CN115574645A - 一种上升管换热器及其使用方法 - Google Patents

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陈力群
陈学西
李军辉
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Abstract

本发明公开了一种上升管换热器及其使用方法，包括外筒体、导热材料体、盘管及内筒体；所述外筒体同心套设在所述内筒体的外侧，所述外筒体的外壁与所述内筒体的内壁之间设置有导热空间；所述盘管布设在所述导热空间内，所述导热材料体填充在所述导热空间内；其中，所述导热材料体为金属导热粉末与相变材料的均相混合物；本发明利用金属导热材料的高导热性能，有效提高了换热器的产气量，大大降低荒煤气的温度，进而有效防止结石墨现象；同时，利用相变材料的相变特性，确保整个焦炉生产周期内，内筒体的内壁温度保持在预设的相变温度范围内，避免在结焦末期出现挂焦油的现象；同时，能够避免在推焦前水封盖开盖时出现冒黑烟的现象。

Description

一种上升管换热器及其使用方法
技术领域
本发明属于余热回收设备技术领域，特别涉及一种上升管换热器及其使用方法。
背景技术
目前，现有的上升管换热器包括盘管换热器和夹套换热器；在实际生产中，夹套换热器的换热效率高，但在结焦后期荒煤气温度低时上升管内壁易出现结焦油；在推焦前水封盖开盖时上升管存在冒黑烟的现象；并且，当焦油结料厚度较大时，易导致夹套换热器的换热效率降低的问题；而盘管换热器其通过盘管与内外筒体之间的导热材料进行热量传递，由于导热材料的导热性能限制因素，导致盘管换热器的产气量较低；同时，当结焦过程荒煤气的量以及温度变化较大，导致盘管内部周期内温度场变化较大，极易出现盘管换热器爆管的事故。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种上升管换热器及其使用方法，以解决现有的盘管换热器存在产气量较低，且极易出现爆管事故的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种上升管换热器，包括外筒体、导热材料体、盘管及内筒体；所述外筒体同心套设在所述内筒体的外侧，所述外筒体的外壁与所述内筒体的内壁之间设置有导热空间；所述盘管布设在所述导热空间内，所述导热材料体填充在所述导热空间内；其中，所述导热材料体为金属导热粉末与相变材料的均相混合物。
进一步的，所述相变材料的相变温度为500-600℃。
进一步的，所述导热材料体中，金属导热粉末的质量百分数为30％-70％，其余为相变材料；金属导热粉末的粒径为10-50目，相变材料的粒径为10-50目。
进一步的，所述金属导热粉末为铜粉末、铁粉末、镉粉末和铅粉末中的一种；所述相变材料为Al/Si复合材料、Ca(NO3)2、Al/Si/Mg复合材料、Al/Al2Cu复合材料、Mg/Mg2Ca复合材料和Al/Al2Cu/Al2CuMg复合材料中的一种。
进一步的，还包括上法兰和下法兰；所述上法兰固定设置在所述外筒体及所述内筒体的上端，所述下法兰固定设置在所述外筒体与所述内筒体的下端。
进一步的，所述上法兰用于与三通桥管相连，所述下法兰用于与底座相连。
进一步的，还包括保温外壳及保温层；所述保温外壳罩设在所述外筒体的外侧，所述保温层设置在所述外筒体的外壁与所述保温外壳的内壁之间。
进一步的，所述盘管采用锅炉钢制作而成；其中，所述盘管的耐压压力不小于6.4MPa。
进一步的，所述内筒体采用合金钢制作而成；其中，所述合金钢的耐温温度不小于1500℃。
本发明还提供了一种上升管换热器的使用方法，包括以下步骤：
待换热荒煤气从所述内筒体的下端进入，并沿内筒体上升；所述待换热荒煤气上升过程中与内筒体、导热材料体及盘管内的换热介质进行换热，以使待换热荒煤气的温度降低至预设温度值，并通过所述内筒体的上端流出；其中，所述盘管内的换热介质采用下进上出的流入或流出方式。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种上升管换热器及其使用方法，通过在内筒体和外筒体之间的导热空间内设置导热材料体，并将金属导热粉末和相变材料混合后作为导热材料体；其中，利用金属导热材料的高导热性能，有效提高了换热器的产气量，大大降低荒煤气的温度，进而有效防止结石墨现象；同时，利用相变材料的相变特性，确保整个焦炉生产周期内，内筒体的内壁温度保持在预设的相变温度范围内，避免在结焦末期出现挂焦油的现象；同时，能够避免在推焦前水封盖开盖时出现冒黑烟的现象；其中，通过将金属导热粉末与相变材料混合作为导热材料体，确保了焦炉生产周期内，盘管处于相对稳定的温度场，以使盘管的材料应力范围变化较小，避免出现应力疲劳而造成的盘管漏水现象，大大提高了换热器的使用寿命和换热效率。
进一步的，通过在外筒体的外侧设置保温外壳，并在保温外壳与外筒体之间设置保温层，实现降低热量损失，提高上升管的产气量；同时，通过设置保温层能够降低上升管表面温度，避免对操作人员的烫伤风险。
附图说明
图1为本发明所述的上升管换热器的剖视图。
其中，1上法兰，2保温外壳，3保温层，4外筒体，5导热材料体，6盘管，7内筒体，8下法兰。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1所示，本发明提供了一种上升管换热器，包括上法兰1、保温外壳2、保温层3、外筒体4、导热材料体5、盘管6、内筒体7及下法兰8；所述外筒体4同心套设在所述内筒体7的外侧，所述上法兰1设置在所述外筒体4和所述内筒体7的上端，所述下法兰8设置在所述外筒体4和所述内筒体7的下端；所述保温外壳2罩设在所述外筒体4的外侧，所述保温层3设置在所述外筒体4的外壁与所述保温外壳2的内壁之间。
所述上法兰1的下端面、所述外筒体4的内壁、所述内筒体7的外壁以及所述下法兰8的上端面合围形成的封闭空间作为导热空间；所述盘管6布设在所述外筒体4与所述内筒体7之间，并均匀布设在所述导热空间内；所述导热材料体5填充在所述导热空间内，并与所述外筒体4的内壁、所述内筒体7的外壁及所述盘管6的外壁紧密接触。
本发明中，所述上法兰1用于与三通桥管相连，所述下法兰8用于与底座相连；所述保温外壳2采用304不锈钢制作而成；所述上法兰1与所述保温外壳2的上端、所述外筒体4的上端以及所述内筒体7的上端均采用焊接固定，所述下法兰8与所述保温外壳2的下端、所述外筒体4的下端以及所述内筒体7的下端均采用焊接固定。
本发明中，所述导热材料体5为金属导热粉末与相变材料的均相混合物；所述相变材料的相变温度为500-600℃；所述导热材料体5中，金属导热粉末的质量百分数为30％-70％，其余为相变材料；金属导热粉末的粒径为10-50目，相变材料的粒径为10-50目；优选的，所述金属导热粉末为铜粉末、铁粉末、镉粉末和铅粉末中的一种；所述相变材料为Al/Si复合材料、Ca(NO3)2、Al/Si/Mg复合材料、Al/Al2Cu复合材料、Mg/Mg2Ca复合材料和Al/Al2Cu/Al2CuMg复合材料中的一种。
本发明中，所述盘管6采用锅炉钢制作而成；其中，所述盘管6的耐压压力不小于6.4MPa；所述盘管6内设置有换热介质；所述盘管6的下端靠近所述下法兰8一侧引出，并与换热介质的进给管路相连；所述盘管6的上端靠近所述上法兰1一侧引出，并与外部的汽水两相流管路相连；其中，所述盘管6采用下进上出的换热介质流动方式，确保了换热介质在盘管6内的停留时间，有效提高了换热效率；所述内筒体7采用合金钢制作而成；其中，所述合金钢的耐温温度不小于1500℃；优选的，所述合金钢具有耐硫腐蚀和氢腐蚀的性能。
工作原理及使用方法：
本发明所述的上升管换热器，使用时，待换热荒煤气从所述内筒体7的下端进入，并沿内筒体7上升；所述待换热荒煤气上升过程中与内筒体7、导热材料体5及盘管6内的换热介质进行换热，以使待换热荒煤气的温度降低至预设温度值，并通过所述内筒体7的上端流出；其中，所述盘管6内的换热介质采用下进上出的流入或流出方式。
本发明所述的上升管换热器及其使用方法，将金属导热粉末和相变材料的混合物作为导热材料体；其中，利用金属导热粉末的高导热性能，提高换热器的产汽率，降低荒煤气的温度，防止结石墨；同时，通过加入相变材料，以确保整个焦炉生产周期内，盘管的内壁温度保持在预设的相变温度范围内，能够有效防止在结焦末期上升管内壁挂焦油现象，避免水封盖开盖时出现冒黑烟现象。
本发明中，通过在导热材料体中设置相变材料，有效确保整个焦炉生产周期内，盘管处于相对稳定的温度场，以使盘管的材料应力范围变化较小，避免盘管出现应力疲劳进而导致盘管漏水问题；本发明所述的上升管换热器中，可提高换热器的产汽率约20-30％，避免其运行周期内出现结石墨和挂焦油现象，有效弥补了现有上升管换热器的不足，对焦化厂的节能减排具有重要的意义。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (10)

1.一种上升管换热器，其特征在于，包括外筒体(4)、导热材料体(5)、盘管(6)及内筒体(7)；所述外筒体(4)同心套设在所述内筒体(7)的外侧，所述外筒体(4)的外壁与所述内筒体(7)的内壁之间设置有导热空间；所述盘管(6)布设在所述导热空间内，所述导热材料体(5)填充在所述导热空间内；其中，所述导热材料体(5)为金属导热粉末与相变材料的均相混合物。
2.根据权利要求1所述的一种上升管换热器，其特征在于，所述相变材料的相变温度为500-600℃。
3.根据权利要求1所述的一种上升管换热器，其特征在于，所述导热材料体(5)中，金属导热粉末的质量百分数为30％-70％，其余为相变材料；金属导热粉末的粒径为10-50目，相变材料的粒径为10-50目。
4.根据权利要求1所述的一种上升管换热器，其特征在于，所述金属导热粉末为铜粉末、铁粉末、镉粉末和铅粉末中的一种；所述相变材料为Al/Si复合材料、Ca(NO3)2、Al/Si/Mg复合材料、Al/Al2Cu复合材料、Mg/Mg2Ca复合材料和Al/Al2Cu/Al2CuMg复合材料中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种上升管换热器，其特征在于，还包括上法兰(1)和下法兰(8)；所述上法兰(1)固定设置在所述外筒体(4)及所述内筒体(7)的上端，所述下法兰(8)固定设置在所述外筒体(4)与所述内筒体(7)的下端。
6.根据权利要求5所述的一种上升管换热器，其特征在于，所述上法兰(1)用于与三通桥管相连，所述下法兰(8)用于与底座相连。
7.根据权利要求1所述的一种上升管换热器，其特征在于，还包括保温外壳(2)及保温层(3)；所述保温外壳(2)罩设在所述外筒体(4)的外侧，所述保温层(3)设置在所述外筒体(4)的外壁与所述保温外壳(2)的内壁之间。
8.根据权利要求1所述的一种上升管换热器，其特征在于，所述盘管(6)采用锅炉钢制作而成；其中，所述盘管(6)的耐压压力不小于6.4MPa。
9.根据权利要求1所述的一种上升管换热器，其特征在于，所述内筒体(7)采用合金钢制作而成；其中，所述合金钢的耐温温度不小于1500℃。
10.一种上升管换热器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
待换热荒煤气从所述内筒体(7)的下端进入，并沿内筒体(7)上升；所述待换热荒煤气上升过程中与内筒体(7)、导热材料体(5)及盘管(6)内的换热介质进行换热，以使待换热荒煤气的温度降低至预设温度值，并通过所述内筒体(7)的上端流出；其中，所述盘管(6)内的换热介质采用下进上出的流入或流出方式。
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