CN109943701A - 间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置，其装置特征在于：（1）铜管退火工艺中吹氮气条件下的油烟吹扫阶段（常温‑250℃）氮气余热间接利用管路，一铜管热退火炉吹扫油烟工艺阶段中产生的热氮余热通过热管相变换热器的高效传热将热量传递至冷氮用于另一常温冷氮退火炉的预热，热量转移的过程中，冷热氮气通过换热器进行热量传递且互不掺混，防止从热退火炉排出的带有部分气态油烟的氮气经过传热降温后其中的油烟再次附着在冷退火炉内的铜管上，造成油烟的再次富集；（2）油烟吹扫阶段氮气余热间接利用采用高效传热的重力热管相变换热器；（3）热退火炉吹氮气条件下的升温阶段（250℃‑450℃）、保温阶段（450℃）氮气余热的直接利用；（4）余热利用系统管路采用快拆快换接头，便于完成余热间接利用管路与直接利用管路的快速切换。

Description

间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置

技术领域

本发明提供一种间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置，属于铜管退火氮气余热回收领域。

背景技术

通过热型连铸技术与冷拉拔技术相结合制备的无缝铜管广泛应用于换热设备（如空调冷凝器、微电子换热器件等）中，其制备过程中由于加工硬化效应导致塑性变差，弯压过程易产生褶皱、开裂等问题，不利于后续成型及应用，同时在冷拉拔过程中铜管表面附着了大量油脂，需采用适当退火处理以调整材料的显微组织，同时去除铜管表面的油脂，获得后续易于成形的综合性能以满足实际工程应用需求。退火热处理包括油烟吹扫阶段、升温阶段、保温阶段、降温阶段，由于铜的易氧化及氧化温度低，需要在退火热处理的大部分阶段通氮气进行保护，由于氮气为热载体，可以采取方法加以利用。具体退火工艺：首先进行油烟吹扫阶段，即退火炉在炉内流动氮气的条件下，采用退火炉外围的电加热设备，依靠电加热棒的辐射将退火炉温度缓慢升至250℃左右，并持续至退火炉出口不再排出油烟为止，然后在炉内通氮气的条件下持续加热至退火温度（450℃左右）并保温60分钟左右，保温阶段分为通氮气保温与停氮气保温两个阶段，保温阶段完成后进入降温阶段，降温阶段分为通氮气降温阶段与停氮气降温阶段，具体退火工艺为: 退火炉由室温→250℃（通氮气，吹扫油烟）→升温至退火温度（通氮气加热）→保温（通氮气保温）→保温（停氮气保温）→降温（吹氮气降温）→降温（停氮气自然冷却）。从铜管退火工艺可以看出，在油烟吹扫阶段和通氮气条件下的升温至退火温度直至通氮气条件下的退火保温阶段，退火炉内的氮气在铜管退火的过程中一同被加热，成为热载体，由于退火工艺的间歇性，给氮气余热利用带来了困难，带有大量余热的氮气通常被直接排放，浪费大量能源，企业的用电成本非常大，铜管退火工艺过程热废氮的直接排放造成的高昂用电成本一直是困扰铜管生产企业的难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置，考虑氮气余热的特点，采用余热的间接利用与直接利用相结合的技术方案，具体技术方案为：

（1）铜管退火工艺中吹氮气条件下的油烟吹扫阶段（常温-250℃）的氮气余热间接利用管路；（2）氮气余热间接利用采用高效传热的重力热管相变换热器实现热量转移；（3）退火工艺过程吹氮气升温阶段（250℃-450℃）、吹氮气保温阶段（450℃）氮气余热的直接利用；（4）余热利用系统管路采用快拆快换接头，便于完成余热间接利用管路与直接利用管路之间的快速切换。

所述的间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置提供一种铜管退火工艺中吹氮气条件下的油烟吹扫阶段（常温-250℃）的氮气余热间接利用管路，在吹氮气条件下的油烟吹扫阶段，退火炉内的氮气在退火炉内铜管被加热的同时氮气一同被加热，被加热后的氮气热量可以通过换热器将热量传递给冷氮，用于另一冷退火炉铜管的预热，在上述阶段，考虑在退火炉吹扫油烟阶段如果将从热退火炉流出的热氮气直接用于另一冷退火炉铜管预热的话，温度降低会使已经气化的油脂重新附着冷退火内的铜管上，造成冷退火炉在其进行油烟吹扫阶段时油烟去除困难，因此，对于吹氮气条件下的油烟吹扫阶段氮气余热利用采用间接利用的方式，即从一退火炉流出的氮气进入换热器将热量传给冷氮气，加热后的冷氮气进入另一退火炉用于铜管的预热，热退火炉流出的氮气温度降低后通过管道流过液氮气化预热池，其中的热量用于液氮气化需热，然后排放到大气中。从氮气源管道来的冷氮气在换热器吸收热氮气放出的热量后，进入冷退火炉，用于预热冷退火炉内的铜管，然后通过冷退火的氮气出口排出，通过管道流过液氮气化预热池，其中的热量用于液氮气化需热后排放入大气。

所述的间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置，油烟吹扫阶段氮气余热的间接利用采用高效传热的重力热管相变换热器实现热量转移，热管换热器依靠相变传热，比传统的换热器热效率大大提高，因而体积更小更紧凑，便于现场设备安装。

所述的间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置，在油烟吹扫结束后的退火炉吹氮气升温阶段（250℃-450℃）、吹氮气保温阶段（450℃）氮气余热采用直接利用方式，即热氮气从一热退火炉流出后直接进入另一冷退火炉，中间无需再经过换热器，传热更高效。在热退火炉完成油烟吹扫后，流出的氮气已不再带有油烟，不必再考虑油烟内油脂在冷退火炉内再次在铜管表面的富集，可以将从热退火炉流出的热氮气直接通入冷退火炉内，随着冷退火炉内温度的慢慢升高至油脂气化温度250℃，冷退火内即开始油烟吹扫阶段，吹扫后的氮气通过管道流过液氮气化预热池，其中的热量用于液氮气化需热后排放入大气。

所述的间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置中，余热利用系统管路采用快拆快换接头，便于完成余热间接利用管路与直接利用管路之间的快速切换，每个快换接头前均配置手动球阀，在切换管路前关闭管路，防止在切换管路的过程中，空气进入管路系统，造成铜管在退火过程中的氧化。

本发明有以下技术有点：

1、本发明装置解决了退火工艺过程中油烟吹扫阶段氮气余热的利用问题，避免了油烟在余热利用过程中由于温度的降低造成的再次富集。

2、油烟吹扫阶段氮气余热的间接利用，热利用过程中增加一个换热设备，换热路径延长，热效率有所下降，为了弥补换热路径延长带来的热效率降低，本发明装置中换热器采用换热效率更高的热管换热器，相对于普通换热器，相变传热的高效性也使得换热设备小型化，给现场布置安装提供了便利。

3、退火工艺油烟吹扫完成后，从退火炉排出的氮气已经不再含有油烟，不必再考虑油烟由于温度降低会再次富集问题，本发明装置能够快速将氮气余热间接利用的管路切换为直接利用管路，即，从一退火炉流出的热氮气直接进入另一退火炉用于铜管的预热，开始另一退火炉内铜管表面油烟的吹扫，由于省略了中间的换热设备，换热更高效。在管路的切换过程中，本发明装置大量采用快拆快换接头，便于完成管路的快速切换，快换接头前球阀的使用保证了管路切换过程中系统的密闭性。

附图说明

图1 间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置管路图。

其中，1、井式退火 炉；2、热电偶；3、压力计；4、快换接头；5、金属软管；6、手动球阀；7、快换接头；8、快换接头；9、手动球阀；10、视镜；11、快换接头；12、金属软管；13、快换接头；14、手动球阀；15、金属软管；16、快换接头；17、流量表；18、手动调节阀；19、截止阀；20、手动调节阀；21、流量表；22、快换接头；23、金属软管；24、手动球阀；25、快换接头；26、快换接头；27、手动球阀；28、金属软管；29、快换接头；30、风机；31、热管换热器；32、压力计；33、快换接头；34、金属软管；35、手动球阀；36、快换接头；37、快换接头；38、手动截止阀；39、手动截止阀；40、快换接头；41、电加热设备；42、快换接头；43、手动球阀；44、金属软管；45、快换接头；46、风机；47、快换接头；48、金属软管；49、手动球阀；50、快换接头；51、快换接头；52、手动球阀；53、金属软管 54、热电偶； 55、快换接头；56、手动球阀；57、金属软管；58、快换接头；59、快换接头；60、视镜；61、压力计；62、井式退火炉；63、电加热设备。

具体实施方式

间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置运行分为两个阶段：油烟吹扫阶段氮气余热的间接利用以及吹氮气条件下升温与保温阶段氮气余热的直接利用，装置需要人工手动快速完成两种管路的切换，由于需要切换管路，管路中各主要设备在装置启用前是彼此独立的，具体装置管路见说明书附图1。装置具体运行过程为：在退火工艺进行前需要对各个设备进行抽真空，防止在退火过程中氧的存在造成铜管的氧化。首先对井式退火炉1抽真空，即关闭手动球阀9，将快换接头6连接真空泵，开启手动球阀6利用真空泵抽真空，将井式退火炉1内抽至近似真空，关闭手动球阀6，关闭真空泵，卸下快换接头7，抽真空过程中井式退火炉1内的压力可以通过压力计3显示；同样步骤对井式退火炉62进行抽真空，将手动球阀52关闭，将快换接头55连接真空泵，开启手动球阀56，利用真空泵对井式退火炉62抽真空，炉内的真空度通过压力计61显示，抽至要求的真空度后，关闭手动球阀56，关闭真空泵，卸下快换接头55，完成对井式退火炉62的抽真空；对热管换热器31进行抽真空，关闭手动球阀27、手动球阀43、手动球阀49，将快换接头36连接真空泵，打开手动球阀35，开启真空泵抽真空，热管换热器31内的真空度通过压力计32显示，待热管换热器31内的压力达到要求后，关闭手动球阀35，关闭真空泵，卸下快换接头36，完成对热管换热器31的抽真空。所有设备完成抽真空后，将快换接头13与快换接头8连至一起，将快换接头7与快换接头连至一起42，将快换接头50与快换接头40连至一起，将快换接头25与快换接头26连至一起，将快换接头36与快换接头51连至一起，将快换接头55与快换接头37连至一起，一部分从氮气气源来的氮气经过间歇井式退火炉1、热管换热器31、最后流过液氮气化预热池，期间需要打开截止阀19、手动调节阀18、手动球阀14、手动球阀9、手动球阀6、手动球阀43、手动球阀49、手动截止阀39；另一部分氮气气源来的氮气经过热管换热器31、间歇井式退火炉62最后流过液氮气化预热池，期间需要打开手动调节阀20、手动球阀24、手动球阀27、手动球阀35、手动球阀52、手动球阀56、手动截止阀38，两路氮气流路组成氮气余热间接利用的管路。管路与相应阀门打开后，启动井式退火炉1的电加热设备41，调节流量表17、流量表21，将氮气流量调节至工艺要求，启动风机46、风机30，从井式退火炉1流出的氮气通过换热器将热量传递给冷氮气，预热后的氮气进入井式退火炉62，完成井式退火炉1在油烟吹扫阶段的氮气余热利用，直至观察视镜10看到井式退火炉1内不再排放油烟为止，开始下一阶段的管路的切换，在此阶段，从井式退火炉1与井式退火炉62流出的氮气最终通过开启的手动截止阀38、手动截止阀39汇合后，通过管道流过液氮气化预热池，用于液氮气化所需热量。

井式退火炉1完成油烟吹扫后，进入吹氮气条件下的升温和保温阶段，由于从井式退火炉1流出的热氮不再含有油烟，因此可以直接将氮气通入井式退火炉62中完成热量利用，需要完成由上一阶段的间接换热管路向直接换热管路的切换，关闭手动调节阀20，关闭手动球阀6、手动球阀43、手动球阀49、手动球阀52、手动球阀35、关闭风机30、风机31，关闭手动截止阀39，将原先连在一起的快换接头7与快换接头42拆开，将原先连接在一起的快换接头36与快换接头51拆开，将快换接头7与快换接头51连至一起，快速完成管路的切换，将井式退火炉1内流出的热氮气直接用于井式退火炉62内铜管的预热以及铜管表面油烟的吹扫，由于是冷热退火炉的直接换热，而且间歇井式退火炉1内气体存在的压力较大，可以直接流入间歇井式退火炉62，二者之间如果没有特殊工艺要求，无需设置风机，同时二者中间不再使用换热器，换热更高效，对比间接换热，换热更高效，同时节约氮气，从井式退火炉62流出的氮气经过开启的手动截止阀38以及相应管道流过液氮气化预热池，用于液氮气化所需热量。管路中，除特殊标注的为金属软管外，其余均为金属硬管。

Claims (5)

1.本发明提供一种间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置，其特征在于：（1）铜管退火工艺中吹氮气条件下的油烟吹扫阶段（常温-250℃）氮气余热间接利用管路，一铜管热退火炉吹扫油烟工艺阶段中产生的热氮余热通过热管相变换热器的高效传热将热量传递至冷氮用于另一常温冷氮退火炉的预热，热量转移的过程中，冷热氮气通过换热器进行热量传递且互不掺混，防止从热退火炉排出的带有部分气态油烟的氮气经过传热降温后其中的油烟再次附着在冷退火炉内的铜管上，造成油烟的再次富集；（2）油烟吹扫阶段氮气余热间接利用采用高效传热的重力热管相变换热器；（3）热退火炉吹氮气条件下的升温阶段（250℃-450℃）、保温阶段（450℃）氮气余热的直接利用；（4）余热利用系统管路采用快拆快换接头，便于完成余热间接利用管路与直接利用管路的快速切换。

2.如权利要求1所述的一种间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置，其特征在于：铜管退火工艺中吹氮气条件下的油烟吹扫阶段（常温-250℃）氮气余热间接利用管路，空调、冰箱内的铜管在冷拉拔成型过程中附着了大量的油脂，同时由于加工硬化效应导致应导致塑性变形差，需要通过退火处理去除铜管表面附着的油脂并调整材料的显微组织，以获得综合性能满足工程要求，退火包括油烟吹扫阶段、升温阶段、保温阶段、降温阶段，由于铜的易氧化及氧化温度低，需要在退火热处理的大部分阶段通氮气进行保护，利用氮气进行的油烟吹扫阶段，利用电加热退火炉的同时，氮气一同被加热，由于吹扫的时间长，尽管氮气温度较低，但是吹扫油烟持续的时间比较长，氮气带走的热量比较可观，利用价值比比较大，考虑从热退火炉流出的氮气在换热器将热量传递给冷氮气用于冷退火炉的预热，会造成温度降低，如果直接将热氮气通入冷退火炉会使重新重新附着在冷退火炉内的铜管壁，采用冷、热氮气不混合的间接换热的方式。

3.如权利要求1所述的一种间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置，其特征在于：油烟吹扫阶段氮气余热间接利用采用高效传热的重力热管相变换热器，考虑氮气的无腐蚀性与现场场地局限性，采用换热效率的热管换热器，体积紧凑，便于现场安装。

4.如权利要求1所述的一种间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置，其特征在于：退火炉吹氮气条件下的升温阶段（250℃-450℃）、吹氮气条件下的保温（450℃）阶段氮气余热的直接利用，经过了油烟吹扫阶段后，从退火炉流出的热氮气已经不再带有油烟，不必再考虑油烟的再次富集问题，因此，可以将从此退火炉流出的热氮气直接通入另一冷退火炉内，用于另一退火炉油烟吹扫阶段所需热量，热量利用后的废氮气经过管路流过液氮气化预热池，用于液氮气化需热。

5.如权利要求1所述的一种间歇井式铜管退火炉氮气余热高效利用装置，其特征在于：余热利用系统管路采用快拆快换接头，便于完成余热间接利用管路与直接利用管路的快速切换。