一种以液态金属为传热介质的热交换装置的制作方法

本技术属于热交换装置，具体属于一种以液态金属为传热介质的热交换装置。

背景技术：

1、钢铁厂高炉熔渣是高品位热能资源，温度可达1500℃，含热量高，热能回收意义极大。我国每年高炉渣的产量巨大，目前这些高炉熔渣几乎都是采用水淬工艺，该工艺方法不能高效回收高炉渣中的高温热能，并且造成了水资源的浪费，镓基液态金属是一种优异的换热工质，换热能力强。利用镓基液态金属介质可以将1500℃的高炉熔渣中的热量提取出来，换热后的液态金属介质温度可达到550-600℃，如何将这部分热量加以利用，目前还未见在工业中有应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种以液态金属为传热介质的热交换装置，装置简单，结构稳固牢靠，将提取了高温熔融的高炉渣热量的高温镓基液态金属作为换热介质，利用该换热介质与常温除氧水换热，将水从液态转变为气态，得到工业可使用的2mpa的高品质蒸汽，达到回收利用热量目的。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种以液态金属为传热介质的热交换装置，包括密封连通的壳程箱和管程箱，管程箱上半部和下半部采用隔板隔开，壳程箱包括下部的换热区和上部的蒸汽存储区，所述换热区中设置有换热管束，换热管束的进口与管程箱下半部连通用于通入高温镓基液态金属，换热管束的出口与管程箱上半部连通用于排出换热后的低温镓基液态金属，壳程箱换热区底部设置进水口，壳程箱蒸汽存储区顶部设置蒸汽出口，所述高温镓基液态金属为提取了高温熔融的高炉渣热量的高温镓基液态金属。

3、进一步的，所述管程箱和壳程箱之间用管板连接，换热管束的端头固定于管板上。

4、进一步的，换热管束采用u型管束，换热管束采用s31608不锈钢材质并在管内壁喷涂耐高温的防腐材料。

5、进一步的，管程箱下半部开设液态金属进口，上半部开设液态金属出口，液态金属进口管与管程箱下半部的液态金属进口连通，液态金属出口管与管程箱上半部液态金属出口连通。

6、进一步的，液态金属进口管和液态金属出口管都以法兰连接在管程箱上，法兰密封处采用耐高温耐腐蚀金属缠绕垫。

7、进一步的，液态金属进口管和液态金属出口管采用不锈钢材料，并在管内壁涂敷耐高温的防腐涂层。

8、进一步的，所述管程箱采用s31608不锈钢材质并在管程箱内部喷涂耐高温的防腐材料；

9、壳程箱采用q345r材质。

10、进一步的，壳程箱顶部设置有压力表、温度表、安全阀口、检修孔、液位计，压力表用于测量壳程箱内蒸汽的压力；温度表于测量壳程箱内蒸汽的温度；安全阀口用于确保换热装置的安全性；液位计用于测量壳程箱中除氧水的液位；检修孔用于清理换热管束上的污物；壳程箱底部设置有排污口管，用于排出壳程箱内产生污垢。

11、进一步的，在壳程箱内部还设置有换热管支架用于支撑换热管束。

12、与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

13、本实用新型提供一种以液态金属为传热介质的热交换装置，以镓基液态金属作为换热工质，因其换热能力强，本实用新型采用镓基液态金属走管程，除氧水走壳程的方式，换热管束中镓基液态金属流动路径更长，增强换热效果，并且换热管束设置在壳程箱内下半部，壳程箱从其底部进水口通入除氧水，除氧水与换热管束中镓基液态金属换热，产生2mpa饱和蒸汽存储于壳程箱上部，饱和蒸汽经蒸汽出口排出用于工业生产。

14、进一步的，本实用新型以镓基液态金属作为换热工质，镓基液态金属在常温下呈液态，其运动粘性比较小，用于代替传统的以水作为换热工质，不仅节省了水源，而且其因液态金属导热能力更高，传热速率更快，具有明显的换热效率相比传统以水为工质的换热器，因此本实用新型管程侧为液态金属工质可采用小体积装置，壳程侧中需同时盛装水和蒸汽因此需采用大容积装置，使装置机械结构缩小，占地面积更小，节省大量机械材料成本。

15、进一步的，由于镓基液态金属换热能力强，换热速率快的特点，本实用新型的换热管束采用u型换热管束，使液态金属形成往返换热路径，管程流动路径更长，换热效果增强。液态金属沿换热管均匀流动，保证了液态金属在管程中流动的均匀性，使得除氧水和液态金属可以充分换热减少热应力的影响。

16、进一步的，本实用新型采用的液态金属具有较高的沸点，在100℃～1000℃内都不会发生相变。因此在装置的换热过程中可以一直保持液态，不会因相变而产生系统压力过高的问题，降低了换热管的承压，降低换热管成本。

17、进一步的，本实用新型壳程箱依据理论设计容积，满足除氧水吸收热量产生饱和蒸汽平稳，蒸汽、输出连续，产生饱和蒸汽压力为2mpa，可满足保证用户要求的蒸汽压力，无需再增加汽包或者蒸汽蓄热器。

技术特征：

1.一种以液态金属为传热介质的热交换装置，其特征在于，包括密封连通的壳程箱(5)和管程箱(15)，管程箱(15)上半部和下半部采用隔板隔开，壳程箱(5)包括下部的换热区和上部的蒸汽存储区，所述换热区中设置有换热管束(4)，换热管束(4)的进口与管程箱(15)下半部连通用于通入高温镓基液态金属，换热管束(4)的出口与管程箱(15)上半部连通用于排出换热后的低温镓基液态金属，壳程箱(5)换热区底部设置进水口(12)，壳程箱(5)蒸汽存储区顶部设置蒸汽出口(8)，所述高温镓基液态金属为提取了高温熔融的高炉渣热量的高温镓基液态金属。

2.根据权利要求1所述的一种以液态金属为传热介质的热交换装置，其特征在于，所述管程箱(15)和壳程箱(5)换热区通过管板(3)连接，换热管束(4)的端头固定于管板(3)上。

3.根据权利要求1所述的一种以液态金属为传热介质的热交换装置，其特征在于，换热管束(4)采用u型管束，换热管束(4)采用s31608不锈钢材质并在管内壁喷涂耐高温的防腐材料。

4.根据权利要求1所述的一种以液态金属为传热介质的热交换装置，其特征在于，管程箱(15)下半部开设液态金属进口，上半部开设液态金属出口，液态金属进口管(1)与管程箱(15)下半部的液态金属进口连通，液态金属出口管(2)与管程箱(15)上半部液态金属出口连通。

5.根据权利要求4所述的一种以液态金属为传热介质的热交换装置，其特征在于，液态金属进口管(1)和液态金属出口管(2)都以法兰连接在管程箱(15)上，法兰密封处采用耐高温耐腐蚀金属缠绕垫。

6.根据权利要求4所述的一种以液态金属为传热介质的热交换装置，其特征在于，液态金属进口管(1)和液态金属出口管(2)采用不锈钢材料，并在管内壁涂敷耐高温的防腐涂层。

7.根据权利要求1所述的一种以液态金属为传热介质的热交换装置，其特征在于，所述管程箱(15)采用s31608不锈钢材质并在管程箱(15)内部喷涂耐高温的防腐材料；

8.根据权利要求1所述的一种以液态金属为传热介质的热交换装置，其特征在于，壳程箱(5)顶部设置有压力表(6)、温度表(7)、安全阀口(9)、检修孔(11)、液位计(10)，压力表(6)用于测量壳程箱(5)内蒸汽的压力；温度表(7)于测量壳程箱(5)内蒸汽的温度；安全阀口(9)用于确保换热装置的安全性；液位计(10)用于测量壳程箱(5)中除氧水的液位；检修孔(11)用于清理换热管束(4)上的污物；壳程箱(5)底部设置有排污口管(13)，用于排出壳程箱(5)内产生污垢。

9.根据权利要求1所述的一种以液态金属为传热介质的热交换装置，其特征在于，在壳程箱(5)内部还设置有换热管支架(14)用于支撑换热管束(4)。

技术总结
本技术公开一种以液态金属为传热介质的热交换装置，包括密封连通的壳程箱和管程箱，管程箱上半部和下半部采用隔板隔开，壳程箱包括下部的换热区和上部的蒸汽存储区，所述换热区中设置有换热管束，换热管束的进口与管程箱下半部连通用于通入高温镓基液态金属，换热管束的出口与管程箱上半部连通用于排出换热后的低温镓基液态金属，壳程箱换热区底部设置进水口，壳程箱蒸汽存储区顶部设置蒸汽出口。本技术装置简单，结构稳固牢靠，将提取了高温熔融的高炉渣热量的高温镓基液态金属作为换热介质，利用该换热介质与常温除氧水换热，将水从液态转变为气态，得到工业可使用的2MPa的高品质蒸汽，达到回收利用热量目的。

技术研发人员：陈力群,陈学西,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：20221214
技术公布日：2024/1/12