CN203190837U - 一种气体净化冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体净化冷却装置，包括塔体，其顶部有气体进口、下部有气体出口、底部有液体出口；塔体内由上至下有一级喷头和二级喷头；两级喷头间设有板式换热器，二级喷头下方设有C形管换热器；板式换热器包括套于塔外的第一夹套和平行竖向排于塔内并与第一夹套连接的换热板，换热板内有换热通道，第一夹套内与换热通道相通，第一夹套下部有第一注水口、上部有第一蒸汽出口；C形管换热器包括套于塔外的第二夹套和平行竖向排于塔内并与第二夹套内相通的C形管，C形管两端穿过塔壁与第二夹套连接，第二夹套下部有第二注水口、上部有第二蒸汽出口。C形管弧面朝向塔轴，多个C形管沿以塔体轴为圆心的圆的径向设置。

Description

一种气体净化冷却装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于气体净化冷却的装置，属于气体净化技术领域。 

背景技术

工业生产的中间物或产物多为高温含尘气体，这种高温含尘气体一般需经净化冷却处理后，才能被进一步使用或排放。现有技术常用的气体净化冷却装置如图1所示，在塔内沿洗涤塔的纵向设置有两级喷嘴1，每级喷嘴1下方均设置有横向换热管束2，两个横向换热管束2沿塔体同侧插进塔体内，其中横向换热管束2的换热管位于塔体内部，其外壳露于塔体之外，该外壳上设置的下注水口3和上出水口4与换热管内部相连通。使用时，高温含尘气体由底部的进气口5引入洗涤塔内并向上流动，低温洗涤液由喷嘴1喷出并向下流动，高温含尘气体与低温洗涤液逆流进行传质和传热，在此过程中，洗涤液的含尘量和温度上升、气体中的含尘量和温度下降；经下注水口3向横向换热管束2中注入低温冷凝水，气体通过与冷凝水换热后温度进一步降低，升温后的冷凝水由上出水口4引出，经冷却器6处理后循环使用，最终净化冷却后的气体由塔顶流出，使用后的洗涤液由塔底流出并经冷却后返回塔内使用。上述技术中，一方面需要对升温后的冷凝水进行冷却，以使横向换热管束2内的冷凝水能够循环使用，这就增加了整体装置的能耗，另一方面，气体与洗涤液逆向流动的阻力过大，传质和传热的效率低，导致气体净化冷却的效率低。 

为了解决这一技术问题，在上述装置基础上进行改进，中国专利文献CN102410518A公开了一种液尿洗涤塔低位热能回收利用方法，该洗涤塔内喷嘴的设置方式与上述装置相同，洗涤塔筒体外设置有夹套，塔内中部设置有竖向换热管束，所述夹套穿过洗涤塔塔壁与竖向换热管束的内部相连通，经夹套下部的下注水口向竖向换热管束及夹套内通入除盐水。使用时，将待洗涤的三聚氰胺工艺气体送入塔体上部，与喷嘴喷入的液尿洗涤液并流而下进行传质与传热，同时液尿及工艺气体与换热管束内的除盐水换热，由于竖向换热管束内上部留有一定的空余空间，竖向换热管束内的除盐水在吸收热量后转变为0.12-0.15MPa的低压蒸汽并由夹套上部的上出气口流出至塔体外部的蒸汽换热器内，驱动载气压缩机的汽轮机做功后流出1.2MPa、280-290℃的过热蒸汽通入蒸汽换热器中，将低压饱和蒸汽加热成175-180℃的低压过热蒸汽，送至合成氨装置造气工段用于生产半水煤气。 

上述技术中，并流的三聚氰胺工艺气体和洗涤液之间的阻力小，传质和传热效率高，因而气体净化冷却的效率高，而且竖向换热管束中的冷凝水传热后完全转变为低压蒸汽，低压蒸汽与饱和蒸汽混合后可直接用于工业生产，省却了冷却冷凝水所带来的能量消耗。但是由于洗涤塔内的上部温度大大高于下部温度，因此一方面塔内中部设置的竖向换热管束与上部气体及洗涤液的热交换面积很小，无法充分吸收塔内上部的热量产生蒸汽，另一方面与塔内上部气体及洗涤液换热后，竖向换热管束中的冷凝水温度升高，因而无法与塔内温度较低的下部气体及洗涤液进行有效的换热，塔体大部分气体的热量被洗涤液带出，造成了能量浪费。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有技术洗涤塔内中部设置的竖向换热管束无法充分吸收塔内上部的热量产生蒸汽，同时与塔内上部气体及洗涤液换热后，竖向换热管束中的冷凝水温度偏高，无法与塔内温度较低的下部气体及洗涤液进行有效换热，塔内大部分气体热量被洗涤液带出；进而提出一种能够充分吸收塔内上部热量，同时又能有效与塔内下部气体及洗涤液进行换热的气体净化冷却装置。 

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气体净化冷却装置，包括塔体，所述塔体的上部或顶部设置有气体进口，所述塔体的下部设置有气体出口，所述塔体的下部或底部设置有液体出口，并且所述气体出口位于所述液体出口的上方； 

在所述塔体内，由上至下依次设置有一级喷头和二级喷头，所述一级喷头靠近所述气体进口设置，所述二级喷头靠近所述塔体中部设置；

在所述一级喷头和二级喷头之间设置有板式换热器，在所述二级喷头的下方设置有C形管换热器；

所述板式换热器包括套置于塔体外壁上的第一夹套和平行竖向排列于所述塔体内的换热板，所述换热板内设置有换热通道，所述换热板通过所述塔体的塔壁与所述第一夹套相连接，所述第一夹套内部与所述换热通道相连通，所述第一夹套的下部设置有第一注水口、上部设置有第一蒸汽出口；

所述C形管换热器包括套置于所述塔体外壁的第二夹套和平行竖向排列于所述塔体内的C形管，所述C形管的两端穿过所述塔体的塔壁与所述第二夹套相连接，所述第二夹套内部与所述C形管内部相连通，所述第二夹套的下部设置有第二注水口、上部设置有第二蒸汽出口。

所述C形管的弧面朝向所述塔体的轴。 

所述C形管由3段直管和2段弧形管交替连接而成，所述弧形管的弧面弧度为∏/2。 

在所述塔体内，多个所述C形管沿以塔体轴为圆心的圆的径向设置。 

3个所述C形管为一管组，多个所述管组位于同一圆周上，且每一管组的所述C形管均位于同一径向方向上。 

在所述一级喷头和二级喷头之间，沿所述塔体的轴向设置有多个所述板式换热器。 

在所述二级喷头的下方，沿所述塔体的轴向设置有多个所述C形管换热器。 

还包括气液分离器，所述气液分离器设置于塔内的下部。 

还包括第一空冷器和第二空冷器，所述第一空冷器上设置有第一蒸汽进口和第一出水口，所述第一蒸汽出口与第一蒸汽进口相连接，所述第一出水口与第一注水口相连接，所述第二空冷器上设置有第二蒸汽进口和第二出水口，所述第二蒸汽出口与第二蒸汽进口相连接，所述第二出水口与第二注水口相连接。 

还包括液体循环泵和储液罐，所述液体循环泵上设置有进液口和出液口，所述储液罐上设置有出液口，所述液体循环泵的进液口通过管线分别与所述液体出口和所述储液罐的出液口相连接，所述液体循环泵的出液口通过管线分别与所述一级喷头和二级喷头相连接。 

本实用新型与现有技术方案相比具有以下有益效果： 

（1）本实用新型所述气体净化冷却装置包括在所述一级喷头和二级喷头之间设置有板式换热器，在所述二级喷头的下方设置有C形管换热器；所述板式换热器包括套置于塔体外壁上的第一夹套和平行竖向排列于所述塔体内的换热板，所述换热板内设置有换热通道，所述换热板通过所述塔体的塔壁与所述第一夹套相连接，所述第一夹套内部与所述换热通道相连通，所述第一夹套的下部设置有第一注水口、上部设置有第一蒸汽出口；所述C形管换热器包括套置于所述塔体外壁的第二夹套和平行竖向排列于所述塔体内的C形管，所述C形管的两端穿过所述塔体的塔壁与所述第二夹套相连接，所述第二夹套内部与所述C形管内部相连通，所述第二夹套的下部设置有第二注水口、上部设置有第二蒸汽出口。

上部板式换热器与上部气体及洗涤液的热交换面积大，能够更多地吸收塔内上部的热量产生蒸汽，而且下部C形管换热器中的冷凝水温度很低，能够与塔内温度较低的下部气体及洗涤液进行换热。本实用新型所述装置的板式换热器换热效率很高，用该装置处理300-400℃的高温含尘气体时，首先通过高效板式换热器与刚进入的高流速高温含尘气体及洗涤液进行充分换热，气体及洗涤液的热量大部分被板式换热器的冷凝水吸收并将冷凝水完全转化成为高温蒸汽，这时由于气体及洗涤液的流速较快，板式换热器的管壁上不易形成结垢，换热后到达塔内下部的气体及洗涤液的温度能够达到145-160℃，其与C形管换热器中冷凝水的温差较少，较不容易在换热器管壁上结垢。避免了现有技术中设置在洗涤塔内中部的竖向换热管束无法充分吸收塔内上部热量产生蒸汽，同时与塔内上部气体及洗涤液换热后的冷凝水温度偏高，导致竖向换热管束不适于继续同塔内下部温度较低的气体及洗涤液进行有效换热的问题。 

并且，所述气体净化冷却装置中配制的板式换热器和C形管换热器配合使用能够使高温气体及吸热后的洗涤液温度降低下来，使用后的洗涤液无需再次冷却即可直接回用。 

（2）本实用新型所述气体净化冷却装置中所述C形管的弧面朝向所述塔体的轴C形管的光滑弧面朝向塔内中心；由于气体及洗涤液大量在塔内中央位置流动，因而最靠近塔内中央的C形管弧面所接触到的气体及洗涤液的温度较高，更容易产生结垢物，但是本实用新型的装置中塔内下部的气体及洗涤液温度已经很低，并且在换热过程中二级喷头不断喷出的洗涤液能够使还未来得及固结在C形管上的结垢物沿着光滑的弧面滑动至塔底，因此管壁上不易结垢。所述C形管由3段直管和2段弧形管交替连接而成，所述弧形管的弧面弧度为∏/2，这种优化的弧面设置方法能够使结垢物以较高的速度沿C形管管壁下滑，加之以洗涤液的冲刷力，从而能够完全避免管壁结垢问题的发生。 

（3）本实用新型所述气体净化冷却装置在所述塔体内，多个所述C形管沿以塔体轴为圆心的圆的径向设置。3个所述C形管为一管组，多个所述管组位于同一圆周上，且每一管组的所述C形管位于同一径向方向上。申请人经研究发现在处理塔内下部145-160℃的气体时，水平方向上中心气体及洗涤液的温度高于两边的。虽然靠近中心处C形管内的冷凝水与塔内气体及洗涤液的温差大，但是二级喷头喷出的高速液体能够冲刷靠近中心处C形管的管壁，而使欲结垢物质沿着C形管的弧面滑下，因而靠近中心处C形管管壁不易结垢；同时水平方向上靠近两边的气体及洗涤液与冷凝水的温差很小，因而不容易在C形管管壁上结垢，因而即使所设置C形管管壁间的间隙较小，管壁上也不易结垢，从而使得塔内下部C形管换热器外壁的结垢物很少，换热管与气体及洗涤液间的热交换效率很高，气体及洗涤液更容易流动，最终气体被冷却至130-135℃流出。 

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被理解，本实用新型结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容进行进一步的说明； 

图1为现有技术的气体净化冷却装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1所述气体净化冷却装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1所述C形换热器的主视图；

图4为本实用新型实施例1所述C形换热器的俯视图；

图5为本实用新型实施例2所述气体净化冷却装置的结构示意图；

图6为本实用新型实施例3所述气体净化冷却装置的结构示意图；

其中附图标记为：1-喷嘴，2-横向换热管束，3-下注水口，4-上出水口，5-进气口,6-冷却器，7-塔体，8-气体进口，9-气体出口，10-液体出口，11-一级喷头，12-二级喷头，13-板式换热器，14-C形管换热器，15-第一夹套，16-换热板，17-第一注水口，18-第一蒸汽出口，19-第二夹套，20-C形管，21-第二注水口，22-第二蒸汽出口，23-气液分离器，24-第一空冷器，25-第二空冷器，26-第一蒸汽进口，27-第一出水口，28-第二蒸汽进口，29-第二出水口，30-液体循环泵，31-储液罐。

具体实施方式

实施例1

本实用新型所述的气体净化冷却装置如图2所示，包括塔体7，所述塔体7的上部或顶部设置有气体进口8，所述塔体7的下部设置有气体出口9，所述塔体7的下部或底部设置有液体出口10，并且所述气体出口9位于所述液体出口10的上方；在本实施例中，所述气体进口8设置在所述塔体7的顶部，所述气体出口9设置在所述塔体7的下部，所述液体出口10设置在所述塔体7的底部。

在所述塔体7内，由上至下依次设置有一级喷头11和二级喷头12，所述一级喷头11靠近所述气体进口8设置，所述二级喷头12靠近所述塔体7中部设置；在所述一级喷头11和二级喷头12之间设置有板式换热器13，在所述二级喷头12的下方设置有C形管换热器14，在本实施例中，所述板式换热器13靠近所述一级喷头11设置，所述C形管换热器14靠近所述二级喷头12设置。 

所述板式换热器13包括套置于塔体7外壁上的第一夹套15和平行竖向排列于所述塔体7内的换热板16，所述换热板16内设置有换热通道，用于容纳冷凝水，在本实施例中，所述第一夹套15的直径为200mm，所述换热板16的宽度为11-60mm，所述换热板16内换热通道的宽度为10-50mm，多个所述换热板16间的间距为10-50mm；所述换热板16的两端穿过塔体7的塔壁与所述第一夹套15相连接，所述第一夹套15内部与所述换热通道相连通，所述换热板16间的适于气体及洗涤液流动通过，所述第一夹套15的下部设置有第一注水口17、上部设置有第一蒸汽出口18。 

如图3、4所示，所述C形管换热器14包括套置于所述塔体7外壁的第二夹套19和平行竖向排列于所述塔体7内的C形管20，在本实施例中，所述第二夹套19的直径为200mm，所述C形管20选用不锈钢管DN15-50的尺寸，所述C形管20由两段弧形管将三段共面正交的直管相连接组成，其中，所述弧形管的弧度为∏/2；所述C形管20的两端穿过所述塔体7的塔壁与所述第二夹套19相连接，所述第二夹套19内部与所述C形管20内部相连通，所述第二夹套19的下部设置有第二注水口21、上部设置有第二蒸汽出口22；在所述塔体7内，所述C形管20的弧面朝向所述塔体7的轴，多个所述C形管20沿以塔体7轴为圆心的圆的径向设置，在本实施例中，3个所述C形管20为一管组，多个所述管组位于同一圆周上，且每一管组的所述C形管20均位于同一径向方向上。 

上述装置在使用时，将300-400℃的含尘气体由气体进口8引入塔内，通过一级喷头11和二级喷头12向所述塔体7内喷洒液尿洗涤液，所述气体与洗涤液并流向下流动,先通过高效板式换热器13与刚进入的高温含尘气体及洗涤液进行充分换热，气体及洗涤液的热量大部分被板式换热器13的冷凝水吸收并将冷凝水完全转化成为300℃、6MPa的蒸汽，换热后到达塔内下部的气体及洗涤液的温度能够达到145-160℃，其与C形管换热器14进一步进行换热，C形管20的光滑弧面朝向塔内中心，最靠近塔内中心的C形管20弧面所接触到的气体及洗涤液的温度较高，换热过程中二级喷头12不断喷出的洗涤液能够使还未来得及固结在C形管20上的结垢物沿着光滑的弧面滑动至塔底；水平方向上靠近两边的气体及洗涤液与冷凝水的温差很小，因而不容易在C形管20上结垢，气体及洗涤液的混合物沿着C形管20的弧面更容易流动，从而使得塔内下部弧形换热管外壁的结垢物很少，换热管与气体及洗涤液间的热交换效率很高，气体及洗涤液更容易流动，最终气体被冷却至130-135℃流出。C形换热器内的冷凝水被转变成130℃、6MPa蒸汽。 

实施例2

如图5所示，在上述实施例的基础上，在所述一级喷头11和二级喷头12之间，沿所述塔体7的轴向设置有多个所述板式换热器13，本实施例中设置为2个。在所述二级喷头12的下方，沿所述塔体7的轴向设置有多个所述C形管换热器14，本实施例中设置为2个。塔内上部的气体及洗涤液可以与塔内上部设置的多个板式换热器13进行充分换热，同时塔内下部温度较低的气体及洗涤液也能够与塔内下部的多个C形管换热器14进行多级换热，从而进一步降低最终流出的气体、洗涤液的温度。

实施例3

本实施例在上述实施例的基础上，如图6所示，还包括气液分离器23，所述气液分离器23设置于塔内的下部，并且所述气液分离器23的上端与所述塔体7整个周向的内壁相连接，所述气液分离器23靠近所述气体出口9，在本实施例中，所述气液分离器23为内径逐渐变小的筒体结构，当气体及洗涤液的混合物流进该筒内时，由于内径变小，洗涤液的流速会变大，从而在惯性作用下洗涤液流至塔底，而速度较小的气体由筒的边缘流出，从而将气体与洗涤液分离开来。

还包括第一空冷器24和第二空冷器25，所述第一空冷器24上设置有第一蒸汽进口26和第一出水口27，所述第一蒸汽出口18与第一蒸汽进口26相连接，所述第一出水口27与第一注水口17相连接，所述第二空冷器25上设置有第二蒸汽进口28和第二出水口29，所述第二蒸汽出口22与第二蒸汽进口28相连接，所述第二出水口29与第二注水口21相连接。第一空冷器24将板式换热器13中产生的高温蒸汽部分转化为冷凝水回用，同时第二空冷器25将C形管换热器14中产生的中温蒸汽部分转化为冷凝水回用，剩余的高温蒸汽和中温蒸汽直接用于工业生产。 

还包括液体循环泵30和储液罐31，所述液体循环泵30上设置有进液口和出液口，所述储液罐31上设置有出液口，所述液体循环泵30的进液口通过管线分别与所述液体出口10和所述储液罐31的出液口相连接，所述液体循环泵30的出液口通过管线分别与所述一级喷头11和二级喷头12相连接。塔底使用的洗涤液中混入新鲜洗涤液后在液体循环泵30作用下，直接返回一、二级喷头12处使用。由于塔内所配置的板式换热器13和C形管换热器14能够很好地配合使用，因此使用后的洗涤液温度足够低，无需再次冷却，即可回用。 

虽然本实用新型已经通过上述具体实施例对其进行了详细的阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本实用新型所要保护的范围。 

Claims (10)

1.一种气体净化冷却装置，包括

塔体（7），所述塔体（7）的上部或顶部设置有气体进口（8），所述塔体（7）的下部设置有气体出口（9），所述塔体（7）的下部或底部设置有液体出口（10），并且所述气体出口（9）位于所述液体出口（10）的上方；

在所述塔体（7）内，由上至下依次设置有一级喷头（11）和二级喷头（12），所述一级喷头（11）靠近所述气体进口（8）设置，所述二级喷头（12）靠近所述塔体（7）中部设置；

其特征在于，

在所述一级喷头（11）和二级喷头（12）之间设置有板式换热器（13），在所述二级喷头（12）的下方设置有C形管换热器（14）；

所述板式换热器（13）包括套置于塔体（7）外壁上的第一夹套（15）和平行竖向排列于所述塔体（7）内的换热板（16），所述换热板（16）内设置有换热通道，所述换热板（16）通过所述塔体（7）的塔壁与所述第一夹套（15）相连接，所述第一夹套（15）内部与所述换热通道相连通，所述第一夹套（15）的下部设置有第一注水口（17）、上部设置有第一蒸汽出口（18）；

所述C形管换热器（14）包括套置于所述塔体（7）外壁的第二夹套（19）和平行竖向排列于所述塔体（7）内的C形管（20），所述C形管（20）的两端穿过所述塔体（7）的塔壁与所述第二夹套（19）相连接，所述第二夹套（19）内部与所述C形管（20）内部相连通，所述第二夹套（19）的下部设置有第二注水口（21）、上部设置有第二蒸汽出口（22）。

2.根据权利要求1所述的气体净化冷却装置，其特征在于，所述C形管（20）的弧面朝向所述塔体（7）的轴。

3.根据权利要求1或2所述的气体净化冷却装置，其特征在于，所述C形管（20）由3段直管和2段弧形管交替连接而成，所述弧形管的弧面弧度为∏/2。

4.根据权利要求3所述的气体净化冷却装置，其特征在于，在所述塔体（7）内，多个所述C形管（20）沿以所述塔体（7）轴为圆心的圆的径向设置。

5.根据权利要求4所述的气体净化冷却装置，其特征在于，3个所述C形管（20）为一管组，多个所述管组位于同一圆周上，且每一管组的所述C形管（20）均位于同一径向方向上。

6.根据权利要求1或2或4或5所述的气体净化冷却装置，其特征在于，在所述一级喷头（11）和二级喷头（12）之间，沿所述塔体（7）的轴向设置有多个所述板式换热器（13）。

7.根据权利要求6所述的气体净化冷却装置，其特征在于，在所述二级喷头（12）的下方，沿所述塔体（7）的轴向设置有多个所述C形管换热器（14）。

8.根据权利要求1或2或4或5或7所述的气体净化冷却装置，其特征在于，还包括气液分离器（23），所述气液分离器（23）设置于塔内的下部。

9.根据权利要求8所述的气体净化冷却装置，其特征在于，还包括第一空冷器（24）和第二空冷器（25），所述第一空冷器（24）上设置有第一蒸汽进口（26）和第一出水口（27），所述第一蒸汽出口（18）与第一蒸汽进口（26）相连接，所述第一出水口（27）与第一注水口（17）相连接，所述第二空冷器（25）上设置有第二蒸汽进口（28）和第二出水口（29），所述第二蒸汽出口（22）与第二蒸汽进口（28）相连接，所述第二出水口（29）与第二注水口（21）相连接。

10.根据权利要求1或2或4或5或7或9所述的气体净化冷却装置，其特征在于，还包括液体循环泵（30）和储液罐（31），所述液体循环泵（30）上设置有进液口和出液口，所述储液罐（31）上设置有出液口，所述液体循环泵（30）的进液口通过管线分别与所述液体出口（10）和所述储液罐（31）的出液口相连接，所述液体循环泵（30）的出液口通过管线分别与所述一级喷头（11）和二级喷头（12）相连接。

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