CN104236337A - 兰炭余热利用换热器 - Google Patents

Abstract

兰炭余热利用换热器，属于兰炭加工设备领域。包括一个环形的外上集箱（10）和多个环形的外下集箱（2），沿所述外上集箱（10）长度方向上均匀布置N个连接管（13），连接管（13）的两端分别与外上集箱（10）的两个长边固定连接并相通，外上集箱（10）与连接管（13）一起形成N+1个矩形环；矩形环的正下方设有外下集箱（2），矩形环与相对应的外下集箱（2）之间通过多根外换热管（11）固定连接并相通，相邻的两根外换热管（11）之间均固定有导热挡板（8），围成N+1个兰炭流动通道在所述各兰炭流动通道的入口处分别设有导料装置，本发明具有实现兰炭干馏、排料高效冷却及余热回收，兰炭下料均匀，换热均匀等优点。

Description

兰炭余热利用换热器

技术领域

兰炭余热利用换热器，属于兰炭加工设备领域。

背景技术

兰炭是以侏罗纪不粘煤和弱粘煤为原料，采用中低温干馏工艺生产的一种高固定碳含量的固体物质，具有高固定碳、高比电阻、高化学活性、多比表面积、热稳定性好和特低灰、特低硫、特低磷等特点，广泛应用于电石、铁合金、化肥造气、高炉喷吹和城市居民洁净用煤等生产和生活领域。近年来兰炭凭借其优良特性得到快速发展，是我国西部煤转化综合利用的有效途径之一。

目前普遍采用中低温干馏炉生产兰炭，同时副产煤焦油和焦炉煤气。原料煤在干馏炉内逐渐下降，依次经过干燥段，干馏段和冷却段。热解形成的兰炭通过炉底水冷夹套式排焦箱冷却后，通过推焦机推至熄焦池内，用清水熄焦，刮板机将兰炭送至煤气烘干机内进行干燥。 上述的水冷熄焦存在以下问题：（1）、从炭化室推出的兰炭温度在550℃左右，湿熄焦时兰炭显热全部浪费；（2）、兰炭遇水激冷容易碎裂成小块；（3）、刮板机将兰炭送至煤气烘干机内进行干燥，额外耗费了大量的煤气；（4）、消耗了大量的水资源；（5）、湿熄焦过程中，红兰炭遇水产生大量有机气体和蒸汽，直接排放到大气当中，污染环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种实现兰炭干馏、排料高效冷却及余热回收，兰炭下料均匀，换热均匀的兰炭余热利用换热器，有效地克服或避免上述现有技术中存在的缺点或不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该兰炭余热利用换热器，其特征在于：包括一个环形的外上集箱和多个环形的外下集箱，沿所述外上集箱长度方向上均匀布置N个连接管，连接管的中心轴与外上集箱的长轴垂直，连接管的两端分别与外上集箱的两个长边固定连接并相通，外上集箱与连接管一起形成N+1个矩形环；外下集箱有N+1个，分别位于各个所述矩形环的正下方，N是1～5之间的任意整数；

所述矩形环与相对应的外下集箱之间通过多根外换热管固定连接并相通，相邻的两根外换热管之间均固定有导热挡板，导热挡板上端固定连接所述矩形环，下端固定连接外下集箱，矩形环、外下集箱、外换热管和导热挡板一起围成N+1个兰炭流动通道；

外下集箱连通有外换热器供水支管，每个所述矩形环对应设有一个外换热器出水支管，外换热器出水支管一端与外上集箱连通，另一端与外换热器出水总管连通；

在所述各兰炭流动通道的入口处分别设有导料装置。

优选的，所述导料装置中间宽、上下两端窄，导料装置上部位于外上集箱的上方，导料装置下部位于所述兰炭流动通道内，导料装置的轴线与连接管的轴线平行，导料装置前后两端分别与兰炭流动通道的内侧面固定连接。

优选的，所述兰炭流动通道在外上集箱长度方向的两个侧面均为倾斜面，所述倾斜面从上至下逐渐向兰炭流动通道内倾斜；

所述导料装置为菱形，且导料装置的两个下侧面分别与其相对的所述兰炭流动通道的倾斜面平行。

进一步的，在所述兰炭流动通道内还设有内上集箱和内下集箱，多根内换热管分别与内上集箱和内下集箱固定连接并相通，多根内换热管分成N+1组，每一组的内换热管位于一个所述兰炭流动通道内。

优选的，所述内上集箱为一个横向设置的直钢管，内上集箱沿所述外上集箱长度方向穿过各兰炭流动通道两侧的导热挡板，内上集箱中部至少一处与相应的导热挡板固定连接，内上集箱其他位置与相应的导热挡板通过伸缩机构获得连接。

优选的，所述伸缩机构包括套管、密封填料和压盖，套管与导热挡板固定连接，内上集箱穿过套管的内孔，密封填料固定在套管与压盖之间，密封填料与内上集箱的外壁接触形成密封。

优选的，所述密封填料充填在套管与内上集箱之间的环形缝隙内，压盖轴向固定在套管的外端将密封填料压紧。

优选的，所述内下集箱为一个直钢管，深入到每一个所述兰炭流动通道内并与导热挡板固定连接，内下集箱的两端设有封板，相邻两个兰炭流动通道之间的内下集箱上设有一个内换热器供水管，内换热器供水管与内下集箱固定连接并相通。

优选的，所述兰炭流动通道的倾斜面与垂直面之间的夹角为5°～15°。

优选的，所述外上集箱的上部固定连接一个上法兰板，在每个外下集箱的下部固定连接一个下法兰板。

与现有技术相比，该兰炭余热利用换热器的上述技术方案所具有的有益效果是：

1、将一个换热器分割成多个兰炭流动通道，在保持整个换热器外形尺寸不变的情况下，一方面大大增加了换热面积，另一方面有效减小了换热器内物料与外换热管之间的传热距离，从而大幅提高了换热器的换热能力和物料冷却均匀性，解决了兰炭干馏炉排料口的排料量过大、单个物料流动通道换热器的换热能力不足的问题。

2、在每个兰炭流动通道的上部增设一个导料装置，使换热器的进料口数量比兰炭流动通道增加一倍，有效减小了进料口的截面积，保证了位于换热器上方干馏室内的兰炭较为均匀地下落，有效解决了因兰炭流动通道的进料口尺寸较大而导致兰炭流动通道中心兰炭下降速度大于两侧兰炭下降速度的问题，保证换热均匀。

3、导料装置的两个下侧面分别与其相对的兰炭流动通道倾斜面平行，在兰炭流动通道内导料装置两侧的流动通道面积上下保持局部不变，因而兰炭在该部分流动均匀，进一步克服换热器中心兰炭下降速度大于两侧兰炭下降速度的问题，保证换热的均匀性。

4、换热器上部的兰炭温度较高，内上集箱的热膨胀与外换热器的热膨胀不一致，内上集箱通过伸缩机构与导热挡板连接，内上集箱与导热挡板可以相对滑动，既解决了内上集箱与外换热器的热膨胀不一致问题，提高了换热器工作可靠性，又解决了煤气泄漏的问题，提高了换热器工作安全性。

5、密封填料充填在套管与内上集箱之间的环形缝隙内，利用压盖压紧密封填料，能够使密封填料变形从而压紧内上集箱外侧，保证了密封的可靠性，结构简单。

6、该兰炭余热利用换热器为一个整体结构，并采用一个上法兰板与干馏炉排料口连接，便于安装。

附图说明

图1为该兰炭余热利用换热器的结构剖面图。

图2是图1所示实施例的左视图。

图3是图1所示实施例的A-A剖面图。

图4是图1所示实施例的B-B剖面图。

图5是图1所示实施例的C局部放大图。

图中：1、下法兰板  2、外下集箱  3、内换热器供水管  4、内下集箱  5、封板  6、内换热管  7、内上集箱  8、导热挡板  9、上法兰板  10、外上集箱  11、外换热管  12、导料装置  13、连接管  14、套管  15、压盖  16、密封填料  17、螺栓  18、螺母  19、外换热器出水支管  20、外换热器出水总管  21、外换热器供水支管  22、外换热器供水总管。

具体实施方式

图1~5是该兰炭余热利用换热器的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明做进一步说明。

参照图1，该兰炭余热利用换热器，包括一个环形的外上集箱10和多个环形的外下集箱2，沿所述外上集箱10长度方向上均匀布置N个连接管13，连接管13的中心轴与外上集箱10的长轴垂直，连接管13的两端分别与外上集箱10的两个长边固定连接并相通，外上集箱10与连接管13一起形成N+1个矩形环，N是1～5之间的任意整数；外下集箱2有N+1个，分别位于各个所述矩形环的正下方；

所述矩形环与相对应的外下集箱2之间通过多根外换热管11固定连接并相通，相邻的两根外换热管11之间均固定有导热挡板8，导热挡板8上端固定连接所述矩形环，下端固定连接外下集箱2，矩形环、外下集箱2、外换热管11和导热挡板8一起围成N+1个兰炭流动通道；

外下集箱2连通有外换热器供水支管21，每个所述矩形环对应设有一个外换热器出水支管19，外换热器出水支管19一端与外上集箱10连通，另一端与外换热器出水总管20连通；

在所述各兰炭流动通道的入口处分别设有导料装置。

本课题组的王佐峰等人发明了一种石油焦罐式煅烧炉冷却水套（ZL200810139761.X），由一级换热装置和二级换热装置组成，一级换热装置包括一个环形上集箱和一个环形下集箱，多根换热管与环形上集箱和环形下集箱固定连通，在换热管之间设有导热挡板；在一级换热装置围成的高温物料通道内设有二级换热装置。该发明采用用于围成高温物料通道的一级换热装置和位于高温物料通道中心的二级换热装置同时对高温煅烧石油焦进行冷却，冷却效果得到较大的改善。在该发明专利（ZL200810139761.X）基础上，本课题组的刘永启等人发明了一种石油焦罐式煅烧炉排料冷却装置（ZL201110187100.6），其内换热器包括一个内上集箱和一个内下集箱，多根内换热管分别与内上集箱和内下集箱固定连接并相通；在外换热器的换热管和内环换热器的内换热管上设有轴向翅片，内换热管翅片和外换热管翅片都深入到高温物料的内部，进一步强化了换热装置与高温煅烧石油焦的换热，具有高温物料冷却均匀、冷却速度快、排料温度低、余热利用效率高等优点。上述两个发明专利解决了高温煅烧石油焦快速均匀冷却问题，采用这两种换热装置实现了高温煅烧石油焦的余热直接利用。可以借鉴高温煅烧石油焦换热装置的思路来实现兰炭的快速冷却和余热利用。但是，由于石油焦煅烧工艺和兰炭干馏工艺存在着较大的差异：（1）每个煅烧石油焦排料口的排料量为80-130kg/h，而每个兰炭干馏排料口的排料量为1000kg/h左右，其换热装置需要更大的冷却换热能力；（2）兰炭干馏炉排料口长度一般为3米左右，远远大于煅烧石油焦排料口长度1.5米左右，如果直接采用一个上宽下窄的煅烧石油焦换热装置来冷却兰炭，沿换热装置长度方向的上下缩口角度过大，容易造成位于换热装置中心的兰炭下降速度大于两侧的兰炭下降速度，从而导致兰炭在干馏炉内的停留时间差别较大，影响兰炭的质量；（3）在生产过程中产生大量的煤气，需要严格密封。因此，不能直接利用高温煅烧石油焦换热装置来冷却兰炭。

本发明通过连接管13、外换热管11和导热挡板8将换热器分割成多个兰炭流动通道，在保持整个换热器外形尺寸不变的情况下，一方面大大增加了换热面积，另一方面有效减小了换热器内物料与外换热管之间的传热距离，从而大幅提高了换热器的换热能力和物料冷却均匀性，解决了兰炭干馏炉排料口的排料量过大、单个物料流动通道换热器的换热能力不足的问题。导料装置有效减小了兰炭流动通道进料口的截面积，保证了位于换热器上方干馏室内的兰炭较为均匀地下落，有效解决了因兰炭流动通道的进料口尺寸较大而导致兰炭流动通道中心兰炭下降速度大于两侧兰炭下降速度的问题，保证换热均匀。

下面结合具体实施例对本发明的兰炭余热利用换热器做进一步说明。

参照图1，本实施例的兰炭余热利用换热器包括围成高温物料通道的外换热器和位于物料通道中心的内换热器，外换热器包括两个环形的外下集箱2和一个环形的外上集箱10，多根外换热管11分别与外上集箱10和外下集箱2固定连接并相通，相邻的两根外换热管11之间都设有导热挡板8，导热挡板8分别与两根外换热管11、外上集箱10和外下集箱2固定连接。

外上集箱10为长方形，或者外上集箱10还可以是窄边，也可以是弧形的类长方形，在外上集箱10的环内，沿外上集箱10长度方向上布置一个连接管13，连接管13的中心轴与外上集箱10的长轴垂直，连接管13的两端分别与外上集箱10的两个长边固定连接并相通，外上集箱10与连接管13一起形成两个矩形环。两个环形的外下集箱2分别位于两个矩形环的正下方。在连接管13的下面倾斜布置两排外换热管11，每一排外换热管11的上端与连接管13固定连接并相通，下端与外下集箱2固定连接并相通。在每一排外换热管11中，相邻的两根外换热管11之间都设有导热挡板8，每个导热挡板8与所述的两根换热管11、连接管13和外下集箱2固定连接。外上集箱10、连接管13、外下集箱2、外换热管11和导热挡板8一起围成两个兰炭流动通道。将较宽的兰炭换热器分割成两个兰炭流动通道，在保持整个换热器外形尺寸不变的情况下，一方面大大增加了换热面积，另一方面有效减小了换热器内物料与外换热管11之间的传热距离，从而大幅提高了换热器的换热能力和物料冷却均匀性，解决了兰炭干馏炉排料口的排料量过大、单个物料流动通道换热器的换热能力不足的问题。

在外上集箱10的上部固定连接一个上法兰板9，用于换热器与兰炭干馏炉排料口的连接安装。在每个外下集箱2的下部固定连接一个下法兰板1，用于换热器与二级冷却装置（图中未画出）的连接安装，连接安装方便。

内换热器包括一个内上集箱7、一个内下集箱4和多根内换热管6。内上集箱7为一个直钢管，沿外上集箱10长度方向穿过每一个兰炭流动通道的两个导热挡板8，其两端分别伸到外换热器的外部与回水管相连接；内上集箱7与连接管13下部的两个导热挡板8直接固定连接。通过内换热器能够进一步缩短传热距离，提高换热效果，当然也可以单独采用外换热器进行换热。

内下集箱4为一个直钢管，深入到每一个兰炭流动通道内并与导热挡板8固定连接。内下集箱4的两端设有封板，将内下集箱4的两端堵住。在内下集箱4的中部设有一个内换热器供水管3，内换热器供水管3与内下集箱4固定连接并相通。多根内换热管6平均分成两组，每一组的内换热管6位于一个兰炭流动通道内，内换热管6的两端分别与内上集箱7和内下集箱4固定连接并相通。

在每一个兰炭流动通道的上部设置一个菱形的导料装置12，导料装置12上部位于上法兰板9的上面，导料装置12下部位于兰炭流动通道内并与上法兰板9、外上集箱10、导热挡板8和外换热管11固定连接，其轴线与连接管13的轴线平行。

在由外换热管11和导热挡板8组成的、每个兰炭流动通道的四个侧面中，内上集箱7所穿过的两个侧面都为倾斜面，倾斜面从上至下逐渐向兰炭流动通道内倾斜，优选的，倾斜面与垂直面之间的夹角为5°~15°，试验表明当倾斜面与垂直面之间的夹角大于15°，兰炭在兰炭流动通道内倾斜面处流动性变差，不利于换热。菱形的导料装置12的两个下侧面分别与其相对的倾斜面平行，在兰炭流动通道内导料装置12两侧的流动通道面积上下保持局部不变，因而兰炭在该部分流动均匀，进一步克服兰炭流动通道中心兰炭下降速度大于两侧兰炭下降速度的问题，保证换热的均匀性。

参照图2～3，在外换热器另一侧的两个矩形环上各设有一个外换热器出水支管19，外换热器出水支管19一端与外上集箱10连通，另一端与外换热器出水总管20连通。

参照图4，在外换热器一侧的每一个外下集箱2上都设有一个外换热器供水支管21，也就有两个外换热器供水支管21，外换热器供水支管21的一端与外下集箱2连通，另一端与外换热器供水总管22连通。

参照图5，内上集箱7两端在穿过相应的导热挡板8时，在内上集箱7和导热挡板8之间设有套管14，套管14与导热挡板8固定连接，内上集箱7通过套管14的内孔穿过导热挡板8，在套管14与内上集箱7之间的环形缝隙内充填密封填料16，压盖15在螺栓17和螺母18的作用下将密封填料16压紧，这样内上集箱7可以在套管14内伸缩，又在套管14与内上集箱7之间形成密封。换热器上部的兰炭温度较高，内上集箱7的热膨胀与外换热器的热膨胀不一致，内上集箱7通过伸缩机构与导热挡板8连接，内上集箱7与导热挡板8可以相对滑动，既解决了内上集箱7与外换热器的热膨胀不一致问题，提高了换热器工作可靠性，又解决了煤气泄漏的问题，提高了换热器工作安全性，密封填料16充填在套管14与内上集箱7之间的环形缝隙内，利用压盖压紧密封填料16，能够使密封填料16变形从而压紧内上集箱7外侧，保证了密封的可靠性，结构简单。

以上是本发明的最佳实施例，本发明还可以采用其他结构，可以采用两个或两个以上的连接管13构成三个或三个以上的兰炭流动通道，内上集箱7的至少一处与相应的导热挡板8固定连接，内上集箱7其他位置与相应的导热挡板8通过伸缩机构滑动连接，可以是内上集箱7的一端与相应的导热挡板8固定连接，内上集箱7其他位置与相应的导热挡板8通过伸缩机构滑动连接，但较佳的，内上集箱7中部的一处或两处与相应的导热挡板8固定连接，内上集箱7其他位置与相应的导热挡板8通过伸缩机构滑动连接。

本发明中的导料装置12的截面还可以是椭圆形，也可以是上端尖锐的三角形。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种兰炭余热利用换热器，其特征在于：包括一个环形的外上集箱（10）和多个环形的外下集箱（2），沿所述外上集箱（10）长度方向上均匀布置N个连接管（13），连接管（13）的中心轴与外上集箱（10）的长轴垂直，连接管（13）的两端分别与外上集箱（10）的两个长边固定连接并相通，外上集箱（10）与连接管（13）一起形成N+1个矩形环；外下集箱（2）有N+1个，分别位于各个所述矩形环的正下方，N是1～5之间的任意整数；

所述矩形环与相对应的外下集箱（2）之间通过多根外换热管（11）固定连接并相通，相邻的两根外换热管（11）之间均固定有导热挡板（8），导热挡板（8）上端固定连接所述矩形环，下端固定连接外下集箱（2），矩形环、外下集箱（2）、外换热管（11）和导热挡板（8）一起围成N+1个兰炭流动通道；

外下集箱（2）连通有外换热器供水支管（21），每个所述矩形环对应设有一个外换热器出水支管（19），外换热器出水支管（19）一端与外上集箱（10）连通，另一端与外换热器出水总管（20）连通；

在所述各兰炭流动通道的入口处分别设有导料装置（12）。

2.根据权利要求1所述的兰炭余热利用换热器，其特征在于：所述导料装置（12）中间宽、上下两端窄，导料装置（12）上部位于外上集箱（10）的上方，导料装置（12）下部位于所述兰炭流动通道内，导料装置（12）的轴线与连接管（13）的轴线平行，导料装置（12）前后两端分别与兰炭流动通道的内侧面固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的兰炭余热利用换热器，其特征在于：所述兰炭流动通道在外上集箱（10）长度方向的两个侧面均为倾斜面，所述倾斜面从上至下逐渐向兰炭流动通道内倾斜；

所述导料装置（12）为菱形，且导料装置（12）的两个下侧面分别与其相对的所述兰炭流动通道的倾斜面平行。

4.根据权利要求1所述的兰炭余热利用换热器，其特征在于：在所述兰炭流动通道内还设有内上集箱（7）和内下集箱（4），多根内换热管（6）分别与内上集箱（7）和内下集箱（4）固定连接并相通，多根内换热管（6）分成N+1组，每一组的内换热管（6）位于一个所述兰炭流动通道内。

5.根据权利要求4所述的兰炭余热利用换热器，其特征在于：所述内上集箱（7）为一个横向设置的直钢管，内上集箱（7）沿所述外上集箱（10）长度方向穿过各兰炭流动通道两侧的导热挡板（8），内上集箱（7）中部至少一处与相应的导热挡板（8）固定连接，内上集箱（7）其他位置与相应的导热挡板（8）通过伸缩机构获得连接。

6.根据权利要求5所述的兰炭余热利用换热器，其特征在于：所述伸缩机构包括套管（14）、密封填料（16）和压盖（15），套管（14）与导热挡板（8）固定连接，内上集箱（7）穿过套管（14）的内孔，密封填料（16）固定在套管（14）与压盖（15）之间，密封填料（16）与内上集箱（7）的外壁接触形成密封。

7.根据权利要求6所述的兰炭余热利用换热器，其特征在于：所述密封填料（16）充填在套管（14）与内上集箱（7）之间的环形缝隙内，压盖（15）轴向固定在套管（14）的外端将密封填料（16）压紧。

8.根据权利要求4所述的兰炭余热利用换热器，其特征在于：所述的内下集箱（4）为一个直钢管，深入到每一个所述兰炭流动通道内并与导热挡板（8）固定连接，内下集箱（4）的两端设有封板（5），相邻两个兰炭流动通道之间的内下集箱（4）上设有一个内换热器供水管（3），内换热器供水管（3）与内下集箱（4）固定连接并相通。

9.根据权利要求3所述的兰炭余热利用换热器，其特征在于：所述兰炭流动通道的倾斜面与垂直面之间的夹角为5°～15°。

10.根据权利要求1所述的兰炭余热利用换热器，其特征在于：所述外上集箱（10）的上部固定连接一个上法兰板（9），在每个外下集箱（2）的下部固定连接一个下法兰板（1）。