一种热超导陶瓷金属保护层上升管换热器的制作方法

本实用新型涉及冶金工业余热回收技术领域，特别涉及一种热超导陶瓷金属保护层上升管换热器。

背景技术：

焦炉生产过程中会产生大量高温荒煤气，荒煤气温度高达750℃～820℃，并且含有大量焦油蒸汽、焦粉，荒煤气中还有大量的硫化氢等腐蚀气体。荒煤气余热利用核心装备为上升管换热器，上升管换热器需要承受上述高温、腐蚀、磨损、结焦油等各项恶劣工况。现有技术中设有普通涂层的上升管换热器的导热性低、机械性能差，不仅导致上升管换热器换热效率下降，而且在上升管换热器烧石墨操作过程中，被火焰爆喷冲击波产生的冲击力剥落，导致换热面无保护，发生磨损、腐蚀，引发漏水事故；没有涂层的上升管换热器在使用过程中腐蚀、磨损严重，设备寿命下降，而且引发漏水事故。

因此，在焦化行业高温荒煤气余热利用过程中，迫切需要解决上升管换热器在高温、腐蚀、磨损、结焦油等恶劣工况条件下如何提高设备使用寿命、减少结焦油、提高设备换热效率、提高设备安全性等技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的在高温、腐蚀、磨损、结焦油等恶劣工况条件下如何提高上升管换热器的使用寿命、减少结焦油、提高换热效率、提高安全性等技术问题，本实用新型提供了一种热超导陶瓷金属保护层上升管换热器，在与高温荒煤气接触的上升管换热器表面设置热超导陶瓷金属保护层，热超导陶瓷金属保护层耐高温、高导热、耐腐蚀、机械强度大、耐火焰冲击波爆冲、不易脱落。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种热超导陶瓷金属保护层上升管换热器，包括热超导陶瓷金属保护层，所述热超导陶瓷金属保护层设置在上升管换热器与高温荒煤气的接触面，所述热超导陶瓷金属保护层包括热超导陶瓷和多个耐冲击金属钩，所述耐冲击金属钩包括金属杆和倒钩，所述金属杆的一端与上升管换热器固定连接，所述金属杆沿长度方向设有多个倒钩，每两个所述倒钩之间设有弹性形变部。

所述热超导陶瓷为包含纳米碳化硅和刚玉陶瓷粉的复合粉末。

所述耐冲击金属钩由耐热钢制成。

所述多个倒钩等间距均匀设置。

所述倒钩为弧形倒钩或者尖形倒钩。

所述弹性形变部为折线形或者弧形。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的一种热超导陶瓷金属保护层上升管换热器，上升管换热器与高温荒煤气的接触面设有热超导陶瓷金属保护层，其中，热超导陶瓷包含纳米碳化硅和刚玉陶瓷粉，刚玉陶瓷粉能够防止上升管换热器横截面换热管温度场不均匀导致的结焦油现象，纳米碳化硅能够保证热超导陶瓷的高硬度特性，能有限抵御荒煤气中焦粉的冲刷；金属杆焊接在上升管换热器与高温荒煤气的接触面，能够保证整个热超导陶瓷金属保护层与上升管换热器与高温荒煤气的接触面的连接，且不易脱落，其中，倒钩在结构上勾住热超导陶瓷，提高热超导陶瓷金属保护层强度，防止脱落，弹性形变部能够在冲击波冲击热超导陶瓷的时候，通过弹性变形吸收冲击力，提高热超导陶瓷的使用寿命；热超导陶瓷通过高温烧结形成质地坚硬、具有高辐射吸收能力、不易脱落的热超导陶瓷金属保护层，能够保护上升管换热器的换热管不被腐蚀并将热量快速传导至换热管内部的换热工质。

附图说明

图1是本实用新型提供的热超导陶瓷金属保护层设置在换热管外的结构示意图；

图2是本实用新型提供的热超导陶瓷金属保护层设置在带保护套管的换热管外的结构示意图；

图3是本实用新型提供的耐冲击金属钩的结构示意图，其中(a)为倒钩为弧形倒钩，弹性形变部为折线形的耐冲击金属钩，(b)为倒钩为弧形倒钩，弹性形变部为弧形的耐冲击金属钩，(c)为倒钩为尖形倒钩，弹性形变部为折线形的耐冲击金属钩，(d)为倒钩为尖形倒钩，弹性形变部为弧形的耐冲击金属钩；

图4是本实用新型提供的热超导陶瓷金属保护层在单级上升管换热器上应用的示意图；

图5是本实用新型提供的热超导陶瓷金属保护层在双级上升管换热器上应用的示意图；

图6是本实用新型提供的热超导陶瓷金属保护层在换热管带保护套管的双级上升管换热器上应用的示意图；

图7是本实用新型提供的热超导陶瓷金属保护层在夹层盘管上升管换热器上应用的示意图；

图8是本实用新型提供的热超导陶瓷金属保护层在夹套上升管换热器上应用的示意图。

其中，

1-换热管，2-热超导陶瓷金属保护层，3-弧形倒钩，4-弹性形变部，5-尖形倒钩，6-金属杆，7-保护套管，8-导热介质，9-上法兰，10-下法兰，11-上热电偶，12-下热电偶，13-外壳，14-膨胀节，15-耐火层，16-碳化硅内衬层，17-一级上升管换热器，18-二级上升管换热器，19-换热管带保护套管的一级上升管换热器，20-换热管带保护套管的二级上升管换热器，21-内钢筒一，22-外钢筒一，23-保温层，24-换热工质，25-内钢筒二，26-外钢筒二。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“一”、“二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图8所示，本实用新型提供了一种热超导陶瓷金属保护层2上升管换热器，包括热超导陶瓷金属保护层2，热超导陶瓷金属保护层2设置在上升管换热器与高温荒煤气的接触面，热超导陶瓷金属保护层2包括热超导陶瓷和多个耐冲击金属钩，耐冲击金属钩包括金属杆6和倒钩，金属杆6的一端与上升管换热器固定连接，金属杆6沿长度方向设有多个倒钩，每两个倒钩之间设有弹性形变部4。

热超导陶瓷为包含纳米碳化硅和刚玉陶瓷粉的复合粉末。本实用新型中，热超导陶瓷可以采用现有技术中的热超导陶瓷，也可以为纳米稀土氧化物、纳米碳化硅、鳞片状石墨、粘结剂、刚玉陶瓷粉和氧化锆纤维的复合粉末，其中，纳米稀土氧化物的质量百分比为10％、纳米碳化硅的质量百分比为25％～35％、鳞片状石墨的质量百分比为30％～40％、粘结剂的质量百分比为15％～20％、刚玉陶瓷粉的质量百分比为5％、氧化锆纤维的质量百分比为5％。纳米稀土氧化物为黑体辐射吸收材料，本实施例中采用Y2O3，能够吸收荒煤气高温以及焦炭的红外辐射，提高上升管换热器热效率。刚玉陶瓷粉采用5纳米刚玉陶瓷粉，属于储热材料，具有蓄热功能，能够防止上升管换热器横截面换热管不均匀导致的结焦油现象。纳米碳化硅采用5～10纳米碳化硅，为热导率高并且高硬度的粉体，属于高硬度高导热材料，能够保证热超导陶瓷的高硬度特性，能有效抵御荒煤气中焦粉的冲刷。氧化锆纤维能够在热超导陶瓷中形成网状纤维，提高热超导陶瓷的韧性以及耐火焰冲击的能力。粘结剂采用水凝胶粘结剂。

耐冲击金属钩由耐热钢制成。如图3所示，多个倒钩等间距均匀设置。倒钩为弧形倒钩3或者尖形倒钩5。弹性形变部4为折线形或者弧形。本实用新型中，每两个倒钩之间的距离相等，位于金属杆6远离上升管换热器一端端部的倒钩就是热超导陶瓷金属保护层2外边界。本实施例中，弹性形变部4具体为矩形折线或者S形。

本实用新型中，热超导陶瓷在高温加热条件下，完成烧结过程，形成质地坚硬、具有高辐射吸收能力、不易脱落的热超导陶瓷金属保护层2，也是热导率高于80W/(m·K)的致密涂层，能够保护上升管换热器的换热管1不被腐蚀并将热量快速传导至换热管1内部的换热工质24。金属杆6采用焊接方式与上升管换热器与高温荒煤气的接触面基体焊接在一起，从而保证整个热超导陶瓷金属保护层2与上升管换热器与高温荒煤气的接触面连接，且不易脱落。在实际使用时，倒钩在结构上勾住热超导陶瓷，提高热超导陶瓷金属保护层2强度，防止脱落。弹性形变部4能够在冲击波冲击热超导陶瓷的时候，通过弹性变形吸收冲击力，提高热超导陶瓷的使用寿命，进而提高热超导陶瓷金属保护层2的使用寿命。

本实用新型中，如图1所示，上升管换热器与高温荒煤气的接触面为换热管1外表面时，热超导陶瓷金属保护层2设置在上升管换热器的换热管1外，多个耐冲击金属钩沿换热管1外周向均匀设置，金属杆6的一端与换热管1的外壁焊接连接，热超导陶瓷通过烧结在换热管1外形成热超导陶瓷金属保护层2，热超导陶瓷金属保护层2的厚度决定了倒钩的数量。如图2所示，上升管换热器的换热管1带有保护套管7时，上升管换热器与高温荒煤气的接触面为保护套管7外表面，热超导陶瓷金属保护层2设置在带保护套管7外，多个耐冲击金属钩沿保护套管7外周向均匀设置，金属杆6的一端与保护套管7的外壁焊接连接，热超导陶瓷通过烧结在保护套管7外形成热超导陶瓷金属保护层2，实际使用时，换热管1和保护套管7之间设有导热介质8。

实施例一

如图4所示，热超导陶瓷金属保护层2在单级上升管换热器上应用时，单级上升管换热器与高温荒煤气的接触面为换热管1外表面，热超导陶瓷金属保护层2设置在上升管换热器的换热管1外表面，其中，多个耐冲击金属钩沿换热管1的外周向均匀设置，金属杆6的一端与换热管1的外壁焊接连接，热超导陶瓷通过烧结在换热管1外形成热超导陶瓷金属保护层2，在高温、腐蚀、磨损恶劣工况条件下提高换热管1的使用寿命、减少结焦油、提高设备换热效率，提高设备安全性。本实施例中的单级上升管换热器为现有技术，包括上法兰9、下法兰10、上热电偶11、下热电偶12、外壳13、膨胀节14、耐火层15、碳化硅内衬层16和换热管1。

实施例二

如图5所示，热超导陶瓷金属保护层2在双级上升管换热器上应用时，双级上升管换热器包括一级上升管换热器17和二级上升管换热器18，双级上升管换热器与高温荒煤气的接触面为一级上升管换热器17和二级上升管换热器18的换热管1外表面，一级上升管换热器17和二级上升管换热器18的换热管1外均设有热超导陶瓷金属保护层2，其中，多个耐冲击金属钩沿换热管1的外周向均匀设置，金属杆6的一端与换热管1的外壁焊接连接，热超导陶瓷通过烧结在换热管1外形成热超导陶瓷金属保护层2，在高温、腐蚀、磨损恶劣工况条件下提高换热管1的使用寿命、减少结焦油、提高设备换热效率，提高设备安全性。本实施例中的双级上升管换热器为现有技术，包括上法兰9、下法兰10、上热电偶11、下热电偶12、外壳13、膨胀节14、耐火层15、碳化硅内衬层16和换热管1。

实施例三

如图6所示，热超导陶瓷金属保护层2在换热管带保护套管的双级上升管换热器上应用时，换热管带保护套管的双级上升管换热器包括换热管带保护套管的一级上升管换热器19和换热管带保护套管的二级上升管换热器20，换热管带保护套管的双级上升管换热器与高温荒煤气的接触面为保护套管7外表面，其中，换热管1的保护套管7外表面均设有热超导陶瓷金属保护层2，多个耐冲击金属钩沿保护套管7的外周向均匀设置，金属杆6的一端与保护套管7的外壁焊接连接，热超导陶瓷通过烧结在保护套管7外形成热超导陶瓷金属保护层2，在高温、腐蚀、磨损恶劣工况条件下提高换热管1的使用寿命、减少结焦油、提高设备换热效率，提高设备安全性。本实施例中的换热管带保护套管的双级上升管换热器为现有技术，包括上法兰9、下法兰10、上热电偶11、下热电偶12、外壳13、膨胀节14、耐火层15、碳化硅内衬层16、换热管带保护套管的一级上升管换热器19和换热管带保护套管的二级上升管换热器20。

实施例四

如图7所示，热超导陶瓷金属保护层2在夹层盘管上升管换热器上应用时，夹层盘管上升管换热器为夹套内置换热管1的结构形式，本实施例中，夹层盘管上升管换热器为现有技术，包括上法兰9、下法兰10、上热电偶11、下热电偶12、外壳13、膨胀节14、保温层23、换热管1、内钢筒一21、外钢筒一22和导热介质8，其中，上法兰9、下法兰10、内钢筒一21和外钢筒一22组成的环形空间为夹层，夹层内设换热管1，换热管1外与夹层之间的空间设有导热介质8。夹层盘管上升管换热器与高温荒煤气的接触面为内钢筒一21的内表面，热超导陶瓷金属保护层2设置在内钢筒一21的内表面，多个耐冲击金属钩沿内钢筒一21内表面的外周向均匀设置，金属杆6的一端与内钢筒一21的内表面焊接连接，热超导陶瓷通过烧结在内钢筒一21的内表面形成热超导陶瓷金属保护层2。实际工作时，荒煤气热量依次通过热超导陶瓷金属保护层2、内钢筒一21、导热介质8、换热管1，传递给换热工质24。内钢筒一21作为第一层传热面，承受高温、腐蚀、磨损的恶劣工况，在内钢筒一21的内表面设置热超导陶瓷金属保护层2在高温、腐蚀、磨损恶劣工况条件下提高内钢筒使用寿命、减少内钢筒一21结焦油、提高设备换热效率、提高设备安全性。

实施例五

如图8所示，热超导陶瓷金属保护层2在夹套上升管换热器上应用时，本实施例中，夹套上升管换热器为现有技术，焦炉上升管换热器，采用夹套的结构形式，包括上法兰9、下法兰10、外壳13、膨胀节14、保温层23、上热电偶11、下热电偶12、内钢筒二25和外钢筒二26，其中，上法兰9、下法兰10、内钢筒二25和外钢筒二26组成的环形空间为夹套，夹套内直接走换热工质24。夹套上升管换热器与高温荒煤气的接触面为内钢筒二25的内表面，热超导陶瓷金属保护层2设置在内钢筒二25的内表面，多个耐冲击金属钩沿内钢筒二25内表面的外周向均匀设置，金属杆6的一端与内钢筒二25的内表面焊接连接，热超导陶瓷通过烧结在内钢筒二25的内表面形成热超导陶瓷金属保护层2。实际工作时，荒煤气热量依次通过热超导陶瓷金属保护层2、内钢筒二25，传递给换热工质24，内钢筒二25作为第一层传热面，承受高温、腐蚀、磨损的恶劣工况，在内钢筒二25内表面设置热超导陶瓷金属保护层2在高温、腐蚀、磨损恶劣工况条件下提高内钢筒二25使用寿命、减少内钢筒二25结焦油、提高设备换热效率、提高设备安全性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。