CN107062176B - 产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置，分三个换热段，依工艺气通过顺序分别为一级蒸汽发生段、蒸汽过热段和二级蒸汽发生段。一级蒸汽发生段和二级蒸汽发生段产生饱和蒸汽，蒸汽过热段将饱和蒸汽过热；工艺气走换热管内，一级蒸汽发生段和二级蒸汽发生段、蒸汽过热段最好均为列管式火管结构，采用带挠性扳边的薄管板。本发明解决传统的废热锅炉在含灰介质下不能稳定运行的问题，提高了设备运行的可靠性，以满足焦炭技改等项目的需要。

Description

产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置

技术领域

本发明属于能源回收利用装置，具体地说是一种可在高温、高压、含尘条件下稳定运行，将所产的饱和蒸汽过热的具有挠性薄管板结构的废热回收装置。

背景技术

在很多化工工艺生产过程中，高温工艺气温度高达600℃～1100℃，压力为1MPa～8MPa。按工艺要求必须将其冷却到300℃～550℃左右，以进行下一步工艺过程，这部分余热量大，能量的品质较高，一般采用废热回收装置(即废热锅炉系统)回收，副产的饱和蒸汽过热后用于动力或发电。

在废热锅炉的选型上，由于火管式废热锅炉效率高、稳定性好，所以被优先选用；对含尘的工艺气体，要求气体的通道平直并高进低出以避免换热管堵塞，故一般选用立式结构。

但现有的立式火管式废热锅炉存在以下问题：

首先，由于介质含尘，为保证将换热管中的流速控制在一定范围内以防止积灰堵塞，常使换热管管束的长度过长，如采用传统的一级式废热锅炉结构，较长的管束长度会造成了管壳间应力过大及管束稳定性降低。同时，在废热锅炉壳程筒体下端到筒体上端，蒸汽含量逐渐增加，水含量逐渐降低。在靠近上管板处，往往出现只有蒸汽，而几乎没有水的现象，即废热锅炉上端集汽现象。集汽现象会使该区域的换热效率将急剧下降，同时换热管和上端管板温度急剧升高，易造成管板坏损和爆管。管束越长，则上端集汽现象越严重，废热锅炉的稳定性就越差。

此外，废热锅炉产生的饱和蒸汽，一般需要进行过热，以便用于动力或发电。现有的废热锅炉只能产生饱和蒸汽，如需要过热蒸汽，还需用蒸汽过热设备将饱和蒸汽过热。

发明内容

本发明目的在于提供一种可在高温、高压、含尘条件下稳定运行，将所产的饱和蒸汽过热的具有挠性薄管板结构的立式废热回收装置，以此解决传统的废热锅炉在含灰介质下不能稳定运行的问题，提高设备运行的可靠性，以满足焦炭技改等项目的需要。

本发明的特点是产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置分三级，即三个换热段，依工艺气通过顺序分别为一级蒸汽发生段、蒸汽过热段和二级蒸汽发生段。一级蒸汽发生段和二级蒸汽发生段产生饱和蒸汽，蒸汽过热段将饱和蒸汽过热；一级蒸汽发生段和二级蒸汽发生段为列管式火管结构，工艺气走换热管内；过热段蒸汽过热段一般也采用列管式火管结构，也可采用水管结构。

上述产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置采用三级立式火管式结构，大大缩短了每一段管束的长度，从而大幅度降低了因管束长度过长引起管壳间应力，使管束的稳定性得以较大提升。同时，降低了废热回收装置壳程筒体上端汽水混合物中蒸汽的含量，有效的降低了设备壳程筒体上端集汽现象的出现。提高了本废热回收装置的稳定性。

上述产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置的一级蒸汽发生段二级蒸汽发生段均采用立式列管式火管结构，蒸汽过热段一般也采用列管式火管结构。采用立式列管式火管结构，根据工艺气中的具体含尘量及含尘组分，将工艺气的流速控制在合理范围之内，以避免积灰。

上述产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置的一级蒸汽发生段、二级蒸汽发生段的管板采用带挠性扳边的薄管板，如蒸汽过热段为火管式结构，也最好采用带挠性扳边的薄管板。该薄管板的平管板部分和半圆弧部分能产生一定的挠性形变，从而补偿壳体和换热管之间的热膨胀差，起到膨胀节的作用。与传统的固定管板结构相比，能有效的减少管板边缘的应力集中；同时由于管板较固定管板薄很多，从而使管板在热态情况下，沿厚度方向的温差应力较小。该结构的管板可有效的降低管板的温差应力并吸收管壳间的膨胀应力，提高设备运行的安全性和可靠性。

上述产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置的一级蒸汽发生段，蒸汽过热器段及二级蒸汽发生段上均可设置中心管旁路，分别由设在其后的中间管箱I、中间管箱II、和出口管箱上的高温调节阀控制，以调节各段工艺气出口温度。

上述产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置的上端，即一级蒸汽发生段上端可设置一个汽包段使汽包和废热锅炉合为一整体设备，以增加空间利用率；汽包段的作用等同于传统的汽包，起容水、容汽和汽水分离的作用。

上述产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置设置汽包段时，一级蒸汽发生段和汽包段直接相连，二级蒸汽发生段和汽包段之间设置上升管管系和下降管管系并形成循环回路。

本发明还提供了更具体的产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置，其特征在于：立式废热回收装置整体为筒柱状，从上到下依次是汽包段、入口管箱、一级蒸汽发生段、中间管箱I，蒸汽过热器段、中间管箱II，二级蒸汽发生段，出口管箱；上部汽包段筒径大于一级蒸汽发生段下部筒径，入口管箱位于汽包段液位之下，入口管箱箱壁开有工艺气入口，可将工艺气引入立式废热回收装置，入口管箱底部与一级蒸汽发生段的上管板相连；汽包段主要的包括部件为汽包段壳体、封头、锥形短节、汽水分离装置；汽包段壳体直径大于一段蒸汽发生段下部壳体直径，二者通过锥形短节连接；一级蒸汽发生段上部嵌入到汽包段下部中，一级蒸汽发生段主要包括的部件为一级蒸汽发生段壳体、换热管管束A、一级蒸汽发生段上管板、一级蒸汽发生段下管板；二级蒸汽发生段主要包括的部件为二级蒸汽发生段壳体、换热管管束B、二级蒸汽发生段上管板、二级蒸汽发生段下管板；蒸汽过热段主要包括的部件为蒸汽过热段壳体、换热管管束C、蒸汽过热段上管板、蒸汽过热段下管板；中间管箱I、中间管箱II具有分配工艺气的作用；出口管箱的壳体开有工艺气出口。汽包段和二级蒸汽发生段的汽水侧之间设有上升、下降管管系，用于两段之间的汽水循环流动；汽包段之间和蒸汽过热段之间设有饱和蒸汽总管，用于将饱和蒸汽从汽包引入至蒸汽过热段。

汽水分离装置为二级分离，和常规汽包中的汽水分离装置类似。汽包段上一般设置有安全阀、给水口、排污口等，以上接口和常规汽包中的接口类似。

以上各段均可设置人孔及手孔，以便与检修。

优选的结构是一级蒸汽发生段、蒸汽过热段和二级蒸汽发生段均采用列管式火管结构，其管板均采用带挠性扳边的薄管板结构，该结构可有效的降低管板的温差应力并吸收管壳间的膨胀应力，提高设备运行的安全性和可靠性；一级蒸汽发生段、蒸汽过热段和二级蒸汽发生段均可设中心管旁路，以便通过高温调节阀调节每段出口气体的温度。

应用本发明的方法，大大缩短了废热回收装置每一段管束的长度，从而大幅度降低了因管束长度过长引起管壳间应力，使管束的稳定性得以较大提升；同时，降低了废热回收装置壳程筒体上端汽水混合物中蒸汽的含量，有效的降低了废热回收装置壳程筒体上端集汽现象的出现，进而提高了废热回收装置的稳定性；再者，使用挠性薄管板结构，有效的降低管板的温差应力并吸收管壳间的膨胀应力，提高设备运行的安全性和可靠性。

该废热回收装置设备运行安全可靠，进而有效的提高了整个系统运行的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置简图。

图2为应用本发明的产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置中蒸汽发生段或蒸汽过热段采用带挠性扳边的薄管板示意图。

图1中：1-汽包段，2-饱和蒸汽总管，3-入口管箱，4-煤气入口，5-上升管管系，6-一级蒸汽发生段，7-下降管管系，8-中间管箱I，9-蒸汽过热段，10-高温调节阀，11-中间管箱II，12-二级蒸汽发生段，13-出口管箱，14-封头，15-汽水分离装置，16-汽包段壳体，17-一级蒸汽发生段上管板，18-换热管管束A，19-锥形短节，20-一级蒸汽发生段壳体，21-一级蒸汽发生段下管板，22-蒸汽过热段上管板，23-换热管管束B，24-蒸汽过热段壳体，25-二级蒸汽发生段下管板，26-二级蒸汽发生段上管板，27换热管管束C，28-二级蒸汽发生段壳体，29-二级蒸汽发生段下管板，30-中心管旁路，31-煤气出口。

图2中，32-薄管板的挠性扳边，33-薄管板的半圆弧部分，34-薄管板的平管板部分。

具体实施方式

实施例：

应用本发明如图1所示的一种产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置：按其结构可分为七段，从上到下依次是汽包段1、入口管箱3、一级蒸汽发生段6、中间管箱I 8，蒸汽过热段9、中间管箱II 11，二级蒸汽发生段12，出口管箱13。

上述废热回收装置的一级蒸汽发生段5主要包括的部件为一级蒸汽发生段上管板17，换热管管束A 18，一级蒸汽发生段壳体20，一级蒸汽发生段下管板21；二级蒸汽发生段主要包括的部件为二级蒸汽发生段下管板25，二级蒸汽发生段上管板26，换热管管束C 27，二级蒸汽发生段壳体28，二级蒸汽发生段下管板29；蒸汽过热段主要包括的部件为蒸汽过热段上管板22，换热管管束B 23，蒸汽过热段壳体24，二级蒸汽发生段下管板25。

上述废热回收装置的汽包段1主要的包括部件为封头14，汽水分离装置15，-汽包段壳体16，锥形短节19；汽包段壳体16筒径比一级蒸汽发生段6下部壳体筒径大400mm，二者通过锥形短节19连接，一级蒸汽发生段5上部嵌入到汽包段1下部中。入口管箱3位于汽包段1液位之下，入口管箱3箱壁开有煤气入口4，可将煤气引入立式废热锅炉，入口管箱3底部与一级蒸汽发生段上管板17相连。

上述废热回收装置的中间管箱I 8、中间管箱II 11具有分配煤气的作用。中间管箱I 8位于一级蒸汽发生段6和蒸汽过热段9之间，中间管箱II 11位于蒸汽过热段9和二级蒸汽发生段12之间，出口管箱13位于二级蒸汽发生段12之后，出口管箱13上开有煤气出口31。以上各管箱起连接各功能段及分配煤气的作用。

上述废热回收装置的汽水分离装置15为二级分离，和常规汽包中的汽水分离装置类似。汽包上设置有安全阀、给水口、排污口。

上述废热回收装置的各段均设置人孔及手孔，以便与检修。

上述废热回收装置的一级蒸汽发生段6、蒸汽过热段9和二级蒸汽发生段12均采用列管式火管结构，由于采用了三级立式火管式结构，大大缩短了每一段管束的长度，从而大幅度降低了因管束长度过长引起管壳间应力，使管束的稳定性得以较大提升。同时，降低了废热回收装置壳程筒体上端汽水混合物中蒸汽的含量，有效的降低了设备壳程筒体上端集汽现象的出现，提高了本废热回收装置的稳定性。

上述废热回收装置的一级蒸汽发生段6、蒸汽过热段9和二级蒸汽发生段12均采用厚度25mm左右的薄管板结构，该薄管板带有挠性扳边32，薄管板的平管板部分34和薄管板的半圆弧部分33能产生一定的挠性形变，从而补偿壳体和换热管管束之间的热膨胀差，起到膨胀节的作用。与传统的固定管板结构相比，能有效的减少管板边缘的应力集中；同时由于管板较固定管板薄很多，从而使管板在热态情况下，沿厚度方向的温差应力较小。该结构的管板可有效的降低管板的温差应力并吸收管壳间的膨胀应力，提高设备运行的安全性和可靠性。

上述一级蒸汽发生段6，蒸汽过热段9和二级蒸汽发生段12上均设置中心管旁路30，并相应的在中间管箱I 8、中间管箱II 11、和出口管箱13上均装有高温调节阀10。以便调节各段煤气出口温度的作用，从而满足后续工艺要求。

高温煤气通过入口管箱3进入一级蒸汽发生段6，温度降低后通过中间管箱I 8进入蒸汽过热段9，在蒸汽过热段9煤气进一步降温；之后通过中间管箱II 11进入二级蒸汽发生段12，降温至下游工艺所需要求的温度后，通过出口管箱13从煤气出口31引出立式废热锅炉进入下一工艺流程。

上述废热回收装置的一级蒸汽发生段6的汽水侧直接与汽包段1相连；二段蒸汽发生段的汽水侧通过上升管管系5和下降管管系7与汽包段1相连并形成循环回路；一级蒸汽发生段6和二级蒸汽发生段12产生4.0MPa，262℃的饱和蒸汽，饱和蒸汽在汽包段1进行汽水分离后通过饱和蒸汽总管2进入蒸汽过热段9，过热成过热蒸汽。所产的过热蒸汽可用于发电或动力。

Claims (1)

1.一种产汽过热一体化立式薄管板废热回收装置，其特征在于该废热回收装置分三级，即三个换热段，依工艺气通过顺序分别为一级蒸汽发生段、蒸汽过热段和二级蒸汽发生段；一级蒸汽发生段和二级蒸汽发生段产生饱和蒸汽，蒸汽过热段将饱和蒸汽过热；一级蒸汽发生段、二级蒸汽发生段和蒸汽过热段均为列管式火管结构，工艺气走换热管内；一级蒸汽发生段、二级蒸汽发生段、蒸汽过热段的管板均采用带挠性扳边的薄管板；一级蒸汽发生段，蒸汽过热段及二级蒸汽发生段上均设置中心管旁路，分别由设在其后的中间管箱I、中间管箱II和出口管箱上的高温调节阀控制，以调节各段工艺气出口温度；一级蒸汽发生段上端设置汽包段，一级蒸汽发生段和汽包段直接相连，二级蒸汽发生段和汽包段之间设置上升管管系和下降管管系并形成循环回路；立式废热回收装置整体为筒柱状，从上到下依次是汽包段、入口管箱、一级蒸汽发生段、中间管箱I，蒸汽过热段、中间管箱II，二级蒸汽发生段，出口管箱；上部汽包段筒径大于一级蒸汽发生段下部筒径，入口管箱位于汽包段液位之下，入口管箱箱壁开有工艺气入口，可将工艺气引入立式废热回收装置，入口管箱底部与一级蒸汽发生段的上管板相连；汽包段主要的包括部件为汽包段壳体、封头、锥形短节、汽水分离装置；汽包段壳体直径大于一级蒸汽发生段下部壳体直径，二者通过锥形短节连接；一级蒸汽发生段上部嵌入到汽包段下部中，一级蒸汽发生段主要包括的部件为一级蒸汽发生段壳体、换热管管束A、一级蒸汽发生段上管板、一级蒸汽发生段下管板；二级蒸汽发生段主要包括的部件为二级蒸汽发生段壳体、换热管管束B、二级蒸汽发生段上管板、二级蒸汽发生段下管板；蒸汽过热段主要包括的部件为蒸汽过热段壳体、换热管管束C、蒸汽过热段上管板、蒸汽过热段下管板；中间管箱I、中间管箱II具有分配工艺气的作用；出口管箱的壳体开有工艺气出口；汽包段和二级蒸汽发生段的汽水侧之间设有上升、下降管管系，用于两段之间的汽水循环流动；汽包段和蒸汽过热段之间设有饱和蒸汽总管，用于将饱和蒸汽从汽包段引入至蒸汽过热段；汽水分离装置为二级分离；汽包段上设置有安全阀、给水口、排污口；废热回收装置的各段均设置人孔及手孔。