CN100451528C - 废热锅炉 - Google Patents

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Abstract

废热锅炉，包括大量传热管(3)和设置在中央的旁路管(4)，它们分别具有入口端(5)和出口端(6)；包括用来在管子(3，4)外壳面上引入水(31)的装置(7)；包括用来将高温废气流(27)引入管子入口端(5)并使废气流(27)穿过管子的装置(8)；包括用来引出水/蒸汽的装置(9)和用来引出冷却的废气流的装置(10)；包括调节装置(11)，其中可通过设置在旁路管出口端上的并可借助于调节装置轴向调整的栓塞(12)调节旁路管内的气体流通速度和流量；栓塞可通过冷却介质(32)冷却，并伸入旁路管的锥形扩大的出口端内，气体流通横截面(22)在气体流通区(21)内与开启的栓塞(12)的位置无关地均匀或不均匀地扩大。

Description

废热锅炉
技术领域
本发明涉及一种废热锅炉，它在一圆柱形外壳内包括大量传热管和一个设置在中央的旁路管，它们分别具有入口端和出口端并包括一调节装置，以便将废热锅炉排气温度保持在一定的温度范围内。本发明特别是涉及一种废热锅炉，为了控制废热锅炉排气温度，其调节装置装在旁路管的出口端上。
背景技术
对于许多化学和石油化学过程，废热锅炉需要使不同的气态和/或液态介质流过管子及外壳面(通道侧)。这里，通常将来自工作过程的高温废气输送给作为管束设置在废热锅炉外壳内的传热管以及旁路管。高温废气在流过传热管时将其热量输送给外壳一侧的冷却介质，通常是水，接着在冷却状态下从废热锅炉中引出。为了能够将废热锅炉排气温度保持在一定的温度范围内，必需借助于一受调节的旁路来控制排气温度。这例如可以借助于调节阀门或旋转式可调节流阀或调节栓塞进行，它们装在旁路管出口端上。由文献DE AS 28 46 455或EP 0 356 648A1已知这种调节装置。
因为在废热锅炉旁路管内的废气具有非常高的温度，并在大多数情况下还以很高的速度流过，设置在旁路管出口端上的调节机构，例如调节阀或调节栓塞，受到高的热负荷。在目前所用的调节栓塞中存在这样的缺点，即，从开启的旁路管出口端流出的废气形成强的缕从而造成在排气室壁上产生热斑的危险。一个或多个这种热斑引起排气室壁的热损坏，这又导致不希望的维修周期缩短和废热锅炉寿命的降低。
发明内容
本发明的目的是，提供一种调节栓塞，它一方面可以承受高的废气温度，另一方面避免在废气从旁路管出口端排出时形成高温的缕。
为此，本发明提供一种废热锅炉，所述废热锅炉在一圆柱形外壳内包括大量传热管和一个设置在中央的旁路管，它们分别具有入口端和出口端；所述废热锅炉包括一与外壳固定在一起的装置，用于在管子的外壳面上引入水；所述废热锅炉包括一用于将高温废气流引入管子的入口端并使废气流穿过管子在管子外壳面上与水进行间接热交换的装置，以便产生蒸汽和冷却所引入的废气流；所述废热锅炉包括一用来引出所产生的水/蒸汽的装置和一用来引出经冷却的废气流的装置；所述废热锅炉包括一调节装置，以使废热锅炉排气温度保持在一定的温度范围内，其中，可通过一设置在旁路管出口端处的并可借助于调节装置轴向调整的栓塞来调节在旁路管内的气体流通速度和流量；其中，所述栓塞可通过冷却介质冷却，并伸入沿废气流的流动方向看呈锥形扩大的旁路管出口端内，并且，气体流通横截面在由出口端的内轮廓和栓塞的外轮廓相互搭接的气体流通区内与开启的栓塞的位置无关地沿废气流的流动方向看均匀或不均匀地扩大。
这里，本方案规定，栓塞可以通过冷却介质冷却，并伸入沿废气流动方向看锥形扩大的旁路管出口端内，并且，气体流通横截面在位于出口端内轮廓和栓塞的外轮廓之间的气体流通区内沿废气流的流动方向看均匀或不均匀地扩大，与处于开启状态的栓塞的位置无关。
通过本发明的方案提供了一种废热锅炉，它具有以下优点：
-通过在废气出口处避免高温缕而使排气室壁保持不损坏并提高废热锅炉的使用寿命。由此也可以延长维护周期，
-通过栓塞的冷却避免了由热引起的栓塞的腐蚀，并显著改善和提高调节机构的功能及寿命。
栓塞以有利的方式沿废气流流动方向看在其位于下游的端部处设计有一相对于栓塞中部径向突起的栓塞碟形板，以使废气流向基本完全径向的方向偏转。通过高温废气流的偏转，大致成直角地引出从传热管中流出并冷却过的废气，使它形成涡流，并使在高温废气流中可能存在的气缕散开。为了实现使高温废气流可靠地转向约90°，栓塞碟形板的外径Dt构造得至少为栓塞顶板外径Dk的1.5倍。
在本发明的有利结构中，栓塞中部的外轮廓在其纵向长度上具有一至少局部圆柱形的区域。结合沿废气流动方向看旁路管的锥形扩大的出口端，栓塞的该圆柱形区域造成一种在流体力学方面有利的在气体流通区内的横截面扩大，这带来良好的扩散效果，同时造成气流速度的急剧降低。
栓塞中部的外轮廓有利地在其纵向长度上至少局部具有一锥形区，其中，以特别有利的方式使栓塞中部的这个锥形区的锥度相当于旁路管的锥形出口端的锥度。在旁路管出口端内轮廓和栓塞中部外轮廓锥形区大致平行的结构设计中，通过沿气体流通方向看气体流通横截面的扩大(沿气流方向圆环形横截面的径向尺寸加大，因此圆环横截面本身也加大)同样达到扩散效果，并降低废气速度。
使锥形的栓塞中部至少一个区域的锥度不同于锥形出口端的锥度，其中这个区域的锥度与旁路管出口端的锥度相比沿废气流流动方向看发散地分布，通过这种方式可以更加强化扩散效果，并从而降低废气速度。
一种有利的结构规定，与栓塞相连的栓塞柄可借助于冷却介质冷却，并可通过栓塞柄将冷却介质输送给栓塞。通过这个措施保证了栓塞柄不会遭受由热引起的损坏，并且冷却介质以在结构和制造方面简单的方式输送给栓塞。这里，栓塞和/或栓塞柄可以设计为仅仅可以单通道冷却，使得冷却介质在其穿过栓塞柄和/或栓塞之后从它里面流出并进入从旁边流过的废气流中。这种结构得到一种设计和构造简单的方案，其中，进入废气流的冷却介质进一步冷却和同时清除高温废气流。
为了避免在旁路管出口端处的过热和腐蚀，旁路管的锥形的出口端最好在其内侧配备衬壁。在有利的结构中，旁路管与传热管相比具有较大的内径，以便在必要时可以流过相当高的废气量。
本发明一种有利的结构规定，引导冷却介质穿过栓塞和/或柄部的引导装置与栓塞和/或栓塞柄的外壁匹配，使得在外壁和引导装置之间形成一间隙，冷却介质可被引导通过该间隙。
附图说明
下面借助于附图和说明详细解释本发明的实施例，
附图表示：
图1废热锅炉的纵剖视图，
图2废热锅炉旁路管出口端的纵剖视图，其排气温度借助于设置在旁路管出口端处的栓塞调节，
图3同图2，但是栓塞的结构不同，
图4同图2，但是另一种可供选择的栓塞结构，
图5同图2，但是栓塞的结构不同。
具体实施方式
图1以纵剖视图示意表示一废热锅炉1。这种废热锅炉是不同的化学和石油化学过程所需要的。废热锅炉1具有一外壳2，它包裹着大量传热管3和一个设置在中央的旁路管4，其中管子3、4在其入口及出口端5、6处被管端板28包围，使得在外壳2及端板28内形成一个用来导通用于冷却高温废气流27的冷却介质31的空腔。最好具有比传热管3大的直径的旁路管4可以在其长度上部分或完全隔热，以便在旁路管4上有时温度非常高的废气27可以不向冷却介质31传输过多的热量流过废热锅炉1。沿废气27流动方向看，亦即平行于废热锅炉1纵轴，在管子3、4入口端5的上游设置一个用来引导高温废气流27的装置8，以及在管子3，4的出口端的下游设置一个用来引出冷却的废气流27的装置10，其中，相应的装置8、10具有至少一个进气室和一个排气室29、30。在外壳一侧，废热锅炉1具有用来引入冷却介质尤其是水的装置7、以及用来排出冷却介质31尤其是水/蒸汽的装置9。在外壳内部，亦即在传热管3区域内，在通过传热管3引入的废气27和输入的水或冷却介质31之间发生间接的热交换，这时高温废气27将热量传送给冷却介质31。
在旁路管4的出口端6处插入一可由调节装置11轴向调整的栓塞12。调节装置11包括一设置在废热锅炉1之外的驱动装置17，它借助于与栓塞12连接的栓塞柄16沿轴向调节栓塞12。为了气体密封之目的，栓塞柄穿过排气室30壁的通道口用一轴套18密封。借助于调节装置11可以在旁路管4的出口端处这样地调整栓塞12，即，使得在废热锅炉1的出口处保持希望的废气27温度或希望的温度范围。如果由于传热管3内壁的污染使导热系数变差并因此使出口处废气温度升高，那么这种调节始终是必要的。在这种情况下，借助于旁路管4和位于其出口端6的调节栓塞12的介入，并通过流过旁路管4的废气流量的减少或加大，对废热锅炉1的排气温度产生影响。通过栓塞12的轴向移动还造成在出口端6和栓塞12区域内气体速度的变化。
因为在旁路管4出口端6除了废气流的排气速度非常高之外还出现气缕，它们在排气室30的壁上造成热斑，按照本发明，为了避免气缕，旁路管4的出口端6沿废气流27的流动方向看设计得锥形扩大。与这个措施相结合，按本发明，栓塞12设计得可通过冷却介质32冷却，并且它伸入旁路管4的锥形扩大的出口端6内，其中，由旁路管出口端6的内轮廓19和栓塞12的外轮廓20形成的圆环形气体流通横截面22在气体流通区域内沿气流方向看均匀或不均匀地扩大。这里，在气体流通区域21内圆环形气体流通横截面22的扩大与处于开启状态的栓塞12的位置无关。相对于旁路管4在轴向延伸的、其长度Ld由栓塞12在旁路管4出口端6内的位置确定的、具有气体流通横截面22的气体流通区21定义为这样的区域21，在该区域内，沿轴向或气流方向看，旁路管出口端6的内轮廓19和栓塞12的外轮廓20按图2至5搭接或相交。栓塞12以强制的方式与旁路管4或其出口端6同心设置。如图2至5中所示，旁路管4的锥形出口端6在其内径上可以设计一衬壁26，以保护旁路管出口端6免受由热引起的腐蚀或侵蚀。
在旁路管4关闭时(未画出)，栓塞12顶板13的边缘与旁路管4或其出口端6的锥体接触，这时栓塞12完全封闭旁路管4的气体流通横截面22或其出口端6。在通过栓塞12的轴向移动从旁路管4或其出口端6中移出而打开旁路管4时，如图5所示，在栓塞12的顶板13或外轮廓20的边缘和旁路管4出口端6的圆锥形内轮廓19之间形成一气体流通横截面22，高温废气通过它以高的速度流出。栓塞12的外轮廓20在栓塞中部14内具有一锥形区24，它相当于旁路管4圆锥形出口端6的锥度。通过沿气体流动方向看旁路管出口端6和栓塞中部14的锥形扩大同时使得它们扩大其横截面的径向尺寸，这就造成了沿气体流动方向看气体流通横截面的连续增加。这与在旁路管出口端6和栓塞12之间的气体流通区21内的扩散效果是意义相同的一因为横截面变大。因此，按照本发明实现了：流过气体流通区21的废气27的高的速度的降低和卸荷。同时存在的气缕也卸荷和散开。
图4表示按本发明设计的栓塞12的另一种方案，其栓塞中部14做成锥形。这里，沿气体流动方向看上游的栓塞中部14的锥形区24相应于旁路管出口端6的锥体，而下游的栓塞中部14的锥形区25则与旁路管出口端6的锥体不同，其中，沿气流方向看，区域25的锥度与旁路管4出口端6的锥度相比发散地分布。在这种结构设计中，气体流通横截面22在气体流通区21内不均匀地扩大，因为横截面22在锥形区25内比在锥形区24内更急剧地扩大，因此在锥形区25内扩散效果加强，在气体流通区21内废气速度可以更急剧地消减。作为按图4的结构的另一种选择，栓塞中部23的锥形区25相对于栓塞中部23的锥形区24可以设置在上游。按图2、3和5，气体流通横截面22在气体流通区21内均匀地扩大。
图2表示按本发明设计的栓塞12的另一种方案，其中，栓塞中部具有一圆柱形区23。这种方案的特点是，在气体流通区21内有高的扩散效果，因为由于沿气流方向看气体流通横截面急剧加大，气体速度会急剧下降。
在从旁路管4的出口端6流出时可能残存的在高温废气流中的气缕可以通过使该气流转向约90°和通过基本上直角地引入从传热管3的出口端6流出的冷却的废气流而消解。所述转向可以借助于一沿气体流动方向看设置在栓塞12下游端部的栓塞碟形板15实现。作用方式是，在旁路管出口端6和栓塞12之间流出的朝向碟形板15的废气流被它偏转约90°，沿径向流出。通过将来自旁路管4的高温废气引入从传热管3出口端6流出的冷却的废气，而使冷热废气产生剧烈的混合，这时可能存在的气缕被消解。按图2、3和4，栓塞碟形板15具有最好至少相当于栓塞顶板13外径Dk 1.5倍的外径Dt。
除了栓塞12外，与栓塞12连接的栓塞柄16最好也通过冷却介质或者说流体32，通常是水，进行冷却，其中，输送给栓塞12的冷却介质32首先经过柄部16，并在流过栓塞12后重新通过柄部16按图2中所示的箭头引出。借助于一导引装置33，冷却介质32例如可以如图2所示从中央亦即导引装置33内部输入，在栓塞12内转向，接着在由导引装置33和柄部16的外壁形成的同心环形横截面内重新经由柄部16输出。
图3表示栓塞12和栓塞柄16通过冷却介质32的单通道冷却，这里，单通道指的是，冷却介质32虽然是在柄部16内部输送给栓塞12，但不再经由柄部16输出。冷却通过使冷却介质32例如在栓塞12顶板13的一开口34处流出来进行，这时冷却介质32被引入从旁边流过的废气流中。引导冷却介质32穿过栓塞12和柄部16的导引装置33可以与栓塞12的外轮廓20或柄部16的外壁匹配，使得在外壁和导引装置33之间形成一间隙，冷却介质32，通常是水，可以流过此间隙。
附图标记表
1废热锅炉            27废气
2外壳                28管端板
3传热管              29进气室
4旁路管              30排气室
5管3、4的入口端      31废热锅炉内的冷却介质
6管3、4的出口端      32栓塞/柄部内的冷却介质
7水引入装置          33导引装置
8高温废气流引入装置  34开口
9水/蒸汽引出装置
10冷却废气流引出装置
11调节装置
12栓塞
13栓塞顶板
14栓塞中部
15栓塞碟形板
16栓塞柄
17调节装置的驱动装置
18轴套
19旁路管出口端内轮廓
20栓塞外轮廓
21旁路管出口端和栓塞间的气体流通区
22气体流通横截面
23栓塞中部上的圆柱形区
24栓塞中部的锥形区
25栓塞中部的锥形区
26衬壁

Claims (13)

1.废热锅炉，所述废热锅炉在一圆柱形外壳(2)内包括大量传热管(3)和一个设置在中央的旁路管(4)，它们分别具有入口端(5)和出口端(6)；
所述废热锅炉包括一与外壳(2)固定在一起的装置(7)，用于在管子(3、4)的外壳面上引入水(31)；
所述废热锅炉包括一用于将高温废气流(27)引入管子(3，4)的入口端(5)并使废气流(27)穿过管子(3，4)在管子外壳面上与水(31)进行间接热交换的装置(8)，以便产生蒸汽和冷却所引入的废气流(27)；
所述废热锅炉包括一用来引出所产生的水/蒸汽(31)的装置(9)和一用来引出经冷却的废气流(27)的装置(10)；
所述废热锅炉包括一调节装置(11)，以使废热锅炉排气温度保持在一定的温度范围内，其中，可通过一设置在旁路管(4)出口端(6)处的并可借助于调节装置(11)轴向调整的栓塞(12)来调节在旁路管(4)内的气体流通速度和流量；
其中，所述检塞(12)可通过冷却介质(32)冷却，并伸入沿废气流(27)的流动方向看呈锥形扩大的旁路管(4)出口端(6)内，并且，气体流通横截面(22)在由出口端(6)的内轮廓(19)和栓塞(12)的外轮廓(20)相互搭接的气体流通区(21)内与开启的栓塞(12)的位置无关地沿废气流(27)的流动方向看均匀或不均匀地扩大。
2.按权利要求1的废热锅炉，其特征为：栓塞(12)沿废气流(27)的流动方向看在其位于下游的端部上设计有一碟形板(15)，用以使废气流(27)在栓塞(12)处向基本完全径向的方向偏转。
3.按权利要求1的废热锅炉，其特征为：栓塞中部(14)的外轮廓(20)在其纵向长度上至少局部具有一圆柱形区(23)。
4.按权利要求1的废热锅炉，其特征为：栓塞中部(14)的外轮廓(20)在其纵向长度上至少局部具有一锥形区(24，25)。
5.按权利要求4的废热锅炉，其特征为：栓塞中部(14)的锥形区(24)的锥度相当子旁路(4)的锥形出口端(6)的锥度。
6.按权利要求4的废热锅炉，其特征为：圆锥形栓塞中部(14)的至少一个锥形区(25)的锥度与旁路管(4)的锥形出口端(6)的锥度不同，其中，这个锥形区(25)的锥度与旁路管(4)出口端(6)的锥度相比沿废气流(27)的流动方向看发散地分布。
7.按权利要求1的废热锅炉，其特征为：与栓塞(12)相连的栓塞柄(16)可借助于冷却介质(32)冷却，冷却介质(32)可通过栓塞柄(16)输送给栓塞(12)。
8.按权利要求7的废热锅炉，其特征为：栓塞(12)和栓塞柄(16)设计为仅仅可以单通道冷却，冷却介质(32)在其流过栓塞柄(16)和栓塞(12)之后从它里面流出并进入废气流(27)中。
9.按权利要求1的废热锅炉，其特征为：栓塞(12)设计为仅仅可以单通道冷却，冷却介质(32)在其流过栓塞(12)之后从它里面流出并进入废气流(27)中。
10.按权利要求2的废热锅炉，其特征为：栓塞碟形板(15)的外径(Dt)至少相当于检塞顶板(13)的外径(Dk)的1.5倍。
11.按权利要求1的废热锅炉，其特征为：旁路管(4)的锥形出口端(6)在其内侧上设计有衬壁(26)。
12.按权利要求1的废热锅炉，其特征为：旁路管(4)与各传热管(3)相比具有较大的内径。
13.按权利要求1至12之任一项的废热锅炉，其特征为：引导冷却介质(32)穿过栓塞(12)和/或栓塞柄(16)的引导装置(33)与栓塞(12)和/或栓塞柄(16)的外壁匹配，使得在外壁和引导装置(33)之间形成一间隙，冷却介质可被引导通过该间隙。
CNB2006101630668A 2005-12-01 2006-11-30 废热锅炉 Expired - Fee Related CN100451528C (zh)

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