[發明專利]一種焦爐上升管用變孔隙率無定型多孔介質金屬換熱器

在審

• 申請號: 202010027440.1
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111121473A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 蘇福永;溫治
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: F27D17/00
• 分類號: F27D17/00;C10B27/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種焦爐上升管用變孔隙率無定型多孔介質金屬換熱器，屬于焦爐上升管余熱回收技術領域。該換熱器包括換熱器內壁、冷空氣入口、內部變孔隙率無定型金屬換熱介質和熱空氣出口，冷空氣入口位于換熱器上部，熱空氣出口位于換熱器下部，換熱器內壁外部包裹內部變孔隙率無定型金屬換熱介質。該裝置采用逆流的布置方式，使用變孔隙率的無定型多孔介質金屬換熱介質，可對焦爐上升管荒煤氣余熱進行有效回收，其綜合換熱系數相對于傳統套管式換熱器可提高2倍以上。該換熱器可在焦爐上升管利用較小的空間實現高效的余熱回收，有效降低焦爐荒煤氣的溫度。

技術領域

本發明涉及焦爐上升管余熱回收技術領域，特別是指一種焦爐上升管用變孔隙率無定型多孔介質金屬換熱器。

背景技術

焦炭在鋼鐵生產行業中作為重要的還原劑和熱能來源。在我國，焦炭生產行業的耗能大約占鋼鐵行業能源需求的十分之一。在焦炭生產時有大量的熱量產生，包括白熱焦炭的顯熱，焦爐荒煤氣的顯熱和燃燒廢氣的余熱，其中焦爐荒煤氣的顯熱約占總熱量的36％。焦爐荒煤氣出口溫度在923K～1073K(650～800℃)，根據很多家焦炭生產企業的經驗數據顯示，每生產100kg焦炭的荒煤氣，其余熱就可以生產約1kg蒸汽。按照我國焦炭2015年的產量計算，荒煤氣余熱回收可產蒸汽3739萬噸相當于節約標煤475萬噸，節能后的收益十分可觀。與干熄焦等成熟的焦爐余能利用技術相比，荒煤氣余熱回收還處于探索和起步階段。雖早在幾十年前就有前輩探索過相關內容，但是換熱介質的泄露、荒煤氣結焦、導熱油作為介質發生變質、運行費用高等問題未得到解決。因此，設計開發一種焦爐上升管用高效換熱器是十分必要的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種焦爐上升管用變孔隙率無定型多孔介質金屬換熱器，該換熱器換熱系數高，可在有限空間內降低焦爐荒煤氣的溫度，達到焦爐荒煤氣余熱有效利用的目的。

該換熱器包括換熱器內壁、冷空氣入口、內部變孔隙率無定型金屬換熱介質和熱空氣出口，冷空氣入口位于換熱器上部，熱空氣出口位于換熱器下部，換熱器內壁外部包裹內部變孔隙率無定型金屬換熱介質。

其中，換熱器內壁內部接觸荒煤氣內管。

荒煤氣熱量通過對流及輻射方式將熱量傳遞給荒煤氣內管，荒煤氣內管通過導熱及固體輻射方式將熱量傳遞給換熱器內壁，換熱器內壁通過導熱及固體輻射方式將熱量傳遞給內部變孔隙率無定型金屬換熱介質，冷空氣通過冷空氣入口進入換熱器，通過對流方式由內部變孔隙率無定型金屬換熱介質獲得熱量，之后由熱空氣出口流出。

冷空氣入口采用切向入口，冷空氣采用旋流的方式進入換熱器，保證換熱器內部氣流的均勻。

荒煤氣與空氣在換熱器內逆流流動，提高了換熱效率。

荒煤氣內管與換熱器內壁之間，換熱器內壁與內部變孔隙率無定型金屬換熱介質之間均采用壓力緊固。

內部變孔隙率無定型金屬換熱介質采用無定型金屬纖維結構，其換熱系數隨流速不同為35-50W/(m²·k)。

內部變孔隙率無定型金屬換熱介質孔隙率沿直徑方向變化，靠近換熱器內壁側孔隙率最小，增加接觸面積，提高與換熱器內壁換熱系數，孔隙率隨直徑增加逐漸增加，增加空氣流通面積，減小氣體阻力。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

上述方案中，采用逆流的布置方式，使用變孔隙率的無定型多孔介質金屬換熱介質，可對焦爐上升管荒煤氣余熱進行有效回收。具體優點如下：

(1)冷空氣入口采用切向入口，冷空氣采用旋流的方式進入換熱器，保證換熱器內部氣流的均勻。

(2)空氣與焦爐荒煤氣采用逆流的方式進行流動，提高了換熱效率。