CN106767044B - 用于催化重整装置的烟气空冷器 - Google Patents

用于催化重整装置的烟气空冷器 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于催化重整装置的烟气空冷器，其包括：筒形壳体，具有垂直于其轴向设置的空气入口和空气出口；换热管，设置在壳体内并沿壳体的轴向布置；连接至壳体的端部的第一和第二管板，设置有安装通孔以分别接收并固定所述换热管的相应端部；以及连接至管板的再生烟气进口端口和再生烟气出口端口，其中，所述第一和第二管板的朝向所述壳体内部的表面上敷设有隔热层。该烟气空冷器具有优良的抗腐蚀性能。

Description

用于催化重整装置的烟气空冷器
技术领域
本发明涉及空冷器技术领域，具体涉及催化重整装置催化剂再生系统中的烟气空冷器。
背景技术
连续催化重整装置中的催化剂再生过程中，为满足工艺要求，再生烟气必须在系统内进行循环。在再生烟气循环过程中，必须将再生烟气加以冷却，再送入不同的工艺处理单元。例如，1、为控制再生器烧焦区温度，需要将高温再生烟气经鼓风机抽出经烟气空冷器冷却后进入再生器烧焦区；2、再生废烟气放空脱氯净化处理前需要经烟气空冷器冷却至要求温度。
由于再生废烟气中含有较多的酸性气组分HCl、Cl2、SO2等，所以在烟气冷却过程中，防止烟气空冷器的烟气冷凝露点腐蚀是一项难题。这也是导致烟气空冷器的使用寿命偏短的主要原因。烟气空冷器的可靠性及使用寿命，严重影响了装置的长周期运行。
目前，采取的技术措施主要有提高烟气空冷器的烟气排出温度，使其远高于露点温度以避免露点腐蚀，或烟气空冷器多采用昂贵的抗露点腐蚀材料，如哈氏合金、蒙乃尔合金等。上述方案，存在工艺适应性差，造成装置流程复杂，或设备造价昂贵，投资成本高等问题。
因此，提供一种能够克服再生废烟气中HCl、Cl2、SO2组分露点腐蚀，且成本低廉、可靠性高、使用寿命长的催化重整装置再生烟气空冷器，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于催化重整装置的烟气空冷器，其能够至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
根据本发明实施例，提供了一种用于催化重整装置的烟气空冷器，其包括：壳体，具有筒形形状，并在垂直于壳体轴向的方向上设置有空气入口和空气出口；换热管，设置在所述壳体内并沿壳体的轴向布置；第一和第二管板，分别连接至所述壳体的轴向上的两端，第一和第二管板中设置有安装通孔，以分别接收并固定所述换热管的相应端部；以及再生烟气进口端口和再生烟气出口端口，分别连接至所述第一管板和第二管板，其中，所述第一和第二管板的朝向所述壳体内部的表面上敷设有隔热层。
优选，所述隔热层通过锚固钉固定在第一和第二管板的表面上。
优选，所述隔热层由不定形耐火材料、陶瓷制品、陶瓷纤维制品和纳米绝热材料中的一种或多种构成。
优选，在所述第一和第二管板的安装通孔处设置有套管，该套管连接在第一和第二管板的朝向壳体内侧的一侧上并套设在换热管上，在所述套管与换热管之间的缝隙内填充有隔热填充胶。
优选，所述隔热填充胶由Al2O3微粉、ZrO2微粉、SiO2微粉、短切硅酸铝纤维和磷酸二氢铝溶液配制而成。
优选，所述再生烟气进口端口和再生烟气出口端口各自具有向外向下倾斜的偏心斜锥体筒结构，使得从与所述第一和第二管板连接的内侧开口到外侧开口，开口的大小逐渐减小，并且外侧开口的最低点不高于内侧开口的最低点，从而所述再生烟气进口端口和再生烟气出口端口与柔性管板和壳体一起呈马鞍形结构。
优选，所述再生烟气进口端口和所述再生烟气出口端口中的至少一者在其内部设置有烟气分配导流板，用于均匀分布烟气。
优选，所述第一和第二管板为柔性管板，分别包括中央平板部分和围绕中央平板的弧形卷边，所述安装通孔设置在中央平板部分上，并且柔性管板通过所述弧形卷边连接至所述壳体的两端。
优选，所述壳体的两端设置有弧形翻边，并且壳体通过该弧形翻边与柔性管板的弧形卷边连接。
优选，所述壳体为圆筒形壳体，并且在壳体上安装有膨胀节。
优选，所述换热管的外壁光滑，而内壁为强化传热表面。
根据本发明实施例的烟气空冷器具有优良的抗腐蚀性能，此外还可以具有可靠性高、使用寿命长、制造成本低的优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为根据本发明实施例的用于催化重整装置的烟气空冷器的主视剖视图；
图2为烟气空冷器的局部剖视图，示出了管板与换热管的连接的一个示例。
图3为烟气空冷器的再生烟气进口/出口端口的示意图；
图4为图1所示烟气空冷器的局部放大图，示出了柔性管板及其与壳体连接的一个示例；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1为根据本发明实施例的用于催化重整装置的烟气空冷器的主视剖视图。如图所示，该烟气空冷器包括：壳体10、设置在壳体10内的换热管20、连接至壳体10的轴向上的两端的第一管板30-1和第二管板30-2(以下也可以不相区分地称为“管板30”或“第一和第二管板30”)、以及分别连接至第一和第二管板30的再生烟气进口端口40-1和再生烟气出口端口40-2(以下也可以不相区分地称为“端口40”或“再生烟气进口端口和再生烟气出口端口40”)。
壳体10具有筒形形状，并在垂直于壳体轴向的方向上设置有空气入口11和空气出口12。如图所示，优选空气入口11设置在下侧，而空气出口12设置在上侧。然而，本发明并不限于这样的上下布置，而只要空气入口11和空气出口12的设置使得温度较低的空气大致沿垂直于换热管20轴向(同壳体的轴向)的方向流过换热管20表面。
多个换热管20在壳体10内沿壳体的轴向布置，两端分别与第一和第二管板30连接。具体地，第一和第二管板30中设置有安装通孔，以分别接收并固定换热管20的相应端部。在图1所示示例中，在壳体10的内部，在第一和第二管板30之间，还设置有支撑板13，换热管20穿过支撑板13而得到支撑。然而，这仅为示例性的，本发明并不限于设置支撑板的情形。
换热管20可以为金属材质，例如其材质可以为碳钢或不锈钢。换热管20的截面形状可以为圆形或非圆形。其内部设置强化传热表面。
在优选的示例中，换热管20采用外壁光滑而内部设置有强化传热表面的管体。其目的在于提高内壁温度，避免换热管20内壁温度过低出现烟气冷凝而导致产生腐蚀环境。
再生烟气进口端口40-1和再生烟气出口端口40-2分别连接至所述第一管板30-1和第二管板30-2，使得经由再生烟气进口端口40-1进入的烟气在第一管板30-1处进入换热管20，并在第二管板30-2处离开换热管20而经由再生烟气出口端口40-2排出。
如图1所示，根据本发明实施例的烟气空冷器还包括敷设在管板30的朝向壳体10内部的表面上的隔热层31。如图2中更清楚地示出的，隔热层31可以通过例如锚固钉33固定在管板30的表面上。隔热层31由导热系数较低的材料构成，例如可以为不定形耐火材料、陶瓷制品、陶瓷纤维制品或纳米绝热材料等，优选为陶瓷纤维制品或纳米绝热材料。
在管板30的朝向壳体10内部的一侧上敷设隔热层31，有助于保持管板30与换热管20的较高温度，从而避免因温度过低导致的露点腐蚀。相应地，这也使得管板能够采用较为低廉的材质，从而降低设备成本。
以下结合图2介绍烟气空冷器中管板30与换热管20的连接的一个示例。图2为烟气空冷器的局部剖视图，其中示出换热管20的端部被接收在管板30的安装通孔中，在安装通孔处可以设置有套管32，套管32连接在管板30的朝向壳体10内部的表面上并套设在换热管20上。换热管20与管板30的连接通常采用强度焊和贴胀结合的方法，也可以采用其它能够提供足够强度和密封性的连接方式。套管32例如可以通过焊接方式连接至管板30，换热管20的端部插入套管32进而插入安装通孔中。
在套管32与换热管20之间的缝隙内可以填充有隔热填充胶34。隔热填充胶34优选由Al2O3微粉、ZrO2微粉、SiO2微粉、短切硅酸铝纤维和磷酸二氢铝溶液配制而成。其具有耐高温，导热系数低，粘接性好的特点。
上述套管32和隔热填充胶34的应用，都是为了保证换热管与管板连接点局部以及管板不致出现低于露点温度而发生腐蚀损坏。
下面将结合参照图1和图3介绍根据本发明实施例的烟气空冷器中再生烟气进口端口40-1和再生烟气出口端口40-2的独特构造。
如图1和图3所示，再生烟气进口端口40-1和再生烟气出口端口40-2具有向外向下倾斜的偏心斜锥体筒结构，使得从内侧开口40a到外侧开口40b，开口的大小逐渐减小，而且外侧开口40b的最低点B不高于内侧开口40a的最低点A(即图3中所示点A与点B的高度差大于或等于0)。这里内侧开口40a是端口40与管板30连接的一端的开口，外侧开口40b是远离壳体10的一端的开口。这样，如图1所示，再生烟气进口端口40-1和再生烟气出口端口40-2与管板30和壳体10一起呈马鞍形结构。
再生烟气进口端口40-1和再生烟气出口端口40-2通过与壳体10两端的管板30相连接而成为一体，呈马鞍形结构，这利于将极端工况下的再生烟气冷凝液随工艺气体带走，避免腐蚀设备。
此外，在图示示例中，再生烟气进口端口40-1和再生烟气出口端口40-2各自内部设置有烟气分配导流板42。烟气分配导流板42根据烟气流场特点而设置，均匀分配进入换热管的烟气，从而有效避免以下情况，即：管程介质(在此为烟气)进入换热管20时的流场不均匀，造成各换热管20中介质流动速度差大而出现局部换热管换热效果差，进而出现部分换热管20壁温低，出现个别换热管腐蚀。尽管在所示示例中，在再生烟气进口端口和再生烟气出口端口40内都设置有烟气分配导流板42，但是本发明并不限于此，例如也可以仅在再生烟气进口端口40-1或再生烟气出口端口40-2中设置烟气分配导流板42。
根据本发明实施例的烟气空冷器在运行时，温度较高的再生烟气进入再生烟气进口端口40-1，通过烟气分配导流板42均匀进入换热管20，与换热管20外温度较低的空气进行换热，换热后再生烟气进入再生烟气出口端口40-2，经烟气分配导流板42均匀分配后排出，进入下游装置。温度较低的空气从空气入口11进入壳体10内，与换热管20内的烟气换热，升温后经空气出口12排出。
图4为图1所示烟气空冷器的局部放大图，示出了管板30中的任一者及其与壳体的连接的一个示例。
如图所示，管板30(可以为第一管板30-1和第二管板30-2中的任意者)可以包括中央平板部分30a和围绕中央平板部分30a的弧形卷边30b。用于接收和固定换热管20的相应端部的安装通孔设置在管板30的中央平板部分30a上。管板30通过弧形卷边30b连接至壳体10的端部。弧形卷边30b例如可以呈半“U”形，如图4所示，但是并不限于此，而是可以具有任何其它卷曲形式的结构。弧形卷边的结构致使管板30具有良好的“柔性”，即适应热胀冷缩的能力。因此带有弧形卷边结构的管板在此可以被称为“柔性管板”。此外，柔性管板30具有较传统平形管板更优良的机械强度，故其厚度可以更薄。
在图示的示例中，壳体10的端部可以设置有弧形内翻边10a。壳体10的弧形内翻边10a直接与柔性管板30的外壁连接，例如通过焊接，其弧形结构可以有效降低其与柔性管板30的连接部由于温差应力而失效的风险。应该注意的是，“弧形内翻边”仅仅是示例性的，而非限制性的，壳体10的端部也可以设置任何其它合适形式的弧形翻边，只要其能够与管板30的周边连接并提供适当的“柔性”。
此外，如图所示，壳体10上还可以设置有膨胀节50。膨胀节50可以吸收壳体10与换热管20之间的不同热膨胀量差，减小换热管20 自身的轴向拉应力及换热管20与管板30之间的接头的拉脱力。
优选，壳体10为圆形筒体，例如圆形金属筒体，因为圆形筒体结构具有与柔性管板30连接简单且易于选用通用而价廉的膨胀节的优点，可降低产品成本。
在上述优选示例中，结合使用了柔性管板和膨胀节，有效降低了管板30及与其它部件(例如壳体10和换热管20)连接处的温差应力，优化了设备整体应力分布，提高了可靠性和使用寿命。进而，这通过避免温差应力造成管板30及换热管20的连接接头处产生缝隙，避免了壳体10内的冷空气进入换热管20和管板30之间的缝隙造成换热管20与管板30焊缝温度过低而发生露点腐蚀，还避免了更严重的焊缝撕裂而导致空气烟气互窜。
综上，根据本发明实施例的烟气空冷器可以提供以下有益效果中的一项或多项：
1、抗腐蚀性能优良
a.由于管板的冷侧(朝向壳体内部的一侧)采用敷设隔热层以及设置换热管套管并填充隔热填充胶等技术措施，有效保证了换热管与管板连接点局部以及管板不致出现低于露点温度而发生腐蚀损坏；b.独特的马鞍形烟气进出口结构，避免特殊工况的积液，有效防止了腐蚀的发生；c.通过设置烟气分配导流板、采用内强化传热的换热管等技术措施保证了与烟气接触的表面材料具有较为均匀的高于露点温度的温度分布，从而避免腐蚀的发生。
2、可靠性高、使用寿命长
通过采用柔性管板、壳体弧形翻边以及膨胀节等技术措施，有效降低了管板及与其它部件连接处的温差应力，优化了设备整体应力分布，提高了可靠性和使用寿命。
3、制造成本低
基于结构技术措施避免露点腐蚀的发生，使得不需要使用大量昂贵材料，所以具有制造简单，材料成本低廉的优点。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (11)

1.一种用于催化重整装置的烟气空冷器，包括：
壳体，具有筒形形状，并在垂直于壳体轴向的方向上设置有空气入口和空气出口；
换热管，设置在所述壳体内并沿壳体的轴向布置；
第一和第二管板，分别连接至所述壳体的轴向上的两端，第一和第二管板中设置有安装通孔，以分别接收并固定所述换热管的相应端部；以及
再生烟气进口端口和再生烟气出口端口，分别连接至所述第一管板和第二管板，
其中，所述第一和第二管板的朝向所述壳体内部的表面上敷设有隔热层，使得所述隔热层处于所述第一和第二管板与所述壳体内的空气之间。
2.如权利要求1所述的烟气空冷器，其中，所述隔热层通过锚固钉固定在第一和第二管板的表面上。
3.如权利要求1或2所述的烟气空冷器，其中，所述隔热层由不定形耐火材料、陶瓷制品、陶瓷纤维制品和纳米绝热材料中的一种或多种构成。
4.如权利要求1所述的烟气空冷器，其中，在所述第一和第二管板的安装通孔处设置有套管，该套管连接在第一和第二管板的朝向壳体内侧的一侧上并套设在换热管上，在所述套管与换热管之间的缝隙内填充有隔热填充胶。
5.如权利要求4所述的烟气空冷器，其中，所述隔热填充胶由Al2O3微粉、ZrO2微粉、SiO2微粉、短切硅酸铝纤维和磷酸二氢铝溶液配制而成。
6.如权利要求1所述的烟气空冷器，其中，所述再生烟气进口端口和再生烟气出口端口各自具有向外向下倾斜的偏心斜锥体筒结构，使得从与所述第一和第二管板连接的内侧开口到外侧开口，开口的大小逐渐减小，并且外侧开口的最低点不高于内侧开口的最低点，从而所述再生烟气进口端口和再生烟气出口端口与柔性管板和壳体一起呈马鞍形结构。
7.如权利要求1、2、4-6中任一项所述的烟气空冷器，其中，所述再生烟气进口端口和所述再生烟气出口端口中的至少一者在其内部设置有烟气分配导流板，用于均匀分布烟气。
8.如权利要求1、2、4-6中任一项所述的烟气空冷器，其中，所述第一和第二管板为柔性管板，分别包括中央平板部分和围绕中央平板的弧形卷边，所述安装通孔设置在中央平板部分上，并且柔性管板通过所述弧形卷边连接至所述壳体的两端。
9.如权利要求8所述的烟气空冷器，其中，所述壳体的两端设置有弧形翻边，并且壳体通过该弧形翻边与柔性管板的弧形卷边连接。
10.如权利要求8或9所述的烟气空冷器，其中，所述壳体为圆筒形壳体，并且在壳体上安装有膨胀节。
11.如权利要求1、2、4-6中任一项所述的烟气空冷器，其中，所述换热管的外壁光滑，而内壁为强化传热表面。
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