焦?fàn)t上升管/管組荒煤氣熱交換裝置的制作方法

本實用新型涉及一種焦?fàn)t上升管/管組荒煤氣熱交換裝置。

背景技術(shù)：

焦?fàn)t在煉焦過程中，炭化室逸出大量的荒煤氣，經(jīng)過焦?fàn)t上升管、橋管、集氣管冷卻集合后送入化產(chǎn)裝置進行凈化處理；在一個結(jié)焦周期內(nèi)，單孔炭化室產(chǎn)出的荒煤氣約10000m³，荒煤氣經(jīng)過焦?fàn)t上升管時溫度高達650～800℃，含有大量的顯熱。為了降低焦?fàn)t荒煤氣溫度便于后續(xù)焦化工藝處理，傳統(tǒng)工藝采用噴循環(huán)氨水急速冷卻高溫荒煤氣，使荒煤氣急劇降溫至80～85℃。該工藝流程不僅浪費了大量荒煤氣顯熱，而且消耗大量的氨水、又浪費了大量的水資源和電力，增加了污水排放量。

焦?fàn)t荒煤氣顯熱巨大且未被有效利用。當(dāng)前煉焦工業(yè)積極尋找降本增效的新途徑，節(jié)能——無疑是降低成本的一個重要手段，并且隨著工業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展，能源需求量越來越大，而能源的供應(yīng)卻越來越緊張，各行各業(yè)必須挖潛革新，盡量采取節(jié)能減排措施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型提供一種充分回收荒煤氣熱的焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置。

為達到上述目的，本實用新型焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置，包括由外向內(nèi)依次設(shè)置的外殼、保溫層、內(nèi)套管和內(nèi)殼，所述內(nèi)套管和內(nèi)殼之間設(shè)置有換熱介質(zhì)通道；所述換熱介質(zhì)通道與換熱介質(zhì)入口管道和換熱介質(zhì)出口管道連通，所述換熱介質(zhì)入口管道和換熱介質(zhì)出口管道穿出保溫層和外殼；所述內(nèi)殼內(nèi)側(cè)設(shè)置有一個環(huán)狀凸起，或者所述內(nèi)殼內(nèi)側(cè)沿高度方向上依次設(shè)置有至少兩個朝向內(nèi)側(cè)的環(huán)狀凸起。

進一步地，所述環(huán)狀凸起的截面為弧形，所述環(huán)狀凸起與所述內(nèi)殼平滑連接。

進一步地，所述內(nèi)套管上也設(shè)置有至少一個朝向內(nèi)側(cè)的環(huán)狀凸起；

所述內(nèi)套管上的環(huán)狀凸起與所述內(nèi)殼上的環(huán)狀凸起一一對應(yīng)設(shè)置，所述內(nèi)套管的環(huán)狀凸起與所述內(nèi)殼的環(huán)狀凸起之間形成一段弧形的換熱介質(zhì)通道。

進一步地，所述換熱介質(zhì)通道內(nèi)設(shè)置有螺旋排列的擾流板，所述擾流板與所述內(nèi)殼和/或內(nèi)套管連接。

進一步地，所述環(huán)狀凸起沿所述內(nèi)殼徑向的最大長度為不足所述內(nèi)殼直徑的1/2；所述環(huán)狀凸起沿所述內(nèi)殼軸向的最大高度不足所述內(nèi)殼直徑的1/2。

進一步地，所述內(nèi)殼的內(nèi)表面涂覆有防腐、防粘結(jié)涂層。

進一步地，所述擾流板包括若干內(nèi)管擾流板和若干內(nèi)套管擾流板；

各所述內(nèi)管擾流板在所述內(nèi)管的外壁上螺旋分布，相鄰兩內(nèi)管擾流板之間間隔設(shè)置；所述內(nèi)管擾流板的外邊緣與所述內(nèi)套管間隔設(shè)置；

各所述內(nèi)套管擾流板在所述內(nèi)套管的內(nèi)壁上螺旋分布，相鄰兩內(nèi)套管擾流板之間間隔設(shè)置；所述內(nèi)套管擾流板的內(nèi)邊緣與所述內(nèi)管間隔設(shè)置；

所述內(nèi)套管擾流板的螺旋軌跡和所述內(nèi)管擾流板的螺旋軌跡交錯設(shè)置。

現(xiàn)有的焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置中，荒煤氣的流動處于層流狀態(tài)，從而，上升管熱交換裝置僅能夠吸收邊緣部分的荒煤氣的熱量，中心部分熱量尚未來及回收即排出上升管；而本實用新型的焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置中，在內(nèi)管上朝向內(nèi)側(cè)設(shè)置環(huán)狀凸起，使荒煤氣在上升管中的流動狀態(tài)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)，由于紊流狀態(tài)下的荒煤氣會使各個部位的荒煤氣向四周不規(guī)則逸散，從而，能夠使上升管熱交換裝置與高溫荒煤氣進行充分換熱，大大提高荒煤氣回收熱效率。

針對上述問題，本實用新型提供一種充分回收荒煤氣熱的焦?fàn)t上升管組荒煤氣熱交換裝置。

為達到上述目的，本實用新型焦?fàn)t上升管組荒煤氣熱交換裝置，包括至少兩個如上述任意一項所述焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置，其中，所述內(nèi)、外殼或者內(nèi)、外殼和內(nèi)套管的上、下端與法蘭密封連接；

相鄰兩上升管荒煤氣熱交換裝置通過法蘭密封連接，各所述上升管荒煤氣熱交換裝置的換熱介質(zhì)通道串聯(lián)。

本實用新型焦?fàn)t上升管組荒煤氣熱交換裝置可以根據(jù)所述焦?fàn)t上升管內(nèi)荒煤氣量決定串聯(lián)運行的上升管荒煤氣換熱器數(shù)量，實現(xiàn)荒煤氣量和該裝置的余熱回收能力的匹配；上升管換熱器的內(nèi)管、內(nèi)套管沿高度方向分別設(shè)置至少一個環(huán)狀凸起，可提高荒煤氣與換熱器內(nèi)套管內(nèi)冷卻介質(zhì)對流熱交換效果，提高余熱回收效率。相對于現(xiàn)有技術(shù)上升管結(jié)構(gòu)，本實用新型在確保焦?fàn)t安全運行、不影響生產(chǎn)工藝參數(shù)的同時，有效回收焦?fàn)t上升管內(nèi)荒煤氣余熱、降低了冷卻氨水的用量，同時，避免上升管內(nèi)壁結(jié)焦、腐蝕現(xiàn)象。

附圖說明

圖1是本實用新型焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的A-A視圖；

圖3是本實用新型實施例1與現(xiàn)有技術(shù)的焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置的荒煤氣流動速度對比示意圖；其中，左側(cè)為現(xiàn)有技術(shù)的荒煤氣流動速度分布圖，右側(cè)為本實用新型實施例1的荒煤氣流動速度分布圖；

圖4是本實用新型實施例1與現(xiàn)有技術(shù)的焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置的荒煤氣溫度分布對比示意圖；其中，左側(cè)為現(xiàn)有技術(shù)的荒煤氣溫度分布圖，右側(cè)為本實用新型實施例1的荒煤氣溫度分布圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型做進一步的描述。

實施例1

如圖1所示，如圖1-2所示，本實施例提供一種焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置，該裝置包括一個焦?fàn)t上升管荒煤氣換熱器1；其中所述焦?fàn)t上升管荒煤氣換熱器1采用夾套型結(jié)構(gòu)，分別由焦?fàn)t荒煤氣通道3、內(nèi)管5、汽水通道7、內(nèi)套管8、保溫層13、外夾套14等組成，中心管程為圓柱形荒煤氣通道3，內(nèi)管壁5設(shè)涂層以防腐、防結(jié)焦，同時作為主要受熱面。

所述管壁夾套為汽水通道7，汽包給水在夾套內(nèi)吸收上升管荒煤氣換熱器的熱量，產(chǎn)生汽水混合物；所述上升管荒煤氣換熱器內(nèi)部設(shè)置冷卻水導(dǎo)流結(jié)構(gòu)9，可以使夾套內(nèi)汽水流場均勻分布。

所述上升管荒煤氣換熱器內(nèi)管5、內(nèi)套管8為整根合金無縫鋼管，無焊縫，可避免事故時水流入炭化室的情況發(fā)生；所述焦?fàn)t上升管荒煤氣換熱器底部設(shè)置進水口10和排污口15，頂部設(shè)置汽水混合物出口6。

所述上升管換熱器的內(nèi)管5、內(nèi)套管8沿高度方向分別設(shè)置兩個環(huán)狀凸起11，可提高荒煤氣與換熱器內(nèi)套管8內(nèi)冷卻介質(zhì)對流熱交換效果，提高余熱回收效率。其中，所述環(huán)狀凸起的截面為弧形，所述環(huán)狀凸起與所述內(nèi)殼平滑連接。所述內(nèi)套管上也設(shè)置有兩個朝向內(nèi)側(cè)的環(huán)狀凸起；所述內(nèi)套管上的環(huán)狀凸起與所述內(nèi)殼上的環(huán)狀凸起對應(yīng)設(shè)置，所述內(nèi)套管的環(huán)狀凸起與所述內(nèi)殼的環(huán)狀凸起之間形成一段弧形的換熱介質(zhì)通道。

所述環(huán)狀凸起沿所述內(nèi)殼徑向的最大長度為不足所述內(nèi)殼直徑的1/2；所述環(huán)狀凸起沿所述內(nèi)殼軸向的最大高度不足所述內(nèi)殼直徑的1/2。

由于本實施例中的環(huán)狀凸起的存在，使荒煤氣處于紊流狀態(tài)，這樣，中心的高溫荒煤氣會向邊緣擴散，從而，本實施例中的上升管熱交換裝置的內(nèi)管壁面的溫度會高于現(xiàn)有的上升管熱交換裝置，能夠避免荒煤氣中的有機物在壁面上凝結(jié)，也就不會出現(xiàn)環(huán)狀凸起上積聚有機物的情況。

由于內(nèi)管壁面上設(shè)置了防腐、防結(jié)焦涂層，因此，即使有少量的有機物凝結(jié)，也能夠順利的沿著壁面流下，不會出現(xiàn)積聚的情況。

如圖3-4所示，現(xiàn)有的焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置中，荒煤氣的流動處于層流狀態(tài)，從而，上升管熱交換裝置僅能夠吸收邊緣部分的荒煤氣的熱量，而本實用新型的焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置中，在內(nèi)管上朝向內(nèi)側(cè)設(shè)置環(huán)狀凸起，使荒煤氣在上升管中的流動狀態(tài)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)，由于紊流狀態(tài)下的荒煤氣會使各個部位的荒煤氣向四周不規(guī)則逸散，從而，能夠使上升管熱交換裝置與高溫荒煤氣進行充分換熱，大大提高荒煤氣回收熱效率。

在本實施例中，環(huán)狀凸起的數(shù)量選為兩個，該數(shù)量僅為本實施例中做出的一種優(yōu)選實施方式，并不對本實用新型的環(huán)狀凸起的數(shù)量構(gòu)成限定，本實用新型中的環(huán)狀凸起還可以選用其他數(shù)量進行實施，如1個、3個、4個或者更多的環(huán)狀凸起。

實施例2

本實施例提供一種焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置，本實施例與實施例1的不同之處在于，本實施例的環(huán)狀凸起采用截面為三角形的環(huán)狀凸起，本實施例中的內(nèi)套管上不設(shè)置環(huán)狀凸起。

本實施例的截面為三角形的環(huán)狀凸起同樣可以使荒煤氣處于紊流狀態(tài)，能夠充分回收荒煤氣的熱量。另外，本實施例中內(nèi)套管不設(shè)置環(huán)狀凸起的實施方式也適用于實施例1。

實施例1和實施例2中分別采用了截面為弧形和截面為三角形的環(huán)狀凸起，該凸起的形狀僅僅為優(yōu)選的實施方式，并不對本實用新型的環(huán)狀凸起的形狀構(gòu)成限定，例如，還可以采用截面為矩形的環(huán)狀凸起、截面為梯形的環(huán)狀凸起等，環(huán)狀凸起的作用是為了改變內(nèi)管的直徑，對荒煤氣形成擾流作用，從而使荒煤氣在上升管中的流動狀態(tài)為紊流狀態(tài)。

實施例3

本實施例提供一種焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置，所述擾流板包括若干內(nèi)管擾流板和若干內(nèi)套管擾流板；

各所述內(nèi)管擾流板在所述內(nèi)管的外壁上螺旋分布，相鄰兩內(nèi)管擾流板之間間隔設(shè)置；所述內(nèi)管擾流板的外邊緣與所述內(nèi)套管間隔設(shè)置；

各所述內(nèi)套管擾流板在所述內(nèi)套管的內(nèi)壁上螺旋分布，相鄰兩內(nèi)套管擾流板之間間隔設(shè)置；所述內(nèi)套管擾流板的內(nèi)邊緣與所述內(nèi)管間隔設(shè)置；

所述內(nèi)套管擾流板的螺旋軌跡和所述內(nèi)管擾流板的螺旋軌跡交錯設(shè)置。

本實施例的設(shè)置方式能夠使換熱介質(zhì)通道中的換熱介質(zhì)分布均勻，有利于充分回收荒煤氣余熱。

實施例4

本實施例與上述實施例的不同之處在于：內(nèi)套管外壁8與外夾套14上分別設(shè)置波紋補償器12。所述外夾套上側(cè)設(shè)置平衡孔2。

由于內(nèi)管5、內(nèi)套管8、外夾套14的受熱程度不一樣，材質(zhì)也不一樣，因此，本實施例在所述內(nèi)套管8和外夾套14上設(shè)置了波紋補償器，以補償三者之間的漲縮率引起的形變差異，避免上升管荒煤氣換熱器發(fā)生破壞。

實施例5

本實施例提供一種焦?fàn)t上升管組荒煤氣熱交換裝置，包括至少兩個如上述任意實施例所述焦?fàn)t上升管荒煤氣熱交換裝置，其中，所述內(nèi)、外殼或者內(nèi)、外殼和內(nèi)套管的上、下端與法蘭密封連接；

相鄰兩上升管荒煤氣熱交換裝置通過法蘭密封連接，各所述上升管荒煤氣熱交換裝置的換熱介質(zhì)通道串聯(lián)。

本實施例焦?fàn)t上升管組荒煤氣熱交換裝置可以根據(jù)所述焦?fàn)t上升管內(nèi)荒煤氣量決定串聯(lián)運行的上升管荒煤氣換熱器數(shù)量，實現(xiàn)荒煤氣量和該裝置的余熱回收能力的匹配；上升管換熱器的內(nèi)管、內(nèi)套管沿高度方向分別設(shè)置至少一個環(huán)狀凸起，可提高荒煤氣與換熱器內(nèi)套管內(nèi)冷卻介質(zhì)對流熱交換效果，提高余熱回收效率。相對于現(xiàn)有技術(shù)上升管結(jié)構(gòu)，本實施例在確保焦?fàn)t安全運行、不影響生產(chǎn)工藝參數(shù)的同時，有效回收焦?fàn)t上升管內(nèi)荒煤氣余熱、降低了冷卻氨水的用量，同時，避免上升管內(nèi)壁結(jié)焦、腐蝕現(xiàn)象。

以上，僅為本實用新型的較佳實施例，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護范圍為準(zhǔn)。