一种用于冶炼厂的蒸发设备

技术领域

本发明属于冶炼设备技术领域，具体涉及一种用于冶炼厂的蒸发设备。

背景技术

钢铁厂炼铁、炼钢过程排出的熔融渣温度可达1500℃，熔融渣含热量高，是高品位热能资源。每年熔融渣的产量巨大，这些熔渣传统的处理方式几乎都是采用水淬工艺，该工艺方法不能高效回收熔融渣中的高温热能，并且造成了水资源的浪费，同时对环境和土壤也会造成一定污染。因此从上世纪70年代后期开始，开始广泛关注和大力开发干法粒化熔渣技术，经过不断研究努力，其中采用高速旋转的转盘将置入其中的熔融渣离散成渣的方法成为主流，这种方法称为离心粒化法。离心粒化法基本原理是通过离心力的作用使熔渣从转盘边缘被抛离出去，从而将熔渣机械粒化。从上世纪90年代后期开始，上述方法在国内钢铁厂和相关研究科研院所机构实验室都做了大量试验，有些厂家还做了中试试验，但都没能向工业化生产推广。

炼铁炼钢等的冶金行业，能源消耗巨大，2017年某钢铁行业液态熔渣产生量高达3亿吨，每吨熔渣含有显热相当于60kg标准煤，热回收意义极大。对于液态熔渣显热回收技术，目前还没有全面推广的高效回收装置，大量显热能量白白耗散，造成能源浪费，且高温熔渣进行单独处理时需要冷却处理，浪费冷却资源，耗时耗力，回收成本高，节能减排潜力十分巨大。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种用于冶炼厂的蒸发设备，能够有效从高温熔渣中进行换热，对高温熔渣的热量进行回收，回收效率高，避免了能源浪费。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于冶炼厂的蒸发设备，包括筒体和支架，在所述筒体的内部竖直设置有若干螺旋换热管，所述若干螺旋换热管的顶部设置有液态金属进口管，所述若干螺旋换热管的底部设置有液态金属出口管，在所述筒体的顶部和底部分别固定设置有上封头和下封头，在所述下封头的底部中心设置有排污口管，并在所述筒体底部的一侧固定设置有进水口管，在所述上封头的顶部设置有蒸汽出口；

所述支架与所述筒体可拆卸连接，所述支架的支腿底部高度低于所述下封头上排污口管的高度。

进一步地，所述若干螺旋换热管在筒体内部通过若干支架进行固定。

进一步地，所述筒体上部设置有液位计。

进一步地，所述上封头上设置有检修孔。

进一步地，所述上封头和所述下封头分别与所述筒体焊接连接。

进一步地，所述若干螺旋换热管的顶部和所述液态金属进口管位于所述筒体的中部。

进一步地，所述上封头的顶部设置有压力表和温度表。

进一步地，所述上封头的顶部设置有安全阀。

进一步地，所述筒体采用Q345R材料制作而成。

进一步地，所述液态金属进口管和所述液态金属出口管分别采用S31608不锈钢材料制作而成，在所述液态金属进口管和所述液态金属出口管内部分别喷涂有耐高温防腐涂层。

相较于现有技术，本发明的优点在于：

本发明的一种用于冶炼厂的蒸发设备，通过在支架上设置筒体，并在筒体的内部竖直设置有若干螺旋换热管，在若干螺旋换热管的顶部和底部分别设置液态金属进口管和液态金属出口管，在筒体的顶部和底部分别设置上封头和下封头，并在筒体的底部侧边上设置进水口管，在上封头的顶部设置蒸汽出口，使得镓基液态金属作为换热工质从液态金属进口管流入到筒体中，从液态金属出口管流出，并将除氧水从进水口管注入到筒体内，在高温镓基液态金属的作用下将除氧水进行气化，并将气化所产生的水蒸气通过外部管道进行输出利用，从而能够有效从高温熔渣中进行换热，对高温熔渣的热量进行回收，避免了能源的浪费，又使液态金属形成自上而下螺旋换热路径，管内流动路径更长，液态金属沿换热管内均匀流动，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，进一步保障了换热效果，避免了能源的浪费，使得除氧水蒸发更加充分，热能利用更加充分；同时将支架的支腿底部高度低于下封头上排污口管的高度，使得排污口管的下方便于防止排污口管排出的杂质，便于作业，提高了换热效率。

进一步地，通过将若干螺旋换热管在筒体内部通过若干支架进行固定，避免了若干螺旋换热管在筒体内部发生晃动和脱落，保障了换热的持续稳定运行。

进一步地，在筒体上部设置有液位计，使得通过液位计能够观察筒体内部的除氧水的高度和占比，避免了筒体内部的除氧水容量太多换热效果不充分的问题，同时避免了筒体内部因除氧水的容积过大造成筒体内部压力过大的问题。

进一步地，通过在上封头上设置有检修孔的结构，便于对筒体进行检修作业。

进一步地，通过将上封头和下封头分别与筒体进行焊接连接，保障了筒体密封性。

进一步地，通过在上封头的顶部设置压力表和温度表的结构，能够对筒体内部除氧水和蒸汽的温度和压力进行检测，保障了作业安全的同时，还能检测筒体内部是否发生故障。

进一步地，通过安全阀的结构，使得当筒体内部的蒸汽压过多，压力过大时，能够通过安全阀进行卸压，保障了换热的安全性。

进一步地，通过将筒体采用Q345R材料制作而成，使得筒体具有一定强度的同时，原材料造假更低，节约了成本。

进一步地，通过将液态金属进口管和所述液态金属出口管分别采用S31608不锈钢材料制作而成，并在液态金属进口管和液态金属出口管内部分别喷涂有耐高温防腐涂层，使得液态金属进口管和液态金属出口管具有一定的强度，同时具备防腐蚀作用，提高了使用寿命和使用安全性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明一种用于冶炼厂的蒸发设备的整体结构示意图；

其中：1、液态金属进口管；2、液态金属出口管；3、排污口管；4、支腿；

5、下封头；6、进水口管；7、螺旋换热管；8、筒体；9、液位计；10、上封头；11、检修孔；12、压力表；13、蒸汽出口；14、温度表；15、安全阀；16、支架。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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发明中的具体含义。

本发明的目的在于针对现有技术中存在的技术问题，提供一种新型蒸发系统设备。本发明蒸发系统设备简单，易操作，结构可靠，其方式是将从1500℃高温熔融的高炉渣换热得到的温度为550℃的液态金属，550℃液态金属通过与常温水进行换热回收热量，将水从液态转变为气态，得到工业可使用的高品质蒸汽，达到回收利用热量目的。

具体地，本发明采用镓基液态金属作为换热工质，从液态金属进口管和液态金属出口管流入和流出；镓基液态金属在常温下呈液态，用于代替传统的换热工质水，可节省大量水源，也避免产生有害水蒸气，且其运动粘性比较小，导热系数高，传热速率快，换热效率高，是一种非常理想的换热工质。本发明采用的镓基液态金属具有较高的沸点，在100℃～1000℃内都不会发生相变。因此在蒸发器系统换热过程中液态金属可以一直保持液态，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。

本发明除氧水吸收热量产生2MPa饱和蒸汽，无需再增加汽包或者蒸汽蓄热器。蒸汽输出连续，产气量平稳，可直接用于工业生产。优选地，筒体8内除氧水量占筒体8容积的70％-90％。具体地，除氧水在进行换热和作业时，采用外部压力设备注入到筒体8中。

本发明采用的换热单元由液态金属入口管道、出口管道、螺旋盘管换热管束等组成，使液态金属形成自上而下螺旋换热路径，管内流动路径更长，液态金属沿换热管内均匀流动，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。

一种用于冶炼厂的蒸发设备，如图1所示，包括筒体8和支架16，在筒体8的内部竖直设置有若干螺旋换热管7，若干螺旋换热管7的顶部设置有液态金属进口管1，若干螺旋换热管7的底部设置有液态金属出口管2，在筒体8的顶部和底部分别固定设置有上封头10和下封头5，在下封头5的底部中心设置有排污口管3，并在筒体8底部的一侧固定设置有进水口管6，在上封头10的顶部设置有蒸汽出口13；支架16与筒体8可拆卸连接，支架16的支腿4底部高度低于下封头5上排污口管3的高度。

优选地，筒体8为圆柱形结构，若干螺旋换热管7在筒体8圆柱形结构的内部环绕分布，连接于若干螺旋换热管7顶部和底部的液态金属进口管1，若液态金属出口管2均为环形结构。

具体地，蒸汽从筒体8的上封头10顶部的蒸汽出口13排出，连接用户蒸汽管道活外部工业用气管道。

具体地，本发明的一种用于冶炼厂的蒸发设备，采用镓基液态金属为传热介质，外形设计为立式结构，换热管采用螺旋盘管式结构，系统包括液态金属进口管1和液态金属出口管2，液态金属进口管布置在蒸发设备筒体上，液态金属出口管布置于蒸发设备下封头5底部。筒体8连接上封头10和下封头5，螺旋换热管7布置在筒体8内，液位计9布置于筒体侧面靠上位置，检修孔11设置于上封头顶部位置，上封头设置压力表12，蒸汽出口13，温度表14，安全阀口15，进水口管6设置于筒体侧面下部，排污口管3设置于下封头正下方，在换热管束的底部、中部、上部分别设置换热管束的支撑支架，防止螺旋式换热管受重力作用发生变形，换热管7内为流动的液态金属换热工质，筒体8内为除氧水，除氧水换热蒸发后产生饱和蒸汽用于工业生产。

具体地，支撑支架为圆环行结构，在圆环形结构上设置有用于若干螺旋换热管7一一对应的卡槽，使得若干螺旋换热管7一一卡接于卡槽内，完成若干螺旋换热管7的固定，支撑支架的一端与筒体8的内壁固定连接，另一端为自由端，用于固定若干螺旋换热管7，当有多排若干螺旋换热管7环绕于筒体8的内部时，支撑支架上对应设置有用于若干螺旋换热管7的通孔，将若干螺旋换热管7通过通孔限制若干螺旋换热管7换热时产生的摆动。

具体地，液态金属进口管1、液态金属出口管2、排污口管3、蒸发设备支腿4、下封头5、进水口管6、换热管束7、筒体8、液位计管口9、上封头10；筒体8连接下封头5和上封头10，采用焊接方式连接成一个整体。换热管束7只布置在筒体8下半部，液位计管口9布置于筒体上半部，监测水位；检修孔11位于上封头上，筒体内部设置爬梯装置，方便检修；压力表12、蒸汽出口管13和温度表14都设置在上封头顶部；安全阀15位于上封头上；进水口管6设置在筒体侧面底部；排污口管3设置于下封头底部；此蒸发设备装置系统的换热管内为液态金属，筒体内为除氧水，液态金属介质放热后，除氧水吸热后汽化产生蒸汽。

具体地，若干螺旋换热管7在筒体8内部通过若干支架16进行固定。具体都，若干螺旋换热管7管束采用螺旋盘管束，液态金属在螺旋换热管束内流动，除氧水在筒体8的螺旋换热管7外流动。除氧水从筒体8侧面底部进入与换热管束中的液态金属进行换热，换热效率高，换热均匀。换热管束采用S31608不锈钢材质,并在管内部涂敷耐高温的防腐材料，设计成本低，具有较高的经济效益。

具体地，若干螺旋换热管7之间采用焊接连接，确保筒体8内液态金属管束尽可能减少泄露点，保障换热效果。

具体地，筒体8上部设置有液位计9，使得通过液位计9能够观察筒体8内部的除氧水的高度和占比，避免了筒体8内部的除氧水容量太多换热效果不充分的问题，同时避免了筒体8内部因除氧水的容积过大造成筒体8内部压力过大的问题；优选地，液位计9的数量为两个，分别为最低液位计和最高液位计，以此来限制筒体8的除氧水的容积保持在一定范围内，避免除氧水容积过高过低带来的问题。

具体地，上封头10上设置有检修孔11，如此设置，便于对筒体进行检修作业。

具体地，上封头10和下封头5分别与筒体8焊接连接。

具体地，若干螺旋换热管7的顶部和液态金属进口管1位于筒体8的中部；筒体8的上半部作为水和蒸汽空间。

具体地，上封头10的顶部设置有压力表12和温度表14，如此设置，能够对筒体内部除氧水和蒸汽的温度和压力进行检测，保障了作业安全的同时，还能检测筒体内部是否发生故障。

具体地，上封头10的顶部设置有安全阀15，如此设置，使得当筒体内部的蒸汽压过多，压力过大时，能够通过安全阀进行卸压，保障了换热的安全性。

具体地，筒体8采用Q345R材料制作而成。

具体地，液态金属进口管1和液态金属出口管2分别采用S31608不锈钢材料制作而成，在液态金属进口管1和液态金属出口管2内部分别喷涂有耐高温防腐涂层。

具体地，本发明的一种用于冶炼厂的蒸发设备，首先高温的液态金属从液态金属进口管1进入到螺旋换热管7内，经过换热后成为低温的液态金属，从蒸发设备下封头5底部流出。蒸发设备内的换热管束用十字支撑架分层支撑。除氧水从进水口管6进入到蒸发设备内，螺旋管束布置在筒体8下半部分内，与蒸发设备内的的除氧水进行换热，除氧水吸热后产生蒸汽。在蒸发设备上封头10顶部设置压力表12和温度表14，用于测量壳程箱内蒸汽的压力和温度。在上封头上设置安全阀口15，确保换热装置的安全性，同时在蒸发设备的筒体上部设置液位计9，用于测量蒸发设备内除氧水的液位，检修人孔11设置于蒸发设备上封头顶上，并在蒸发器内设置爬梯用于清理换热管束污物。

此外，除氧水从蒸发设备筒体8底部进水口管6进入到蒸发器内，液态金属从液态金属进口管1进入，流经螺旋换热管束7，液态金属与除氧水进行热交换，除氧水吸热热量后气化产生蒸汽，蒸汽从蒸发设备上封头10顶部蒸汽出口管13排出进入蒸汽管道供工业使用。液态金属放热后从蒸发设备下封头5上液态金属出口管2流出。蒸发设备上封头10上设有压力表12和温度表14，同时设置有安全阀15装置，蒸发设备筒体8上设置液位计9，用于监测蒸发设备内除氧水的水位。

液态金属传热介质进入蒸发器内的螺旋换热管束7内流动，除氧水进入蒸发器筒体8内，除氧水换热后产生饱和蒸汽用于工业生产。液态金属传热介质以镓基材料为基础的高效换热介质，换热能力强，换热效率高，而且换热均匀。

蒸发设备筒体内为除氧水，除氧水吸热气化产生蒸汽，换热效率高，换热均匀。蒸发设备筒体，上封头和下封头采用Q345R材质，设计成本低，具有较高的经济效益。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。