分别与塔体1外部联通；第一换热管211中每段竖直的管体表面，沿圆周方向均匀设有竖直的第一直翅片212；每个第一直翅片212上设有若干第一锯齿形锲口213，第一锯齿形锲口213交错分布，分别位于管体不同的轴向断面上。
如4和5所示，水冷壁换热能板22，主要由第二换热管221组成，第二换热管221呈竖直蛇形状态，两端开口分别与塔体1外部联通；第二换热管221中每段竖直的管体表面，设有竖直的与塔体1内壁平行的第二直翅片222；每个第二直翅片222上设有若干第二锯齿形锲口223，第二锯齿形锲口223交错分布，分别位于管体不同的轴向断面上。
如图6所示，作为一种实施方案，空间换热能板21在塔体1内沿圆周方向均匀分布，且径向放置，且设置成不同的宽度，交错放置。水冷壁换热能板22的换热面呈弧形面，与塔体1内壁的弧度相匹配。
如图7所示，作为另一种实施方案，空间换热能板21为两个以上，在塔体1内任一穿过中轴线的纵截面两侧对称分布，且同一侧内的能板相互平行放置。且设置成不同的宽度，依序放置。水冷壁换热能板22的换热面呈弧形面，与塔体1内壁的弧度相匹配。
水冷壁换热能板22中某段或某几段管路可以缩小高度，留出空间供空间换热能板21的换热管管口延伸出塔体1的塔壁。
如图8所示，所述空间换热能板21和水冷壁换热能板22中的所有换热管的两端开口均穿过塔体1的塔壁，与塔体1外部的汽包4连接，汽包4和换热管进水口连接的管路上还设有强制循环泵41，形成冷却介质的循环通路。本实施例中，所有换热管的进水口和出水口均设置在能板的底部。
需要说明的是，所述煤气进口11设置于塔体1顶部；所述煤气出口12可设置于塔体1底部，或靠近底部的塔体1的壁上，或塔体1下部，均可以实现本发明的目的。
上述转炉煤气余热回收装置的工作原理如下：
空间换热能板21和水冷壁换热能板22吸收高温转炉煤气的放热量后，将热量传递给两种能板中的换热管，最终传递给换热管内的水。水冷壁换热能板22，既对煤气降温，同时对塔壁起到保护作用，防止塔壁升温。
汽包4下来的饱和水，经强制循环泵41驱动送入换热管内，吸收煤气放热量后变成汽水混合物，送至汽包4，经汽水分离后，饱和蒸汽外送，饱和水再次参与循环。
Claims (10)
1.一种具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其特征在于，包括塔体(1)和设于塔体(1)内部的热交换能板(2)和冷却装置(3)；所述热交换能板(2)位于冷却装置(3)的上方，热交换能板(2)包括空间换热能板和水冷壁换热能板，空间换热能板从塔体(1)内壁附近延伸至内部空间且呈竖壁平面状放置，水冷壁换热能板紧贴塔体(1)内壁且呈竖壁弧面状放置。
2.根据权利要求1所述的具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其特征在于，所述空间换热能板在塔体(1)内沿圆周方向均匀分布，且径向放置。
3.根据权利要求1所述的具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其特征在于，所述空间换热能板为两个以上，在塔体(1)内任一穿过中轴线的纵截面两侧分布。
4.根据权利要求1所述的具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其特征在于，所述水冷壁换热能板的弧面与塔体(1)的内壁相匹配。
5.根据权利要求1所述的具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其特征在于，所述空间换热能板为空间换热能板(21)，其主要由第一换热管(211)组成，第一换热管(211)呈竖直蛇形状态，两端开口分别与塔体(1)外部联通；作为改进，所述第一换热管(211)表面还设有第一直翅片(212)。
6.根据权利要求5所述的具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其特征在于，所述第一换热管(211)中每段竖直的管体表面，沿圆周方向均匀设有竖直的第一直翅片(212)；作为改进，每个第一直翅片(212)上设有若干第一锯齿形锲口(213)，第一锯齿形锲口(213)交错分布，分别位于管体不同的轴向断面上。
7.根据权利要求1所述的具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其特征在于，所述水冷壁换热能板为水冷壁换热能板(22)，其主要由第二换热管(221)组成，第二换热管(221)呈竖直蛇形状态，两端开口分别与塔体(1)外部联通；作为改进，所述第二换热管(221)表面还设有第二直翅片(222)。
8.根据权利要求7所述的具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其特征在于，所述第二换热管(221)中每段竖直的管体表面，设有竖直的与塔体(1)内壁面平行的第二直翅片(222)；作为改进，每个第二直翅片(222)上设有若干第二锯齿形锲口(223)，第二锯齿形锲口(223)交错分布，分别位于管体不同的轴向断面上。
9.根据权利要求1所述的具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其特征在于，所述塔体(1)包括煤气进口(11)和煤气出口(12)，煤气进口(11)位于热交换能板(2)的上方，煤气出口(12)位于冷却装置(3)的下方；
所述冷却装置(3)为喷雾装置，包括设于塔体(1)内部的输送管路(31)和喷头(32)，以及设于塔体(1)侧壁的冷水入口(33)，所述喷头(32)安装在塔体(1)内，通过输送管路(31)与冷水入口(33)连接。
10.根据权利要求1所述的具有水冷壁换热能板的转炉煤气余热回收装置，其特征在于，所述空间换热能板和水冷壁换热能板中均设有换热管，所有换热管的两端开口均穿过塔体(1)的塔壁，与塔体(1)外部的汽包(4)连接，汽包(4)和换热管进水口连接的管路上还设有强制循环泵(41)，形成冷却介质的循环通路。
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