一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器的制作方法

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1.本实用新型涉及焦炉换热技术领域，具体涉及一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器。

背景技术：

2.焦化厂化产区域脱苯工段需要大量洗油洗去煤气中的苯，洗油洗苯后，吸收的煤气成分较复杂，洗油吸收的煤气成分中除苯外，还含有高沸点芳族组分、形成焦油的组分、不饱和环状化合物、含硫化合物以及各种气态组分。这些被洗油吸收的煤气成分相互参与共聚反应，而蒸馏、吸收过程中需要定期不定期的对洗油加热，进而加剧了被洗油吸收的煤气成分间共聚反应的发生。共聚反应使洗油中生成大量粘度较大的高沸点聚合物，造成洗油消耗量增加，洗苯效率降低，煤气质量下降。洗油的品质对洗苯塔塔后煤气含苯、贫富油含苯量有着直接影响，所以需要≥400℃的高温过热蒸汽定期去除洗油中的轻质组分，以提高洗油品质。
3.现有的上升管过热蒸汽发生器为外盘管结构或夹套式结构，其工作原理为：190-250℃的饱和蒸汽或者过热蒸汽通过强制循环泵打入上升管过热蒸汽发生器中的外盘管内或夹套内，650℃-850℃荒煤气从炭化室逸出进入上升管过热蒸汽发生器的荒煤气通道内，与进入上升管过热蒸汽发生器外盘管内或夹套内的饱和蒸汽或过热蒸汽逆流换热，从而使饱和蒸汽或者过热蒸汽转变为高温过热蒸汽排出。夹套式上升管过热蒸汽发生器中传热面积大，但介质在夹套内停留时间较短，换热效率极低，饱和蒸汽或者过热蒸汽一次换热仅能升温30-80℃；外盘管式上升管过热蒸汽发生器的外盘管内介质停留时间长，但是线性传热面积较小，饱和蒸汽或者过热蒸汽一次换热仅能升温40-120℃，往往二次甚至三次换热都不能达到400℃，并且多次换热需要消耗较多数量位于焦炉顶部的上升管，从而减少了焦炉顶部上升管余热回收系统对饱和蒸汽的总产量，更重要的是荒煤气热量未充分利用即排放，造成能源浪费；另外，现有的上升管换热技术想要同时保证产量和质量的前提下，饱和蒸汽压力不会超过2.5mpa，并且饱和蒸汽初始温度不会太高，这对于生产≥400℃的高温过热蒸汽来说难度较大，同时安全风险明显增大。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器。
5.为实现上述目的，本实用新型的技术方案是设计一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，包括从内向外依次间隔同轴设置的内筒体、夹套层和外筒体，所述内筒体、夹套层和外筒体的上端分别与荒煤气出口法兰连接、另一端分别与荒煤气进口法兰连接，所述内筒体的内壁面上环向间隔固设有若干竖直导热翅片，所述内筒体的外壁面上固设有螺旋形结构的盘管，所述盘管上端设有贯穿位于外筒体上端外部的蒸汽进口管、下端设有贯穿位于外筒体下端外部的蒸汽出口管，所述内筒体和夹套层之间的空腔内填充有
导热材料，所述夹套层与外筒体之间的空腔内填充有隔热保温材料。
6.本实用新型的一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，通过在内筒体的内壁上设置竖直导热翅片，不仅增大了内筒体和荒煤气的接触面积，还强化了辐射和对流传热能力，同时竖直导热翅片也对内筒起到加强作用，可以在一定程度上减小内筒体的受热变形量；待加热的饱和蒸汽或者过热蒸汽从蒸汽进口管进入盘管内，并沿着盘管螺旋形向下流动，导热材料显著提高了盘管对荒煤气的吸热效果，使流经盘管内的蒸汽得到充分逆流加热并生成过热蒸汽从蒸汽出口管排出；隔热保温材料起到对盘管的隔热保温作用，减少盘管内部热量的逸散，显著降低该上升管过热蒸汽发生器的热损耗，提高热能利用率，使得初始温度为200℃以上的饱和蒸汽或者过热蒸汽经该上升管过热蒸汽发生器一次换热升温200℃以上，即一次换热产生≥400℃的高温过热蒸汽，减少了焦炉顶部上升管用于生产过热蒸汽的数量，从而提高上升管余热回收系统的饱和蒸汽总产量，有助于降低投入成本，增加利润。
7.优选的技术方案是，所述内筒体的外壁面上径向间隔设有若干位于盘管内部的扰流翅片或扰流柱。扰流翅片不仅加强了蒸汽在盘管中的层流运动，增加了传热面积，而且避免靠近内筒体壁面的换热效果强而盘管中心换热效果弱导致的换热不均现象，增强了二次流的强化传热，提高了换热效果；扰流柱不仅加强了蒸汽在盘管中的涡流扰动，增加了传热面积，而且避免靠近内筒体壁面的换热效果强而盘管中心换热效果弱导致的换热不均现象，提高了换热效果；并且扰流翅片、扰流柱均延缓了蒸汽在盘管内的流动时间，延长蒸汽的逆流换热时间，进一步提高流出过热蒸汽的温度。
8.为了进一步确保扰流翅片或扰流柱对盘管内蒸汽的逆流换热增进效果，进一步优选的技术方案还有，所述盘管的横截面为半圆形，所述扰流翅片的长度为50mm、径向高度为盘管半径的1/2、厚度为盘管半径的1/8，所述扰流柱的直径为5～8mm、径向高度为盘管半径的1/2。
9.进一步优选的技术方案还有，所述过热蒸汽发生器包括位于上侧的扰流区和位于下侧的强化扰流区，所述强化扰流区的高度≤1m，位于强化扰流区内的相邻扰流翅片或相邻扰流柱之间的夹角α《位于扰流区内的相邻扰流翅片或相邻扰流柱之间的夹角β。流经盘管内的蒸汽吸收的热量主要包括炭化室辐射热量、荒煤气辐射热量和荒煤气对流换热热量，靠近荒煤气入口1m内的强化扰流区内，荒煤气温度最高，热量最多，位于强化扰流区的盘管内的扰流翅片或扰流柱数量较扰流区的盘管内的密实，使得蒸汽在强化扰流区盘管内的停留时间较长，从而能充分的吸收更多的热量，增强荒煤气的热量利用效率；离荒煤气入口越远，荒煤气温度越低，炭化室辐射热量减弱甚至消失，当荒煤气温度低于450℃时还会有焦油类物质析出并粘附在内筒体的内壁上，导致上升管通道堵塞、冒烟影响正常生产，扰流区的盘管内的扰流翅片或扰流柱的数量较稀疏，从而保证荒煤气的出口温度≥500℃，以减少内筒体内壁上焦油类物质的粘附量，确保该上升管过热蒸汽发生器正常生产过热蒸汽。
10.进一步优选的技术方案还有，所述内筒体的外壁面上还径向间隔设有若干位于相邻盘管之间间隙内的定位柱。定位柱用于固定导热材料，并使导热材料与盘管严密结合，并且定位柱具有聚热效果，将内筒体内的热量以点的形式汇聚，强化了导热材料的吸热效果，防止出现传热死角导致的盘管受热不均。
11.为了进一步确保定位柱对导热材料的固定效果以及对盘管的导热均匀性效果，进一步优选的技术方案还有，相邻两个所述定位柱之间的夹角为10～12
°
，相邻两个所述竖直导热翅片之间的夹角为15～18
°
12.进一步优选的技术方案还有，所述内筒体和竖直导热翅片均为15crmor型号的钢材，所述内筒体和竖直导热翅片的外侧面均熔覆有纳米高温自洁涂层，所述的夹套层为镜面铝皮材质，所述的外筒体为不锈钢材质，所述的导热材料为导热泥，所述的隔热保温材料为硅酸铝纤维棉。15crmor型号的钢材具有耐高温、抗腐蚀、导热强的性能，从而确保了内筒体和竖直导热翅片对蒸汽的逆流换热效果；纳米高温自洁涂层具有隔绝蒸汽和荒煤气的作用，确保了内筒体和竖直导热翅片的使用寿命；镜面铝皮的夹套层不仅起到固定束缚导热材料的作用，同时反射部分热量，降低热损耗；不锈钢材质的外筒体，具有抗氧化腐蚀的性能，避免外界环境中的污染物质对其造成腐蚀，从而确保该上升管过热蒸汽发生器的整体使用寿命；导热泥粘度较高，填充在内筒体和夹套层之间的空腔内，严密包裹住盘管，高导热能力能够将内筒体传来的热量强化传热给盘管，提高荒煤气的热量利用效率，强化了盘管的整体吸热效果；硅酸铝纤维棉具有好的隔热保温作用，同时价格低廉，经济实用性强。
13.本实用新型的优点和有益效果在于：
14.1、本实用新型的一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，通过在内筒体的内壁上设置竖直导热翅片，不仅增大了内筒体和荒煤气的接触面积，还强化了辐射和对流传热能力，同时竖直导热翅片也对内筒起到加强作用，可以在一定程度上减小内筒体的受热变形量；待加热的饱和蒸汽或者过热蒸汽从蒸汽进口管进入盘管内，并沿着盘管螺旋形向下流动，导热材料显著提高了盘管对荒煤气的吸热效果，使流经盘管内的蒸汽得到充分逆流加热并生成过热蒸汽从蒸汽出口管排出；隔热保温材料起到对盘管的隔热保温作用，减少盘管内部热量的逸散，显著降低该上升管过热蒸汽发生器的热损耗，提高热能利用率，使得初始温度为200℃以上的饱和蒸汽或者过热蒸汽经该上升管过热蒸汽发生器一次换热升温200℃以上，即一次换热产生≥400℃的高温过热蒸汽，减少了焦炉顶部上升管用于生产过热蒸汽的数量，从而提高了上升管余热回收系统的饱和蒸汽总产量，有助于降低投入成本，增加利润。
15.2、扰流翅片不仅加强了蒸汽在盘管中的层流运动，增加了传热面积，而且避免靠近内筒体壁面的换热效果强而盘管中心换热效果弱导致的换热不均现象，增强了二次流的强化传热，提高了换热效果；扰流柱不仅加强了蒸汽在盘管中的涡流扰动，增加了传热面积，而且避免靠近内筒体壁面的换热效果强而盘管中心换热效果弱导致的换热不均现象，提高了换热效果；并且扰流翅片、扰流柱均延缓了蒸汽在盘管内的流动时间，延长蒸汽的逆流换热时间，进一步提高流出过热蒸汽的温度。
16.3、所述过热蒸汽发生器包括位于上侧的扰流区和位于下侧的强化扰流区，所述强化扰流区的高度≤1m，位于强化扰流区内的相邻扰流翅片或相邻扰流柱之间的夹角α《位于扰流区内的相邻扰流翅片或相邻扰流柱之间的夹角β。流经盘管内的蒸汽吸收的热量主要包括炭化室辐射热量、荒煤气辐射热量和荒煤气对流换热热量，靠近荒煤气入口1m内的强化扰流区内，荒煤气温度最高，热量最多，位于强化扰流区的盘管内的扰流翅片或扰流柱数量较扰流区的盘管内的密实，使得蒸汽在强化扰流区盘管内的停留时间较长，从而能充分的吸收更多的热量，增强荒煤气的热量利用效率；离荒煤气入口越远，荒煤气温度越低，炭
化室辐射热量减弱甚至消失，当荒煤气温度低于450℃时还会有焦油类物质析出并粘附在内筒体的内壁上，导致上升管通道堵塞、冒烟影响正常生产，扰流区的盘管内的扰流翅片或扰流柱的数量较稀疏，从而保证荒煤气的出口温度≥500℃，以减少内筒体内壁上焦油类物质的粘附量，确保该上升管过热蒸汽发生器正常生产过热蒸汽。
17.4、定位柱用于固定导热材料，并使导热材料与盘管严密结合，并且定位柱具有聚热效果，将内筒体内的热量以点的形式汇聚，强化了导热材料的吸热效果，防止出现传热死角导致的盘管受热不均。
18.5、15crmor型号的钢材具有耐高温、抗腐蚀、导热强的性能，从而确保了内筒体和竖直导热翅片对蒸汽的逆流换热效果；纳米高温自洁涂层具有隔绝蒸汽和荒煤气的作用，确保了内筒体和竖直导热翅片的使用寿命；镜面铝皮的夹套层不仅起到固定束缚导热材料的作用，同时反射部分热量，降低热损耗；不锈钢材质的外筒体，具有抗氧化腐蚀的性能，避免外界环境中的污染物质对其造成腐蚀，从而确保该上升管过热蒸汽发生器的整体使用寿命；导热泥粘度较高，填充在内筒体和夹套层之间的空腔内，严密包裹住盘管，高导热能力能够将内筒体传来的热量强化传热给盘管，提高荒煤气的热量利用效率，强化了盘管的整体吸热效果；硅酸铝纤维棉具有好的隔热保温作用，同时价格低廉，经济实用性强。
附图说明
19.图1是实施例1中一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器的立体结构示意图；
20.图2是实施例1中一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器的立体结构示意图(隐去夹套层、外筒体、隔热保温材料和导热材料)；
21.图3是实施例1中一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器的俯视图；
22.图4是图3中一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器在a-a位置的纵向剖视图；
23.图5是图4中h处的局部放大图；
24.图6是实施例1中盘管的局部俯视结构图；
25.图7是实施例2中盘管的局部俯视结构图；
26.图8是实施例2中盘管的局部剖视结构图。
27.图中：1、内筒体；2、夹套层；3、外筒体；4、荒煤气出口法兰；5、荒煤气进口法兰；6、竖直导热翅片；7、导热材料；8、隔热保温材料；1-1、盘管；1-2、定位柱；1-3、扰流翅片；1-4、扰流柱；3-1、蒸汽进口管；3-2、蒸汽出口管。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
29.实施例1
30.如图1～6所示，一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，包括从内向外依次间隔同轴设置的内筒体1、夹套层2和外筒体3，所述内筒体1、夹套层2和外筒体3的
上端分别与荒煤气出口法兰4连接、另一端分别与荒煤气进口法兰5连接，所述内筒体1的内壁面上环向间隔固设有若干竖直导热翅片6，所述内筒体1的外壁面上固设有螺旋形结构的盘管1-1，所述盘管1-1上端设有贯穿位于外筒体3上端外部的蒸汽进口管3-1、下端设有贯穿位于外筒体3下端外部的蒸汽出口管3-2，所述内筒体1和夹套层2之间的空腔内填充有导热材料7，所述夹套层2与外筒体3之间的空腔内填充有隔热保温材料8。
31.优选地，所述内筒体1的外壁面上径向间隔设有若干位于盘管1-1内部的扰流翅片1-3。
32.进一步优选地，所述盘管1-1的横截面为半圆形，所述扰流翅片1-3的长度为50mm、径向高度为盘管1-1半径的1/2、厚度为盘管1-1半径的1/8。
33.进一步优选地还有，所述过热蒸汽发生器包括位于上侧的扰流区和位于下侧的强化扰流区，所述强化扰流区的高度≤1m，位于强化扰流区内的相邻扰流翅片1-3之间的夹角α《位于扰流区内的相邻扰流翅片1-3之间的夹角β。
34.进一步优选地还有，所述内筒体1的外壁面上还径向间隔设有若干位于相邻盘管1-1之间间隙内的定位柱1-2。
35.进一步优选地还有，相邻两个所述定位柱1-2之间的夹角为10～12
°
，相邻两个所述竖直导热翅片6之间的夹角为15～18
°
。
36.进一步优选地还有，所述内筒体1和竖直导热翅片6均为15crmor型号的钢材，所述内筒体1和竖直导热翅片6的外侧面均熔覆有纳米高温自洁涂层，所述的夹套层2为镜面铝皮材质，所述的外筒体3为不锈钢材质，所述的导热材料7为导热泥，所述的隔热保温材料8为硅酸铝纤维棉。
37.实施例2
38.如图7～8所示，一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，与实施例1的区别在于，所述内筒体1的外壁面上径向间隔设有若干位于盘管1-1内部的扰流柱1-4。
39.优选地有，所述扰流柱1-4的直径为5～8mm、径向高度为盘管1-1半径的1/2。
40.优选地还有，所述过热蒸汽发生器包括位于上侧的扰流区和位于下侧的强化扰流区，所述强化扰流区的高度≤1m，位于强化扰流区内的相邻扰流柱1-4之间的夹角α《位于扰流区内的相邻扰流柱1-4之间的夹角β。
41.实施例1或2中传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器的工作原理：
42.焦炉炭化室在无氧干馏下会产出大量高温的荒煤气，荒煤气从内筒体1下端进入并往上流经竖直导热翅片6，将热量传递到内筒体1上，热量经过内筒体1传递到盘管1-1和导热材料7上；饱和蒸汽从蒸汽进口管3-1进入盘管1-1内，在螺旋式盘管1-1内向下流动，其中盘管1-1内的扰流翅片1-3或扰流柱1-4对蒸汽进行扰流，盘管1-1内的蒸汽通过吸收盘管1-1的热量生成过热蒸汽从下方的蒸汽出口管3-2排出。
43.实施例3
44.将实施例1中的一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器用于某项目：其中，5.5m高焦炉、炭化室内径420mm、高度2400mm，蒸汽压力2.0mpa，进口蒸汽温度215℃，盘管半径16mm，上升管1m以下为强化扰流区、1m以上为扰流区，位于强化扰流区内的盘管1-1内的扰流翅片1-3以夹角60
°
均匀布置，扰流区盘管1-1-内的扰流翅片1-3以夹角90
°
均匀布置，过热蒸汽的出口温度为420℃。
45.实施例4
46.将实施例2中的一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器用于某项目：其中，6.25m高焦炉、炭化室内径560mm、高度3830mm，蒸汽压力1.3mpa，进口蒸汽温度195℃，盘管半径16mm，上升管1m以下为强化扰流区、1m以上为扰流区，位于强化扰流区内的盘管1-1-内的扰流柱1-4以夹角45
°
均匀布置，扰流区盘管1-1内的扰流柱1-4以夹角120
°
均匀布置，过热蒸汽的出口温度为408℃。
47.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，其特征在于，包括从内向外依次间隔同轴设置的内筒体(1)、夹套层(2)和外筒体(3)，所述内筒体(1)、夹套层(2)和外筒体(3)的上端分别与荒煤气出口法兰(4)连接、另一端分别与荒煤气进口法兰(5)连接，所述内筒体(1)的内壁面上环向间隔固设有若干竖直导热翅片(6)，所述内筒体(1)的外壁面上固设有螺旋形结构的盘管(1-1)，所述盘管(1-1)上端设有贯穿位于外筒体(3)上端外部的蒸汽进口管(3-1)、下端设有贯穿位于外筒体(3)下端外部的蒸汽出口管(3-2)，所述内筒体(1)和夹套层(2)之间的空腔内填充有导热材料(7)，所述夹套层(2)与外筒体(3)之间的空腔内填充有隔热保温材料(8)。2.如权利要求1所述的传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，其特征在于，所述内筒体(1)的外壁面上径向间隔设有若干位于盘管(1-1)内部的扰流翅片(1-3)或扰流柱(1-4)。3.如权利要求2所述的传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，其特征在于，所述盘管(1-1)的横截面为半圆形，所述扰流翅片(1-3)的长度为50mm、径向高度为盘管(1-1)半径的1/2、厚度为盘管(1-1)半径的1/8，所述扰流柱(1-4)的直径为5～8mm、径向高度为盘管(1-1)半径的1/2。4.如权利要求3所述的传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，其特征在于，所述过热蒸汽发生器包括位于上侧的扰流区和位于下侧的强化扰流区，所述强化扰流区的高度≤1m，位于强化扰流区内的相邻扰流翅片(1-3)或相邻扰流柱(1-4)之间的夹角α<位于扰流区内的相邻扰流翅片(1-3)或相邻扰流柱(1-4)之间的夹角β。5.如权利要求4所述的传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，其特征在于，所述内筒体(1)的外壁面上还径向间隔设有若干位于相邻盘管(1-1)之间间隙内的定位柱(1-2)。6.如权利要求5所述的传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，其特征在于，相邻两个所述定位柱(1-2)之间的夹角为10～12
°
，相邻两个所述竖直导热翅片(6)之间的夹角为15～18
°
。7.如权利要求6所述的传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，其特征在于，所述内筒体(1)和竖直导热翅片(6)均为15crmor型号的钢材，所述内筒体(1)和竖直导热翅片(6)的外侧面均熔覆有纳米高温自洁涂层，所述的夹套层(2)为镜面铝皮材质，所述的外筒体(3)为不锈钢材质，所述的导热材料(7)为导热泥，所述的隔热保温材料(8)为硅酸铝纤维棉。

技术总结

本实用新型公开了一种传热性能好的夹套盘管式上升管过热蒸汽发生器，竖直导热翅片不仅增大内筒体和荒煤气的接触面积，还强化辐射和对流传热能力，同时也对内筒起到加强作用，可以在一定程度上减小内筒体的受热变形量；导热材料显著提高了盘管对荒煤气的吸热效果，使流经盘管内的蒸汽得到充分逆流加热并生成过热蒸汽从蒸汽出口管排出；隔热保温材料起到对盘管的隔热保温作用，减少盘管内部热量的逸散，显著降低该上升管过热蒸汽发生器的热损耗，提高热能利用率，使得初始温度为200℃以上的饱和蒸汽或者过热蒸汽一次换热产生≥400℃的高温过热蒸汽，减少了焦炉顶部上升管用于生产过热蒸汽的数量，提高了上升管余热回收系统的饱和蒸汽总产量。的饱和蒸汽总产量。的饱和蒸汽总产量。