CN204648992U - 一种耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，属于轧钢工艺过程加热炉烟气余热回收利用技术领域。本实用新型中换热器本体包括两个或两个以上相互平行的单排组件，且相邻单排组件之间的间隙相同。多根竖直设置的换热竖管以相同的间距排列成一排，其上端口分别连通在一根水平设置的上换热横管侧面上，其下端口分别连通在一根水平设置的下换热横管侧面上。上换热横管右端、左端分别连通上换热工质输送管、下换热工质输送管，单排组件表面均涂有不粘涂层。本实用新型有效的解决了轧钢加热炉低温烟气的余热回收中低温露点腐蚀、粘结和堵灰的问题，既保证了换热设备的高效性和使用性能，又节约了资源，保护了环境。

Description

一种耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器

技术领域

本实用新型属于轧钢工艺过程加热炉烟气余热回收利用技术领域，更具体地说，涉及一种耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器。

背景技术

现有的轧钢加热炉热效率一般只有20％～30％，约有70％～80％的热量损失，其中烟气带走的热损失约为30％～35％。烟气带走的热量通过烟囱排放至大气，不但浪费能源，也会对大气造成热污染。以某年产量1000万吨钢，年耗能50万吨标准煤的轧钢企业为例，假设采用低温烟气余热深度利用技术后，把烟气排放温度从180℃降低至95℃，将会回收热量5.25×10¹¹kJ，相当于每年节省17900吨标准煤，这些热量回收用于生产热水可以得到80℃的热水约227万吨，经济价值约一年1.14亿元(按每吨热水50元计算)。

目前钢铁企业中，轧钢加热炉设计及生产管理时已经采取了一系列的节能措施：从源头做起，设法降低烟气出炉温度和烟气量；在烟道内设置空气预热器、煤气预热器和蒸汽过热器等设施回收烟气余热。这些节能措施实施后出预热器的烟气温度仍然有250～330℃；现在有些钢铁企业加大了节能的力度，如采用余热锅炉回收技术，利用烟气余热产生饱和蒸汽，供生产或生活利用。利用余热锅炉的方法，一般可以将烟气温度从250℃降到180℃左右。

余热锅炉的使用使得烟气余热得到了很好的回收利用，但是现有技术中对于180℃以下的烟气余热利用技术研究甚少，而且烟道内预热器及余热锅炉上的低温表面腐蚀、堵灰和粘结问题一直严重制约了轧钢加热炉烟气余热的进一步回收利用。

为了防止换热器和余热锅炉上的低温腐蚀、堵灰及粘结问题，常采取以下措施：从燃料及烟气中除硫，防止三氧化硫的产生，以降低烟气的露点温度。但是从目前来看，该方法技术尚不成熟，实际应用难度很大。美国石油学会标准ANSI/API560-1996《一般炼油装置用火焰加热炉》中对烟气尾部的抗露点腐蚀措施提出了几种解决方案，即采用低合金耐蚀钢以及采用有搪瓷层的传热表面，但是到目前为止还没有找出一种可以有效抗低温露点腐蚀的低合金钢，应用较多的09CrCuSb(ND钢)其抗硫酸性能在实验室条件下也只是碳钢的4～5倍，工业应用情况下通常是碳钢的3倍。而一旦进入露点，对于10mm厚碳钢也只能有2个月的寿命，大量的使用实践验证了这个事实，进入露点的ND钢，其实际使用寿命均在半年左右。而对钢铁行业连续运行的轧钢加热炉，这个使用寿命显然是不能满足要求的；316L合金钢虽然有很好的耐腐蚀性能，在王水中也不会被腐蚀，但是其价格约是普碳钢的8倍左右，使用成本太高；在加热炉末端采用搪瓷表面，虽然解决了烟气腐蚀、降低了末端温度以及提高了加热炉热效率，但是对于搪瓷脆性与管式换热器钢材表面膨胀不协调的问题以及有搪瓷层换热器焊接制作的问题，仍然没有很好的解决，仅仅处于研究阶段。

申请人安徽工业大学已递交了焦炉荒煤气余热回收换热单元的相关专利申请，其具体信息如下，申请号：2015101199017，发明创造名称：一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元的施工方法，申请人：安徽工业大学，申请日：2015年3月18日，该申请案公开了一种抗粘结自流焦炉荒煤气余热回收换热单元的施工方法，属于炼焦工艺过程荒煤气余热回收利用技术领域。该申请案中余热回收换热单元的施工方法为：单排组件的焊接；单排组件的清底；气雾喷涂不粘涂层；换热单元的焊接，多个单排组件以相同间距排列并焊接固定在一起组成一个长方体结构的换热单元本体，所有的上换热工质输送管上端口分别焊接连通在蒸汽排出管上，所有的下换热工质输送管下端口分别焊接连通在冷却水入口管上，换热单元本体在装配时，换热单元本体下侧的绝热板所在平面与水平面的夹角为15～45度。该申请案采用首先焊接单排组件，然后喷涂不粘涂层的施工形式，不仅易于不粘涂层充分均匀的喷涂，且避免了不粘涂层在焊接时遭到高温及机械破坏。但是，该申请案中制造的余热回收换热单元还存在以下技术缺陷：该申请案中制造的余热回收换热单元仅仅适用于焦炉荒煤气的余热回收，将申请案中制造的余热回收换热单元应用于轧钢加热炉时，会发生严重的粘结或堵灰现象。

综上所述，如何设计出一种能够应用于轧钢加热炉的烟气余热回收换热器，克服现有烟气余热回收技术中遇到的低温表面腐蚀、堵灰和粘结问题，是现有技术中一个亟需解决的技术问题。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型克服了现有烟气余热回收技术中遇到的低温表面腐蚀、堵灰和粘结问题，提供了一种耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，有效的解决了轧钢加热炉低温烟气的余热回收中低温露点腐蚀、粘结和堵灰问题，既保证了换热设备的高效性和使用性能，又节约了资源，保护了环境。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，包括换热竖管、换热横管和换热工质输送管；

其中：所述的换热横管两端口密封，换热横管包括上换热横管和下换热横管；所述的换热工质输送管包括上换热工质输送管和下换热工质输送管；

换热器本体为长方体结构，换热器本体包括两个或两个以上单排组件，上述两个或两个以上单排组件相互平行，且相邻单排组件之间的间隙相同；

所述的单排组件包括换热竖管、上换热横管、下换热横管、上换热工质输送管和下换热工质输送管，多根竖直设置的换热竖管以相同的间距排列成一排，排列成一排的换热竖管的上端口分别连通在一根水平设置的上换热横管侧面上，排列成一排的换热竖管的下端口分别连通在一根水平设置的下换热横管侧面上；所述的上换热横管右端连通一根竖直设置的上换热工质输送管；所述的下换热横管左端连通一根竖直设置的下换热工质输送管；

所有的单排组件表面均涂有不粘涂层。

作为本实用新型更进一步的改进，所述的换热器本体的上下侧、前后侧均安装有绝热板，绝热板将换热器本体上的单排组件固定在一起。

作为本实用新型更进一步的改进，所有的上换热工质输送管上端口分别连通在蒸汽排出管上，所有的下换热工质输送管下端口分别连通在冷却水入口管上。

作为本实用新型更进一步的改进，所述的换热器本体上相邻单排组件之间的中心间距为60～120mm。

作为本实用新型更进一步的改进，所述的单排组件上相邻换热竖管的中心间距为45～80mm。

作为本实用新型更进一步的改进，所述的换热竖管的直径为25～50mm，换热横管的直径为50～100mm，换热工质输送管的直径为30～50mm，换热工质输送管的长度为150～500mm；换热器本体的总高度为1500～3500mm。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，是根据轧钢加热炉烟气余热回收的具体应用场合而设计的，首先，换热器本体上相邻单排组件之间留有一定间隙，能够使轧钢加热炉烟气更顺利的通过换热器本体，大大避免了单排组件上形成堵灰和粘结现象；其次，单排组件上相邻换热竖管之间的排布是疏松排布结构，有利于对轧钢加热炉烟气进行高效换热。

(2)本实用新型的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，在所有单排组件的表面均涂有不粘涂层，申请人经过大量实验，发现该纳米防腐不粘涂层能够有效防止烟气低温腐蚀现象，且对烟气中的灰尘等颗粒具有不粘性；本实用新型中不粘涂层的设置有效的解决了轧钢加热炉烟气余热回收利用过程中换热管表面低温露点腐蚀的问题，又能防止烟气中的灰尘等颗粒粘结到换热管表面，提高了换热器的使用寿命，且使用的不粘涂层成本较低，容易产业化应用。

(3)本实用新型的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，换热过程中，所有的单排组件内始终充满换热工质，且换热工质的温度不低于80℃，既保证了换热过程的高效、稳定和连续，又保证了单排组件表面温度不会过低，防止单排组件表面出现低温烟气露点腐蚀。

(4)现有的轧钢加热炉烟气余热回收利用技术只是将烟气温度降低至180℃左右，而95℃到180℃之间的余热没有得到有效的回收利用，造成了能源的浪费，而且烟气直接排放对环境也不利；同时在回收180℃左右的烟气过程中，仍不可避免的造成换热器表面低温腐蚀，严重影响余热资源的回收；本实用新型的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，有效的解决了烟气余热回收过程中换热器表面低温露点腐蚀和粘灰问题，提高了换热器的使用性能和寿命，且可将烟气换热后的排出温度降低到95℃左右，大大提高了烟气余热的利用效率，充分回收了烟气的有效显热，避免了热量的浪费，符合节能减排的要求。

附图说明

图1为本实用新型的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器的结构示意图；

图2为本实用新型中换热器本体的结构示意图；

图3为本实用新型中单排组件的结构示意图；

图4为本实用新型中换热器本体的左视结构示意图。

图中的标号说明：1、换热竖管；201、上换热横管；202、下换热横管；301、上换热工质输送管；302、下换热工质输送管；4、冷却水入口管；5、蒸汽排出管；6、绝热板。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

结合图1、图2、图3和图4，本实施例的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，包括换热竖管1、换热横管和换热工质输送管，其中：换热横管两端口密封，换热横管包括上换热横管201和下换热横管202；换热工质输送管包括上换热工质输送管301和下换热工质输送管302；换热器本体为长方体结构，换热器本体包括五个单排组件，五个单排组件相互平行，且相邻单排组件之间的间隙相同。换热器本体在装配时根据实际烟道需要调整角度和方向。换热器本体的上下侧、前后侧均安装有绝热板6，绝热板6将换热器本体上的单排组件固定在一起。

单排组件包括换热竖管1、上换热横管201、下换热横管202、上换热工质输送管301和下换热工质输送管302，多根竖直设置的换热竖管1以相同的间距排列成一排，排列成一排的换热竖管1的上端口分别连通在一根水平设置的上换热横管201侧面上，排列成一排的换热竖管1的下端口分别连通在一根水平设置的下换热横管202侧面上；上换热横管201右端连通一根竖直设置的上换热工质输送管301；下换热横管202左端连通一根竖直设置的下换热工质输送管302。所有的上换热工质输送管301上端口分别连通在蒸汽排出管5上，所有的下换热工质输送管302下端口分别连通在冷却水入口管4上。所有的单排组件表面均涂有不粘涂层。

本实施例中换热工质(本实施例中为水)从冷却水入口管4进入换热器本体，在换热器本体内与烟气换热后产生水蒸汽，水蒸汽通过蒸汽排出管5排出。

本实施例中换热器本体的总高度为1500mm，换热器本体的总长度、总宽度根据实际烟道或应用场所的需要进行调整。考虑到轧钢加热炉烟气的排气能力和换热强度，换热竖管1的直径为25mm，换热横管201、202的直径为50mm。根据热动力平衡计算，同时考虑蒸汽输送的功能，换热工质输送管301、302的直径为30mm，换热工质输送管301、302的长度为150mm。换热竖管1的长度由换热器本体整体尺寸来确定，因此换热竖管1的长度为1500mm。

本实施例的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，是对专利申请号为2015101199017申请案的进一步改进。本实施例的换热器主要应用于轧钢加热炉烟气余热回收，还可以用于生产过程中低温废蒸汽的余热回收。为了强化换热器本体的传热，同时考虑到实际应用条件，换热器本体上相邻单排组件之间的中心间距为60mm，单排组件上相邻换热竖管1的中心间距为45mm。本实施例的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，是根据轧钢加热炉烟气余热回收的具体应用场合而设计的，首先，换热器本体上相邻单排组件之间留有一定间隙(本实施例中换热器本体上相邻单排组件之间的中心间距为60mm)，能够使轧钢加热炉烟气更顺利的通过换热器本体，大大减少了单排组件上出现堵灰和粘结现象(而专利申请号为2015101199017的申请案中，为了形成密闭的焦油流通通道，相邻单排组件是紧挨固定在一起的，相邻单排组件之间没有间隙)。其次，单排组件上相邻换热竖管1之间的排布是疏松排布结构(本实施例中单排组件上相邻换热竖管1的中心间距为45mm)，有利于对轧钢加热炉烟气进行高效换热(而专利申请号为2015101199017的申请案中，换热单元本体外侧的单排组件上相邻换热竖管的间距为2～10mm，其换热单元本体外侧的单排组件上相邻换热竖管之间的排布是紧密排布结构，该紧密排布结构适用于焦炉荒煤气余热回收中，但是却不适用于轧钢加热炉烟气余热回收的应用场合)。

本实施例中使用的不粘涂层，系市面上存在的不粘涂料喷涂，即大金氟涂料(上海)有限公司(http://www.daikincoating.com)生产的水性双层氟涂料，具体产品型号为底料：EK-1909S-601L，面料：EK-3709M-650L。需要特别强调的是，本实施例中使用的不粘涂层属于非浸润不粘涂层，具有高效的耐腐蚀性和防污不粘性，针对轧钢加热炉烟道内烟气余热回收过程中换热器表面的低温露点腐蚀以及粘结、堵灰问题，申请人经过大量实验，创造性的发现使用本实施例中的不粘涂层能够对低温露点腐蚀以及粘结、堵灰现象起到显著的抑制作用，即该不粘涂层能够有效的抑制烟气中的酸露点腐蚀，且烟气中的灰尘等颗粒物很难粘结附着到涂层表面，该涂层不易粘结或被腐蚀。申请人经过实验发现，该不粘涂层的抗高温性能优良，不易被高温破坏，使用寿命较长，且成本低廉，容易产业化应用。

本实施例的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器的工作原理为：轧钢过程中加热炉产生的烟气通过烟道排出，烟气先经过空气预热器或者煤气预热器，再通过本实施例的换热器，烟气由换热器本体的左侧进入，从换热器本体的右侧排出。换热器本体内的管束形成烟气的流通通道，流通通道内的烟气通过对流换热和热传导将管束内的换热工质加热汽化，换热工质汽化后沿着蒸汽排出管5进入汽包，通过与汽包中的汽水混合物发生沸腾换热后，产生80～95℃的蒸汽，再进入管网，同时液相换热工质由冷却水入口管4进入换热器本体从而不断补充换热工质。160～200℃的烟气经过换热器本体后降低到90～100℃，再由烟道尾部进入烟囱排出。在烟气降温过程中，烟气中的三氧化硫和蒸汽气体在一定浓度、温度下反应生成硫酸蒸气，此时若设备表面温度低于酸露点，硫酸蒸气就会在设备壁面冷凝，从而对换热管表面产生腐蚀。另外，烟气中的飞灰也可能被硫酸粘结，在换热管表面形成积灰，这些积灰多附着在换热管表面上，一方面对换热器造成粘结，另一方面也更容易吸附烟气中的灰尘，从而加剧换热管表面的腐蚀。但是，不粘涂层的使用使得硫酸蒸气无法腐蚀换热管表面，且烟气中的灰尘颗粒粘到换热管表面后也会因重力作用从管子上脱落，不会粘结。本实施例中换热器本体管束的换热形式和不粘涂层的设置，二者相互配合，有效的解决了轧钢加热炉低温烟气的余热回收中低温露点腐蚀、粘结和堵灰问题，既保证了换热设备的高效性和使用性能，又节约了资源，保护了环境。

实施例2

本实施例的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器与实施例1基本相同，其不同之处在于：换热器本体上相邻单排组件之间的中心间距为120mm；单排组件上相邻换热竖管1的中心间距为80mm；换热竖管1的直径为50mm；换热横管201、202的直径为100mm；换热工质输送管301、302的直径为50mm；换热工质输送管301、302的长度为500mm；换热器本体的总高度为3500mm。

实施例3

本实施例的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器与实施例1基本相同，其不同之处在于：换热器本体上相邻单排组件之间的中心间距为90mm；单排组件上相邻换热竖管1的中心间距为60mm；换热竖管1的直径为35mm；换热横管201、202的直径为75mm；换热工质输送管301、302的直径为40mm；换热工质输送管301、302的长度为325mm；换热器本体的总高度为2500mm。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，其特征在于：包括换热竖管(1)、换热横管和换热工质输送管；

其中：所述的换热横管两端口密封，换热横管包括上换热横管(201)和下换热横管(202)；所述的换热工质输送管包括上换热工质输送管(301)和下换热工质输送管(302)；

换热器本体为长方体结构，换热器本体包括两个或两个以上单排组件，上述两个或两个以上单排组件相互平行，且相邻单排组件之间的间隙相同；

所述的单排组件包括换热竖管(1)、上换热横管(201)、下换热横管(202)、上换热工质输送管(301)和下换热工质输送管(302)，多根竖直设置的换热竖管(1)以相同的间距排列成一排，排列成一排的换热竖管(1)的上端口分别连通在一根水平设置的上换热横管(201)侧面上，排列成一排的换热竖管(1)的下端口分别连通在一根水平设置的下换热横管(202)侧面上；所述的上换热横管(201)右端连通一根竖直设置的上换热工质输送管(301)；所述的下换热横管(202)左端连通一根竖直设置的下换热工质输送管(302)；

所有的单排组件表面均涂有不粘涂层。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，其特征在于：所述的换热器本体的上下侧、前后侧均安装有绝热板(6)，绝热板(6)将换热器本体上的单排组件固定在一起。

3.根据权利要求2所述的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，其特征在于：所有的上换热工质输送管(301)上端口分别连通在蒸汽排出管(5)上，所有的下换热工质输送管(302)下端口分别连通在冷却水入口管(4)上。

4.根据权利要求3所述的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，其特征在于：所述的换热器本体上相邻单排组件之间的中心间距为60～120mm。

5.根据权利要求4所述的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，其特征在于：所述的单排组件上相邻换热竖管(1)的中心间距为45～80mm。

6.根据权利要求5所述的耐腐蚀防粘结的轧钢加热炉烟气余热回收换热器，其特征在于：所述的换热竖管(1)的直径为25～50mm，换热横管(201、202)的直径为50～100mm，换热工质输送管(301、302)的直径为30～50mm，换热工质输送管(301、302)的长度为150～500mm；换热器本体的总高度为1500～3500mm。