一种复合式上升管过热器及其使用方法与流程

本发明属于焦化余热回收设备，涉及一种复合式上升管过热器及其使用方法。

背景技术：

1、目前，现有的上升管换热器包括盘管换热器和夹套换热器，在工程应用中盘管换热器和夹套换热器只能生产饱和蒸汽，个别项目中用于过热蒸汽生产，但实际效果不理想，不能满足生产需求（过热温度不够且产量不稳定）。

2、夹套换热器用于生产过热蒸汽，存在设备不耐压，随着结焦周期的变化过热蒸汽的温度也周期性的变化，过热蒸汽温度不稳定，且过热能力低。盘管换热器用于生产过热蒸汽，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汽量较低；同时，当结焦过程荒煤气的量以及温度变化较大，导致盘管内部温度场周期变化较大，也同样出现过热蒸汽温度不稳定，不能满足焦化化产粗苯工段洗油再生用的过热蒸汽需求。

3、因此，目前市场上还没有能够将0.6-0.8mpa的低压饱和蒸汽过热至焦化化产粗苯工段洗油再生用的380-450℃过热蒸汽的上升管过热器。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种复合式上升管过热器及其使用方法，以解决现有的上升管换热器过热能力低、温度不稳定且温度低的技术问题。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种复合式上升管过热器，包括：内筒体、套设在所述内筒体外侧的隔离层筒体、套设在所述隔离层筒体外侧的中间筒体以及套设在所述中间筒体外侧的外筒体；

4、所述外筒体的内壁面与所述中间筒体的外壁面之间设置有蒸汽流通腔体，所述外筒体一端设置有蒸汽进口，另一端设置有蒸汽出口；

5、所述中间筒体的内壁面与所述隔离层筒体的外壁面之间设置有储热导热材料，所述隔离层筒体的内壁面与所述内筒体的外壁面之间设置有液态金属导热材料；或者，所述中间筒体的内壁面与所述隔离层筒体的外壁面之间设置有液态金属导热材料，所述隔离层筒体的内壁面与所述内筒体的外壁面之间设置有储热导热材料；

6、所述中间筒体的筒壁沿周向或轴向为波浪形设置；所述储热导热材料为al/si/fe复合材料、lih、al、mg、ca(no3)2、33.4lif/49.5naf/17.1mgf2复合材料、46lif/44naf/10mgf2复合材料、mgzn2、al/si复合材料和al/si/mg复合材料中的一种或几种混合；所述33.4lif/49.5naf/17.1mgf2复合材料，按照质量百分比计，包括33.4%的lif、49.5%的naf和17.1%的mgf2；所述46lif/44naf/10mgf2复合材料，按照质量百分比计，包括46%的lif、44%的naf和10%的mgf2；

7、所述复合式上升管过热器还包括第一法兰和第二法兰；所述第一法兰与所述外筒体、中间筒体、隔离层筒体及内筒体的一端密封固定连接，所述第二法兰与所述外筒体、中间筒体及隔离层筒体的另一端密封固定连接；所述内筒体与第二法兰密封且非固定连接。

8、优选的，所述液态金属导热材料为snpbbi、snpb、snzn、inpb、snpbsb、bipbsnsb和snagsb中的一种或几种的混合，所述液态金属导热材料的熔化温度为350-450℃。

9、优选的，所述储热导热材料的相变温度为550-650℃。

10、优选的，所述外筒体的外侧套设有保温层。

11、进一步的，所述保温层的外侧套设有外保护层。

12、所述的复合式上升管过热器的使用方法，包括：

13、待换热荒煤气从所述内筒体的一端进入，并沿内筒体轴向向内筒体另一端流动；所述待换热荒煤气流动过程中与储热导热材料及液态金属导热材料进行换热，以使所述待换热荒煤气的温度降低，并从所述内筒体的另一端流出；所述待过热的低压饱和蒸汽通过蒸汽进口进入蒸汽流通腔体内，沿着与待换热荒煤气流动方向相反的方向流动，从蒸汽出口流出，使得低压饱和蒸汽过热至所需温度。

14、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

15、本发明所述复合式上升管过热器，在中间筒体和外筒体之间设置蒸汽流通腔体，用于流通需过热的低压饱和蒸汽，相对于盘管，蒸汽流通腔体对低压饱和蒸汽的流动阻力更小。同时在中间筒体和内筒体之间设置液态金属导热材料和储热导热材料，利用液态金属导热材料的高导热系数及流动性和储热导热材料高的储热能力的特点，将荒煤气的高温显热高效的传导给需过热的低压饱和蒸汽，同时由于储热导热材料高的储热能力将荒煤气高温段的热量进行大量存储，在结焦末期荒煤气低温段释放热量，确保中间筒体和内筒体之间的空间内温度一直处于550-650℃之间，稳定传热热侧，避免了因结焦周期导致的荒煤气温度周期变化，进而影响过热蒸汽温度的稳定和过热蒸汽产量。由于液态金属导热材料和储热导热材料将传热热侧温度稳定在一定的高温范围内，使得上升管过热器处于相对稳定的温度范围内，从而避免因温度较大变化导致的材料应力变化，避免出现应力疲劳而造成上升管过热器的损坏，大大提高了上升管过热器的使用寿命和过热效率。本发明所述的上升管过热器可提高过热器的过热温度，有效弥补了现有上升管换热器的产过热蒸汽能力不足，温度不够的缺点，能够满足焦化化产粗苯工段洗油再生用的过热蒸汽温度的需求，可实现替代管式炉，对焦化厂的环保、节能、减排具有重要的意义。此外，本发明所述中间筒体的筒壁沿周向或轴向为波浪形设置，不但能增大与冷侧的换热面积，同时还能提高低压饱和蒸汽的扰动度，提高换热效果。本发明所述内筒体与第二法兰密封且非固定连接，内筒体不承受本体及外界载荷，可进行自由膨胀，避免周期高低温对内筒体材料的损坏。

16、进一步的，通过设置保温层，实现降低热量损失，提高上升管过热器的过热能力；同时，通过设置保温层能够降低上升管过热器表面温度，避免对操作人员的烫伤风险。

技术特征：

1.一种复合式上升管过热器，其特征在于，包括：内筒体（2）、套设在所述内筒体（2）外侧的隔离层筒体、套设在所述隔离层筒体外侧的中间筒体以及套设在所述中间筒体外侧的外筒体（5）；

2.根据权利要求1所述的复合式上升管过热器，其特征在于，所述液态金属导热材料（3）为snpbbi、snpb、snzn、inpb、snpbsb、bipbsnsb和snagsb中的一种或几种的混合，所述液态金属导热材料（3）的熔化温度为350-450℃。

3.根据权利要求1所述的复合式上升管过热器，其特征在于，所述储热导热材料（4）的相变温度为550-650℃。

4.根据权利要求1所述的复合式上升管过热器，其特征在于，所述外筒体（5）的外侧套设有保温层（6）。

5.根据权利要求1所述的复合式上升管过热器，其特征在于，所述保温层（6）的外侧套设有外保护层（7）。

6.权利要求1-5任一项所述的复合式上升管过热器的使用方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明属于焦化余热回收设备技术领域，提供一种复合式上升管过热器及其使用方法，所述复合式上升管过热器在中间筒体和外筒体之间设置蒸汽流通腔体，用于流通需过热的低压饱和蒸汽，相对于盘管，蒸汽流通腔体对低压饱和蒸汽的流动阻力更小；同时在中间筒体和内筒体之间设置液态金属导热材料和储热导热材料，利用液态金属导热材料高导热系数及流动性和储热导热材料高的储热能力的特点，将荒煤气的高温显热高效传导给需过热的低压饱和蒸汽，同时由于储热导热材料高的储热能力将荒煤气高温段的热量进行大量存储，在结焦末期荒煤气低温段释放热量，稳定传热热侧，避免因结焦周期导致的荒煤气温度周期变化，进而影响过热蒸汽温度的稳定和过热蒸汽产量。技术研发人员：陈力群,李军辉,陈学西受保护的技术使用者：陕西驭腾能源环保科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/1