高温翅片管式换热器在转炉煤气余热回收与冷却场景中的技术

一、工况特点（决定所有技术方案）

转炉煤气（LDG / COG）冷却 + 余热回收的典型工况：

烟气温度

正常：600～900℃

瞬时峰值：1000℃+

介质：转炉煤气（CO 50～70%），易燃易爆、含尘、带水汽

流量特点：间歇脉动，吹炼期大、非吹炼期小

含尘量：50～150 mg/Nm³，细粉尘易堵翅片

压力：微正压，一般 -0.5～5 kPa

目标要求

快速降温：避免烧损布袋 / 电除尘

回收余热：产热水 / 低压蒸汽

防堵、防积灰、防爆、防泄漏

二、设备结构与形式

通常采用 立式 / 卧式翅片管式余热冷却器，分为两段：

高温段（辐射 + 对流）：600～900℃ → 400～500℃

低温段（对流换热）：400℃ → 180～220℃（进除尘）

整体结构：

管内走水 / 蒸汽，管外走高温转炉煤气

箱式壳体，带膨胀节、检修门、吹灰口

上下集箱 + 管束 + 支架 + 导流板

三、翅片管关键技术细节（核心）

1. 翅片形式

严禁铝翅片，必须用：

钢制高频焊翅片

或 钉头管 / 针刺管（更抗堵、抗积灰）

原因：

温度高，铝翅片会软化脱落

转炉煤气含尘，密齿易堵，必须宽片距

2. 片距设计

常规：6～10 mm

粉尘大时：10～14 mm

极端工况：直接用钉头管，几乎不堵

3. 材质选择（按温度段）

高温段（入口 600～900℃）

基管：15CrMoG / 12Cr1MoVG / 310S / 321

翅片：耐热钢 / 不锈钢

中低温段（400℃以下）

基管：20G / 20#

翅片：碳钢翅片

4. 制造工艺

全焊接结构：翅片与基管高频焊，无间隙、无接触热阻

管板与管束：强度焊 + 贴胀，保证气密性

整体焊后消除应力，避免高温变形开裂

四、换热与冷却参数（典型设计值）

入口煤气：800℃

出口煤气：200～220℃

冷却介质：水 / 汽水混合物

进水：20～60℃

出水 / 蒸汽：130～180℃（0.4～0.8 MPa）

换热系数：35～60 W/(m²·℃)

余热回收率：65%～75%

作用：

保护后端除尘设备（布袋耐温一般 < 250℃）

回收热量用于厂区采暖、洗浴、除氧、蒸汽并网

五、防堵、防积灰技术措施

转炉煤气含尘是最大难点，设计必须针对性解决：

宽片距 + 钉头管结构

壳体设置 声波吹灰 / 蒸汽吹灰器

合理气流分布，设导流板，避免局部涡流积灰

底部设排灰口 + 手孔，定期清灰

翅片表面喷砂 / 氧化处理，减少粉尘附着力

六、防爆、防泄漏安全设计

转炉煤气含大量 CO，易燃易爆，安全要求极高：

全焊接气密结构，严禁胀接 alone

壳体做气密性试验，泄漏率接近零

设防爆门、泄爆口

配套：

CO 在线监测

氧含量在线分析（O₂<2%）

氮气吹扫系统

严格控制壁温，避免局部超温自燃

七、热膨胀与结构可靠性

管束采用浮动管板 / 膨胀节，吸收热伸长

高温段加耐热衬里（耐火浇注料）

支架采用滑动支座，避免强制应力

壳体加固，抵抗间歇式气流冲击震动