CN218916014U - 一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，包括，换热管束的两端分别与工质进口管和工质出口管连接；螺旋管蒸发器的换热工质采用低熔点铟铋锡液态合金；换热管束包括外圈换热管束、中圈换热管束和内圈换热管束；本实用新型采用的换热单元由铟铋锡液态合金入口管道和出口管道组成，换热管束采用螺旋双盘管结构，分成三圈螺旋管束，且三圈螺旋管束各自采用不同盘间距，使铟铋锡液态合金形成自上而下换热路径，不同螺旋管束管内流动均匀，流速变化不大，保证了铟铋锡液态合金在管程中流动的均匀性，使得除氧水或锅炉水和铟铋锡液态合金之间可以充分换热。

Description

一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器

技术领域

本实用新型属于工业蒸发换热系统设备技术领域，涉及一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器。

背景技术

钢铁厂高炉炼铁排出的熔融熔渣温度可达1500℃，是高品位热能资源，含热量高。每年本行业的高炉渣的产量巨大，这些高炉熔渣传统的处理方式几乎都是采用水淬工艺，该工艺方法不但不能回收高炉渣中的高温热能，而且造成了水资源的浪费，同时对环境和土壤也会造成一定污染。从上世纪70年代后期开始，一些本领域研究人员开始广泛关注和大力开发干法粒化高炉熔渣技术，经过不断研究努力，其中采用高速旋转的转盘将置入高炉渣离散成渣的方法成为主流，这种方法称为离心粒化法。离心粒化法基本原理是通过离心力的作用使高炉熔渣从转盘边缘被抛离出去，从而将高炉熔渣机械粒化。90年代后期开始，所述方法在钢铁厂商和相关研究科研院所机构实验室都做了大量试验，有些厂家还做了中试试验，但都没能向工业化生产推广。炼铁、炼钢等的冶金行业，能源消耗巨大钢铁行业液态熔渣产生量极高，且每吨熔渣含有显热相当于60kg标准煤，热回收意义极大。对于液态熔渣显热回收技术，目前还没有成熟高效回收方式，大量显热能量白白耗散，节能减排潜力十分巨大，如何高效地从高温熔渣中换出热量来，是目前亟需解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，通过设计以低熔点铟铋锡液态合金为换热工质的螺旋管蒸发器，解决了从高温熔渣中高效的换出热量。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，包括，下封头、筒体、上封头和换热管束；

所述下封头和上封头分别设置在筒体的两端；

所述筒体上布置有工质进口管；所述下封头上布置有工质出口管；换热管束的两端分别与工质进口管和工质出口管连接；所述筒体与下封头之间焊接连接，所述筒体与上封头之间通过法兰连接；所述换热管束包括外圈换热管束、中圈换热管束和内圈换热管束；所述外圈换热管束、中圈换热管束和内圈换热管束均设置在筒体的内部。

优选的，所述筒体的内部设有内筒、中筒和外筒，所述内筒、中筒和外筒上均设置有过水孔。

优选的，所述外圈换热管束通过卡箍固定在外筒上，所述中圈换热管束通过卡箍固定在中筒上，所述内圈换热管束通过卡箍固定在内筒上。

优选的，所述筒体的外侧壁上还设置有液位计。

优选的，所述上封头上设置和放散阀。有压力表、温度表，安全阀，蒸汽出口管

优选的，所述下封头上设置有蒸汽加热管进口、排污口管和进水口管。

优选的，还包括支撑腿，所述支撑腿安装在筒体的底部。

优选的，所述上封头上设置有吊耳。

优选的，所述筒体内的底部设置用于支撑换热管束的支架。

优选的，所述立式螺旋管蒸发器的换热工质采用低熔点铟铋锡液态合金。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，采用的换热单元由铟铋锡液态合金入口管道和出口管道组成，换热管束采用螺旋双盘管结构，分成三圈螺旋管束，且三圈螺旋管束各自采用不同盘间距，使铟铋锡液态合金形成自上而下换热路径，不同螺旋管束管内流动均匀，流速变化不大，保证了铟铋锡液态合金在管程中流动的均匀性，使得除氧水或锅炉水和铟铋锡液态合金之间可以充分换热，解决了目前从高温熔渣中能无法高效的换出热量的问题

进一步，所述换热管束采用螺旋型盘管束，换热效率高，换热均匀。螺旋换热管束作为铟铋锡液态合金的进口和出口，盛装铟铋锡液态合金。换热管束采用不锈钢材质并在管内部涂敷耐高温的防腐材料，设计成本低，具有较高的经济效益。

进一步，采用铟铋锡液态合金作为换热工质，铟铋锡液态合金导热系数高，其运动粘性比较小，替代传统换热工质水，不仅节省了水源，而且其铟铋锡液态合金换热能力更高，传热速率更快，具有明显的换热效率。铟铋锡液态合金具有较高的沸点，在100℃～1000℃内都不会发生相变，因此在系统换热过程中可以一直保持液态，不会因相变而产生系统压力过高的问题，降低了换热管的承压，除氧水或锅炉水吸收热量产生饱和蒸汽平稳，蒸汽输出连续，可满足用户要求的蒸汽压力，无需再增加汽包或者蒸汽蓄热器。

附图说明

图1为基于铟铋锡液态合金为传热介质的蒸发器设备结构示意图；

图2为换热管束支撑圆筒；

图中：工质进口管1；外圈换热管束2；中圈换热管束3；内圈换热管束4；工质出口管5；蒸汽加热管进口6；排污口管7；进水口8；支撑腿9；下封头10；筒体11；内筒12；中筒13；外筒14；液位计15；法兰16；上封头17；吊耳18；安全阀19；蒸汽出口管20；放散阀21；过水孔22。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，该蒸发器采用低熔点铟铋锡液态合金作为换热工质，外形设计为立式结构，换热管束采用螺旋双盘管式结构，其系统主要包括工质进口管1、工质出口管5、下封头10、筒体11、上封头17等，工质进口管布置在立式蒸发器的筒体11上，工质出口管5布置于立式蒸发器下封头10上。筒体11与下封头10之间用焊接方式连接，筒体11与上封头17之间用法兰16连接。螺旋换热管束采用双盘管形式，立式蒸发器内的铟铋锡液态合金管束采用整管螺旋结构，立式蒸发器内设置三圈换热管束，即外圈换热管束2、中圈换热管束3、内圈换热管束4，每圈管束采用双盘管形式，三圈换热管束分别与筒体11中的三个圆筒固定，三个圆筒即外筒14、中筒13和内筒12，换热管束与圆筒之间用卡箍固定，且三个圆筒上都设置有过水孔22，如图2所示，立式蒸发器内部在底部布置支撑板用于支撑换热管束和圆筒，液位计15布置于立式蒸发器的筒体外侧面位置，测量立式蒸发器内水的液位高度，在上封头设置压力表、温度表，安全阀19，蒸汽出口管20和放散阀21，蒸汽加热管进口6设置于下封头上，排污口管7设置于下封头上，进水口管8设置于下封头上。螺旋换热管束内为流动的铟铋锡液态合金换热工质，筒体11内为除氧水或锅炉用水，筒体内水吸热蒸发后产生2MPa饱和蒸汽用于工业生产。铟铋锡液态合金从立式蒸发器的筒体中部管程总管流入，从立式蒸发器下封头底部流出，所述铟铋锡液态合金管束采用三程螺旋盘管，每程采用双螺旋盘管形式，每程螺旋盘管采用不同盘间距。所述壳程进水口设置在立式蒸发器的筒体下部，所述蒸汽出口设置立式蒸发器上封头顶部，上封头上同时设置测压装置，测温装置，安全阀和检修人孔。

工质进口管1没有法兰结构连接，采用管道焊接方式保证铟铋锡液态合金不泄漏。工质进口管1采用S31608不锈钢材料，管道内部喷涂耐高温防腐材料。工质出口管5没有法兰结构连接，采用管道焊接方式保证铟铋锡液态合金不泄漏。工质出口管5采用S31608不锈钢材料，管道内部涂耐高温防腐材料。

换热管束为螺旋盘管结构，盘管两端头连接于工质进口管1和工质出口管5上；螺旋管束为双盘管结构，不同螺旋管束采用不同盘间距。换热管束设置于立式蒸发器的筒体11中，筒体11顶部为水和蒸汽空间，并在换热器顶部设置汽水分离器。

下封头10、筒体11、上封头17材质为Q345R；上封头17顶部上设置压力表和温度表；上封头17顶部上设置安全阀19和蒸汽出口管20。

在筒体侧壁上设计爬梯，方便检修仪表。筒体11内底部设置支架用于支撑换热管束；

铟铋锡液态合金在盘管内流动，除氧水或锅炉水在立式蒸发器壳体内流动，除氧水或锅炉水吸热后产生蒸汽供生产用。铟铋锡液态合金走管程，即立式蒸发器螺旋换热管内，除氧水或锅炉水走壳程，即立式蒸发器内螺旋换热管外。立式蒸发器螺旋管束固定在圆筒壁上每圈螺旋管束采用不同大小管束间距，内圈管束间距小，外圈管束间距大，确保三圈换热管束内铟铋锡液态合金流速基本相同。除氧水或锅炉水从立式蒸发器底部进入与换热管束中的铟铋锡液态合金进行换热。蒸汽从立式蒸发器上封头顶部排出，经管道连接用户管道使用。

进一步，所述铟铋锡液态合金传热介质为高效换热介质，换热能力强，换热效率高，而且换热均匀。

进一步，低熔点液态合金以铟铋锡为基材，铟铋锡液态合金具有优异的物理性能、较高的导热系数、熔点低、沸点高、运动粘度小等优点，实践使用表明铟铋锡液态合金具有非常好的流动换热能力，广泛应用于石油化工行业、冶金行业等工业余热回收领域，尤其是在高温熔融渣余热回收技术领域。

具体的实施过程如下：

首先高温的铟铋锡液态合金从工质进口管1进入到螺旋换热管束内，经过换热后成为低温的铟铋锡液态合金，从蒸发换热设备下封头10底部流出。除氧水从进水口管6进入到蒸发器内，螺旋管束布置在筒体8下半部分内，与蒸发器内的除氧水进行换热，除氧水吸热后产生蒸汽。在蒸发器上封头10顶部设置压力表12和温度表14，用于测量壳程箱内蒸汽的压力和温度。在上封头上设置安全阀口15，确保换热装置的安全性，同时在蒸发器的筒体上部设置液位计9，用于测量蒸发器内除氧水的液位，检修人孔设置于蒸发器的上封头顶上，并在立式蒸发器内设置爬梯用于清理换热管束污物。铟铋锡液态合金传热介质进入立式蒸发器内的螺旋换热管束7内流动，除氧水进入立式蒸发器的筒体8内，除氧水换热后产生饱和蒸汽用于工业生产或发电。

除氧水从蒸发器筒体11底部进水口8进入到立式蒸发器内，铟铋锡液态合金从工质进口管1进入，流经螺旋换热管束，铟铋锡液态合金与除氧水进行热交换，除氧水吸热热量后气化产生蒸汽，蒸汽从蒸发器上封头17顶部蒸汽出口管20排出进入蒸汽管道供工业使用。铟铋锡液态合金放热后从蒸发器下封头10上工质出口管2流出。蒸发器上封头17上设有压力表和温度表，同时设计有安全阀19装置，蒸发器筒体11上半部设置液位计15，用于监测蒸发器内除氧水的水位。

螺旋换热管束作为铟铋锡液态合金的进口和出口，盛装铟铋锡液态合金。换热管束采用不锈钢材质并在管内部涂敷耐高温的防腐材料，设计成本低，具有较高的经济效益。

所述蒸发器筒体内为除氧水，除氧水吸热气化产生蒸汽，换热效率高，换热均匀。蒸发器筒体，上封头和下封头采用Q345R材质，设计成本低，具有较高的经济效益。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，其特征在于，包括，下封头(10)、筒体(11)、上封头(17)和换热管束；

所述下封头(10)和上封头(17)分别设置在筒体(11)的两端；

所述筒体(11)上布置有工质进口管(1)；所述下封头(10)上布置有工质出口管(5)；换热管束的两端分别与工质进口管(1)和工质出口管(5)连接；所述筒体(11)与下封头(10)之间焊接连接，所述筒体(11)与上封头(17)之间通过法兰(16)连接；所述换热管束包括外圈换热管束(2)、中圈换热管束(3)和内圈换热管束(4)；所述外圈换热管束(2)、中圈换热管束(3)和内圈换热管束(4)均设置在筒体(11)的内部。

2.根据权利要求1所述的一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，其特征在于，所述筒体(11)的内部设有内筒(12)、中筒(13)和外筒(14)，所述内筒(12)、中筒(13)和外筒(14)上均设置有过水孔(22)。

3.根据权利要求2所述的一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，其特征在于，所述外圈换热管束(2)通过卡箍固定在外筒(14)上，所述中圈换热管束(3)通过卡箍固定在中筒(13)上，所述内圈换热管束(4)通过卡箍固定在内筒(12)上。

4.根据权利要求1所述的一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，其特征在于，所述筒体(11)的外侧壁上还设置有液位计(15)。

5.根据权利要求1所述的一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，其特征在于，所述上封头(17)上设置有压力表、温度表、安全阀(19)，蒸汽出口管(20)和放散阀(21)。

6.根据权利要求1所述的一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，其特征在于，所述下封头(10)上设置有蒸汽加热管进口(6)、排污口管(7)和进水口管(8)。

7.根据权利要求1所述的一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，其特征在于，还包括支撑腿(9)，所述支撑腿(9)安装在筒体(11)的底部。

8.根据权利要求1所述的一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，其特征在于，所述上封头(17)上设置有吊耳(18)。

9.根据权利要求1所述的一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，其特征在于，所述筒体(11)内的底部设置用于支撑换热管束的支架。

10.根据权利要求1所述的一种以低熔点液态合金为换热工质的立式螺旋管蒸发器，其特征在于，所述立式螺旋管蒸发器的换热工质采用低熔点铟铋锡液态合金。

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