焦炉上升管/管组荒煤气热交换装置的制作方法

本发明涉及一种焦炉上升管/管组荒煤气热交换装置。

背景技术：

焦炉在炼焦过程中，炭化室逸出大量的荒煤气，经过焦炉上升管、桥管、集气管冷却集合后送入化产装置进行净化处理；在一个结焦周期内，单孔炭化室产出的荒煤气约10000m³，荒煤气经过焦炉上升管时温度高达650～800℃，含有大量的显热。为了降低焦炉荒煤气温度便于后续焦化工艺处理，传统工艺采用喷循环氨水急速冷却高温荒煤气，使荒煤气急剧降温至80～85℃。该工艺流程不仅浪费了大量荒煤气显热，而且消耗大量的氨水、又浪费了大量的水资源和电力，增加了污水排放量。

焦炉荒煤气显热巨大且未被有效利用。当前炼焦工业积极寻找降本增效的新途径，节能——无疑是降低成本的一个重要手段，并且随着工业生产的高速发展，能源需求量越来越大，而能源的供应却越来越紧张，各行各业必须挖潜革新，尽量采取节能减排措施。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种充分回收荒煤气热的焦炉上升管荒煤气热交换装置。

为达到上述目的，本发明焦炉上升管荒煤气热交换装置，包括由外向内依次设置的外壳、保温层、内套管和内壳，所述内套管和内壳之间设置有换热介质通道；所述换热介质通道与换热介质入口管道和换热介质出口管道连通，所述换热介质入口管道和换热介质出口管道穿出保温层和外壳；所述内壳内侧设置有一个环状凸起，或者所述内壳内侧沿高度方向上依次设置有至少两个朝向内侧的环状凸起。

进一步地，所述环状凸起的截面为弧形，所述环状凸起与所述内壳平滑连接。

进一步地，所述内套管上也设置有至少一个朝向内侧的环状凸起；

所述内套管上的环状凸起与所述内壳上的环状凸起一一对应设置，所述内套管的环状凸起与所述内壳的环状凸起之间形成一段弧形的换热介质通道。

进一步地，所述换热介质通道内设置有螺旋排列的扰流板，所述扰流板与所述内壳和/或内套管连接。

进一步地，所述环状凸起沿所述内壳径向的最大长度为不足所述内壳直径的1/2；所述环状凸起沿所述内壳轴向的最大高度不足所述内壳直径的1/2。

进一步地，所述内壳的内表面涂覆有防腐、防粘结涂层。

进一步地，所述扰流板包括若干内管扰流板和若干内套管扰流板；

各所述内管扰流板在所述内管的外壁上螺旋分布，相邻两内管扰流板之间间隔设置；所述内管扰流板的外边缘与所述内套管间隔设置；

各所述内套管扰流板在所述内套管的内壁上螺旋分布，相邻两内套管扰流板之间间隔设置；所述内套管扰流板的内边缘与所述内管间隔设置；

所述内套管扰流板的螺旋轨迹和所述内管扰流板的螺旋轨迹交错设置。

现有的焦炉上升管荒煤气热交换装置中，荒煤气的流动处于层流状态，从而，上升管热交换装置仅能够吸收边缘部分的荒煤气的热量，中心部分热量尚未来及回收即排出上升管；而本发明的焦炉上升管荒煤气热交换装置中，在内管上朝向内侧设置环状凸起，使荒煤气在上升管中的流动状态变为紊流状态，由于紊流状态下的荒煤气会使各个部位的荒煤气向四周不规则逸散，从而，能够使上升管热交换装置与高温荒煤气进行充分换热，大大提高荒煤气回收热效率。

针对上述问题，本发明提供一种充分回收荒煤气热的焦炉上升管组荒煤气热交换装置。

为达到上述目的，本发明焦炉上升管组荒煤气热交换装置，包括至少两个如上述任意一项所述焦炉上升管荒煤气热交换装置，其中，所述内、外壳或者内、外壳和内套管的上、下端与法兰密封连接；

相邻两上升管荒煤气热交换装置通过法兰密封连接，各所述上升管荒煤气热交换装置的换热介质通道串联。

本发明焦炉上升管组荒煤气热交换装置可以根据所述焦炉上升管内荒煤气量决定串联运行的上升管荒煤气换热器数量，实现荒煤气量和该装置的余热回收能力的匹配；上升管换热器的内管、内套管沿高度方向分别设置至少一个环状凸起，可提高荒煤气与换热器内套管内冷却介质对流热交换效果，提高余热回收效率。相对于现有技术上升管结构，本发明在确保焦炉安全运行、不影响生产工艺参数的同时，有效回收焦炉上升管内荒煤气余热、降低了冷却氨水的用量，同时，避免上升管内壁结焦、腐蚀现象。

附图说明

图1是本发明焦炉上升管荒煤气热交换装置的一种优选结构示意图；

图2是图1的A-A视图；

图3是本发明实施例1与现有技术的焦炉上升管荒煤气热交换装置的荒煤气流动速度对比示意图；其中，左侧为现有技术的荒煤气流动速度分布图，右侧为本发明实施例1的荒煤气流动速度分布图；

图4是本发明实施例1与现有技术的焦炉上升管荒煤气热交换装置的荒煤气温度分布对比示意图；其中，左侧为现有技术的荒煤气温度分布图，右侧为本发明实施例1的荒煤气温度分布图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1所示，如图1-2所示，本实施例提供一种焦炉上升管荒煤气热交换装置，该装置包括一个焦炉上升管荒煤气换热器1；其中所述焦炉上升管荒煤气换热器1采用夹套型结构，分别由焦炉荒煤气通道3、内管5、汽水通道7、内套管8、保温层13、外夹套14等组成，中心管程为圆柱形荒煤气通道3，内管壁5设涂层以防腐、防结焦，同时作为主要受热面。

所述管壁夹套为汽水通道7，汽包给水在夹套内吸收上升管荒煤气换热器的热量，产生汽水混合物；所述上升管荒煤气换热器内部设置冷却水导流结构9，可以使夹套内汽水流场均匀分布。

所述上升管荒煤气换热器内管5、内套管8为整根合金无缝钢管，无焊缝，可避免事故时水流入炭化室的情况发生；所述焦炉上升管荒煤气换热器底部设置进水口10和排污口15，顶部设置汽水混合物出口6。

所述上升管换热器的内管5、内套管8沿高度方向分别设置两个环状凸起11，可提高荒煤气与换热器内套管8内冷却介质对流热交换效果，提高余热回收效率。其中，所述环状凸起的截面为弧形，所述环状凸起与所述内壳平滑连接。所述内套管上也设置有两个朝向内侧的环状凸起；所述内套管上的环状凸起与所述内壳上的环状凸起对应设置，所述内套管的环状凸起与所述内壳的环状凸起之间形成一段弧形的换热介质通道。

所述环状凸起沿所述内壳径向的最大长度为不足所述内壳直径的1/2；所述环状凸起沿所述内壳轴向的最大高度不足所述内壳直径的1/2。

由于本实施例中的环状凸起的存在，使荒煤气处于紊流状态，这样，中心的高温荒煤气会向边缘扩散，从而，本实施例中的上升管热交换装置的内管壁面的温度会高于现有的上升管热交换装置，能够避免荒煤气中的有机物在壁面上凝结，也就不会出现环状凸起上积聚有机物的情况。

由于内管壁面上设置了防腐、防结焦涂层，因此，即使有少量的有机物凝结，也能够顺利的沿着壁面流下，不会出现积聚的情况。

如图3-4所示，现有的焦炉上升管荒煤气热交换装置中，荒煤气的流动处于层流状态，从而，上升管热交换装置仅能够吸收边缘部分的荒煤气的热量，而本发明的焦炉上升管荒煤气热交换装置中，在内管上朝向内侧设置环状凸起，使荒煤气在上升管中的流动状态变为紊流状态，由于紊流状态下的荒煤气会使各个部位的荒煤气向四周不规则逸散，从而，能够使上升管热交换装置与高温荒煤气进行充分换热，大大提高荒煤气回收热效率。

在本实施例中，环状凸起的数量选为两个，该数量仅为本实施例中做出的一种优选实施方式，并不对本发明的环状凸起的数量构成限定，本发明中的环状凸起还可以选用其他数量进行实施，如1个、3个、4个或者更多的环状凸起。

实施例2

本实施例提供一种焦炉上升管荒煤气热交换装置，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例的环状凸起采用截面为三角形的环状凸起，本实施例中的内套管上不设置环状凸起。

本实施例的截面为三角形的环状凸起同样可以使荒煤气处于紊流状态，能够充分回收荒煤气的热量。另外，本实施例中内套管不设置环状凸起的实施方式也适用于实施例1。

实施例1和实施例2中分别采用了截面为弧形和截面为三角形的环状凸起，该凸起的形状仅仅为优选的实施方式，并不对本发明的环状凸起的形状构成限定，例如，还可以采用截面为矩形的环状凸起、截面为梯形的环状凸起等，环状凸起的作用是为了改变内管的直径，对荒煤气形成扰流作用，从而使荒煤气在上升管中的流动状态为紊流状态。

实施例3

本实施例提供一种焦炉上升管荒煤气热交换装置，所述扰流板包括若干内管扰流板和若干内套管扰流板；

各所述内管扰流板在所述内管的外壁上螺旋分布，相邻两内管扰流板之间间隔设置；所述内管扰流板的外边缘与所述内套管间隔设置；

各所述内套管扰流板在所述内套管的内壁上螺旋分布，相邻两内套管扰流板之间间隔设置；所述内套管扰流板的内边缘与所述内管间隔设置；

所述内套管扰流板的螺旋轨迹和所述内管扰流板的螺旋轨迹交错设置。

本实施例的设置方式能够使换热介质通道中的换热介质分布均匀，有利于充分回收荒煤气余热。

实施例4

本实施例与上述实施例的不同之处在于：内套管外壁8与外夹套14上分别设置波纹补偿器12。所述外夹套上侧设置平衡孔2。

由于内管5、内套管8、外夹套14的受热程度不一样，材质也不一样，因此，本实施例在所述内套管8和外夹套14上设置了波纹补偿器，以补偿三者之间的涨缩率引起的形变差异，避免上升管荒煤气换热器发生破坏。

实施例5

本实施例提供一种焦炉上升管组荒煤气热交换装置，包括至少两个如上述任意实施例所述焦炉上升管荒煤气热交换装置，其中，所述内、外壳或者内、外壳和内套管的上、下端与法兰密封连接；

相邻两上升管荒煤气热交换装置通过法兰密封连接，各所述上升管荒煤气热交换装置的换热介质通道串联。

本实施例焦炉上升管组荒煤气热交换装置可以根据所述焦炉上升管内荒煤气量决定串联运行的上升管荒煤气换热器数量，实现荒煤气量和该装置的余热回收能力的匹配；上升管换热器的内管、内套管沿高度方向分别设置至少一个环状凸起，可提高荒煤气与换热器内套管内冷却介质对流热交换效果，提高余热回收效率。相对于现有技术上升管结构，本实施例在确保焦炉安全运行、不影响生产工艺参数的同时，有效回收焦炉上升管内荒煤气余热、降低了冷却氨水的用量，同时，避免上升管内壁结焦、腐蚀现象。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。