CN105043117A - 焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置及其制备方法，该装置包括冷却管和设置在冷却管两端分别连接有荒煤气进口法兰和荒煤气出口法兰，冷却管由内至外依次由内套管、外套管、保温层和防护层组成，外套管侧壁两端分别开设有通孔，靠近荒煤气进口法兰的通孔上安装有进水口钢管，靠近荒煤气出口法兰的通孔上安装有水汽出口钢管，进水口钢管和水汽出口钢管之间的外套管上设置有环状膨胀节段。本发明显著提高了冷却装置的高温结构强度与抗高温破损能力，改善了冷却装置内套管的管壁传热行为，优化了管壁径向温度分布，实现了多层材料功能的高效协同，提高了内套管的综合使用性能；最终达到上升管荒煤气汽化冷却装置的长期高效稳定运行的目的。

Description

焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及焦化节能环保技术领域，具体地指一种焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置及其制备方法。

背景技术

众所周知，焦炉炭化室上升管逸出的荒煤气温度为650～850℃带出的热量占炼焦耗热总量的35％左右。常规工艺下，在桥管处喷洒大量70～75℃的循环氨水，将高温荒煤气温度降至95～105℃，再进入回收煤气净化系统，不仅消耗大量氨水，而且增加系统中的动力消耗，也恶化了焦炉的操作环境，同时也导致大量余热浪费。

长期以来，针对荒煤气余热利用，国内外研究人员均作了大量工作，形成了多项技术。文献“孙业新，焦炉荒煤气余热回收技术概述，莱钢科技，2011年，No1”对国内外焦炉上升管余热回收技术进行了概述，针对荒煤气余热回收装置焦油蒸汽凝结结焦、上升管变形与渗漏等问题，分别介绍了上升管夹套式汽化冷却技术、导热油夹套技术和热管式换热技术的实际应用情况及其优缺点。文献“王振环等，上升管汽化冷却的应用及发展前景，燃料与化工，2000年，No1”，系统地介绍了我国焦炉上升管汽化冷却技术的发展过程及其应用情况，并针对上升管汽化冷却装置常见的漏水、内管变形、上升管下部结焦等问题，进行了原因分析和改进措施讨论。申请号为201210309504.2的中国发明专利公开了一种焦炉上升管换热器，它针对夹套式上升管汽化冷却装置存在的焊缝开裂漏水问题，提供了一种焦炉上升管环形热管换热器，包括柱形换热器本体，其中，换热器本体上设烟道下法兰和烟道上法兰，换热器本体侧壁竖直设多个环形换热管，环形换热管一侧部设水夹套；当热管损坏发生泄漏，只是单根热管内的水泄漏，由于单根热管内的水量很少，泄漏不会影响生产，更不会对焦炉设备造成损坏，可以从根源上保证余热系统的安全稳定性，不会对焦炉生产造成影响。文献“张政、郁鸿凌、杨东伟等，焦炉上升管中荒煤气余热回收的结焦问题研究，煤炭燃烧，2012年，No1”，针对焦炉上升管中荒煤气焦油蒸汽的结焦问题，研究了荒煤气中焦油蒸汽结焦特性和结焦沉积物形成的条件及影响因素，指出了荒煤气中焦油蒸汽的组成及性质受到装炉煤的质量、种类和炼焦操作条件等因素的影响，在余热回收时，荒煤气最低可冷却温度对焦油析出的影响是不同的，因此，企业要根据实际情况来控制荒煤气冷却的下限温度，在保证焦油不结焦或少量结焦的前提下，尽可能多地回收荒煤气显热，以提高热回收效率。文献“一种焦炉上升管荒煤气余热回收方法及试验，能源研究与信息，2013年，No4”，采用热重分析仪研究了荒煤气中焦油结焦过程，分析了结焦反应发生的温度与速度，并选择氮气作为传热工质，设计了光管式和螺旋夹套式两种上升管余热回收装置；选择螺旋夹套式结构在昆钢焦化厂4.3m焦炉上进行了上升管荒煤气余热回收系统与装置的运行试验，试验结果与理论计算结果较为吻合，无结焦现象发生，证明了该装置的可靠性与实用性，研究为上升管荒煤气大规模余热回收利用打下了基础。申请号为201320540679.4的中国发明专利公开了一种焦炉荒煤气上升管换热装置，它包括设置于上升管换热装置下端的烟气进口法兰和设置于上升管换热装置上端的烟气出口法兰，还包括内筒、中筒和外筒，所述的内筒和中筒之间形成内夹层，所述的内夹层中通入除盐水或氮气或空气，所述的中筒和外筒之间形成外夹层，所述的外夹层为密封的隔热层；其内筒的内壁上设置有耐温耐磨材料，所述的耐温耐磨材料为合金钢或耐火砖或耐火陶瓷，一方面防止烟气对装置的高温腐蚀，另一方面保证了良好的换热效果；其中筒的外壁上设置有隔热涂层，将内部的热量与外界隔离，一方面使得外界温度得到有效降低，保护环境，另一方面使得热量不外散，保证内部进行充分的热交换；所述的焦炉荒煤气上升管换热装置的内筒、中筒和外筒的材质均为耐高温腐蚀合金或铸造合金，且中间部分设置有膨胀节，有效地避免了装置因热胀冷缩而引起的变形，防止了装置的泄漏。申请号为201420293869.5中国发明专利公开了一种焦炉荒煤气余热回收装置，焦炉荒煤气余热回收装置设置在炉顶荒煤气进口法兰与荒煤气出口法兰之间；在上升管外壁与上升管内壁之间设有翅片盘管，翅片盘管内为工艺介质，由工艺介质吸收荒煤气热量；所述工艺介质为水；在上升管外壁、上升管内壁与翅片盘管之间充满氮化铝导热材料；翅片盘管具有翅片，翅片从翅片盘管沿径向方向朝上升管内部延伸，从而保证盘管与管内水与上升管内荒煤气的隔离，确保焦炉运行安全；上升管内表面喷涂高效吸热防腐涂层，所述高效吸热防腐涂层为高温红外纳米节能涂层，极大提高了被加热体吸收和发射热量的能力，大大提高热能的利用效率，从而达到提高传热效率的目的。

综合上述可见，虽然目前国内外已研制开发出了形式多样的上升管荒煤气余热回收装置，但主要是针对技术发展过程中存在损毁现象进行的改进研究，改进措施的有效性与可靠性大多未得到实际生产验证。同时，相关上升管荒煤气余热回收装置的专利技术，虽然提供了针对相关损毁问题的改进措施思路，但具体如何实施、应该采用什么材料与制备方法、如何保证制备质量与使用性能却未能涉及；再者，相关专利提供的改善装置导热的措施，如填充高导热系数的氮化铝导热材料，虽然提高了汽化冷却装置的热效率，但势必引起传热温差集中在荒煤气侧的气固换热过程，致使换热壁表面温度的下降，增大了荒煤气焦油蒸汽的冷凝析出与结焦风险，不利于上升管汽化冷却装置的安全稳定运行；再如上升管内表面喷涂高效吸热防腐涂层措施，虽然强化了荒煤气与上升管内壁面的传热，但同时使金属基体温度提高，加剧了上升管内壁金属材料的高温破损；因而，相关专利技术未见到实际生产应用的报道。此外，由于各焦化厂炼焦配煤结构与炼焦工艺的差异，导致上升管荒煤气成分性质以及炼焦周转时间内荒煤气温度变化范围与骤冷骤热速度的显著差异，如何提高余热回收装置对实际生产工况的适应能力，仍需开展深入研究。再者，焦炉上升管中荒煤气焦油蒸汽结焦的火焰吹扫清理，导致上升管局域温度剧升，是上升管余热回收装置难于长久稳定运行的关键因素之一，尤其是长期骤冷骤热工况的交变热应力，易使回收装置焊缝开裂，引起大量漏水进入焦炉碳化室，不仅影响炼焦的稳定生产，而且还危及焦炉炉体的损毁。相关技术仅有单体试验或短时间运行结果的报道，如何实现长时间稳定运行、提高余热回收效率还需进一步考证，因而，目前国内外焦炉上升管绝大部分均无余热回收系统，大量荒煤气余热通过喷入氨水冷却损失掉。

发明内容

本发明克服上述焦炉上升管汽化冷却装置存在的不足，提供一种焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置及其制备方法，具有结构简单、制备方便的特点以及分散应力集中、缓冲热膨胀差异、合理控制壁面温度与换热表面热流密度等优点，达到遏制汽化冷却装置变形、漏水以及缓解结焦进程和降低结焦粘接强度、延长装置使用寿命、提高余热回收效率等综合效果。

为实现上述目的，本发明提供的一种焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，所述冷却装置包括冷却管和设置在冷却管两端分别连接有荒煤气进口法兰和荒煤气出口法兰，所述冷却管由内至外依次由内套管、外套管、保温层和防护层组成，所述内套管为由内至外依次由高温红外辐射釉层、热障涂层和内套钢结构层组成的多层材料复合结构，所述外套管侧壁两端分别开设有通孔，靠近所述荒煤气进口法兰的通孔上安装有进水口钢管，靠近所述荒煤气出口法兰的通孔上安装有水汽出口钢管，所述进水口钢管和水汽出口钢管之间的外套管上设置有环状膨胀节段。

进一步地，所述荒煤气进口法兰和荒煤气出口法兰上设置有环形凸台，环形凸台顶面与外套管焊接相连，荒煤气进口法兰和荒煤气出口法兰与内套钢结构层采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢整体铸造，所述环形凸台的凸台面相向布置，环形凸台侧面与荒煤气进口法兰与荒煤气出口法兰平面为圆弧过渡。

再进一步地，所述荒煤气进口法兰和荒煤气出口法兰设置有双圈环形凸台，采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢分别铸造，所述双圈环形凸台由相向布置的内圈环形凸台和外圈环形凸台组成，环形凸台侧面与荒煤气进口法兰与荒煤气出口法兰平面为圆弧过渡。所述内套钢结构层采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢管制备，内圈环形凸台和外圈环形凸台顶面分别与内、外套管焊接相连。

再进一步地，所述内套管和外套管之间形成环状通道，所述环状通道内设置有螺旋翅片，所述螺旋翅片螺旋焊接在内套钢结构层外壁上，所述内套管、螺旋翅片和外套管构成汽化冷却螺旋式夹套。

再进一步地，所述高温红外辐射釉层厚度为0.1～0.25mm，红外法向辐射率≥0.85，采用火焰喷涂或等离子喷涂制备。

再进一步地，所述热障涂层厚度为0.3～0.6mm，其内外层由陶瓷层和粘结层组成，其中，粘结层厚度为0.03～0.06mm，材质为FeCrAlY、NiCrAlY、CoCrAY或NiCoCrAlY中的一种，陶瓷层厚度为0.27～0.54mm，材质为6～8％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂，采用火焰喷涂或等离子喷涂制备。

再进一步地，所述内套钢结构层壁厚为10～25mm。

再进一步地，所述外套管采用壁厚为10～25mm的厚壁锅炉钢管制备。

再进一步地，所述保温层采用陶瓷纤维包裹制备，防护层采用镀锌板包裹制备。

本发明还提供了一种焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置的制备方法，包括以下步骤：

1)荒煤气进口法兰、荒煤气出口法兰与内套钢结构层钢制部件的制备：

按照冷却装置结构，制备相应的精密铸造模具；选择合适的合金原料冶炼1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20钢水，浇铸制备单面带有单圈相向环形凸台的荒煤气进口法兰与荒煤气出口法兰和内套钢结构层的整体铸件；

或先浇铸制备带有双圈相向环形凸台的荒煤气进口法兰和荒煤气出口法兰，再采用壁厚为10～25mm的1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢管制备内套钢结构层，内套钢结构层与荒煤气进口法兰和荒煤气出口法兰的内圈环形凸台顶面满焊连接；

2)螺旋翅片的制备：

按照设计结构尺寸，选择合适的螺旋翅片钢板，缠绕内套钢结构层外壁螺旋焊接，制备螺旋翅片；

3)外套管的制备：

采用壁厚为10～25mm的厚壁锅炉钢管和膨胀节制备外套管，并在钢管分别开设通孔，在通孔上焊接连通进水口钢管和水汽出口钢管；

4)内套管高温红外辐射釉层与热障涂层的制备：

采用喷砂机对荒煤气进口法兰、荒煤气出口法兰与内套钢结构层钢制部件涂层面进行喷砂处理，再采用酒精进行表面清洗与热风烘干；选用FeCrAlY、NiCrAlY、CoCrAY或NiCoCrAlY中的一种合金微粉，采用火焰喷涂或等离子喷涂的方法，在钢制部件涂层面喷涂制备厚度为0.03～0.06mm合金粘结层；选择6～8％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂微粉，采用火焰喷涂或等离子喷涂的方法，在合金粘结层表面喷涂厚度为0.27～0.54mm的陶瓷层；选择釉化温度为1450～1550℃、红外法向辐射率≥0.85的高温红外辐射釉料微粉，采用火焰喷涂或等离子喷涂的方法，在陶瓷层表面喷涂厚度为0.1～0.25mm的红外辐射釉层；

5)汽化冷却夹套的制备：

采用制备的外加套，分别与荒煤气进口法兰、荒煤气出口法兰的单圈相向环形凸台或双圈相向环形凸台的外圈环形凸台的顶面满焊连接，制备汽化冷却夹套；

6)上述汽化冷却夹套焊缝探伤和气密性试压检验合格后，在外套管外表面包裹固定陶瓷纤维保温层与镀锌板防护层，即得到焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明设计了由内向外依次为高温红外辐射釉层、热障涂层、内套钢结构层组成的多层材料复合结构内套管。通过高温红外辐射釉层的辐射传热强化以及热障涂层的隔热作用，减小荒煤气与内套管内壁间的换热温差，提高内套管内壁表面温度，防止荒煤气焦油蒸汽在内套管内壁表面的冷凝析出，因而在相同的内壁表面温度条件下，可进一步降低荒煤气出口温度，提高余热回收效率；通过高温红外辐射釉层对热障涂层微孔的封闭，保证了内套管内壁面的光滑完整，降低荒煤气焦油结焦粘附及其粘结强度，防止内套钢结构层的氧化与渗碳，提高钢质基体的抗破损能力，延长使用寿命；通过壁厚为10～25mm内套钢结构层的厚壁导热均化作用，均化基体温度分布，降低温差热应力。

(2)本发明通过带有单圈相向环形凸台的荒煤气进口法兰与荒煤气出口法兰以及内套钢结构层的整体铸造，提高了铸件的综合整体性与结构强度，避免了常规汽化冷却夹套向炭化室漏水问题；通过带有单圈或双圈相向环形凸台的荒煤气进口法兰与荒煤气出口法兰的结构设计，采取内套钢结构层、外套管与荒煤气进口法兰与荒煤气出口法兰的环形凸台顶面焊接的方式，规避了常规汽化冷却夹套焊缝的剪切开裂，防止了焊缝裂纹漏水；通过采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢内套钢结构层的材料选择，提高了内套钢结构层的高温强度，避免了内套钢结构层的高温变形，避免了水汽进入炭化室。通过壁厚为10～25mm的厚壁锅炉钢管和膨胀节制备外套管，降低制作成本，缓解与协调内套钢结构层与外套管温度与材质不同引起的热膨胀差异，提高汽化冷却夹套的结构稳定性与整体性，防止焊缝开裂漏水。

(3)本发明外套管外壁设置有保温层与防护层，并采用陶瓷纤维包裹制备保温层，采用镀锌板包裹制备防护层，降低汽化冷却装置外壁散热与壁面温度，提高余热回收效率，改善操作环境，同时，制备简单、成本低廉。

(4)本发明详实的制备方法，进一步规范了汽化冷却装置各部件的材料种类与规格尺寸，提供了相关具体的制备设备与工艺，从而保证了本发明上升管荒煤气汽化冷却装置的正确制备及其制备质量与性能。

(5)本发明通过相关技术措施的综合运用，有效地遏制了汽化冷却装置向炭化室漏水、防止荒煤气换热壁面焦油蒸汽冷凝析出、缓解焦油结焦粘附等常见问题，同时，显著提高了汽化冷却装置的高温结构强度与抗高温破损能力，改善了汽化冷却装置内套管的管壁传热行为，优化了管壁径向温度分布，并实现了多层材料功能的高效协同，提高了内套管的综合使用性能；最终达到上升管荒煤气汽化冷却装置的长期高效稳定运行的目的。

附图说明

图1为本发明环形凸台为单圈的焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置示意图；

图2为本发明环形凸台为双圈的焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置示意图；

图3为图1中A-A的结构示意图；

图4为图2中B-B的结构示意图；

图中，冷却管1、内套管1.1、高温红外辐射釉层1.11、热障涂层1.12、陶瓷层1.12a、粘结层1.12b、内套钢结构层1.13、外套管1.2、环状膨胀节段1.21、保温层1.3、防护层1.4、荒煤气进口法兰2、荒煤气出口法兰3、进水口钢管4、水汽出口钢管5、环形凸台6、内圈环形凸台6.1、外圈环形凸台6.2、环状通道7、螺旋翅片8。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

如图1、3和4所示：一种焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，冷却装置包括冷却管1和设置在冷却管1两端分别连接有荒煤气进口法兰2和荒煤气出口法兰3，冷却管1由内至外依次由内套管1.1、外套管1.2、保温层1.3和防护层1.4组成，内套管1.1为由内至外依次由高温红外辐射釉层1.11、热障涂层1.12和内套钢结构层1.13组成的多层材料复合结构，外套管1.2侧壁两端分别开设有通孔1.22，靠近荒煤气进口法兰2的通孔1.22上安装有进水口钢管4，靠近荒煤气出口法兰3的通孔1.22上安装有水汽出口钢管5，进水口钢管4和水汽出口钢管5之间的外套管1.2上设置有环状膨胀节段1.21。

荒煤气进口法兰2和荒煤气出口法兰3带有环形凸台6，与内套钢结构层1.13采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢整体铸造，环形凸台6的凸台面相向布置，侧面与荒煤气进口法兰2与荒煤气出口法兰3平面为圆弧过渡。外套管1.2与环形凸台6的顶面焊接相连。

内套管1.1和外套管1.2之间形成环状通道7，环状通道7内设置有螺旋翅片8，螺旋翅片8螺旋焊接在内套钢结构层1.13外壁上，内套管1.1、螺旋翅片8和外套管1.2构成汽化冷却螺旋式夹套。

高温红外辐射釉层1.11厚度为0.1～0.25mm，红外法向辐射率≥0.85，采用火焰喷涂或等离子喷涂制备。

热障涂层1.12厚度为0.3～0.6mm，其内外层由陶瓷层1.12a和粘结层1.12b组成，其中，粘结层1.12b厚度为0.03～0.06mm，材质为FeCrAlY、NiCrAlY、CoCrA1Y或NiCoCrAlY中的一种，陶瓷层1.12a厚度为0.27～0.54mm，材质为6～8％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂，采用火焰喷涂或等离子喷涂制备。

内套钢结构层1.13壁厚为10～25mm，与荒煤气进口法兰2、荒煤气出口法兰3一起采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢整体浇铸制备；或者采用壁厚为10～25mm的1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢管制备，与的环形凸台6的内圈环形凸台6.1顶面焊接相连。

外套管1.2采用壁厚为10～25mm的厚壁锅炉钢管制备。

保温层1.3采用陶瓷纤维包裹制备，防护层1.4采用镀锌板包裹制备。

本发明还提供了一种焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置的制备方法，包括以下步骤：

1)荒煤气进口法兰2、荒煤气出口法兰3与内套钢结构层1.13钢制部件的制备：

按照冷却装置结构，制备相应的精密铸造模具；选择合适的合金原料冶炼1Cr18Ni9Ti钢水，浇铸制备单面带有单圈相向环形凸台6的荒煤气进口法兰2、荒煤气出口法兰3和内套钢结构层1.13的整体铸件；

2)螺旋翅片8的制备：

按照设计结构尺寸，选择合适的螺旋翅片8钢板，缠绕内套钢结构层1.13外壁螺旋焊接，制备螺旋翅片8；

3)外套管的制备：采用壁厚为10～25mm的厚壁锅炉钢管和膨胀节制备外套管1.2，并在钢管分别开设通孔1.22，在通孔1.22上焊接连通进水口钢管4和水汽出口钢管5。

4)内套管高温红外辐射釉层1.11与热障涂层1.12的制备：

采用喷砂机对荒煤气进口法兰2、荒煤气出口法兰3与内套钢结构层1.13钢制部件涂层面进行喷砂处理，再采用酒精进行表面清洗与热风烘干；选用FeCrAlY、NiCrAlY、CoCrA1Y或NiCoCrAlY中的一种合金微粉，采用火焰喷涂或等离子喷涂的方法，在钢制部件涂层面喷涂制备厚度为0.03～0.06mm合金粘结层1.12b；选择6～8％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂微粉，采用火焰喷涂或等离子喷涂的方法，在合金粘结层表面喷涂厚度为0.27～0.54mm的陶瓷层；选择釉化温度为1450～1550℃、红外法向辐射率≥0.85的高温红外辐射釉料微粉，采用火焰喷涂或等离子喷涂的方法，在陶瓷层1.12a表面喷涂厚度为0.1～0.25mm的红外辐射釉层1.11；

5)汽化冷却夹套的制备：

采用制备的外套管1.2与的单圈环形凸台6顶面满焊连接，制备汽化冷却夹套；

6)上述汽化冷却夹套焊缝探伤和气密性试压检验合格后，在外套管1.2外表面包裹固定陶瓷纤维保温层1.3与镀锌板防护层1.4，即得到焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置。

实施例2

如图2、3和4所示一种焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，本装置与实施例1中冷却装置的结构基本相同，不同之处在于：

荒煤气进口法2兰和荒煤气出口法兰3带有双圈环形凸台6，所述双圈环形凸台6由相向布置的内圈环形凸台6.1和外圈环形凸台6.2组成，环形凸台侧面与荒煤气进口法兰2与荒煤气出口法兰3平面为圆弧过渡。所述内套钢结构1.13层采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢管制备，内圈环形凸台6.1和外圈环形凸台6.2的顶面分别与相对应的内套管1.1、外套管1.2焊接相连。

荒煤气进口法兰2和荒煤气出口法兰3带有双圈相向布置的环形凸台6，采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢分别铸造；内套钢结构层1.13采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢管制备，与内圈环形凸台6.1顶面焊接相连；外套管1.2与外圈环形凸台6.2顶面焊接相连。

本装置的制备方法与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：

1)荒煤气进口法兰2、荒煤气出口法兰3与内套钢结构1.13层钢制部件的制备：

按照冷却装置结构，制备相应的精密铸造模具；选择合适的合金原料冶炼1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20钢水，先浇铸制备带有双圈相向环形凸台6的荒煤气进口法兰2和荒煤气出口法兰3，再采用壁厚为10～25mm的1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢管制备内套钢结构层1.13，内套钢结构层1.13与环形凸台6的内圈环形凸台6.1顶面满焊连接；

5)汽化冷却夹套的制备：

采用制备的外套管1.2与双圈相向的环形凸台6的外圈环形凸台6.2顶面满焊连接，制备汽化冷却夹套。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，其特征在于：所述冷却装置包括冷却管(1)和设置在冷却管(1)两端分别连接有荒煤气进口法兰(2)和荒煤气出口法兰(3)，所述冷却管(1)由内至外依次由内套管(1.1)、外套管(1.2)、保温层(1.3)和防护层(1.4)组成，所述内套管(1.1)为由内至外依次由高温红外辐射釉层(1.11)、热障涂层(1.12)和内套钢结构层(1.13)组成的多层材料复合结构，所述外套管(1.2)侧壁两端分别开设有通孔(1.22)，靠近所述荒煤气进口法兰(2)的通孔(1.22)上安装有进水口钢管(4)，靠近所述荒煤气出口法兰(3)的通孔(1.22)上安装有水汽出口钢管(5)，所述进水口钢管(4)和水汽出口钢管(5)之间的外套管(1.2)上设置有环状膨胀节段(1.21)。

2.根据权利要求1所述焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，其特征在于：所述荒煤气进口法兰(2)和荒煤气出口法兰(3)上设置有环形凸台(6)，所述环形凸台(6)顶面与外套管(1.2)焊接相连，所述荒煤气进口法兰(2)和荒煤气出口法兰(3)与内套钢结构层采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢整体铸造，所述环形凸台(6)的凸台面相向布置，所述环形凸台(6)侧面与荒煤气进口法兰与荒煤气出口法兰平面为圆弧过渡。

3.根据权利要求1所述焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，其特征在于：所述荒煤气进口法兰(2)和荒煤气出口法兰(3)设置有双圈环形凸台(6)，采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢分别铸造，所述双圈环形凸台(6)由相向布置的内圈环形凸台(6.1)和外圈环形凸台(6.2)组成，环形凸台(6)侧面与荒煤气进口法兰(2)与荒煤气出口法兰(3)平面为圆弧过渡；所述内套钢结构层采用1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢管制备，所述内圈环形凸台和外圈环形凸台顶面分别与相对应的内套管(1.1)、外套管(1.2)焊接相连。

4.根据权利要求2或3所述焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，其特征在于：所述内套管(1.1)和外套管(1.2)之间形成环状通道(7)，所述环状通道(7)内设置有螺旋翅片(8)，所述螺旋翅片(8)螺旋焊接在内套钢结构层(1.13)外壁上，所述内套管(1.1)、螺旋翅片(8)和外套管(1.2)构成汽化冷却螺旋式夹套。

5.根据权利要求1所述焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，其特征在于：所述高温红外辐射釉层(1.11)厚度为0.1～0.25mm，红外法向辐射率≥0.85，采用火焰喷涂或等离子喷涂制备。

6.根据权利要求1所述焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，其特征在于：所述热障涂层(1.12)厚度为0.3～0.6mm，其内外层由陶瓷层(1.12a)和粘结层(1.12b)组成，其中，粘结层(1.12b)厚度为0.03～0.06mm，材质为FeCrAlY、NiCrAlY、CoCrA(1)Y和NiCoCrAlY中的一种，陶瓷层(1.12a)厚度为0.27～0.54mm，材质为6～8％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂，采用火焰喷涂或等离子喷涂制备。

7.根据权利要求2或3所述所述焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，其特征在于：所述内套钢结构(1.13)层壁厚为10～25mm，与荒煤气进口法兰(2)、荒煤气出口法兰(3)一起采用1Cr18Ni9Ti耐热钢整体浇铸制备；或者采用壁厚为10～25mm的1Cr18Ni9Ti耐热钢管制备，与的环形凸台(6)的内圈环形凸台(6.1)顶面焊接相连。

8.根据权利要求1所述所述焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，其特征在于：所述外套管(1.2)采用壁厚为10～25mm的厚壁锅炉钢管制备。

9.根据权利要求1所述焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置，其特征在于：所述保温层(1.3)采用陶瓷纤维包裹制备，防护层(1.4)采用镀锌板包裹制备。

10.一种焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)荒煤气进口法兰(2)、荒煤气出口法兰(3)与内套钢结构(1.13)层钢制部件的制备：

按照冷却装置结构，制备相应的精密铸造模具；选择合适的合金原料冶炼1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20钢水，浇铸制备单面带有单圈相向环形凸台(6)的荒煤气进口法兰(2)与荒煤气出口法兰(3)和内套钢结构层(1.13)的整体铸件；

或先浇铸制备带有双圈相向环形凸台(6)的荒煤气进口法兰(2)和荒煤气出口法兰(3)，再采用壁厚为10～25mm的1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20耐热钢管制备内套钢结构层(1.13)，内套钢结构层(1.13)与荒煤气进口法兰和荒煤气出口法兰的内圈环形凸台(6.1)顶面满焊连接；

2)螺旋翅片(8)的制备：

按照设计结构尺寸，选择合适的螺旋翅片(8)钢板，缠绕内套钢结构层(1.13)外壁螺旋焊接，制备螺旋翅片(8)；

(3)外套管的制备：采用壁厚为10～25mm的厚壁锅炉钢管和膨胀节制备外套管(1.2)，并在钢管分别开设通孔(1.22)，在通孔(1.22)上焊接连通进水口钢管(4)和水汽出口钢管(5)；

4)内套管高温红外辐射釉层(1.11)与热障涂层(1.12)的制备：

采用喷砂机对荒煤气进口法兰(2)、荒煤气出口法兰(3)与内套钢结构层(1.13)钢制部件涂层面进行喷砂处理，再采用酒精进行表面清洗与热风烘干；选用FeCrAlY、NiCrAlY、CoCrA1Y和NiCoCrAlY中的一种合金微粉，采用火焰喷涂或等离子喷涂的方法，在钢制部件涂层面喷涂制备厚度为0.03～0.06mm合金粘结层(1.12b)；选择6～8％Y₂O₃部分稳定的ZrO₂微粉，采用火焰喷涂或等离子喷涂的方法，在合金粘结层表面喷涂厚度为0.27～0.54mm的陶瓷层；选择釉化温度为1450～1550℃、红外法向辐射率≥0.85的高温红外辐射釉料微粉，采用火焰喷涂或等离子喷涂的方法，在陶瓷层(1.12a)表面喷涂厚度为0.1～0.25mm的红外辐射釉层(1.11)；

5)汽化冷却夹套的制备：

采用制备的外套管(1.2)与荒煤气进口法兰(2)、荒煤气出口法兰(3)的单圈环形凸台(6)或双圈相向的环形凸台(6)的外圈环形凸台(6.2)的顶面满焊连接，制备汽化冷却夹套；

6)上述汽化冷却夹套焊缝探伤和气密性试压检验合格后，在外套管(1.2)外表面包裹固定陶瓷纤维保温层(1.3)与镀锌板防护层(1.4)，即得到焦炉上升管荒煤气汽化冷却装置。