焦炉上升管换热器
技术领域
本实用新型涉及焦炉换热技术领域，特别涉及一种焦炉上升管换热器。
背景技术
目前，随着焦化厂对资源回收利用的高度重视，荒煤气的余热回收是降低焦炉能耗的主要途径之一，现有工艺是将炭化室逸出的650℃-850℃高温荒煤气经过上升管换热器进入集气管以回收余热。焦炉荒煤气中包含各种焦油成分，其露点主要分布在200-350℃，容易产生粘度较高的液体紧紧地粘结在管壁表面，从而导致粘结、结焦的问题，使得生产工况不稳定，并由此导致传热问题更加恶化。当上升管出现干烧、通水交替变化情况下，管体金属材料容易产生高温氧化、高温蠕变，导致筒体变形、漏水，影响焦炉正常生产。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种焦炉上升管换热器，其优化了传统的焦炉上升管换热器的内部结构，提升了换热效率，延长了焦炉上升管换热器的使用寿命。
本实用新型提供一种焦炉上升管换热器，包括：同轴套设的内套筒和外套筒，其中，所述内套筒内设置换热组件，所述换热组件包括蓄热层、辐射吸收层、纳米自洁层、扰流件，所述蓄热层贴附所述内套筒的内壁设置，所述辐射吸收层和所述纳米自洁层均贴附所述蓄热层设置，且所述辐射吸收层位于所述纳米自洁层的下方，所述扰流件为线性的螺旋体结构，所述扰流件沿所述内套筒的轴线方向的截面为两条弧线边和一条直线边组成的类似扇形的结构，且所述直线边始终贴附所述辐射吸收层和/或所述纳米自洁层设置，其中一条弧线边位于剩余一条弧线边的上方并朝向所述直线边拱起。
优选的是，所述剩余一条弧线边是弧度为π/2的圆弧，且半径为10mm，位于剩余一条弧线边的上方的弧线边为最速降线弧形，其垂直投射在所述直线边上的投影的长度为20mm。
优选的是，所述辐射吸收层的高度为所述内套筒的高度的四分之一，厚度为2mm，所述纳米自洁层的高度为所述内套筒的高度的四分之三，厚度为2mm。
优选的是，所述蓄热层的厚度为20mm。
优选的是，所述内套筒的外壁上间隔贴附设置多根筋条，多根筋条均平行于所述内套筒的轴线方向，并位于所述内套筒的中间部分，每根筋条沿垂直于所述内套筒的轴向方向的截面均为等边三角形，每根筋条均位于平行于所述内套筒的轴向中间段，长度均为3000mm-3500mm。
优选的是，所述内套筒未设置筋条的外壁上还间隔贴附设置多个曲面片，每个曲面片垂直于所述内套筒的轴线方向的截面为S形，所述外套筒的内壁上间隔贴附设置多个平面片，每个平面片均倾斜设置，且与所述外套筒的夹角均相等。
优选的是，所述扰流件的节距为400mm。
优选的是，所述内套筒内还设有分流件，所述分流件包括垂直于所述内套筒的轴向固设在所述纳米自洁层上的定位筋、垂直于所述定位筋且位于所述定位筋下方的固定杆、间隔固设在所述固定杆上的多个分流体，每个分流体均包括一体成型的位于上方的半球体和位于下方的圆锥体，所述圆锥体的底面与所述半球体的平面重合，多个分流体的体积由下至上逐渐减小。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型设置蓄热层能使自身温度长时间保持在450-550℃，有效防止内套筒和外套筒因过热鼓包而导致漏水，同时防止内壁温度因过低而冷凝焦油以及粘结石墨。辐射吸收层能最大效率的吸收高温热辐射能量。纳米自洁层具有良好的吸热特性，比传统上升管换热器增加10％左右的换热量。扰流件采用贴壁螺旋状分布，能针对荒煤气的成分、温度、速度的特性，能较好的破坏气体边界层，强化对荒煤气的扰动，增大对流换热系数，增强换热能力。两条弧线边的设计能最大程度利于荒煤气中的粉尘颗粒滑落，有效防止扰流件上积灰。
本实用新型优化了传统的焦炉上升管换热器的内部结构，提升了换热效率，延长了焦炉上升管换热器的使用寿命。
本实用新型将弹簧组件由多个弹簧复合组合而成，提升弹簧的减震效果同时强化支撑性能，减震支柱结构简单、减震效果好。
附图说明
图1为本实用新型的其中一个技术方案中所述换热组件的结构示意图；
图2为本实用新型的其中一个技术方案中所述扰流件的截面结构示意图；
图3为本实用新型的其中一个技术方案中所述内套筒和外套筒的俯视图；
图4为本实用新型的其中一个技术方案中所述分流件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-4所示，本实用新型提供一种焦炉上升管换热器，包括：同轴套设的内套筒和外套筒，其中，所述内套筒内设置换热组件，所述换热组件包括蓄热层1、辐射吸收层2、纳米自洁层3、扰流件4，所述蓄热层1贴附所述内套筒的内壁设置，所述辐射吸收层2和所述纳米自洁层3均贴附所述蓄热层1设置，且所述辐射吸收层2位于所述纳米自洁层3的下方，所述扰流件4为线性的螺旋体结构，所述扰流件4沿所述内套筒的轴线方向的截面为两条弧线边41和一条直线边42组成的类似扇形的结构(该类似扇形的结构是一条直线边42和两条弧线边41首尾顺次连接形成的封闭图形，简单理解为是将一般的扇形中的其中一条直线边42换成了弧线边41)，且所述直线边42始终贴附所述辐射吸收层2和/或所述纳米自洁层3设置，其中一条弧线边41位于剩余一条弧线边41的上方并朝向所述直线边42拱起。
本实用新型中所述蓄热层1采用多种材料调制而成，主要由白刚玉、莫来石、耐磨碳化硅固化剂组合而成，具有耐高温、耐腐蚀特性，最高耐热温度到1800℃，不变形，不脱落，具有优良的导热特性、较大热稳定性、较强蓄热能力，在荒煤气温度发生变化时，蓄热层1能使自身温度长时间保持在450-550℃，有效防止内套筒和外套筒因过热鼓包而导致漏水，同时防止内壁温度因过低而冷凝焦油以及粘结石墨。本实用新型中的蓄热层1同时具有导热的功能，内套筒和外套筒之间充满了水，水作为换热介质与从蓄热层1传递来的荒煤气的部分热量发生热交换，稳定工况。
针对焦炉实际炼焦过程中炉膛核心温度在500-1200摄氏度之间变化，所述辐射吸收层2采用特质碳化硅或金红石型钛白粉制成，具有耐高温、耐腐蚀特性，同时对500-1200摄氏度热源辐射出的波长为2000-4000纳米的红外线具有非常强的吸收能力，工作环境下黑度超过0.85。焦炉上升管换热器的下部1000mm长度段离焦炉炉膛内炼焦高温区较近，辐射吸收层2能较好的接收焦炉炉膛内的大量热辐射能量，同时此处为焦炉上升管换热器入口段，荒煤气温度较高，热辐射能量较大，故将辐射吸收层2设置在此处能最大效率的吸收高温热辐射能量。
所述纳米自洁层3由复合纳米陶瓷材料制成，不粘结煤焦油和石墨，耐高温、耐腐蚀，同时具有良好的吸热特性，比传统上升管换热器增加10％左右的换热量。
所述扰流件4采用贴壁螺旋状分布，能针对荒煤气的成分、温度、速度的特性，能较好的破坏气体边界层，强化对荒煤气的扰动，增大对流换热系数，增强换热能力。两条弧线边41的设计利于荒煤气中的粉尘颗粒滑落，有效防止扰流件4上积灰。
本实用新型优化了传统的焦炉上升管换热器的内部结构，提升了换热效率，延长了焦炉上升管换热器的使用寿命。
在另一技术方案中，所述剩余一条弧线边41是弧度为π/2的圆弧，且半径为10mm，位于剩余一条弧线边41的上方的弧线边41为最速降线弧形，其垂直投射在所述直线边42上的投影的长度为20mm，能最大程度利于荒煤气中的粉尘颗粒滑落，有效防止扰流件4上积灰。
在另一技术方案中，所述辐射吸收层2的高度为所述内套筒的高度的四分之一，厚度为2mm，所述纳米自洁层3的高度为所述内套筒的高度的四分之三，厚度为2mm，针对实际使用设计的最优组合。
在另一技术方案中，所述蓄热层1的厚度为20mm。
在另一技术方案中，所述内套筒的外壁上间隔贴附设置多根筋条5，多根筋条5均平行于所述内套筒的轴线方向，并位于所述内套筒的中间部分，每根筋条5沿垂直于所述内套筒的轴向方向的截面均为等边三角形，每根筋条5均位于平行于所述内套筒的轴向中间段(即筋条5的总长度小于内套筒的高度)，长度均为3000mm-3500mm，筋条5增加了内套筒与外套筒之间与水的换热面积，增大换热效率；同时对于上升管换热器内水流的平均分布起到较大作用，避免了上升管换热器局部干烧等受热不均匀的问题。
在另一技术方案中，所述内套筒未设置筋条5的外壁上还间隔贴附设置多个曲面片61，每个曲面片61垂直于所述内套筒的轴线方向的截面为S形，所述外套筒的内壁上间隔贴附设置多个平面片62，每个平面片62均倾斜设置，且与所述外套筒的夹角均相等。曲面片61和平面片62的设计结合筋条5一起为内套筒与外套筒之间的水形成曲折的流动空间，增加了水的流动路径，充分换热。
在另一技术方案中，所述扰流件4的节距为400mm。
在另一技术方案中，所述内套筒内还设有分流件，所述分流件包括垂直于所述内套筒的轴向固设在所述纳米自洁层3上的定位筋71、垂直于所述定位筋71且位于所述定位筋71下方的固定杆72、间隔固设在所述固定杆72上的多个分流体73，每个分流体73均包括一体成型的位于上方的半球体和位于下方的圆锥体，所述圆锥体的底面与所述半球体的平面重合，多个分流体73的体积由下至上逐渐减小。位于中央的分流件与设置在侧壁上的扰流件4一起配合进一步强化对荒煤气的扰动，增强换热能力。同时分流体73圆润光滑的结构设计利于粉尘颗粒滑落，避免了积灰。多个分流体73由下至上减小的设计，结合荒煤气的热量，利于荒煤气顺利通过换热器。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
