CN107957203A - 一种流态化上升管换热器 - Google Patents

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马庆磊
赵健
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Abstract

本发明属于上升管换热器，特别涉及一种流态化上升管换热器。一种流态化上升管换热器，其包括外筒，外筒内部设有内筒，内筒的内腔形成烟气通道，外筒的上下两端分别设有连接部，在外筒和内筒之间设有夹套筒，所述夹套筒和外筒之间形成隔热保温空间，其特征在于：所述的内筒和夹套筒之间形成换热层，换热层内设有换热装置，换热装置贴覆设置在内筒的表面上，所述的换热层还内填充有流态化蓄热导热材料。本发明提供一种双曲线构体流态化上升管换热器，它既保证了换热效果，安全、有效、可靠地回收荒煤气的余热，又能确保在恶劣工况下，焦炉和换热器的安全经济的运行。

Description

一种流态化上升管换热器
技术领域
本发明属于上升管换热器，特别涉及一种流态化上升管换热器。
背景技术
目前，焦炉生产过程中，产生大量的荒煤气，荒煤气的平均温度超过700℃，通过氨水喷洒，将荒煤气冷却到80℃左右进行后续处理，荒煤气所带的热量没有被回收利用，造成很大的资源和能源浪费。近年来，荒煤气的余热回收利用技术一直未取得突破性的进展，虽然有一些焦炉上升管换热装置，但因其结构复杂，换热效果不佳、容易漏水、结焦，堵塞上升管，既不能有效地回收荒煤气的余热，又存在很大的安全隐患，影响焦炉的正常生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种双曲线构体流态化上升管换热器，它既保证了换热效果，安全、有效、可靠地回收荒煤气的余热，又能确保在恶劣工况下，焦炉和换热器的安全经济的运行。
本发明的技术方案如下：
一种流态化上升管换热器，其包括外筒，外筒内部设有内筒，内筒的内腔形成烟气通道，外筒的上下两端分别设有连接部，在外筒和内筒之间设有夹套筒，所述夹套筒和外筒之间形成隔热保温空间，其特征在于：所述的内筒和夹套筒之间形成换热层，换热层内设有换热装置，换热装置贴覆设置在内筒的表面上，所述的换热层还内填充有流态化蓄热导热材料。
所述的换热装置为双曲线构体换热装置。
所述的双曲线构体换热装置为双曲线构体螺旋盘管，双曲线构体螺旋盘管采用耐热钢材或者不锈钢材料制成。
所述的流态化蓄热导热材料为微粉末状的、蓄热、导热材料。
所述的内筒的内表面涂有纳米导热层。
在内筒的内表面和纳米导热层之间设有耐温耐腐蚀层。
所述的换热层的下端设有均布器，上端设有收集器，换热器的两端分别与均布器和收集器连接，均布器与换热介质进口连接，收集器与换热介质出口连接。
所述的外筒上设有膨胀节。
所述的外筒由耐腐蚀不锈钢材料制成。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
采用了上述技术方案后，本双曲线构体流态化上升管换热器结构合理、用材适当，解决了漏水、结焦堵塞的问题，通过螺旋换热，换热效率高，可安全、有效、可靠地回收荒煤气的余热；双曲线构体流态化上升管换热器采用两级隔热保温，外壁温度保持在常温，大大改善焦炉炉顶操作环境；独特的结构特性，确保在恶劣工况下，焦炉和换热器的安全经济运行，此双曲线构体流态化上升管换热器适应性强，抗干烧，适用于焦炉的各种工况。
附图说明
图1为双曲线构体流态化上升管换热器的结构示意图；
图2为图1的截面示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1和图2所示，一种流态化上升管换热器，其包括外筒3，外筒内部设有内筒1，内筒1的内腔形成烟气通道11，外筒3的上下两端分别设有连接部，在外筒3和内筒1之间设有夹套筒2，所述夹套筒2和外筒3之间形成隔热保温空间6，所述的内筒1和夹套筒2之间形成换热层10，换热层10内设有换热装置4，换热装置4贴覆设置在内筒1的表面上，所述的换热层10还内填充有流态化蓄热导热材料5。
现有技术中换热装置与内筒的外壁面贴覆，两者之间换热，换热装置不可能完全铺满内筒的外壁面，避免存在换热的盲区，继而在实际的换热过程中，可能内筒的壁面的局部温度高、局部温度低，容易在内筒的表面形成结焦，本发明通过在换热层填充流态化蓄热导热材料来对换热装置之间的间隙进行填充，在上升管工作过程中，流态化蓄热导热材料也能够对热量进行吸收，避免在内筒的表面形成温度不均匀的问题，减少结焦的产生，同时，现有技术中，换热装置与内筒的贴覆的面积一定，换热装置的其余部位并不参与换热，本发明中流态化蓄热导热材料与换热装置的其余部位充分接触，其能够更好的将吸收的热量与换热装置进行交换，提高了换热效率。
进一步的，所述夹套筒2和外筒3之间形成隔热保温空间6依次设置有两级保温隔热层21和22，其中一级保温隔热层21由纳米级保温材料制成，另外一级保温隔热层由岩棉材料或者复合硅酸盐材料或者气凝胶材料制成；通过两级保温隔热，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。
所述的换热装置为双曲线构体换热装置，所述的双曲线构体换热装置为双曲线构体螺旋盘管，双曲线构体螺旋盘管采用耐热钢材或者不锈钢材料制成。换热装置由截面呈双曲线状的管件经过螺旋弯曲加工而成，采用双曲线的结构设计，即换热装置的管件内部为一个变径设计，能够获得更大的接触面积，同时也能对流速进行调节，使得换热效率得到提升，进一步的，中间的曲线部位在受热后，能够自由膨胀伸缩，调整换热装置内部的压力，有利于设备的安全。
所述的流态化蓄热导热材料5为微粉末状的、蓄热、导热材料，主要用于吸热、蓄热和导热，将内筒壁面吸收的热量传递到换热装置的非直接换热面上，非直接换热面为换热装置不与内筒直接接触的表面，流态化蓄热导热材料主要是由层状钙钛矿、碳粉、硅粉、金属粉末以及石墨烯等混合而成，为流态微粉状蓄热导热材料，所谓流态化为微粉状态的蓄热导热材料能够在换热层中像液体一样流动。
所述的内筒的内表面涂有纳米导热层13，纳米导热层在内筒内壁形成一个平整、光滑的釉面，可有效防止焦油粘黏。
在内筒的内表面和纳米导热层之间设有耐温耐腐蚀层，为新型耐高温耐腐蚀纳米陶瓷材料，经高温加工或3D打印成型技术与内筒体紧密结合在一起，两者热膨胀系数相近，在温度骤变的情况下不会开裂，确保内筒可承受高温、高压。
所述的换热层的下端设有均布器100，上端设有收集器200，换热器的两端分别与均布器和收集器连接，均布器与换热介质进口7连接，收集器与换热介质出口8连接，可使得换热后的汽、水混合物能够均匀汇集，便于排出利用。
所述的外筒上设有膨胀节310。膨胀节能够应对因高温产生的轴向变形，确保换热器安全运行。
所述的外筒3由耐腐蚀不锈钢材料制成。所述外筒由耐腐蚀不锈钢材质制成，外形美观，且抗腐蚀，可适应焦炉炉顶的恶劣工况；所述夹套筒2由耐高温合金钢材质制成；所述内筒1由耐高温、耐腐蚀合金钢材质制成，整体加工成型，无任何焊缝，在高温下性能稳定，不会发生破裂。同时耐干烧，发生停水、停电等突发情况也可安全运行。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
采用了上述技术方案后，本双曲线构体流态化上升管换热器结构合理、用材适当，解决了漏水、结焦堵塞的问题，通过螺旋换热，换热效率高，可安全、有效、可靠地回收荒煤气的余热；双曲线构体流态化上升管换热器采用两级隔热保温，外壁温度保持在常温，大大改善焦炉炉顶操作环境；独特的结构特性，确保在恶劣工况下，焦炉和换热器的安全经济运行，此双曲线构体流态化上升管换热器适应性强，抗干烧，适用于焦炉的各种工况。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种流态化上升管换热器，其包括外筒，外筒内部设有内筒，内筒的内腔形成烟气通道，外筒的上下两端分别设有连接部，在外筒和内筒之间设有夹套筒，所述夹套筒和外筒之间形成隔热保温空间，其特征在于：所述的内筒和夹套筒之间形成换热层，换热层内设有换热装置，换热装置贴覆设置在内筒的表面上，所述的换热层还内填充有流态化蓄热导热材料。
2.根据权利要求1所述的一种流态化上升管换热器，其特征在于：所述的换热装置为双曲线构体换热装置。
3.根据权利要求2所述的一种流态化上升管换热器，其特征在于：所述的双曲线构体换热装置为双曲线构体螺旋盘管，双曲线构体螺旋盘管采用耐热钢材或者不锈钢材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种流态化上升管换热器，其特征在于：所述的流态化蓄热导热材料为微粉末状的、蓄热、导热材料。
5.根据权利要求1所述的一种流态化上升管换热器，其特征在于：所述的内筒的内表面涂有纳米导热层。
6.根据权利要求6所述的一种流态化上升管换热器，其特征在于：在内筒的内表面和纳米导热层之间设有耐温耐腐蚀层。
7.根据权利要求1所述的一种流态化上升管换热器，其特征在于：所述的换热层的下端设有均布器，上端设有收集器，换热器的两端分别与均布器和收集器连接，均布器与换热介质进口连接，收集器与换热介质出口连接。
8.根据权利要求1所述的一种流态化上升管换热器，其特征在于：所述的外筒上设有膨胀节。
9.根据权利要求1所述的一种流态化上升管换热器，其特征在于：所述的外筒由耐腐蚀不锈钢材料制成。
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