焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置用直翅片及取熱裝置的制作方法

本發明屬于屬于鍋爐設備技術領域，特別涉及一種焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置用直翅片，還涉及包括上述直翅片的焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置，還涉及包括上述直翅片的焦爐上升管余熱鍋爐發電裝置。

背景技術：

翅片是板翅式換熱器的基本元件，板翅式換熱器中的傳熱過程主要是通過翅片的熱傳導以及翅片與流體之間的對流換熱來完成的。翅片為二次換熱面，不僅能起到擴大傳熱面積、提高換熱器緊湊性和傳熱效率的作用，而且還有支撐芯體，提高換熱器強度和承壓能力的作用。

板翅式換熱器作為一種高效、緊湊、輕巧的換熱設備，已在石油化工、航空航天、電子、冶金和機械等領域得到廣泛應用，并在利用熱能、回收余熱、節約原料、降低成本以及一些特殊用途上取得了顯著的經濟效益。板翅式換熱器為高效緊湊的換熱設備之一，其主要傳熱元件是板間的翅片，常用的翅片形式主要有：平直翅片、鋸齒翅片、波紋翅片、百葉窗翅片、開縫翅片等。翅片的表面特性決定著整個換熱器中的流體流動和傳熱特性，隨著板翅式換熱器應用范圍的逐步擴大，對翅片性能提出了更高的要求，開發新型翅片的需求也越來越迫切。

焦爐能對煤炭做高溫干餾處理，將其高效地轉換為焦炭、焦爐煤氣、煤焦油、粗苯等產物，是高效的能量轉換窯爐。在焦爐支出熱中，650℃-700℃荒煤氣的帶出熱約占36％，具有極高的回收利用價值。

焦爐上升管荒煤氣余熱回收裝置中采用板式換熱器可以大大提高熱回收效率，然而在使用過程中，荒煤氣在筒內自下而上流動，取熱介質在筒外也是自下而上流動，呈順流方式。對于流經荒煤氣的筒壁而言，下部由于同時受到爐膛輻射傳熱的影響，下部的溫度明顯高于上部，因而直翅片同樣也為下部的溫度明顯高于上部，同時，在同一個高度位置上，直翅片頂端的溫度又高于直翅片根部處的溫度。如果將常規的長方形薄板結構的直翅片直接焊接于荒煤氣通道的筒壁，對每個直翅片的頂端，下部的受熱膨脹率大于上部，同時，在同一個高度位置上，翅片頂端的受熱膨脹率大于根部，因此，對于整個直翅片而言會出現較為復雜的、處處不一樣的膨脹情況，且與筒壁不一致，最終會出現直翅片與筒壁的焊縫因被撕裂而脫開，使得直翅片的傳熱面積失效。

技術實現要素：

技術問題：為了解決現有技術的缺陷，本發明提供了一種焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置用直翅片，還提供了該直翅片的應用。

技術方案：本發明提供的焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置用直翅片，包括直翅片本體和設于直翅片本體上的一組V形切口；所述V形切口的深度h小于直翅片本體的寬度H；在直翅片本體縱向方向上，相鄰V形切口的間距自下而上增大。V形切口在直翅片頂端的寬度、角度、及高度方向的間距根據裝置使用時的溫度場分布確定，使裝置使用時，翅片頂端的膨脹量小于或等于切口寬度，高度方向的總體膨脹后仍使直翅片保持平整的矩形，不和內筒壁脫落。

作為改進，在直翅片本體縱向方向上，所述一組V形切口自下而上依次編號為Q1至Qn-1；Q1至直翅片本體底端的間距為L1，相鄰V形切口的間距自下而上為L2至Ln-1，Qn-1至頂端的間距為Ln；L1至Ln數值增大。

作為進一步改進，L1至Ln基本組成等差數列。

作為另一種改進，所述一組V形切口的開口角度θ相等，所述一組V形切口的深度h相等。

本發明還提供了一種焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置，包括上述的直翅片。

作為改進，所述焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置包括荒煤氣管道、換熱管、一組上述的直翅片；所述換熱管設于荒煤氣管道外壁上；所述一組直翅片設于荒煤氣管道內壁上；所述荒煤氣管道的荒煤氣進口上設有下法蘭、荒煤氣出口上設有上法蘭；所述荒煤氣管道上部設有膨脹節；所述換熱管下部設有取熱介質進口、上部設有取熱介質出口。

作為改進，所述一組直翅片沿荒煤氣管道內壁間隔相同距離設置；所述一組直翅片沿荒煤氣管道內壁垂直設置。

本發明還提供了一種焦爐上升管余熱鍋爐發電裝置，包括上述的直翅片。

作為改進，包括余熱鍋爐、熱媒泵、汽輪機、水泵、發電機以及一組權利要求所述的焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置；余熱鍋爐包括熱煤管路和汽水循環管路；所述焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置的取熱介質出口與余熱鍋爐的熱煤管路、熱媒泵依次連接，熱媒泵與各焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置的取熱介質進口連接；所述余熱鍋爐的汽水循環管路、汽輪機和水泵依次連接成環；所述發電機與汽輪機連接。

作為另一種改進，包括分布式上升管荒煤氣蒸發器組、分布式上升管荒煤氣過熱器組、鍋筒、循環泵、汽輪機、給水泵和發電機；所述分布式上升管荒煤氣蒸發器組和分布式上升管荒煤氣過熱器組分別獨立的包括一組并聯設置的焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置；所述鍋筒上設有汽水混合物進口、飽和蒸汽出口管道、進水口、出水口；所述分布式上升管荒煤氣蒸發器組與鍋筒的汽水混合物進口連接；所述鍋筒的飽和蒸汽出口管道、分布式上升管荒煤氣過熱器組、汽輪機、給水泵、鍋筒的進水口依次連接；所述鍋筒的出水口和循環泵連接，所述循環泵與分布式上升管荒煤氣蒸發器組連接；所述發電機與汽輪機連接。

有益效果：本發明提供的直翅片結構簡單、成本低廉、使用方便，大大強化了荒煤氣側的傳熱性能，提高了壁面溫度；同時，V形切口在直翅片頂端的寬度、角度、及高度方向的間距根據裝置使用時的溫度場分布確定，使裝置使用時，翅片頂端的膨脹量小于或等于切口寬度，高度方向的總體膨脹后仍使直翅片保持平整的矩形，不和內筒壁脫落，大大延長了使用壽命。

本發明提供的直翅片并非常規的長方形薄板結構，而是根據傳熱計算和材料力學計算后的特殊結構：

(1)在直翅片上開有一定數量的V形切口，V形切口的開口端在直翅片的頂端，即暴露于荒煤氣通道中；由于在同一個高度位置上，直翅片頂端的溫度高于直翅片根部處的溫度，因此頂端開口膨脹率大于根部，頂端開口逐漸封閉；同時，為了保持直翅片的完整性、連續性和平整性，V形切口的尖端離開直翅片根部(即與荒煤氣通道焊接的直翅片邊緣)一定的距離；各V形切口的角度θ及尖端離開直翅片根部的距離h相等；V形切口在直翅片頂端的寬度、角度、及高度方向的間距根據裝置使用時的溫度場分布確定，使裝置使用時，翅片頂端的膨脹量小于或等于切口寬度，高度方向的總體膨脹后仍使直翅片保持平整的矩形，不和內筒壁脫落。

(2)在沿著高度方向上，下端溫度相對較高，上端溫度較低，因此，本發明V形切口的位置并非均等，而是下端較密上端較疏，各相鄰V形切口間的凈間距為按照一定規律(如基本的等差級數)排列。

附圖說明

圖1為本發明直翅片的結構示意圖；

圖2為本發明焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置的結構示意圖；

圖3為直翅片設置方法的結構示意圖；

圖4為實施例4的焦爐上升管余熱鍋爐發電裝置的結構示意圖；

圖5為實施例5的焦爐上升管余熱鍋爐發電裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面對本發明作出進一步說明。

實施例1

焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置用直翅片，見圖1，包括直翅片本體1和設于直翅片本體1上的一組V形切口2；V形切口2的深度h小于直翅片本體1的寬度H；在直翅片本體1縱向方向上，相鄰V形切口2的間距自下而上增大。

在直翅片本體1縱向方向上，一組V形切口2自下而上依次編號為Q1至Qn-1；Q1至直翅片本體1底端的間距為L1，相鄰V形切口2的間距自下而上為L2至Ln-1，Qn-1至頂端的間距為Ln；L1至Ln組成等差數列，可選地，L1至Ln數值增大均可以實現本發明的目的。

一組V形切口2的開口角度θ相等，一組V形切口2的深度h相等。

例如，本發明實施例的直翅片各參數選擇：直翅片H 60mm；V形切口2的深度h40mm，開口寬度3mm；L1是600mm，L1至Ln組成公差100mm的等差數列。

實施例2

焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置，見圖2，包括荒煤氣管道11、換熱管12、一組實施例1的直翅片13；換熱管12設于荒煤氣管道11外壁上；一組直翅片13設于荒煤氣管道11內壁上；荒煤氣管道11的荒煤氣進口上設有下法蘭14、荒煤氣出口上設有上法蘭15；荒煤氣管道11上部設有膨脹節16；換熱管12下部設有取熱介質進口17、上部設有取熱介質出口18。

本發明中，一組直翅片13沿荒煤氣管道11內壁間隔相同距離垂直設置，見圖3；可選地，一組直翅片13沿荒煤氣管道11內壁設置是否間隔相同距離或者是否垂直設置均可實現本發明的目的。

實施例3

焦爐上升管余熱鍋爐發電裝置，見圖4，包括余熱鍋爐22、熱媒泵23、汽輪機24、水泵25、發電機26以及一組實施例2的焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置21；余熱鍋爐22包括熱煤管路和汽水循環管路；焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置21的取熱介質出口18與余熱鍋爐22的熱煤管路、熱媒泵23依次連接，熱媒泵23與各焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置21的取熱介質進口17連接；余熱鍋爐22的汽水循環管路、汽輪機24和水泵25依次連接成環；發電機26與汽輪機24連接。

以130萬噸/年焦化為例，荒煤氣溫度為800℃，目前，經噴氨水降溫至70℃。

對其改造，利用本熱媒循環式焦爐上升管余熱鍋爐發電裝置，可回收荒煤氣余熱，產2.0MPa、250℃過熱蒸汽達12.3萬噸/年，將此蒸汽接入發電系統，年發電量達2000萬kWH，經濟效益顯著。

實施例4

焦爐上升管余熱鍋爐發電裝置，見圖5，包括分布式上升管荒煤氣蒸發器組31、分布式上升管荒煤氣過熱器組32、鍋筒34、循環泵35、汽輪機36、給水泵37和發電機38；分布式上升管荒煤氣蒸發器組31和分布式上升管荒煤氣過熱器組32分別獨立的包括一組并聯設置的實施例2的焦爐上升管荒煤氣余熱回收取熱裝置33；鍋筒34上設有汽水混合物進口、飽和蒸汽出口管道、進水口、出水口；分布式上升管荒煤氣蒸發器組31與鍋筒34的汽水混合物進口連接；鍋筒34的飽和蒸汽出口管道、分布式上升管荒煤氣過熱器組32、汽輪機36、給水泵37、鍋筒34的進水口依次連接；鍋筒34的出水口和循環泵35連接，循環泵35與分布式上升管荒煤氣蒸發器組31連接；發電機38與汽輪機36連接。還包括補水管路39，補水管路39連接于汽輪機36和給水泵37之間。

以100萬噸/年焦化為例，荒煤氣溫度為750℃，目前，經噴氨水降溫至70℃。

對其改造，利用本直流式焦爐上升管余熱鍋爐發電裝置，回收荒煤氣余熱，可產0.8MPa飽和蒸汽達9～12萬噸/年，或3.82MPa、300℃過熱蒸汽8～10萬噸/年，將此蒸汽接入發電系統，年發電量達1500萬kWH，經濟效益顯著。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。