一种焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器的制作方法

本实用新型涉及焦炉上升管余热回收技术领域，特别是指一种焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器。

背景技术：

焦炭在钢铁生产行业中作为重要的还原剂和热能来源。在我国，焦炭生产行业的耗能大约占钢铁行业能源需求的十分之一。在焦炭生产时有大量的热量产生，包括白热焦炭的显热，焦炉荒煤气的显热和燃烧废气的余热，其中焦炉荒煤气的显热约占总热量的36％。焦炉荒煤气出口温度在923k～1073k(650～800℃)，根据很多家焦炭生产企业的经验数据显示，每生产100kg焦炭的荒煤气，其余热就可以生产约1kg蒸汽。按照我国焦炭2015年的产量计算，荒煤气余热回收可产蒸汽3739万吨相当于节约标煤475万吨，节能后的收益十分可观。与干熄焦等成熟的焦炉余能利用技术相比，荒煤气余热回收还处于探索和起步阶段。虽早在几十年前就有前辈探索过相关内容，但是换热介质的泄露、荒煤气结焦、导热油作为介质发生变质、运行费用高等问题未得到解决。因此，设计开发一种焦炉上升管用高效换热器是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器，该换热器换热系数高，可在有限空间内降低焦炉荒煤气的温度，达到焦炉荒煤气余热有效利用的目的。

该换热器包括换热器内壁、冷空气入口、内部变孔隙率无定型金属换热介质和热空气出口，冷空气入口位于换热器上部，热空气出口位于换热器下部，换热器内壁外部包裹内部变孔隙率无定型金属换热介质。

其中，换热器内壁内部接触荒煤气内管。

荒煤气热量通过对流及辐射方式将热量传递给荒煤气内管，荒煤气内管通过导热及固体辐射方式将热量传递给换热器内壁，换热器内壁通过导热及固体辐射方式将热量传递给内部变孔隙率无定型金属换热介质，冷空气通过冷空气入口进入换热器，通过对流方式由内部变孔隙率无定型金属换热介质获得热量，之后由热空气出口流出。

冷空气入口采用切向入口，冷空气采用旋流的方式进入换热器，保证换热器内部气流的均匀。

荒煤气与空气在换热器内逆流流动，提高了换热效率。

荒煤气内管与换热器内壁之间，换热器内壁与内部变孔隙率无定型金属换热介质之间均采用压力紧固。

内部变孔隙率无定型金属换热介质采用无定型金属纤维结构，其换热系数随流速不同为35-50w/(m²·k)。

内部变孔隙率无定型金属换热介质孔隙率沿直径方向变化，靠近换热器内壁侧孔隙率最小，增加接触面积，提高与换热器内壁换热系数，孔隙率随直径增加逐渐增加，增加空气流通面积，减小气体阻力。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，采用逆流的布置方式，使用变孔隙率的无定型多孔介质金属换热介质，可对焦炉上升管荒煤气余热进行有效回收。具体优点如下：

(1)冷空气入口采用切向入口，冷空气采用旋流的方式进入换热器，保证换热器内部气流的均匀。

(2)空气与焦炉荒煤气采用逆流的方式进行流动，提高了换热效率。

(3)焦炉荒煤气内管与换热器内壁之间，换热器内壁与内部变孔隙率无定型金属换热介质之间均采用导热的方式进行热量传递，其连接部位采用压力紧固，增加了接触面积，提高了换热系数。

(4)内部变孔隙率无定型金属换热介质采用无定型金属纤维结构，其换热系数随流速不同可达到35-50w/(m²·k)，远高于常规套管换热器。

(5)多孔介质孔隙率沿直径方向变化，靠近换热器内壁侧孔隙率最小，增加接触面积，提高与换热器内壁换热系数，孔隙率随直径增加逐渐增加，增加空气流通面积，减小气体阻力。

附图说明

图1为本实用新型的焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器结构示意图；

图2为本实用新型的焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器空气入口示意图。

其中：1-换热器内壁；2-冷空气入口；3-热空气出口；4-内部变孔隙率无定型金属换热介质。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器。

如图1所示，该换热器包括换热器内壁1、冷空气入口2、内部变孔隙率无定型金属换热介质4和热空气出口3，冷空气入口2位于换热器上部，热空气出口3位于换热器下部，换热器内壁1外部包裹内部变孔隙率无定型金属换热介质4。

如图2所示，冷空气入口2采用切向入口，冷空气采用旋流的方式进入换热器，保证换热器内部气流的均匀。

该换热器在使用中，焦炉荒煤气在内管通过，换热器内壁1与焦炉荒煤气内管外壁直接接触，荒煤气热量通过对流及辐射方式将热量传递给荒煤气内管，内管通过导热及固体辐射方式将热量传递给换热器内壁1，换热器内壁通过导热及固体辐射方式将热量传递给内部变孔隙率无定型金属换热介质4，冷空气通过冷空气入口2进入换热器，通过对流方式由内部变孔隙率无定型金属换热介质4获得热量，之后由热空气出口3流出。

下面结合具体实施例予以说明。

在实际应用该换热器时，具体工作过程如下：焦炉荒煤气在内管通过，换热器内壁1与焦炉荒煤气内管外壁通过紧固方式直接接触，荒煤气热量通过对流及辐射方式将热量传递给荒煤气内管，内管通过导热及固体辐射方式将热量传递给换热器内壁1，换热器内壁1通过紧固方式与内部变孔隙率无定型金属换热介质4直接接触，通过导热及固体辐射方式进行热量传递，冷空气通过冷空气入口2切向进入换热器(如图2所示)，通过对流方式由内部变孔隙率无定型金属换热介质4获得热量，之后由热空气出口3流出。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器，其特征在于：包括换热器内壁(1)、冷空气入口(2)、内部变孔隙率无定型金属换热介质(4)和热空气出口(3)，冷空气入口(2)位于换热器上部，热空气出口(3)位于换热器下部，换热器内壁(1)外部包裹内部变孔隙率无定型金属换热介质(4)。

2.根据权利要求1所述的焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器，其特征在于：所述换热器内壁(1)内部接触荒煤气内管。

3.根据权利要求1所述的焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器，其特征在于：所述冷空气入口(2)采用切向入口，冷空气采用旋流的方式进入换热器，保证换热器内部气流的均匀。

4.根据权利要求2所述的焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器，其特征在于：所述荒煤气内管与换热器内壁(1)之间，换热器内壁(1)与内部变孔隙率无定型金属换热介质(4)之间均采用压力紧固。

5.根据权利要求1所述的焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器，其特征在于：所述内部变孔隙率无定型金属换热介质(4)采用无定型金属纤维结构，其换热系数随流速不同为35-50w/(m²·k)。

6.根据权利要求1所述的焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器，其特征在于：所述内部变孔隙率无定型金属换热介质(4)孔隙率沿直径方向变化，靠近换热器内壁(1)侧孔隙率最小，增加接触面积，提高与换热器内壁(1)换热系数，孔隙率随直径增加逐渐增加，增加空气流通面积，减小气体阻力。

技术总结
本实用新型提供一种焦炉上升管用变孔隙率无定型多孔介质金属换热器，属于焦炉上升管余热回收技术领域。该换热器包括换热器内壁、冷空气入口、内部变孔隙率无定型金属换热介质和热空气出口，冷空气入口位于换热器上部，热空气出口位于换热器下部，换热器内壁外部包裹内部变孔隙率无定型金属换热介质。该装置采用逆流的布置方式，使用变孔隙率的无定型多孔介质金属换热介质，可对焦炉上升管荒煤气余热进行有效回收，其综合换热系数相对于传统套管式换热器可提高2倍以上。该换热器可在焦炉上升管利用较小的空间实现高效的余热回收，有效降低焦炉荒煤气的温度。

技术研发人员：苏福永;温治
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2020.01.10
技术公布日：2020.09.18