一种以液态金属为工质的上升管换热系统及方法与流程

本发明涉及一种焦炉高温烟气余热回收技术，具体涉及一种以液态金属为工质的上升管换热系统及方法。

背景技术：

1、焦炉炼焦过程中上升管荒煤气温度高达750℃～850℃，且含有大量热量，是高品位热能资源。目前焦炉上升管荒煤气显热回收系统大多采用除氧水作为换热介质，与汽包组成汽水循环系统，汽包由除氧器进行补水，汽包中下降管内的除氧水通过强制循环泵输送到上升管换热器中，与高温荒煤气进行换热，除氧水经过换热后成为两相流汽水混合物，然后经汽包上升管道进入汽包中进行汽水分离，产生饱和蒸汽供工业使用。

2、现有的焦炉上升管荒煤气显热回收系统采用强制循环泵、汽包和上升管换热器等设备组成系统装置，需要建立设备框架楼。系统工作过程中能耗较大，在系统换热不稳定和高温的情况下强制循环泵工作容易导致系统内发生汽蚀，而且系统的结构复杂，设备管道多，占地面积较大。

技术实现思路

1、本发明提供一种以液态金属为工质的上升管换热系统及方法，以解决传统换热系统中强制循环泵工作过程中易导致汽蚀现象，以及换热系统采用汽包装置和框架楼导致设备结构复杂、占地面积大的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种以液态金属为工质的上升管换热系统，包括：液态金属储液箱、液态金属蒸发器和上升管换热装置，液态金属储液箱、液态金属蒸发器和上升管换热装置之间通过液态金属输送管道进行连接；

4、上升管换热装置包括：液态金属支路进口管、液态金属支路出口管、荒煤气进口管、荒煤气出口管和上升管盘管，所述液态金属输送管道包括液态金属支路进口管和液态金属支路出口管，液态金属支路进口管和荒煤气出口管设置在上升管换热装置的上部，液态金属支路出口管和荒煤气进口管设置在上升管换热装置的下部，液态金属支路进口管和液态金属支路出口管之间通过上升管盘管连接，荒煤气出口管内设置温度检测器。

5、进一步地，液态金属储液箱和上升管换热装置之间的所述液态金属输送管道上设置流量监测器、压力检测器和上升管液态金属总进口温度表，上升管换热装置和液态金属蒸发器之间的所述液态金属输送管道上设置流量监测器、压力检测器和上升管液态金属总出口温度表。

6、进一步地，包括若干上升管换热装置，且若干上升管换热装置之间通过液态金属支路进口管和液态金属支路出口管并联连接。

7、进一步地，每个上升管换热装置的液态金属支路进口管上均设置流量监测器。

8、进一步地，液态金属储液箱和上升管换热装置之间的靠近液态金属储液箱的液态金属输送管道上安装液下泵，液下泵配置变频电机。

9、进一步地，液态金属储液箱的底部安装排污管，液态金储液箱的内部安装液位计；液态金属储液箱采用长方体或正方体结构。

10、进一步地，液态金属蒸发器包括：蒸发器下封头、筒体、蒸发器上封头，筒体的上方安装蒸发器上封头，筒体的下方安装蒸发器下封头。

11、进一步地，筒体上设置除氧水进口和蒸发器液位计，除氧水进口设置在蒸发器液位计的下方并靠近蒸发器下封头；筒体内部设置蒸发器盘管，除氧水进口连接蒸发器盘管，除氧水进口处设置流量计。

12、进一步地，蒸发器上封头上设置蒸发器检修孔、蒸汽出口和蒸发器安全阀，蒸汽出口位于液态金属蒸发器内腔的上方，蒸汽出口的两侧分别设置蒸发器检修孔和蒸发器安全阀，蒸汽出口处设置流量计。

13、一种以液态金属为工质的上升管换热方法，基于所述的以液态金属为工质的上升管换热系统，包括以下步骤：

14、s1：液态金属储液箱中的液态金属通过液态金属支路进口管进入上升管换热装置；

15、与此同时，荒煤气通过荒煤气进口管进入上升管换热装置，与所述液态金属进行换热；

16、s2：经过换热后的液态金属通过液态金属支路出口管进入液态金属蒸发器进行换热，产生饱和蒸汽；

17、与此同时，经过换热后的荒煤气通过荒煤气出口管排出；

18、s3：在液态金属蒸发器中换热后的液态金属，通过液态金属输送管道进入液态金属储液箱完成换热。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明提供一种以液态金属为工质的上升管换热系统，包括液态金属储液箱、液态金属蒸发箱和上升管换热装置，上升管换热装置包括液态金属支路进口管、液态金属支路出口管、荒煤气进口管、荒煤气出口管和上升管盘管，本发明采用液态金属为换热工质，取消了传统换热系统中的强制循环泵和汽包给水泵等动力装置，使得能耗更小，且在高温情况下没有强制循环泵工作，避免汽蚀发生，使系统可靠性更高。本发明没有汽包装置，由蒸发器直接产生饱和蒸汽用于工业生产，系统稳定可靠。本发明没有采用汽包装置和泵房装置，无需建立大型框架楼，系统的结构简单，设备单元减小，因此本系统的占地面积大幅度减小。

21、进一步地，本发明在液态金属输送管道上换热前和换热后都设置压力检测器和温度表，在每个液态金属支路进口管都设置流量监测器，以及在液态金属储液箱和液态金属蒸发器上设置液位计进行液位高低检测，使本发明检测控制系统更加完善，系统安全可靠。

22、进一步，本发明采用液下泵作为动力输送，进行变频控制，可以根据实际负载的情况调节电机的转速，从而节约能源消耗，且能提高液下泵的运行效率，使本系统更加安全可靠。

23、本发明提供一种以液态金属为工质的上升管换热方法，在上升管换热装置中液态金属与荒煤气进行换热，放热后的荒煤气温度能够确保大于500℃，防止温度过低产生结焦，吸热后的液态金属进入蒸发器与除氧水进行换热，能够产生2mpa的饱和蒸汽，饱和蒸汽并入总蒸汽系统管网，供工业使用。蒸发器中的放热后的液态金属回流到液态金属储液箱中，能够再次循环输送到上升管换热装置中进行换热。

技术特征：

1.一种以液态金属为工质的上升管换热系统，其特征在于，包括：液态金属储液箱(2)、液态金属蒸发器(4)和上升管换热装置(17)，液态金属储液箱(2)、液态金属蒸发器(4)和上升管换热装置(17)之间通过液态金属输送管道进行连接；

2.根据权利要求1所述的一种以液态金属为工质的上升管换热系统，其特征在于，液态金属储液箱(2)和上升管换热装置(17)之间的所述液态金属输送管道上设置流量监测器、压力检测器和上升管液态金属总进口温度表(19)，上升管换热装置(17)和液态金属蒸发器(4)之间的所述液态金属输送管道上设置流量监测器、压力检测器和上升管液态金属总出口温度表(14)。

3.根据权利要求1所述的一种以液态金属为工质的上升管换热系统，其特征在于，包括若干上升管换热装置(17)，且若干上升管换热装置(17)之间通过液态金属支路进口管(21)和液态金属支路出口管(15)并联连接。

4.根据权利要求3所述的一种以液态金属为工质的上升管换热系统，其特征在于，每个上升管换热装置(17)的液态金属支路进口管(21)上均设置流量监测器。

5.根据权利要求1所述的一种以液态金属为工质的上升管换热系统，其特征在于，液态金属储液箱(2)和上升管换热装置(17)之间的靠近液态金属储液箱(2)的液态金属输送管道上安装液下泵(3)，液下泵(3)配置变频电机。

6.根据权利要求1所述的一种以液态金属为工质的上升管换热系统，其特征在于，液态金属储液箱(2)的底部安装排污管(1)，液态金属储液箱(2)的内部安装液位计；液态金属储液箱(2)采用长方体或正方体结构。

7.根据权利要求1所述的一种以液态金属为工质的上升管换热系统，其特征在于，液态金属蒸发器(4)包括：蒸发器下封头(5)、筒体(7)、蒸发器上封头(10)，筒体(7)的上方安装蒸发器上封头(10)，筒体(7)的下方安装蒸发器下封头(5)。

8.根据权利要求7所述的一种以液态金属为工质的上升管换热系统，其特征在于，筒体(7)上设置除氧水进口(6)和蒸发器液位计(9)，除氧水进口(6)设置在蒸发器液位计(9)的下方并靠近蒸发器下封头(5)；筒体(7)内部设置蒸发器盘管(8)，除氧水进口(6)连接蒸发器盘管(8)，除氧水进口(6)处设置流量计。

9.根据权利要求7所述的一种以液态金属为工质的上升管换热系统，其特征在于，蒸发器上封头(10)上设置蒸发器检修孔(11)、蒸汽出口(12)和蒸发器安全阀(13)，蒸汽出口(12)位于液态金属蒸发器(4)内腔的上方，蒸汽出口(12)的两侧分别设置蒸发器检修孔(11)和蒸发器安全阀(13)，蒸汽出口(12)处设置流量计。

10.一种以液态金属为工质的上升管换热方法，基于权利要求1～9任意一项所述的上升管换热系统，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及焦炉高温烟气余热回收技术，提供一种以液态金属为工质的上升管换热系统及方法，包括：液态金属储液箱、液态金属蒸发器和上升管换热装置，上升管换热装置包括：液态金属支路进口管、液态金属支路出口管、荒煤气进口管、荒煤气出口管和上升管盘管。本发明采用液态金属为换热工质，取消了传统换热系统中的强制循环泵和汽包给水泵等动力装置，使得能耗更小，且在高温情况下没有强制循环泵工作，避免汽蚀发生，使系统可靠性更高。本发明没有汽包装置，由蒸发器直接产生饱和蒸汽用于工业生产，系统稳定可靠。本发明没有采用汽包装置和泵房装置，系统的结构简单，设备单元减小，因此本系统的占地面积大幅度减小。技术研发人员：陈力群,陈学西,刘慧芳,段飞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：2024/1/15