一种荒煤气余热回收换热器上升管的制作方法

本实用新型涉及一种荒煤气余热回收换热器上升管，主要用于焦炉荒煤气余热回收，属于换热器技术领域。

背景技术：

焦炉荒煤气余热回收上升管正在推广或者已经较为广泛的应用于焦炉荒煤气的余热回收。焦炉有多个干馏室(炉膛)并列而成，每个炉膛都有一个或两个上升管将干馏出来的荒煤气送到桥管，急速冷却后，再将荒煤气送入集气管。焦炉荒煤气余热回收上升管就是将原来填充隔热材料的上升管，更换成为焦炉荒煤气余热回收上升管，并列于炉顶且并联于集气管。焦炉生产是间歇式生产，每一炉焦炭生产过程中都需要经过加(装)煤、加热干馏、熟焦、推焦等几个生产过程，每一炉生产的焦炭就会在加(装)煤、加热干馏、熟焦、推焦等几个生产过程中形成一个火落温度变化的温度曲线，也就是在煤干馏过程中荒煤气产出量和组分的实时变化，也导致了荒煤气余热回收换热器上升管的换热量的变化，进而导致荒煤气余热回收换热器上升管在管内换热介质气化率的变化，造成了荒煤气余热回收换热器上升管换热介质的实时压力降的变化，进而造成并列的荒煤气余热回收换热器上升管进水流量的变化，就是说在荒煤气产出量大的时候换热量加大，余热回收换热器上升管内取热量增加压力升高，这时换热器应该是进水量加大更有利于余热回收，而实际情况是并联的其他余热回收换热器上升管出现的实际情况是余热回收换热器上升管内换热介质进出口压差增大，这时换热器应该是进水(或其他换热介质)量降低，造成的实际情况是并联后的其他降低热量回收的上升管就会增大水流。这样就造成了并联多组的荒煤气余热回收换热器上升管换热介质的水(或其他热工质)的偏流，降低了余热回收效率。

当前，多是根据生产串序采用一个串序并联余热回收换热器上升管出口管路为一组，然后再并联介入出口总管的方法；也有根据生产串序采用一个串序并联余热回收换热器上升管出口管路为一组采用调节阀进行调节的技术方案；再有在余热回收换热器上升管进出口加装孔板进行限流，形成换热介质的水(或其他热工质)稳定作用。

根据生产串序采用并联的方法实质上没有解决换热介质的水(或其他热工质)偏流问题；调节阀的方案存在着现场不可使用的无组织火焰的实际情况，即实际工况不允许添加使用调节阀；采用孔板限流同样没有实质性解决换热介质的水(或其他热工质)偏流问题。

另外，焦炉生产过程的生命周期内不允许炉膛进水，炉膛一旦进水，会造成炉膛的损坏，造成极大损失，也给安全生产带来隐患。

当前解决控制余热回收换热器上升管漏水于炉膛内的方法是采用双层上升管内壁结构，以增加保险系数，这种方法在内筒损坏后就会造成夹套金属的高温腐蚀破坏，实际上只是一个失效延宕法，没有解决根本问题；还有监控上升管出口荒煤气温度的仪表控制法，这种方法由于现场不允许有仪表线存在的实际工况，也存在致命缺陷。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种管内流量分布均衡且一旦漏水(或其他热工质)就能够及时断水(或其他热工质)的荒煤气余热回收换热器上升管。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种荒煤气余热回收换热器上升管，它包括余热回收换热器上升管，所述余热回收换热器上升管管壁上绕置有换热介质管(或其他形式装置，如热夹套等)，所述换热介质管包括换热介质进口和换热介质出口，所述换热介质进口处连接设置有换热介质进口平衡阀，所述换热介质进口平衡阀包括平衡阀活塞式阀芯，所述平衡阀活塞式阀芯两侧分别设置有平衡阀进口和平衡阀出口，所述平衡阀出口与换热介质进口相连接，所述平衡阀进口与外管道连接接入换热介质，所述平衡阀活塞式阀芯下端连接有第一活塞腔，所述第一活塞腔上设置有换热介质进口引压管嘴，所述平衡阀活塞式阀芯上端依次连接有相串联的第三活塞腔和第四活塞腔，所述第三活塞腔上设置有换热介质出口引压管嘴，所述第四活塞腔上设置有荒煤气出口引压管嘴，所述换热介质管在靠近换热介质进口和换热介质出口位置处分别设置有换热介质入口引压口和换热介质出口引压口，所述余热回收换热器上升管在靠近上端位置处设置有荒煤气出口引压口，所述换热介质入口引压口与换热介质进口引压管嘴之间连接设置有换热介质入口引压管，所述换热介质出口引压口与换热介质出口引压管嘴之间连接设置有换热介质出口引压管，所述荒煤气出口引压口与荒煤气出口引压管嘴之间连接设置有荒煤气出口引压管。

更进一步的，所述第一活塞腔下方串联设置有第二活塞腔，所述第二活塞腔上设置有荒煤气入口引压管嘴，所述余热回收换热器上升管在靠近下端位置处设置有荒煤气入口引压口，所述荒煤气入口引压口与荒煤气入口引压管嘴之间连接设置有荒煤气入口引压管。

更进一步的，所述换热介质出口处设置有与换热介质同向安装的单向阀。

更进一步的，所述第三活塞腔内设置有平衡弹簧。

更进一步的，所述平衡阀活塞式阀芯上开有下大上小的喇叭口。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本发明能够适应荒煤气产出量及火落曲线变化工况，通过余热回收换热器上升管换热介质进出口的压差反向控制流量的恒定或所需，即在焦炉荒煤气产出量大，换热量大的时候，换热介质进出口压差会增大，会造成换热介质阻力降增大，使上升管流量产生降低趋势，该平衡阀就是压差反向调节，增大入口面积，降低阻力降，稳定上升管流量恒定或增大流量调节，提高了换热效率；反之亦然；

2、本实用新型在上升管运行过程中，一旦上升管换热器失效造成内漏，会造成上升管内荒煤气通道的压差增大(或上升管内煤气通道出口位置压力增大)，增大的压差或压力会使该阀切断上升管换热器换热介质的继续流入，停止该上升管继续运行，起到保护焦炉的作用。

附图说明

图1为本实用新型一种荒煤气余热回收换热器上升管实施例1的示意图。

图2为本实用新型一种荒煤气余热回收换热器上升管实施例2的示意图。

其中：

余热回收换热器上升管1

换热介质进口2

换热介质出口3

换热介质入口引压口4

换热介质入口引压管5

换热介质出口引压口6

换热介质出口引压管7

荒煤气入口引压口8

荒煤气入口引压管9

荒煤气出口引压口10

荒煤气出口引压管11

换热介质进口平衡阀12

平衡阀进口12-1

平衡阀出口12-2

平衡阀活塞式阀芯12-3

换热介质进口引压管嘴12-4

第一活塞腔12-5

第二活塞腔12-6

荒煤气入口引压管嘴12-7

换热介质出口引压管嘴12-8

第三活塞腔12-9

平衡弹簧12-10

第四活塞腔12-11

荒煤气出口引压管嘴12-12

单向阀13。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1：利用余热回收换热器上升管荒煤气进出口压差切断平衡阀

参见图1，本实用新型涉及的一种荒煤气余热回收换热器上升管，它包括余热回收换热器上升管1，所述余热回收换热器上升管1管壁上绕置有换热介质管，所述换热介质管包括换热介质进口2和换热介质出口3，所述换热介质进口2处连接设置有换热介质进口平衡阀12，所述换热介质进口平衡阀12包括平衡阀活塞式阀芯12-3，所述平衡阀活塞式阀芯12-3两侧分别设置有平衡阀进口12-1和平衡阀出口12-2，所述平衡阀出口12-2与换热介质进口2相连接，所述平衡阀进口12-1与外管道连接接入换热介质，所述平衡阀活塞式阀芯12-3下端依次连接有相串联的第一活塞腔12-5和第二活塞腔12-6，所述第一活塞腔12-5上设置有换热介质进口引压管嘴12-4，所述第二活塞腔12-6上设置有荒煤气入口引压管嘴12-7，所述平衡阀活塞式阀芯12-3上端依次连接有相串联的第三活塞腔12-9和第四活塞腔12-11，所述第三活塞腔12-9内设置有平衡弹簧12-10，所述第三活塞腔12-9上设置有换热介质出口引压管嘴12-8，所述第四活塞腔12-11上设置有荒煤气出口引压管嘴12-12，所述换热介质管在靠近换热介质进口2和换热介质出口3位置处分别设置有换热介质入口引压口4和换热介质出口引压口6，所述余热回收换热器上升管1在靠近上下两端位置处分别设置有荒煤气出口引压口10和荒煤气入口引压口8，所述换热介质入口引压口4与换热介质进口引压管嘴12-4之间连接设置有换热介质入口引压管5，所述换热介质出口引压口6与换热介质出口引压管嘴12-8之间连接设置有换热介质出口引压管7，所述荒煤气出口引压口10与荒煤气出口引压管嘴12-12之间连接设置有荒煤气出口引压管11，所述荒煤气入口引压口8与荒煤气入口引压管嘴12-7之间连接设置有荒煤气入口引压管9；

所述换热介质出口3处设置有与换热介质同向安装的单向阀13，避免在停止该上升管继续运行时，还有换热介质逆向流入焦炉。

荒煤气余热回收换热器上升管二元自动保护的实质是通过换热介质进口平衡阀12进行调节保护的，其调节保护原理是换热介质进口平衡阀12对于荒煤气余热回收换热器上升管1的换热介质流量的调节控制，具体控制方法如下：

设定初始流量，换热介质入口引压口4采用换热介质入口引压管5连接接入第一活塞腔12-5上的换热介质进口引压管嘴12-4，在其相通的第一活塞腔12-5内形成压力为p1；荒煤气入口引压口8采用荒煤气入口引压管9连接接入与第一活塞腔12-5单向串联连接的第二活塞腔12-6上的荒煤气入口引压管嘴12-7，在其相通的第二活塞腔12-6内形成压力为p2；这时作用于平衡阀活塞式阀芯12-3下端面的压力为p1+p2；

换热介质出口引压口6采用换热介质出口引压管7接入第三活塞腔12-9上的换热介质出口引压管嘴12-8，第三活塞腔12-9内装有平衡弹簧12-10，换热介质出口压力+平衡弹簧12-10的压力和为p3；荒煤气出口引压口10采用荒煤气出口引压管11连接接入与第三活塞腔12-9单向串联连接的第四活塞腔12-11上的荒煤气出口引压管嘴12-12，在其相通第四活塞腔12-11内形成压力为p4(正常运行情况下p4通常为常压或微正压)；这时作用于平衡阀活塞式阀芯12-3上端面的压力为p3+p4；

使得p1+p2＝p3+p4时的活塞孔的开度大小与设定值相同，也就是说，初始流量的设定是满足余热回收换热器上升管1换热要求的给水流量与蒸发量的合适的比例值，此时平衡阀活塞式阀芯12-3开孔的开度为初始设定值后，余热回收换热器上升管1的运行就可以实现了。

当焦炉运行过程中荒煤气产出量变化且余热回收换热器上升管1换热蒸发量变化增大基于热量增大时，余热回收换热器上升管1内形成的压力就会变化，导致换热冷介质进口2与换热冷介质出口3在平衡阀活塞式阀芯12-3两端压力腔内的压力失衡，使得p1+p2＞p3+p4，此时平衡阀活塞式阀芯12-3向上移动，平衡阀活塞式阀芯12-3上开有下大上小的喇叭口，平衡阀活塞式阀芯12-3向上移动比例式增大了换热介质进口平衡阀12的开度，增加了换热介质的流量，此时余热回收换热器上升管1需要加大换热介质供应量以实现换取热效率最大化，所以，实现了换热介质流量优化控制；

反之，当焦炉运行过程中荒煤气产出量变化且余热回收换热器上升管1换热蒸发量变化减小基于热量降低时，余热回收换热器上升管1内形成的压力就会变化，导致换热冷介质进口2与换热冷介质出口3在平衡阀活塞式阀芯12-3两端压力腔内的压力失衡，使得p1+p2＜p3+p4，平衡阀活塞式阀芯12-3向下移动，平衡阀活塞式阀芯12-3上开有下大上小的喇叭口，平衡阀活塞式阀芯12-3向下移动比例式减小了换热介质进口平衡阀12的开度，降低了换热介质的流量，此时余热回收换热器上升管1需要降低换热介质供应量以实现取换热效率最大化，这样，也实现了换热介质流量优化控制。

在余热回收换热器上升管1出现内漏时，流入余热回收换热器上升管1内荒煤气的换热介质会瞬间汽化，导致p2与p4的压差急剧增大，使得p1+p2＜＜p3+p4，平衡阀活塞式阀芯12-3快速向下移动至死点不可恢复，将换热介质进口平衡阀12关闭，切断余热回收换热器上升管1内换热介质的进入；由于余热回收换热器上升管1换热介质出口3装有的单向阀13，自动切断换热介质出口3处介质逆向流入余热回收换热器上升管1，从而实现了避免换热介质大量流入焦炉的控制。

平衡阀是一个利用平衡原理解决流量压差变化关系的原理，还可以演变为单端的压差调节式，如调节阀式的结构等。

实施例2：利用余热回收换热器上升管荒煤气出口压力切断平衡阀

参见图2，本实用新型涉及的一种荒煤气余热回收换热器上升管，它包括余热回收换热器上升管1，所述余热回收换热器上升管1管壁上绕置有换热介质管，所述换热介质管包括换热介质进口2和换热介质出口3，所述换热介质进口2处连接设置有换热介质进口平衡阀12，所述换热介质进口平衡阀12包括平衡阀活塞式阀芯12-3，所述平衡阀活塞式阀芯12-3两侧分别设置有平衡阀进口12-1和平衡阀出口12-2，所述平衡阀出口12-2与换热介质进口2相连接，所述平衡阀进口12-1与外管道连接接入换热介质，所述平衡阀活塞式阀芯12-3下端连接有第一活塞腔12-5，所述第一活塞腔12-5上设置有换热介质进口引压管嘴12-4，所述平衡阀活塞式阀芯12-3上端依次连接有相串联的第三活塞腔12-9和第四活塞腔12-11，所述第三活塞腔12-9内设置有平衡弹簧12-10，所述第三活塞腔12-9上设置有换热介质出口引压管嘴12-8，所述第四活塞腔12-11上设置有荒煤气出口引压管嘴12-12，所述换热介质管在靠近换热介质进口2和换热介质出口3位置处分别设置有换热介质入口引压口4和换热介质出口引压口6，所述余热回收换热器上升管1在靠近上端位置处设置有荒煤气出口引压口10，所述换热介质入口引压口4与换热介质进口引压管嘴12-4之间连接设置有换热介质入口引压管5，所述换热介质出口引压口6与换热介质出口引压管嘴12-8之间连接设置有换热介质出口引压管7，所述荒煤气出口引压口10与荒煤气出口引压管嘴12-12之间连接设置有荒煤气出口引压管11；

所述换热介质出口3处设置有与换热介质同向安装的单向阀13，避免在停止该上升管继续运行时，还有换热介质逆向流入焦炉。

荒煤气余热回收换热器上升管二元自动保护的实质是通过换热介质进口平衡阀12进行调节保护的，其调节保护原理是换热介质进口平衡阀12对于荒煤气余热回收换热器上升管1的换热介质流量的调节控制，具体控制方法如下：

设定初始流量，换热介质入口引压口4采用换热介质入口引压管5连接接入第一活塞腔12-5上的换热介质进口引压管嘴12-4，在其相通的第一活塞腔12-5内形成压力为p1；这时作用于平衡阀活塞式阀芯12-3下端面的压力为p1；

换热介质出口引压口6采用换热介质出口引压管7接入第三活塞腔12-9上的换热介质出口引压管嘴12-8，第三活塞腔12-9内装有平衡弹簧12-10，换热介质出口压力+平衡弹簧12-10的压力和为p3；荒煤气出口引压口10采用荒煤气出口引压管11连接接入与第三活塞腔12-9单向串联连接的第四活塞腔12-11上的荒煤气出口引压管嘴12-12，在其相通第四活塞腔12-11内形成压力为p4(正常运行情况下p4通常为常压或微正压)；这时作用于平衡阀活塞式阀芯12-3上端面的压力为p3+p4；

使得p1＝p3+p4时的活塞孔的开度大小与设定值相同，也就是说，初始流量的设定是满足余热回收换热器上升管1换热要求的给水流量与蒸发量的合适的比例值，此时平衡阀活塞式阀芯12-3开孔的开度为初始设定值后，余热回收换热器上升管1的运行就可以实现了。

当焦炉运行过程中荒煤气产出量变化且余热回收换热器上升管1换热蒸发量变化增大基于热量增大时，余热回收换热器上升管1内形成的压力就会变化，导致换热冷介质进口2与换热冷介质出口3在平衡阀活塞式阀芯12-3两端压力腔内的压力失衡，使得p1＞p3+p4，此时平衡阀活塞式阀芯12-3向上移动，平衡阀活塞式阀芯12-3上开有下大上小的喇叭口，平衡阀活塞式阀芯12-3向上移动比例式增大了换热介质进口平衡阀12的开度，增加了换热介质的流量，此时余热回收换热器上升管1需要加大换热介质供应量以实现换取热效率最大化，所以，实现了换热介质流量优化控制；

反之，当焦炉运行过程中荒煤气产出量变化且余热回收换热器上升管1换热蒸发量变化减小基于热量降低时，余热回收换热器上升管1内形成的压力就会变化，导致换热冷介质进口2与换热冷介质出口3在平衡阀活塞式阀芯12-3两端压力腔内的压力失衡，使得p1＜p3+p4，平衡阀活塞式阀芯12-3向下移动，平衡阀活塞式阀芯12-3上开有下大上小的喇叭口，平衡阀活塞式阀芯12-3向下移动比例式减小了换热介质进口平衡阀12的开度，降低了换热介质的流量，此时余热回收换热器上升管1需要降低换热介质供应量以实现取换热效率最大化，这样，也实现了换热介质流量优化控制。

在余热回收换热器上升管1出现内漏时，流入余热回收换热器上升管1内荒煤气的换热介质会瞬间汽化，导致p4的压力急剧增大，使得p1＜＜p3+p4，平衡阀活塞式阀芯12-3快速向下移动至死点不可恢复，将换热介质进口平衡阀12关闭，切断余热回收换热器上升管1内换热介质的进入；由于余热回收换热器上升管1换热介质出口3装有的单向阀13，自动切断换热介质出口3处介质逆向流入余热回收换热器上升管1，从而实现了避免换热介质大量流入焦炉的控制。

平衡阀是一个利用平衡原理解决流量压差变化关系的原理，还可以演变为单端的压差调节式，如调节阀式的结构等。

上述内容中上下皆为泛指，可以是上下左右前后等方位，平衡的原理也可以是活塞式以外的膜片式调节阀等基本原理相通的技术方案。

上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。