一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置的制作方法

本发明涉及热能回收技术领域，尤其涉及一种高温可变导热管式余热回收装置。

背景技术：

炼焦工业是耗能大户，存在许多余热浪费现象。原煤在炭化室进行隔绝空气加热干馏，在煤变成成熟的焦炭过程中，会释放出大量的荒煤气。从焦炉能量支出来看，焦炭显热占37-40％，废气带走热量为18-20％，荒煤气显热占37-40％。荒煤气作为炼焦主要副产物，成分复杂，温度为650-700度，传统工艺釆用70-78度循环氨水急冷工艺，使荒煤气瞬间冷至80-90度，荒煤气中的高温热量被气化的氨与水蒸气吸收，这个过程不仅会耗费大量的高压氨水，而且造成了荒煤气高品质热量的浪费。

目前，现有的炼焦炉上升管荒煤气余热回收技术仍不成熟，由于炼焦荒煤气具有温度高易结碳、温度降低后焦油又易凝出的特点，上升管内壁换热表面易出现焦油冷凝结焦的现象，导致换热效率下降。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，以实现对荒煤气热能的回收利用，同时能够避免上升管内壁换热表面出现焦油冷凝结焦，降低维护难度。

本发明的技术方案是：

高温可变导热管式荒煤气余热回收装置包括上升管和设置于所述上升管内的热管结构和循环取热结构，所述上升管外筒上设置有进水口和出水口，上升管外筒上下两端分别设置有连接法兰，热管内壁紧贴上升管内筒，循环取热结构盘旋焊接在热管上端，循环取热结构及热管外壁均被保温隔热层覆盖。

所述的上升管材料为耐高温防腐蚀不锈钢合金。

所述热管内部工质为液态金属钠、钾或钠钾合金，其上端充入不凝气体如氮气。

所述保温层材料为耐高温高密度泡沫。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明的一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，采用高温热管传热，具有很高的传热能力，以及优良的等温性，可使余热回收装置传热过程的安全性和可靠性更高。

2)本发明的一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，其内部热管为可变导式，由于热管内部充入不凝气体，使得热管具有开关特性，可将荒煤气温度控制在500度以上(荒煤气结焦温度为470度-490度)，从而避免荒煤气结焦导致传热效率下降。

3)本发明的一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，其热管外壁及循环取热部位有耐高温保温隔热层覆盖，一方面防止荒煤气热量传入空气影响热管的开关特性，另一方面防止热量流失，环境污染。

4)本发明的一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，其循环取热结构为盘旋式焊接在热管外壁，增大接触面积，提高传热效率，并采用耐高温耐腐蚀材料可容纳多种循环取热介质。

5)本发明的一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，其壳体使用高温耐腐蚀材料并且结构尺寸大小与原上升管相同，不影响焦化工艺。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-上连接法兰、2-保温隔热层、3-取热介质入口、4-循环取热结构、5-取热介质出口、6-高温可变导热管、7-下连接法兰、8-工质、9-不凝气体、10-上升管内筒、11-上升管外筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明：

如图1所示，一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，包括上升管内筒10、上升管外筒11、循环取热结构4、高温可变导热管6、在上升管内筒10和上升管外筒11的两端分别设置有上连接法兰1和下连接法兰7，高温可变导热管6的内部有工质8和不凝气体9，在高温可变导热管6的外壁盘旋焊接有循环取热结构4，在循环取热结构4、高温可变导热管6和上升管外筒11之间有保温隔热层2，在上升管外筒11上设置有取热介质入口3和取热介质出口5。

所述高温可变导热管6内部工质8为液态金属钠、钾或钠钾合金，其上端充入的不凝气体9为氮气或其他不凝气体。

所述保温隔热层2为耐高温高密度泡沫。

具体实施时，可分为：

第一阶段：当高温荒煤气通过上升管内筒10时，热量由上升管内筒10传入高温可变导热管6，使其蒸发段工质8由液态变为蒸汽，在管内上升进入冷凝段。

第二阶段：冷凝段里的蒸汽将不凝气体体积压缩，冷凝段位置逐渐升高，直至与循环取热结构4接触。

第三阶段：冷凝段高温蒸汽的热量传递至由取热介质入口3进入循环取热结构4中的取热介质中，蒸汽将重新变为液态工质8，靠重力和热虹吸效应回流到蒸发段，继续吸收荒煤气的热量。

第四阶段：携带热量的取热介质再由取热介质出口5传递到装置外部的储能设备中进行热量回收。

第五阶段：通过上述循环，可将荒煤气热量不断回收。

当荒煤气温度低于500度时，蒸发段所产生的蒸汽减少，冷凝段受到不凝气体所施加的压力，使得冷凝段位置下降至不能与循环取热结构4接触，热量将不能发生传递，荒煤气温度将会再次上升，经过数次循环，荒煤气温度将会保持在500度以上，此时高温可变导热管传热效率稳定，从而有效地避免了荒煤气结焦的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，包括上升管内筒10、上升管外筒11、循环取热结构4、高温可变导热管6、在上升管内筒10和上升管外筒11的两端分别设置有上连接法兰1和下连接法兰7，高温可变导热管6的内部有工质8和不凝气体9，在高温可变导热管6的外壁盘旋焊接有循环取热结构4，在循环取热结构4、高温可变导热管6和上升管外筒11之间有保温隔热层2，在上升管外筒11上设置有取热介质入口3和取热介质出口5。

2.根据权利要求1所述的一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，其特征在于：所述的上升管内筒10和上升管外筒11为耐高温不锈钢合金。

3.根据权利要求1所述的一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，其特征在于：所述的高温可变导热管为空心套管式，其管壳材料为高温不锈钢，其内部工质8为金属钠、钾或钠钾合金，不凝气体9为氮气。

4.根据权利要求1所述的一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，其特征在于：所述的保温隔热层2材料为耐高温高密度泡沫。

5.根据权利要求1所述的一种高温可变导热管式荒煤气余热回收装置，其特征在于：所述的循环取热结构4中的取热介质可以为水，氮气或导热油。

技术总结
本发明公开了一种基于热管传热技术的荒煤气余热回收装置，属于热能回收技术领域，包括上升管结构和设置于所述上升管内的高温可变导热管结构，所述上升管外筒上设置有进水口和出水口，循环取热结构盘旋焊接在热管上，上升管外筒和热管之间有保温隔热层。本发明提供的余热回收装置，相比现有技术，能够实现对荒煤气所含热量的回收，同时由于装置内部的高温可变导热管具有开关特性，可避免余热回收装置过度回收上升管内荒煤气的热量，从而避免了与上升管内接触的荒煤气温度过低而结焦并导致换热效率下降的问题，传热效率稳定，降低维护难度。

技术研发人员：宋冰霖;孟国营;崔巍;张馨戈
受保护的技术使用者：中国矿业大学(北京)
技术研发日：2021.04.01
技术公布日：2021.06.11