CN1179208A - 向工作介质间接传热的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种向流动的工作介质间接传热的设备,特别是一种用于碳氢化合物的蒸汽重整设备,它具有一个通过许多排烧嘴中的烧嘴从上方加热的、且由其中流有所述工作介质的许多排热交换管(3)在垂直的纵向面内穿过的加热室(1),其中烧嘴(2)的燃烧废气通过彼此平行且配属于位于加热室(1)底部的热交换管排(3)的、由耐火材料制成的废气道(4)而从一侧流出此加热室(1),该废气道具有大致呈矩形的、且沿轴向不变的横截面,所述废气道在其纵向侧且靠近底部的区域内开有遍布整个轴向段的、用于使从加热室(1)流出的废气转入各条废气道(4)内的开口(5)。根据本发明,为了使废气流动均匀,在位于废气道(4)内的热交换管(3)排的下部区域内设置了导流体。

Description

向工作介质间接传热的设备

本发明涉及一种如权利要求1前序所述的、向工作介质间接传热的设备，特别是一种用于碳氢化合物的蒸汽重整设备。

为实现碳氢化合物的蒸汽重整而采用了许多设备，这些设备的实施例如在图5-图7中以不同的视图和局剖图方式表示。这些设备具有大致呈长方体形的加热室1，所述加热室可通过许多烧嘴2加热，所述烧嘴以组成烧嘴排的方式设置在加热室顶部并以其火焰方向竖直向下对准。在烧嘴排之间分别垂直地装有热交换管排3，通过这些热交换管导入了用于吸热型化学反应的工作介质。加热工作介质主要是通过在燃烧中产生的辐射热完成的，但一部分加热工作是以对流方式完成的。为了能使燃烧废气从加热室1中流出，在加热室1的底部设置了平行于热交换管排3和烧嘴排2的、且上端封闭的废气道4。这些废气道4具有大致呈矩形的横截面并由耐火材料(如耐火砖)制成。在废气道4侧壁的下部，在整个纵向段上开设了许多开口5，废气可通过这些孔从加热室1中流入废气道4内。随后，废气经废气道4从一侧流出加热室1，再流入一条所有废气道都与之相通的集汽道8中，在此集汽道内进行废气余热利用处理，最后将气体排到大气中。

在实际操作这些设备时，人们发现对这些热交换管传热时的传热不均匀。这就加重了这些装置的维修负担。当一些热交换管受到较强热作用时，这些热交换管衰化很快而不得不相应地提前更换。在这种情况下，人们必须选择，是替换包括那些还不必进行交换的热交换管在内的所有热交换管，还是只替换一部分热交换管。后一种选择导致了经常的生产中断以便进行维修。

因为热交换管的加热大部分是通过辐射热完成的，所以热交换管的下列布置方式具有重大意义，即所有热交换管对受热辐射源影响而言是处于同等条件下的。在废气道的横截面形状呈矩形的情况下，理论上会出现上述情况。在图8中，由加热室1的片状断面进一步示意地示出了这种矩形通道。用于使废气进入废气道4侧壁中的开口由标记5表示。图9中画出了废气道4a所采用的另一种已知形状。此废气道4a的横截面形状近似于矩形，但此横截面在朝废气收集侧(集汽道8)的方向上连续变化。废气道4a的阶梯形顶部这样倾斜，即使上述横截面一直变大直到集汽道8为止。在如此设计废气道4a的情况下，应可以在废气道的整个轴向段看实现均匀的废气收集。换句话说，在图8所示的、成矩形结构的废气道4的情况下，因压力损失的缘故而不会出现这种结果。但就此而论，废气道4a的形状并没有带来有效的改进。在这两种情况下，都导致了热交换管的不均匀加热。

如果要确保热量在对热交换管的传热的过程中得到尽可能均匀的分配，那么就可以将热交换管设计成薄壁管，这是因为不必顾及如在不均匀热分配时出现的某些管壁温度较高的问题。精确的工作参数与此相应地可用到操作中，或者在正常操作中延长了热交换管的寿命。

本发明的目的在于如下地进一步改进如权利要求1前序所述类型的设备，从而确保在对热交换管的传热过程中尽可能均匀地分配热量。

根据本发明，上述目的是通过权利要求1特征部分的特征而实现的。在从属权利要求2-4中给出了本发明的其它有利结构。

以下将根据附图来进一步描述本发明。其中：

图1示出了带有本发明的废气道的加热室的片状断面结构；

图2示出了图1所述实施方式的变型结构；

图3示出了在热交换管排附近的废气流速的垂直分量的剖面，其中横坐标为废气道，纵坐标为距离本发明设备的加热室底部的高度；

图4是(图3)与带有常见废气道的设备的比较图；

作为现有技术的是：

图5是蒸汽重整设备的侧视图(局剖视图)；

图6是图5所示设备的俯视图(局剖视图)；

图7是图5所示设备的主视图(局剖视图)；]

图8是穿过带有矩形废气道的加热室的片状示意断面图；

图9是穿过带有倾斜废气道的加热室的片状断面图。

可用令人惊奇的简单的方法实现了上述目的。在图1中，以沿废气道4穿过加热室的片状断面的方式示意地示出了一种很简单的本发明实施方式。在废气道4内仅装有一排导流片6式的导流体。导流片6是平行于废气道4纵向的(流动方向)、且其壁厚小于废气道横截面的扁平物。所述导流片在废气道4的纵向槽壁之间分布在废气道的整个宽度内。导流片由根据使用情况而定的耐高温材料如耐火材料或耐热金属材料制成。在这里，概念型导流片并不一定只包括金属材料。确切地说，只要能使在废气道4内的废气流在轴向均匀地受影响。导流片6的长度只等于整个废气道4整个纵长的小部分的长度。以整体呈阶梯的方式排列各导流片6，其中梯度向下指向集汽道8。紧邻的各导流片6适当地略微重叠。废气经按图5所示方式布置的、且靠近加热室1底部的废气流出孔5进入废气道4内。在那里，废气转向上并通过分别位于流出开口区内的导流片6转到水平方向。按照这种方式，在废气道4内沿指向集汽道8的方向形成了遍布横截面的较均匀的水平气流。

在图2中示出了图1所示实施例的变型结构。此变型结构的不同点仅在于，各导流片6a在远离集汽道8的顶侧处与约成竖直的挡流片6b相连。此挡流片6b向下直达废气道4底部。通过这种方式就可以实现废气流的强制定向调节，这是因为在两个紧邻的挡流片6b之间流动的废气完全被废气道4的壁和这两个挡流片6b围住，所以废气只能通过位于配属于这两个挡流片6b的两个导流片6a之间的轴向开口流出，即不得不采取水平流动。图2的实施方式与图1的实施方式相比没有带来重大改进。作为本发明的极端情况，可能会出现废气道是由许多独立导管组接而成的情况，上述导管分别由其中一个废气流出孔通向集汽道。尽管由于连接结构费用的原因而不优先考虑上述极端情况，但导流体的概念在本发明的范围内也包括这种导管连接实施方式。

通过本发明消除了到目前为止在如图8所示那样设计废气道4(或图9所示的废气道4a结构)时所强调指出的、废气不均匀地流出加热室1内腔的现象。在过去的设计中，在废气道4或4a内出现的压力损失在加热室1的局部即靠近集汽道8处导致废气流动明显较强。在远离集汽道的部位，废气流动明显较弱，结果导致热量分配的不均匀性。

根据本发明而将导流体装入废气道这一措施的生效原理如图3所示，它以流动剖面的方式示出了对废气流动的分析。在此图形中，以平行于热交换管排3的横截面图的方式示出了在紧邻热交换管3的区域内的废气流速的垂直分量(作为参数值)。根据沿废气道长度L1的位置L和根据距离加热室(总体高度H1)底部的高度H作出了等流速线。

负流速值表示，燃烧废气在加热室的上半部内在紧邻热交换管的地方由下向上流动，这是因为在两排热交换管之间形成了在中央部(在烧嘴平面区内)朝下的筒形流动。只是到了加热室的下半部燃烧废气才沿热交换管排一直向下流到各废气道侧壁中的流出开处。人们可以清楚地看到，当距离加热室底部的高度不变时，流速垂直分量在废气道方向上相差无几，所示流速是衡量通过对流产生的热传递的强度的标准。

与此相反，如图4的比较图形所示的那样很明显地产生了上述差异，其中图4描述了相应地利用带有通常根据图8而制成的废气道的加热室的情况。此图的右下部表示具有大很多的正的流速垂直分量的区域。这意味着，在加热室横截面的所述位置上即在加热室废气道出口附近存在最强的燃烧废气流，而因此在此区域内，必须通过比在其它区域要强的对流方式对热交换管进行明显的强化加热。

Claims (4)

1.一种向流动的工作介质间接传热的设备，特别是用于碳氢化合物的蒸汽重整设备，它具有一个通过许多排烧嘴中的烧嘴从上方进行加热的、且由其中流有所述工作介质的许多排热交换管(3)在垂直的纵向平面内穿过的加热室(1)，其中烧嘴(2)的燃烧废气通过彼此平行且平行于位于加热室(1)底部的热交换管(3)排的、由耐火材料制成的废气道(4)而从一侧流出此加热室(1)，该废气道(4)具有大致呈矩形的、且沿轴向不变的横截面，所述废气道在其纵向侧且靠近底部的区域内开有遍布整个轴向段的、用于使从加热室(1)流出的废气转入各条废气道(4)内的开口(5)，其特征在于，为使废气流动均匀，在废气道(4)内的热交换管(3)排的下部的区域内设置了导流体。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述导流体具有以分段方式基本水平延伸的导流片(6，6a)；并相互按阶梯形状顺序排列，其中所述阶梯形逐渐向下地指向废气道(4)的侧出口。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，每个紧换的导流片(6，6a)部分重叠。

4.如权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述导流体分别具有一个大致横向于废气道(4)纵向从底部伸起的挡流片(6b)，该挡流片在远离废气道侧的那一侧与各导流片(6a)相连。

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