上升管换热器及焦炉系统的制作方法

1.本公开涉及焦化余热利用技术领域，特别是涉及一种上升管换热器及焦炉系统。


背景技术：

2.本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。在焦炉炼焦过程中，焦炉荒煤气离开炭化室时的温度约为500～1000℃，其携带的热量约占焦炉总输出热量的35％，具有很高的回收利用价值。在相关技术中，荒煤气自炭化室排出后，经上升管进入三通管和桥管，然后经氨水喷洒对荒煤气进行冷却后汇入集气管，再送至化产工段进行处理，该技术方案使得荒煤气中大量的余热被白白浪费，而且还额外消耗了大量氨水。而且，采用普通上升管时，在上升管底部荒煤气因未及时得到降温，温度可达1000℃，甚至更高，使得部分有机物发生积碳反应而大量生成石墨。在上升管末端荒煤气在氨水的冷却作用下温度较低，时常会有焦油液化析出。由于上述两种原因，时常会造成上升管堵塞，影响荒煤气的正常流通，进而影响焦炉系统的安全性和稳定性。
3.鉴于此，开发一种上升管换热器，以实现对焦炉荒煤气的余热回收，提高焦炉系统的安全性和稳定性是本领域技术人员亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

4.本公开实施例的目的在于提供一种上升管换热器及焦炉系统，以实现对焦炉荒煤气余热的有效回收利用，提高焦炉系统的安全性和稳定性。具体技术方案如下：
5.第一方面，本公开的实施例提出了一种上升管换热器，包括：
6.第一管，所述第一管呈竖直设置；
7.换热单元，多个所述换热单元设置在所述第一管的外部，且多个所述换热单元沿所述第一管的轴向间隔设置，所述换热单元的下部具有工质入口，所述换热单元的上部具有工质出口；
8.进口分配管，所述进口分配管上具有进口和多个分配口，多个所述分配口与多个所述工质入口一一对应连接；
9.出口汇合管，所述出口汇合管上具有出口和多个汇合口，多个所述汇合口与多个所述工质出口一一对应连接。
10.根据本公开实施例的上升管换热器，在工作时，高温荒煤气从第一管的底部进入第一管中，工质(例如水或者汽水混合物)从进口分配管的进口进入进口分配管内，沿多个分配口以及对应换热单元的工质入口进入对应换热单元中，第一管内，高温荒煤气在上升过程中，荒煤气中的热量经过第一管的内壁传递至换热单元，进而加热换热单元内的工质，多个换热单元中的工质在被加热的同时在换热单元内流动，经过工质出口和对应汇合口进入出口汇合管内，最后从出口汇合管的出口导出，经过加热的工质可以用来产生蒸汽，蒸汽可用于发电或者加热其他物质，从而实现高温荒煤气的余热利用。另外，多个换热单元轴向间隔设置在第一管的外部，每一换热单元对应单独的分配口和汇合口，这样，可以有效减小
单个换热单元内工质的流动阻力，提高换热效率，实现荒煤气余热的有效回收利用，此外，本公开实施例中的上升管换热器，可以通过控制进入换热单元的工质的温度来控制换热过程，以使第一管底部的荒煤气温度不至于太高，从而避免有机物发生积碳反应大量生成石墨，同时第一管顶部的荒煤气温度不至于太低，从而避免焦油液化析出，进而避免第一管堵塞等问题的发生，保证荒煤气的正常流通。综上可知，本技术实施例的上升管换热器，可实现荒煤气余热的有效利用，保证荒煤气的正常流通。
11.另外，根据本公开实施例的一种上升管换热器，还可具有如下附加的技术特征：
12.在本公开的一些实施例中，上升管换热器还包括第二管，所述第二管套设在所述第一管的外部，并与所述第一管密封连接，所述第二管与所述第一管之间形成第一环形空间，所述多个换热单元设置在所述第一环形空间内，所述进口分配管和所述出口汇合管设置在所述第二管的外部，所述进口分配管上的多个分配口穿过所述第二管与多个所述工质入口一一对应连接，所述出口汇合管上的多个汇合口穿过所述第二管与多个所述工质出口一一对应连接。
13.在本公开的一些实施例中，上升管换热器还包括第三管，所述第三管套设在所述第二管的外部，并与所述第二管密封连接，所述第三管与所述第二管之间形成第二环形空间，所述进口分配管和所述出口汇合管设置在所述第二环形空间内，所述进口分配管的进口设置在所述第三管的外部，所述出口汇合管的出口设置在所述第三管的外部。
14.在本公开的一些实施例中，在所述第一环形空间内填充有传热层。
15.在本公开的一些实施例中，在所述第二环形空间内填充有隔热层。
16.在本公开的一些实施例中，上升管换热器还包括泄流管，所述泄流管的一端与所述第一环形空间连通，所述泄流管的另一端设置在所述第三管的外部。
17.在本公开的一些实施例中，所述进口靠近所述第一管的下端设置，所述出口靠近所述第一管的上端设置。
18.在本公开的一些实施例中，所述换热单元为螺旋盘管。
19.在本公开的一些实施例中，所述第一管的内壁设有耐温耐腐传热涂层；所述第一管和所述第二管均为合金钢管，所述换热单元的材质为碳钢或者合金钢。
20.第二方面，本公开的实施例提供一种焦炉系统，包括第一方面中任一项所述的上升管换热器。
21.根据本公开实施例的焦炉系统，包括上升管换热器。焦炉系统工作过程中，焦炉炭化室内产生的高温荒煤气从第一管的底部进入第一管中，高温荒煤气在第一管内上升过程中，不断与设置在第一管外部的多个换热单元进行换热，加热换热单元内的工质，从而实现高温荒煤气的余热利用。另外，多个换热单元轴向间隔设置在第一管的外部，每一换热单元对应单独的分配口和汇合口，这样，可以有效减小单个换热单元内工质的流动阻力，提高换热效率，实现荒煤气余热的有效回收利用，此外，本公开实施例中的上升管换热器，可以通过控制进入换热单元的工质的温度来控制换热过程，以使第一管底部的荒煤气温度不至于太高，从而避免有机物发生积碳反应大量生成石墨，同时第一管顶部的荒煤气温度不至于太低，从而避免焦油液化析出，进而避免第一管堵塞等问题的发生，保证荒煤气的正常流通，进而保证焦炉系统的安全稳定运行。
附图说明
22.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
23.图1为本公开实施例的一种上升管换热器的示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员基于本技术所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
25.如图1所示，本技术第一方面的的实施例提出了一种上升管换热器1，包括：第一管10、换热单元20、进口分配管30以及出口汇合管40，具体地，第一管10呈竖直设置，多个换热单元20设置在第一管10的外部，且多个换热单元20沿第一管10的轴向间隔设置，换热单元20的下部具有工质入口210，换热单元20的上部具有工质出口220；进口分配管30上具有进口310和多个分配口320，多个分配口320与多个工质入口210一一对应连接；出口汇合管40上具有出口410和多个汇合口420，多个汇合口420与多个工质出口220一一对应连接。
26.根据本公开实施例的上升管换热器1，在工作时，高温荒煤气从第一管10的底部进入第一管10中，工质(例如水或者汽水混合物)从进口分配管30的进口310进入进口分配管30内，沿多个分配口320以及对应换热单元20的工质入口210进入对应换热单元20中，第一管10内，高温荒煤气在上升过程中，荒煤气中的热量经过第一管10的内壁传递至换热单元20，进而加热换热单元20内的工质，多个换热单元20中的工质在被加热的同时在换热单元20内流动，经过工质出口220和对应汇合口420进入出口汇合管40内，最后从出口汇合管40的出口410导出，经过加热的工质可以用来产生蒸汽，蒸汽可用于发电或者加热其他物质，从而实现高温荒煤气的余热利用。另外，多个换热单元20轴向间隔设置在第一管10的外部，每一换热单元20对应单独的分配口320和汇合口420，这样，可以有效减小单个换热单元20内工质的流动阻力，提高换热效率，实现荒煤气余热的有效回收利用，此外，本公开实施例中的上升管换热器1，可以通过控制进入换热单元20的工质的温度来控制换热过程，以使第一管10底部的荒煤气温度不至于太高，从而避免有机物发生积碳反应大量生成石墨，同时第一管10顶部的荒煤气温度不至于太低，从而避免焦油液化析出，进而避免第一管10堵塞等问题的发生，保证荒煤气的正常流通。综上可知，本技术实施例的上升管换热器1，可实现荒煤气余热的有效利用，保证荒煤气的正常流通。
27.在本公开的一些实施例中，如图1所示，换热单元20的数量可以为3个，每个换热单元具有1个工质入口210，1个工质出口220，故上升管换热器1共包括3个工质入口210，3个工质出口220。可以理解的是，此时，进口分配管30具有3个分配口320，出口汇合管40具有3个汇合口420，每个换热单元20的工质入口210对应一个分配口320，工质出口220对应一个汇合口420。换热过程中，工质从进口分配管30的进口310进入进口分配管30内，沿3个分配口320以及对应工质入口210分别进入3个换热单元20中，经过换热后，每个换热单元20中的工
质沿工质出口220以及对应汇合口420进入出口汇合管40内，最后从出口汇合管40的出口410导出，由于第一管10的外部轴向间隔设置了3个换热单元20，因此每个换热单元20内工质流动的距离减小，故减小了工质的流动阻力，换热过程更容易进行，换热效率更高。换热单元20的数量还可以为4个、5个或者其他的数量，本技术不做限制。
28.在本公开的一些实施例中，上升管换热器1还可以与汽包连接，汽包用于提供工质，例如提供汽水混合物，汽包与上升管换热器1之间通过上升管和下降管连接，其中，进口分配管30的进口310连接汽包的下降管，出口汇合管40的出口410连接汽包的上升管。换热过程中，汽包中的冷水在重力作用下经下降管以及进口310进入进口分配管30内，并经分配口320分配至对应换热单元20中，完成换热后，经过加热的汽水混合物经汇合口420进入出口汇合管40内，经出口汇合管40的出口410进入汽包的上升管中，进而进入汽包内，汽包内部的汽水分离装置将加热后的汽水混合物经过分离后，可以得到0.6mpa～4.0mpa的饱和蒸汽，饱和蒸汽可以输送给过热器，也可以直接经过汽包上的饱和蒸汽引出管输出，用于加热物质或者发电。
29.汽包上有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备，可以通过控制汽包内的压力控制进入上升管换热器1内工质的温度，进而控制换热过程，让第一管10底部的荒煤气温度不至于太高，因此避免了有机物发生积碳反应大量生成石墨，同时让第一管10顶部的荒煤气温度不至于太低，因此避免了焦油液化析出，进而避免第一管10堵塞等问题的发生，保证荒煤气的正常流通，上升管换热器1可应用于焦炉系统，从而可提高焦炉系统的安全性和稳定性。
30.在本公开的一些实施例中，上升管换热器1还包括第二管50，第二管50套设在第一管10的外部，并与第一管10密封连接，第二管50与第一管10之间形成第一环形空间a，多个换热单元20设置在第一环形空间a内，进口分配管30和出口汇合管40设置在第二管50的外部，进口分配管30上的多个分配口320穿过第二管50与多个工质入口210一一对应连接，出口汇合管40上的多个汇合口420穿过第二管50与多个工质出口220一一对应连接。
31.在本公开的一些实施例中，在第一环形空间a内填充有传热层，可以严密包裹住多个换热单元20。传热层可以采用金属粉，例如铜粉、铁粉等。金属粉具有良好的传热性能，提高了换热单元20的吸热效果，进而可以提高荒煤气的换热效率。
32.在本公开的一些实施例中，上升管换热器1还包括第三管60，第三管60套设在第二管50的外部，并与第二管50密封连接，第三管60与第二管50之间形成第二环形空间b，进口分配管30和出口汇合管40设置在第二环形空间b内，进口分配管30的进口310设置在第三管60的外部，出口汇合管40的出口410设置在第三管60的外部。
33.在本公开的一些实施例中，在第二环形空间b内填充有隔热层。隔热层可以采用岩棉、矿渣棉等，岩棉、矿渣棉的传热系数较低，因此具有良好的绝热性能，在第二环形空间b内填充岩棉或者矿渣棉可以防止第一管10内的热量传递至第三管60外部，进而避免热量损失，也可以降低第三管60外壁的的温度，从而改善上升管换热器的操作环境，便于操作工人进行检修。
34.在本公开的一些实施例中，上升管换热器1还包括泄流管70，泄流管70的一端与第一环形空间a连通，泄流管70的另一端设置在第三管60的外部。如果换热单元20发生泄漏，换热单元20内的工质会进入第一管10和第二管50之间的第一环形空间a，并经泄流管70排
出上升管换热器1的外部，避免在换热单元20发生泄漏后，第一管10因承受外压而出现泄漏问题，进而避免工质进入炭化室内影响焦炉的正常生产，保护焦炉的内部结构(例如焦炉炭化室内的耐火材料)。可理解的是，泄流管70可外接管路，将泄漏的工质引至安全处。
35.在本公开的一个实施例中，泄流管70还可以安装报警器，当报警器检测到有工质流经泄流管70时，启动报警以告知操作人员，便于操作人员及时发现和处理。
36.在本公开的一些实施例中，进口310靠近第一管10的下端设置，出口410靠近第一管10的上端设置。换热过程中，工质从第一管10下端的进口310进入进口分配管30中，进而进入换热单元20中，经过换热后的汽水混合物由第一管10上端的出口410导出。将进口310设置在第一管10的下端以及将出口410设置在第一管10的上端有利于工质的导入和导出。
37.在本公开的一些实施例中，换热单元20为螺旋盘管。3组螺旋盘管可以通过盘管机压在第一管10上，螺旋盘管的换热面积大，并且蒸汽流动换热时间长，可以保证充足的换热时间，产出高质量的饱和蒸汽。
38.在本公开的一些实施例中，第一管10的内壁设有耐温耐腐传热涂层。耐温耐腐传热涂层可以为单晶硅涂层等，单晶硅涂层具有耐高温、耐腐蚀以及传热性能高的特点，在第一管10的内壁涂刷单晶硅涂层，可以保证第一管10的内壁不结焦油、不积碳的前提下，增加工质的换热效果。第一管10的内壁不结焦油、不积碳，工人也就不用定期进行清理，进而降低了操作工人的操作强度。
39.在本公开的一些实施例中，第一管10和第二管50均为合金钢管，换热单元20的材质为碳钢或者合金钢，第三管60可以为不锈钢管。第一管10、第二管50、第三管60以及换热单元20也可以为其他材料，任何符合强度性能的材料均可，本技术不进行限制。
40.在本公开的一些实施例中，第一管10、第二管50和第三管60的上端均连接第一法兰，第一管10、第二管50和第三管60的下端均连接第二法兰，第一法兰和第二法兰能够方便上升管换热器与其他设备的连接，同时，实现第一管10、第二管50和第三管60之间的密封连接。
41.本技术第二方面的实施例提供一种焦炉系统，包括焦炉和上述任一实施例中所述的上升管换热器1。上升管换热器1与焦炉的炭化室连通。
42.根据本公开实施例的焦炉系统，包括上升管换热器1。焦炉系统工作过程中，焦炉炭化室内产生的高温荒煤气从第一管10的底部进入第一管10中，高温荒煤气在第一管10内上升过程中，不断与设置在第一管10外部的多个换热单元20进行换热，加热换热单元20内的工质，从而实现高温荒煤气的余热利用。另外，多个换热单元20轴向间隔设置在第一管10的外部，每一换热单元20对应单独的分配口320和汇合口420，这样，可以有效减小单个换热单元20内工质的流动阻力，提高换热效率，实现荒煤气余热的有效回收利用，此外，本公开实施例中的上升管换热器1，可以通过控制进入换热单元20的工质的温度来控制换热过程，以使第一管10底部的荒煤气温度不至于太高，从而避免有机物发生积碳反应大量生成石墨，同时第一管10顶部的荒煤气温度不至于太低，从而避免焦油液化析出，进而避免第一管10堵塞等问题的发生，保证荒煤气的正常流通，进而保证焦炉系统的安全稳定运行。
43.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
44.本公开的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
45.以上所述仅为本公开的较佳实施例，并非用于限定本公开的保护范围。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本公开的保护范围内。