CN103733011A - 气体-气体换热器 - Google Patents
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Abstract
一种换热器，特别是供硫酸厂的接触级中使用，所述换热器包括：室（2），管束（12）在室中按圆环形设置，其中，在管束（12）与包围管束（12）的室壳（13）之间形成气体空间（15）；气体供给口（6），其设置在室壳（13）中，以用于相对于管束（12）基本上径向地将气体引入到气体空间（15）中；和气体出口，其在基本上轴向上邻接由管束（12）包围的内部空间（16）。管束（12）的中心（ZR）相对于室壳（13）的中心（ZK）朝与气体供给口（6）相反的方向偏移，因而实现了管束（12）的均匀迎面流。
Description
技术领域
本发明涉及一种特别是供硫酸厂的接触级中使用的换热器，该换热器具有：室，管束在室中按圆环形设置，其中，在管束与包围管束的室壳之间形成气体空间；气体供给口，其设置在室壳中，以用于相对于管束基本上径向地将气体引入到气体空间中；和气体出口，其在基本上轴向上邻接由管束包围的内部空间。
背景技术
通常在硫酸厂的接触级内采用管束式换热器，管束式换热器按竖直型式安装，以使可获得的硫酸冷凝液能够朝底部托盘流下并且能从底部托盘取出而避免腐蚀。通常，在壳侧引导SO2气体，并且在管侧引导SO2/SO3气体。在超过1,500吨日产量MH的大规模厂中，使用盘环式换热器（参见：Winnacker/Küchler，化工技术：工艺和产品，编者Roland Dittmeyer等人，Vol.3：无机原料、半成品，p.96f.,Wiley-VCH Verlag,Weinheim,2005）。
通常，相对于待冷却的含SO3的气体以逆流引导冷的SO2气体。已发现，硫酸冷凝液特别是在换热器的第一室中导致了强腐蚀，从而必须使用高合金的且昂贵的不锈钢。为了降低成本，将换热器划分成两部分，以便在过大腐蚀的情况中，不必更换整个换热器，而仅需更换暴露于冷气体的发生特别大腐蚀的区域。虽然最初设想均匀划分传热区域，但是申请人最近已经采用这样的换热器，其中，在冷的换热段（第一室）中仅提供总传热表面的一小部分。此外，代替两个竖直定向换热器并排设置并会产生排放问题的布置方式，使用了把被供给冷SO2气体的室水平地设置的布置方式。可以简单地从该第一室底部取出硫酸冷凝液。然后，将含SO2的气体转移到具有更大传热表面的邻接竖直段中。然而，已发现，在换热器水平段中管束的径向迎面流的情况中，会发生不均匀的气体流动并且结果会削弱传热。
发明内容
因此，本发明目的是实现均匀的传热。应当尽可能避免降到硫酸的露点温度以下。
通过具有权利要求1的特征的本发明，基本上解决了上述目的，其中，管束的中心相对于室壳的中心朝与气体供给口相反的方向偏移。
在传统的换热器中，设置成圆环形的管束相对于同样基本上圆筒形的换热器室同心地设置。然而，本发明不同于该同心布置，管束相对于室壳偏移，以使形成于管束与室壳之间的气体空间从面向气体供给口的最大宽度至管束的相反侧以越来越大的程度变窄。在气体迎面流供给至换热器期间，由于在远离气体供给口的一侧宽度达到最窄，气体空间中的压力越来越大。因此，可以抵消在气体冲击到管束上期间气体供给口区域的压力增大，以便在管束的整个外周上气体以均匀速度穿过管束并且进入由所述管束包围的内部空间中。可以在管束的所有区域中确保均匀的传热。
根据本发明，特别是当管束中心相对于室壳中心偏移量为居中气体空间宽度的30到70%优选大约50%时，获得了特别均匀的气流分布。这里，“居中气体空间”是指当管束相对于室壳同心布置时所获得的气体空间。对于室的圆筒形设计而言，在该情况下管束将在其整个外周上至室壁具有一致的距离。气体空间也将具有一致的宽度。那么，在此基础上，管束偏移量为气体空间宽度的大约30到70%。如果不是圆筒形的室，而是采用多边形或者其他形状的室，则对于管束偏移而言，至室壁的最小距离是决定性的。然而，多边形室在流动分布方面是不利的。
根据本发明的一个优选实施例，气体供给口具有椭圆横截面，其中，气体供给口的最大直径优选为在轴向上限定管束的两管板之间距离的70到95%，更优选85到90%。因此，气体供给口沿管束的基本上整个长度延伸。
根据本发明，室的主轴线基本上水平地定向，以使积聚在下部区域中的硫酸能够容易排出。为了该目的，根据本发明在室的下部区域设置排出口。
根据本发明的一个优选方面，换热器的第一室仅包括换热器总换热表面的大约10到30%，优选15到20%。结果，可以将二氧化硫（SO2）的温升限制在大约5-30K，优选15-20K，以便基本上避免降到硫酸露点温度之下。相应地，实现了硫酸的最少冷凝。
根据本发明的开发，竖直换热段邻接室，竖直换热段中沿大致竖直方向设置有多个管。根据本发明，竖直的换热段包括换热器换热表面的大约70到90%。由于在该区域中仅存在很小的高温腐蚀危险，竖直换热段可以由价格比较低廉的材料制造。
从以下对示例性实施例和附图的说明可了解本发明的其他目的、特征和可能的应用。所描述和/或图示的所有特征本身或组合构成了本发明的主题，不管是否包含在权利要求中或是否被引用。
附图说明
附图中：
图1示意性地显示了根据本发明的换热器的截面，
图2示意性地显示了换热器的第一室的截面。
具体实施方式
根据本发明的气体-气体换热器1包括基本上水平的室2，该室2经由邻接气体出口的气体排出管3与竖直的换热段4连通。水平的室2和竖直的换热段4经由相应支座5安装至底部。
当换热器1应用于硫酸厂的接触级中时，冷的含SO2的气体经由气体供给口6被供给至水平室2。在室2中，设置有盘环式换热器7。室2被盖8、9封闭，其中，面向竖直换热段4的盖9被气体排出管3穿过。
竖直换热段4也形成为盘环式换热器，如图1中示意性地示出。通过气体排出管3居中地供给的气体被径向地偏转至外侧并且穿过仅示意性地示出的管束10，待冷却的含SO3的气体在管束10中流动。在盘11之后，含SO2的气体再次被偏转至内侧，其中，含SO2的气体再次穿过管束10。竖直换热器4的该设计是常规设计，因此这里不详细描述。
在图2中，详细显示了第一换热室2的结构。在基本上圆筒形的室2中，设置有形成为圆环的管束12，管束12是由平行于室2的室壳13延伸的多个管14形成的。在室壳13与管束12之间提供了气体空间15。在环形管束12的内部提供内部空间16，该内部空间16汇入到气体排出管3。在轴向上，管束12由图1中表示的管板（盘）17限定。因为管板17竖直地布置，所以形成的硫酸冷凝液可以向下流走，并且避免了冷凝液积聚在管板上引起腐蚀。在室2的下部区域设置有至少一个排出口18，以便取出积聚的硫酸冷凝液。
气体供给口6是椭圆形的，其中，椭圆形气体供给口6的最大直径为两管板17之间距离的大约70到95%并且因此也为管束12长度的大约70到95%。结果，通过气体供给口6供给的含SO2的气体基本上沿管束10的整个长度被引入气体空间15中。
如图2中清楚地示出的，管束12相对于室壳13偏移。根据本发明，选择偏移量，以使管束的中心ZR相对于室2的中心ZK偏移的量为居中气体空间的宽度B（由假定同心设置在室2中的管束12确定）的30到70%，特别是大约50%。
当含SO2的气体现在通过气体供给口6被引入室2中时，含SO2的气体在气体空间15中散布并且随后在管束12的管14之间径向地流动并流入到内部空间16中。由于管束相对于室壳13的偏移布置，所以实现了气体在管束12的整个外周上的均匀径向流动。结果，实现了在管束的整个外周上的均匀传热并且从而实现了更有效的换热。
进入内部空间16并且因与流入管束12的气体的换热而被加热的含SO2的气体经由气体排出管3被引入竖直换热段4中，并被大多从上方引入竖直换热段4中的含SO3的气体逆流地进一步加热。
附图标记列表
1 换热器
2 室
3 气体排出管
4 竖直换热段
5 支座
6 气体供给口
7 盘环式换热器
8,9 盖
10 管束
11 盘
12 管束
13 室壳
14 管
15 气体空间
16 内部空间
17 管板
18 排出口
A 室2的主轴线
B 气体空间15的宽度
ZK 室2的中心
ZR 管束12的中心
Claims (9)
1.一种换热器（1），特别是供硫酸厂的接触级中使用，所述换热器具有：室（2），管束（12）在室中按圆环形设置，其中，在管束（12）与包围管束（12）的室壳（13）之间形成气体空间（15）；气体供给口（6），其设置在室壳（13）中，以用于相对于管束（12）基本上径向地将气体引入到气体空间（15）中；和气体出口，其在基本上轴向上邻接由管束（12）包围的内部空间（16），其特征在于，管束（12）的中心（ZR）相对于室壳（13）的中心（ZK）朝与气体供给口（6）相反的方向偏移。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，管束（12）的中心相对于室壳（13）的中心（ZK）偏移的量为居中气体空间（15）的宽度（B）的30到70%。
3.根据权利要求1或2所述的换热器，其特征在于，气体供给口（6）具有椭圆横截面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，气体供给口（6）的最大直径为沿轴向限定管束（12）的两管板（17）之间距离的70到95%。
5.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，室（2）的主轴线（A）基本上水平地定向。
6.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，在室（2）上设置有排出口（18）。
7.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，换热器（1）的室（2）包括换热器（1）的换热表面的大约10到30%。
8.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，在室（2）的气体出口之后设置有竖直换热段（4），在竖直换热段中沿基本上竖直方向设置多个管。
9.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，竖直换热段（4）包括换热器（1）的换热表面的大约70到90%。
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