CN101922874A - 组合式换热器及流化床反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式换热器，包括：环形进料总管，设有用以通入换热介质的第一进料通道以及多个均匀分布的第一出料通道；环形出料总管，与环形进料总管平行设置，环形出料总管设有用于输出换热介质的第二出料通道以及多个均匀分布的第二进料通道；换热单元阵列，由呈圆周排布的换热单元组成，换热单元阵列中各换热单元皆设有一个进料分管和一个出料分管，进料分管通过第一出料通道连接到环形进料总管，出料分管通过第二进料通道连接到环形出料总管。该组合式换热器，换热均匀、制造简单、维护方便，具有换热介质自动回流，热应力自动平衡的特点，还具有局部损坏不会影响整体使用的优点。本发明还提供了一种涉及供热或移热的流化床反应器。
Description
技术领域
本发明涉及换热器领域，尤其是涉及一种组合式换热器及流化床反应器。
背景技术
在工业生产中，涉及到需要供热或移热的反应十分常见。为了实现这种供热或移热的反应，换热器得到了广泛的应用。现有的用于流化床反应器的换热器主要有两种，一种为侧向插入式换热器，一种是整体置入反应器内的换热器。
侧向插入式换热器，是将换热器从反应器筒体的侧面平行插入到反应器的内部。这种换热器虽然结构简单，但由于受到反应器筒体内部空间的限定，使其必须被制成不同的规格，这样便增加了换热器的制作难度和使用费用。同时，由于这种换热器在反应器内部分布不均匀，会使得流化床内温度不均匀而造成反应器内的硫化反应不均匀。
整体置入反应器内的换热器，其形状、大小需要与反应器相适配，同时需要克服温升所带来的热应力的影响，相比而言其结构复杂庞大，制作难度大。而且随反应器的变大，换热管束需要不断增长。这便增加了换热介质在换热管束中流动的阻力，影响换热器的换热效果。并且当换热器中的某段换热管束因热应力过大而导致管热管束破裂时，整个换热器就会被迫停止使用。再者，这种整体置入反应器的换热器的检查与维修也十分困难。
发明内容
本发明目的在于提供一种组合式换热器，解决现有换热器换热不均匀、制造难度大，换热效果不理想，热应力影响大，局部损坏便整体停用的问题。
为此，本发明提供了一种组合式换热器，包括：环形进料总管，设有用以通入换热介质的第一进料通道以及多个均匀分布的第一出料通道；环形出料总管，与环形进料总管平行设置，环形出料总管设有用于输出换热介质的第二出料通道以及多个均匀分布的第二进料通道；换热单元阵列，由呈圆周排布的换热单元组成，换热单元阵列中各换热单元皆设有一个进料分管和一个出料分管，进料分管通过第一出料通道连接到环形进料总管，出料分管通过第二进料通道连接到环形出料总管。
根据本发明的进一步改进，环形进料总管的设置高度低于环形出料总管的设置高度。
根据本发明的进一步改进，环形出料总管设置在高于换热单元阵列的位置，环形进料总管设置在低于换热单元阵列的位置。
根据本发明的进一步改进，环形进料总管、环形出料总管以及换热单元阵列可以采用如下排布方式中的任一种：1)环形进料总管与环形出料总管环绕在换热单元阵列的外周侧；2)环形进料总管与环形出料总管设置在换热单元阵列的内周侧；3)环形进料总管环绕在换热单元阵列的外周侧，环形出料总管设置在所述换热单元阵列的内周侧；4)环形出料总管环绕在换热单元阵列的外周侧，环形进料总管设置在换热单元阵列的内周侧。
根据本发明的进一步改进，在1)与2)的排布方式中，环形进料总管与环形出料总管的大小相等或相应。
根据本发明的进一步改进，换热单元包括：支撑件，为至少3根，相互平行地垂直地面设置；多个盘管单元，与支撑件相连，相互平行地排布在支撑件之间，盘管单元包括在同一水平面内连接在相邻的支撑件之间的多个连接件以及固定设置在连接件上的盘管管线；进料分管，用于连接各盘管管线的进口端；出料分管，用于连接各盘管管线的出口端。
根据本发明的进一步改进，盘管管线呈“S”形排布在位于同一水平面内的多根连接件上。
根据本发明的进一步改进，进料分管设置在换热单元中靠近进料总管的一侧，出料分管设置在换热单元中靠近出料总管的一侧。
根据本发明的进一步改进，盘管单元为单层盘管管线结构或相贯通的双层盘管管线结构。
根据本发明的进一步改进，换热器还包括：加强件，连接在位于同一垂直面内相邻的两个连接件之间。
根据本发明的进一步改进，相邻两个盘管单元间的距离为盘管管线管径的2.5-10倍。
根据本发明的进一步改进，同一水平面内所述盘管单元的相邻盘管管线之间的距离为盘管管径的3.5-10倍。
同时，本发明还提供了一种流化床反应器，其配有一组或多组如上的组合式换热器。
根据本发明的更进一步改进，环形进料总管和/或环形出料总管，设置在换热流化床反应器的外侧。
本发明组合式换热器的优点：根据本发明的组合式换热器，换热均匀、制造简单、维护方便，具有换热介质自动回流，热应力自动平衡的特点，同时该组合式换热器还具有局部损坏不会影响整体使用的优点。根据本发明的组合式换热器适用于任意大小的流化床反应器，尤其适合用于容积较大的流化床反应器。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明，附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：
图1示出了根据发明实施例的组合式换热器在流化床反应器中使用状态的俯视图；
图2示出了根据发明实施例的组合式换热器中换热单元的第一种结构示意图；
图3示出了图2换热单元中盘管单元的结构示意图；
图4示出了根据发明实施例的组合式换热器中换热单元的第二种结构示意图；
图5示出了图4换热单元中盘管单元的结构示意图；
图6示出了根据发明实施例的组合式换热器中换热单元的第三种结构示意图；
图7示出了图6换热单元中盘管单元的结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，如下实施例及附图仅是用于理解本发明，而不能限定本发明的保护范围，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1示出了根据发明实施例的组合式换热器在流化床反应器中使用状态的俯视图。由图1所示，该组合式换热器包括：环形进料总管10、环形出料总管20以及由呈圆周排布的换热单元30所组成的换热单元阵列。其中环形进料总管10上设有用以通入换热介质的第一进料通道11以及多个均匀分布的第一出料通道13；环形出料总管20与环形进料总管10平行设置，其上设有用于输出换热介质的第二出料通道21以及多个均匀分布的第二进料通道23；换热单元阵列由呈圆周排布的换热单元30组成，各换热单元30皆设有一个进料分管31和一个出料分管33，进料分管31通过第一出料通道13连接到环形进料总管10，出料分管33通过第二进料通道23连接到环形出料总管20。
作为一种优选的实施方式，本发明组合式换热器中环形进料总管10的设置高度低于环形出料总管20的设置高度。此时换热介质的流向为下进上出，先流入环形进料总管10，经该环管分布到各换热单元30，然后再从各换热单元汇集到环形出料总管20。更优选地，环形出料总管20设置在高于换热单元阵列的位置，优选高于换热单元阵列0.2m-2.0m处。环形进料总管20设置在低于换热单元阵列的位置，优选低于换热单元阵列0.2m-2.0m处。如此一来，在该组合式换热器使用过程中，当换热介质停止输送时，环形出料总管20、换热单元30阵列以及环形进料总管10间的高度差会促使换热介质回流，而非滞留在换热器内部。
在本发明中，该组合式换热器中环形进料总管10、环形出料总管20以及换热单元30阵列可以采用如下排布方式中的任一种：1)环形进料总管10与环形出料总管20同时环绕在换热单元阵列的外周侧；2)环形进料总管10与环形出料总管20同时设置在换热单元30阵列的内周侧；当采用1)与2)排列方式时，优选环形进料总管10与环形出料总管20的大小相等或相应。3)环形进料总管10环绕在换热单元阵列的外周侧，环形出料总管20放置在换热单元30阵列的内周侧；4)环形出料总管20环绕在所述换热单元阵列的外周侧，环形进料总管10放置在换热单元30阵列的内周侧。
如图2、图4、图6所示，在本发明中，该组合式换热器中换热单元30包括支撑件35、多个盘管单元37、进料分管31以及出料分管33，其中，支撑件35为至少3根，相互平行地垂直地面设置。多个盘管单元37分别与支撑件35相连，并相互平行地排布在支撑件35之间。盘管单元37包括同一水平面内连接在相邻的支撑件35之间的多个连接件373以及固定设置在连接件373上的盘管管线371。进料分管31用于连接盘管管线371的进口端；出料分管33用于连接盘管管线371的出口端。在该换热单元30中，支撑件35主要起到支撑和固定的作用，用以承载换热单元的重量，同时，支撑件35的根数与换热单元的形状有关，当其为3根时，换热单元可以为三角棱形结构(5面体棱形)，其为4根时，优选设为梯面棱形(6面体棱形)；在本发明中，支撑件35可选的材料包括但不限于槽钢、工字钢或其它型钢。
在本发明中，该组合式换热器的盘管单元37中盘管管线371优为呈“S”形排布在位于同一平面内的多根连接件373上，如此排布，在增加了换热单元30的换热面积的同时使换热器的换热效果更为均匀有效。作为一种优选方式，该换热单元30中进料分管31设置靠近进料总管10的一侧，出料分管33设置在靠近出料总管20的一侧，如此一来，尽可能的缩短了换热介质的流动路径，减小了换热介质在换热器中的流通阻力。更为优选地，该盘管单元37可以是单层盘管管线371结构，也可以是双层盘管管线371结构，可根据进料总管10、环形出料总管20和换热单元30阵列的排布选择不同的盘管单元37的结构。
以下将结合附图2到附图7对组合式换热器中环形进料总管10、环形出料总管20和换热单元30阵列的排布方式以及相应的换热单元中盘管单元37，进料分管31与出料分管33之间的连接方式进行详细说明。
如图2与图3所示，图2示出了根据发明实施例的组合式换热器中换热单元的第一种结构示意图，图3示出了图2换热单元中盘管单元的结构示意图，在该实施例中换热单元30中的进料分管31与出料分管33同时设置在换热单元30阵列的外周侧，盘管单元37中的盘管管线371的进口端与进料分管31相连，出口端与出料分管33相连。从管线371的进口端起沿位于由多根连接件373所构成的水平面的上侧呈S型延伸到换热单元30阵列的内周侧，然后在该水平面的下侧S型延伸，回到换热单元30阵列的外周侧的出口端。此时，盘管单元为双层结构。在本发明中，盘管管线371固定在连接件373上，其可通过多种方式实现，本发明采用管箍375将盘管管线371固定在连接件373上。当根据本发明组合式换热器中的换热单元30采用如上结构时，环形进料总管10与环形出料总管20都设置在换热单元30阵列的外周侧。此时，进料分管31的一端与环形进料总管10相连，另一端可向上适当延伸，以消除进料分管31的轴向热应力；同样，出料分管33的一端与环形出料总管20相连，另一端可向下适当延伸，以消除出料分管33的轴向热应力。
如图4与图5所示，图4示出了根据发明实施例的组合式换热器中换热单元的第二种结构示意图。图5示出了图4换热单元中盘管单元的结构示意图。在该实施例中，换热单元30中的进料分管31和出料分管33都设置在换热单元30阵列的内周侧。在这种情况下，环形进料总管10与环形出料总管20都设置在换热单元30阵列的内周侧，此时，进料分管31的一端与环形进料总管10相连，另一端可向上适当延伸，以消除进料分管31的轴向热应力；同样，出料分管33的一端与环形出料总管20相连，另一端可向下适当延伸，以消除出料分管33的轴向热应力。
在本发明中，当盘管单元37为双层盘管管线371结构时，上层层盘管管线371与下层盘管管线371在垂直方向的投影可以重合或错开。
如图6与图7所示，图6示出了根据发明实施例的组合式换热器中换热单元的第三种结构示意图，图7示出了图6换热单元中盘管单元的结构示意图，在该实施例中换热单元30中的进料分管31和出料分管33其中一个设置换热单元30列阵的外周侧，另一个设置在换热单元30列阵的内周侧。此时，盘管单元为单层结构，当根据本发明组合式换热器中的换热单元30采用如上结构时，环形进料总管10与环形出料总管20之中一个设置在换热单元30阵列的外周侧，一个设置在换热单元30阵列的内周侧，此时，进料分管31的一端与环形进料总管10相连，另一端可向上适当延伸，以消除进料分管31的轴向热应力；同样，出料分管33的一端与环形出料总管20相连，另一端可向下适当延伸，以消除出料分管33的轴向热应力。
在本发明中，为了使换热单元具有更为稳定的结构，在位于同一垂直面内相邻的连接件373之间还可以设有加强件，加强件的材料与连接件的材料相同，可选的材料包括但不限于方形或梯形扁钢。
在本发明中，作为一种优选方式，换热单元30中相邻两个盘管单元37间的距离不小于盘管管线管径的1.5倍。更为优选地，相邻两个盘管单元37间的距离为盘管管线371管径的2.5-10倍。
在本发明中，作为一种优选方式，在盘管单元37的同一水平面内相邻盘管管线371之间的距离不小于管线管径的2.5倍。更有选地，盘管管线371之间的距离为盘管管线371管径的3.5-10倍。
在本发明中，还提供了一种涉及供热后移热的流化床反应器，其内部配有一组或多组如上根据本发明的组合式换热器。
环形进料总管10与环形出料总管20位于同一侧时，其大小优为相等或相应。为方便观察，图1中将环形出料总管20的直径显示为小于环形进料总管10的直径。如图1所示，当该组合式换热器在流化床反应器中使用时，位于换热单元30阵列外周侧的环形进料总管10和/或环形出料总管20被设置在换热流化床反应器40的外侧。其中环形进料总管10和/或环形出料总管20与流化床反应器40的筒壁间的距离需满足设备保温和维护需要。更为优选地，进料分管31与环形进料总管10的连接端穿透并固定在流化床反应器40的筒壁上；出料分管33与环形出料总管20相连的一端穿透并固定在流化床反应器40的筒壁上。此时，环形进料总管10与进料总管31间以及环形出料总管20与出料总管33间可采用法兰在流化床反应器40的筒壁外侧相连。当换热器的某个换热单元30不能正常运行时，在法兰连接处可用盲板将该换热单元30进出口堵上，其它换热单元继续工作。作为一种优选方式，无论环形总管10、20设在反应器内还是反应器外，其圆心基本上处于圆柱形反应器的中心线上。在该流化床反应器中，根据本发明组合式换热器中换热单元30的支撑件35被生根于流化床反应器的外壁的梁所支撑和固定。
根据本发明的组合式换热器使用时，换热介质通过第一进料通道11流入到环形进料总管10，然后通过均匀设置环形进料总管10上的各第一出料通道13输送到各换热单元30的进料分管31中，由进料分管31分别输送到各盘管单元37的盘管管线371内，换热介质沿盘管管线371循环一圈后流入出料分管33，最后通过环形出料总管20上各第二进料通道23汇集到环形出料总管后，通过第二出料通道21流出根据本发明所提供的组合式换热器，完成换热过程。
本发明所提供的组合式换热器不限于使用在流化床反应器中，可用于任何涉及需要供热或移热的反应过程中，同时，本发明所提供的组合式换热器的各部件可分别制作，并分别出售，在实际使用时，根据其所配合使用的装置选择各部件的大小，将所选定的各部件进行组装即可使用。本发明所提供的组合式换热器在使用过程中如某部分换热单元损坏，在不耽误换热反应的情况下，可先使用盲板在该受损换热单元的进出口处隔断，待反应完成后，对受损的换热单元进行替换即可。
根据本发明的组合式换热器，换热均匀、制造简单、维护方便，具有换热介质自动回流，热应力自动平衡的特点，同时该组合式换热器还具有局部损坏不会影响整体使用的优点。根据本发明的组合式换热器适用于任意大小的流化床反应器，尤其适合用于容积较大的流化床反应器。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种组合式换热器，其特征在于，包括：
环形进料总管(10)，设有用以通入换热介质的第一进料通道(11)以及多个均匀分布的第一出料通道(13)；
环形出料总管(20)，与所述环形进料总管(10)平行设置，所述环形出料总管(20)设有用于输出换热介质的第二出料通道(21)以及多个均匀分布的第二进料通道(23)；
换热单元(30)阵列，由呈圆周排布的换热单元(30)组成，所述换热单元(30)阵列中各换热单元皆设有一个进料分管(31)和一个出料分管(33)，所述进料分管(31)通过所述第一出料通道(13)连接到所述环形进料总管(10)，所述出料分管(33)通过所述第二进料通道(23)连接到所述环形出料总管(20)。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述环形进料总管(10)的设置高度低于所述环形出料总管(20)的设置高度。
3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述环形出料总管(20)设置在高于所述换热单元阵列的位置，所述环形进料总管(10)设置在低于所述换热单元阵列的位置。
4.根据权利要1-3任一项所述的换热器，其特征在于，所述环形进料总管(10)、所述环形出料总管(20)以及所述换热单元阵列可以采用如下排布方式中的任一种：
1)所述环形进料总管(10)与所述环形出料总管(20)环绕在所述换热单元阵列的外周侧；
2)所述环形进料总管(10)与所述环形出料总管(20)设置在所述换热单元(30)阵列的内周侧；
3)所述环形进料总管(10)环绕在所述换热单元阵列的外周侧，所述环形出料总管(20)设置在所述换热单元(30)阵列的内周侧；
4)所述环形出料总管(20)环绕在所述换热单元阵列的外周侧，所述环形进料总管(10)设置在所述换热单元(30)阵列的内周侧。
5.根据权利要求4所述的换热器，其特征在于，在1)与2)的排布方式中，所述环形进料总管(10)与所述环形出料总管(20)的大小相等或相当。
6.根据权利要求1-5任一项所述的换热器，其特征在于，所述换热单元包括：
支撑件(35)，为至少3根，相互平行地垂直地面设置；
多个盘管单元(37)，与所述支撑件(35)相连，相互平行地排布在所述支撑件(35)之间，所述盘管单元(37)包括在同一水平面内连接在相邻的所述支撑件(35)之间的多个连接件(373)以及固定设置在所述连接件(373)上的盘管管线(371)；
所述进料分管(31)，用于连接各所述盘管管线(371)的进口端；
所述出料分管(33)，用于连接各所述盘管管线(371)的出口端。
7.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述盘管管线(371)呈“S”形排布在位于同一水平面内的多根所述连接件(373)上。
8.根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述的进料分管(31)设置在所述换热单元(37)中靠近所述进料总管(10)的一侧，所述的出料分管(33)设置在所述换热单元(37)中靠近所述出料总管(20)的一侧。
9.根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述盘管单元为单层盘管管线(371)结构或相贯通的双层盘管管线(371)结构。
10.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述换热器还包括：加强件，连接在位于同一垂直面内相邻的两个连接件(373)之间。
11.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，相邻两个盘管单元(37)间的距离为所述盘管管线(371)管径的2.5-10倍。
12.根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，同一水平面内所述盘管单元的相邻盘管管线(371)之间的距离为盘管管径的3.5-10倍。
13.一种流化床反应器，其特征在于，配有一组或多组如权利要求1-12任一项所述的组合式换热器。
14.根据权利要求13所述的流化床反应器，其特征在于，所述环形进料总管(10)和/或所述环形出料总管(20)，设置在所述换热流化床反应器(40)的外侧。
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Owner name: XINJIANG YUXIANG HUYANG CHEMICAL CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: BEIJING EDGEIN TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20120227 |
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Owner name: SICHUAN GOLDEN-ELEPHANT SINCERITY CHEMICAL CO., LT Free format text: FORMER OWNER: XINJIANG YUXIANG HUYANG CHEMICAL CO., LTD. Effective date: 20120522 Owner name: BEIJING EDGEIN TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20120522 |
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Effective date of registration: 20120522 Address after: 620031 Meishan province Sichuan City Jinxiang Chemical Industrial Park Dongpo District Applicant after: Sichuan Golden-Elephant Sincerity Chemical Co., Ltd. Co-applicant after: Beijing Edgein Technology Co., Ltd. Address before: Shaya county circular economy industrial park in the Xinjiang Uygur Autonomous Region Akesu area 842200 Applicant before: Xinjiang Jade Elephant Yang Chemical Co., Ltd. |
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