CN1194190C - 加热蒸汽的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于加热蒸汽的设备，该蒸汽由用于热气体的热交换器中的冷却水形成，该设备包括一个设置在热交换器容器(1)中的过热器(9)，一种在这样的设备中进行的加热蒸汽的方法，和一种包括这样的加热蒸汽的方法的用于烃原料的气化的方法。

Description

加热蒸汽的设备

本发明涉及用于加热蒸汽的设备，该蒸汽由用于热气体的热交换器中的冷却水形成，该设备包括一个主热交换器容器，其具有一个用于冷却水的腔室，一个用于将被冷却的气体的入口，一个用于已被冷却的气体的出口，一个被加热的蒸汽的出口，和一个用于保持产生的蒸汽的收集空间。至少一主蒸发器管道被设置在冷却水的腔室中，在使用时，热气体流经该管道。由于冷却水和热气体之间经蒸发器管道壁的热交换，水蒸发，蒸汽形成。蒸汽向上流动到用于保持已产生的蒸汽的收集空间。此蒸汽在第二管道-壳体式热交换器容器，也称作”“过热器组件”中被进一步加热，该过热器组件位于冷却水腔室中。在这样一个过热器组件中，产生的蒸汽靠该气体被加热，该气体已在主蒸发管道中被部分降温。

这样一种设备在EP-A-257719中有描述。其中公开的设备包括一个浸在水中的过热器组件，包括一个壳体-管道式热交换器，其中部分冷却的气体被供给到过热器组件的管际空间，将蒸汽供给到过热器组件的管道侧。两种流体在过热器中接触，以顺流的方式操作。

申请人发现，当根据EP-A-257719的设备被用于冷却包括杂质，如碳、灰和/或硫的气体时，能够发生泄漏，例如，通过将液体的或气体的烃原料气化而产生的合成气体中就包含有杂质。相信是设备的气体侧的结垢引起泄漏。虽然该设备定期清洗，仍存在泄漏问题。结垢，特别是当合成气体是由液体的烃，特别是重质残油的气化而产生时，将导致该设备的热交换能力随着工作时间而逐渐降低。其结果是，离开热交换器的过程气体的温度随着工作时间而逐渐升高。如果离开主热交换器设备的温度超过某一特定温度时，典型的是400-450℃时，传输主热交换器下游的气体的管道的温度将会高到可能被损坏。因此，该设备不得不停止，以清洗管道。运行过一段时间以后一个设备不得不清洗的这段运行时间被称作“循环时间”。

本发明的目的是提供一种用于加热一冷却一种热气体的热交换器中的蒸汽的设备，其中循环时间被尽可能地延长，和/或避免了泄漏问题。热气体特别是包括化合物的热过程气体，化合物引起该设备的热交换器表面结垢。这样的化合物特别是烟灰，和可选择地是硫。这里的烟灰是指碳和灰。此目的由一加热蒸汽的设备完成，该蒸汽由用于热气体的热交换器中的冷却水形成，该设备包括：一个主热交换器容器，其具有一个用于冷却水的腔室、一个用于将被冷却的气体的入口、一个用于已被冷却的气体的出口、一个被加热的蒸汽的出口、和一个用于保存产生的蒸汽的收集空间；

至少一个主蒸发器管道，定位在冷却水腔室中，与将被冷却的气体的入口流体连通，

至少一蒸汽管道，用于经所述收集空间的蒸汽出口，从保持产生的蒸汽的收集空间取走已产生的蒸汽，

至少一个第二管道-壳体式热交换器容器，“过热器组件”，其定位在冷却水腔室中，其中所产生的蒸汽通过来自主蒸发器管道的被部分冷却的气体被进一步加热，

其中主蒸发器管道与过热器组件的管道侧流体连通，并且用于取走已产生的蒸汽的蒸汽管道与过热器组件的管际空间流体连通，以及

其中具有用于将水加入到已产生的进入过热器组件的蒸汽的装置。

已经发现，通过在运行时间期间，增加给产生的蒸汽添加的水的量，离开初热交换器容器的热气体的温度能够保持在临界温度以下持续一更长的时间。因此得到一种设备，其能够在一更长的循环时间里工作。因为在蒸汽中加入水，进入过热器组件的蒸汽的冷却能力足够大使过热器组件以逆流方式工作，而保持过热器管壁的温度低于一最大允许的温度。这最大允许的温度是低于650℃，较佳的是低于500℃。因为过热器能够以逆流工作模式被操作，能够实现高的热交换效率，导致例如加热的蒸汽的产出量能够增加。因为热气体在管道侧流经过热器组件，因此设备容易清洗。清洗可以通过例如将一塞子穿过一蒸发器管道和与所述蒸发器管道流体相通的过热器管道来完成。

蒸发器管道是一个或多个平行的管道。较佳的是，为了尽可能减小设备的尺寸，蒸发器管道是螺旋的。

用于加水的装置，较佳地设置成，在用于产生的蒸汽的收集空间的蒸汽出口和直到并包括过热器组件之间的一个位置向产生的蒸汽加水。加水的较佳的方式是，避免过热器组件中出现水滴。因此水可以作为蒸汽加入，例如直接加入到所述组件中。更佳的是，在液体水被加入到所述产生的蒸汽中之前，在一适当的辅助过热器组件中，产生的蒸汽的收集空间中得到的蒸汽先被加热。然后，液体水由于加入到过热蒸汽中而立即蒸发。

现在参照附图对本发明作更详细的描述。

图1示意地表示根据本发明的设备的第一实施例的纵向剖面；和

图2示意地表示根据本发明的设备的第二实施例的纵向剖面。

参见图1和2，根据本发明的设备包括一个主热交换容器1，其具有一个用于冷却水的入口2，该入口2通到容器1的内部。该容器1还包括一个用于冷却水的腔室5，和一个用于保持产生的蒸汽的收集空间35。收集空间35设置有一个出口3，出口3与蒸汽管18流体地连接，蒸汽管18用于取走产生的蒸汽。蒸汽管18可以定位在容器1的内部或者外部。一个适合的实施例由EP-A-257719示出，其中示出了如何将蒸汽管18定位在容器1的内部。较佳地，一个湿气栅网(mistmat)(未示出)设置在出口3和蒸汽收集空间35之间，以避免水滴进入出口3。在正常操作期间，冷却水经冷却水供给管道4供给到容器1，其中容器1的用于冷却水的腔室5充满冷却水。该设备包括一主蒸发器管束6，该主蒸发器管束6具有一个用于热气的入口7和一出口8。主蒸发器管束6被设置在冷却水的腔室5中。该设备还包括一过热器组件9，该过热器组件9包括一容器10，该容器10中包括一第二管束11，第二管束11具有一与主蒸发器管束6的出口8相通的入口12以及一出口13。从出口13，冷却的气体经气体排出管道14排出。过热器容器9具有一个蒸汽入口15，和一过热蒸汽的出口17，入口15和出口17都与过热组件9的壳体一侧即管际空间(shell side)16相通。入口15，12和出口17，13较佳地设置成，使热气体和蒸汽流基本上逆流通过一最好是细长的过热组件9。用于蒸汽的入口15与热交换器容器1的蒸汽出口3流体连通。因此，该设备包括一蒸汽的流动路径，该流动路径从容器1的蒸汽出口3延伸经容器10的蒸汽入口15，通过过热器9的管际空间16，到达过热蒸汽出口17。从出口17，过热蒸汽经管道19排出。

如图1和2所示的该设备的实施例，包括一个辅助的过热器21，以在由装置20将水加入之前，将蒸汽流动路径中的蒸汽加热。用于加水的适合的装置是本领域人员已知的，如骤冷器等。应当理解，水可以在蒸汽的流动路径中的一个以上的点处加入。

辅助过热器21包括一个容器22，容器22包含一个第三管束23，该第三管束具有一个与过热器容器10的出口13相连通的入口24以及一个出口25。辅助过热器21的管际空间26形成蒸汽流动路径的一部分。冷却的气体从出口25，经气体排出管道27排出。流动路径、入口24和出口25较佳地设置成，使热气体和蒸汽流基本上逆流通过一较佳是细长的辅助过热器容器21。

可替换地，该设备包括一单一的过热器组件9和装置20，它们设置成，使水被加到过热器9的管际空间16。

用于加水的装置20，可以位于容器1的内部或者外部。出于实用的目的，特别是为了有利于维护，较佳的是，将装置20位于容器1的外部，如图2所示。

在正常操作期间，因为主蒸发器和过热器管束的结垢，对于给定的热气体的通过量来说，容器1下游的气体排出管道中，即图1和2中的管道27中的气体的温度将逐渐增高。通过将水加入到蒸汽流动路径中，气体排出管道27中的气体的温度能够保持在一临界值以下的时间段将被延长，在该临界值处可能损坏管道27。

在管道27中流动的气体在容器1的刚好下游的一点处的温度，可以由一温度测量装置28测定。测定的数值被送到一控制单元(未示出)，该控制单元借助于阀29，对由装置20向蒸汽流动路径加的水的量进行控制。可替换地，在管道27中流动的气体的温度可以通过测量管道19中过热蒸汽的温度来确定。

从本发明的设备中排出的过热蒸汽的温度可以通过加入水来调节。这降低了蒸汽的温度，并且同时增加了产生的蒸汽的量。图2示出了一如何加水的较佳的实施例。如图2所示，经管道19排出的过热蒸汽的温度，由一温度测量装置30测定。测定的数值被送到一控制单元(未示出)，该控制单元借助于阀31，对由骤冷器32向管道19加的水的量进行控制。

较佳的是，在冷却水进入到容器1中之前，在气体排出管道27中的冷却的气体(在包括辅助过热器21的设备的一个实施例中，如图1和2所示)，或者在气体排出管道14中的冷却的气体(在没有辅助过热器的设备的一个实施例中，(未示出))，通过与冷却水热交换而被进一步冷却。因此，根据本发明的设备较佳地包括一个辅助的热交换器33，用于靠冷却水来冷却气体，其中辅助的热交换器33的较热的一侧(warm side)与第二管束11的出口13是流体相通的，或者如果设置一个辅助的过热器21时，则与第三管束23的出口25流体相通，并且辅助热交换器33的冷的一侧(cold side)与容器1的冷却水的入口2流体相通。

此设备还可以包括一个或多个骤冷器(未示出)，该骤冷器用水或气体将热气体急冷，从而使热气体进一步冷却。骤冷器可以设在过热器的上游或者下游。

根据本发明的设备还适当地设有一个第二蒸发器管道，该第二蒸发器管道与过热器组件的热气体出口流体相通，或者如果有，与一辅助过热器的热气体出口流体相通。此第二蒸发器管道将进一步增加气体排出管道27中的气体的温度能够保持在上述临界值以下的时间段。主的和第二蒸发器的热交换区域适合设计成，在运行开始时，第二蒸发器管道几乎没有热交换发生。因为在操作过程中，蒸发器和过热器管道的内部结垢，第二蒸发器管道中的气体的温度将逐渐增高。第二蒸发器管道然后逐渐开始参加气体的冷却，从而延长气体出口管道27的温度达到上述临界值的时间。

图3示出了较佳的过热器组件9，其带有一个蒸汽入口36，和用于加热的蒸汽的出口37，一个用于热气体的入口38，和一个用于热气体的出口39。用于热气体的入口38与螺旋管道40流体相通。螺旋管道40定位在一环形空间41中，该环形空间41由一筒形外壁42和筒形内壁43以及底部44和顶部45形成。筒形壁42和43靠着螺旋管道40定位，使得在螺旋管道的外部(管际空间(shell side))和在环形空间41内形成一个螺旋形成的空间46。此螺旋形成的空间46的一端与蒸汽入口36流体连通，另一相对端与蒸汽出口37流体连通。由于此结构，蒸汽会经螺旋空间46与经螺旋管道40流动的热气体逆向流动。为了清楚起见，图3只示出一个螺旋管道40和一个螺旋空间46。应当清楚，一个以上的平行设置的螺旋空间和螺旋管道能够设置在环形空间41中。如图3所示的热交换器能够找到广泛的应用。因为其设计简单，并且因为能够实现几乎100％逆流或者顺流热交换，它是有利的。

根据本发明的设备适合于用在一种在用于冷却热气体的热交换器中使蒸汽过热的方法中，较佳的是，热气体主要被烟灰和/或硫污染。因此，本发明还涉及一种用于在上述的设备中完成的加热蒸汽的方法，其中

(a)通过在液体水和一热气体之间的间接热交换而得到蒸汽，

(b)通过使由步骤(a)得到的蒸汽与步骤(a)中得到的部分冷却的热气体间接热交换而将步骤(a)得到的蒸汽加热，

(c)在步骤(b)中加热蒸汽之前或者加热期间，将附加的水加到由步骤(a)得到的蒸汽中。

此方法特别适合于含有烟灰和硫的合成气体，该合成气体是通过将烃原料的液体气化而产生的，烃原料较佳的是一重质残油，即一种烃原料的液体，其包含按重量计至少90％具有高于360℃的沸点的组分，如减粘裂化炉残油、沥青和减压闪蒸热裂残油。从重减压残油产生的合成气体典型地包括0.1-1.5％重量百分比的烟灰，和0.1-4％重量百分比的硫。

由于存在烟灰和硫，输送热气体的管道结垢的情况会发生，并且会随运行时间而增加，从而影响热交换器和过热器中的热交换。较佳的是，由装置20加入的水的量会随着运行时间而增加，较佳的是，以此使得在输送热气体的管道离开热交换器容器处的热气体的温度被保持在450℃以下。

在根据本发明的方法中将被冷却的热气体具有的温度典型的是从1200到1500℃，较佳的是1250到1400℃，并且较佳地被冷却到从150到450℃，更佳的是从170到300℃。

由本发明的方法产生的过热蒸汽的至少部分可以被有利地用于烃原料的气化。在此气化过程中，如本领域人员公知的，烃原料氧分子和蒸汽被供给到一气化器，并且被转变为热的合成气体。因此，本发明还涉及一种含烃的原料的气化方法，包括步骤：

(a)将烃原料、含氧分子的气体和蒸汽供给到一气化反应器，

(b)将烃原料、含氧分子的气体和蒸汽气化，以在该气化反应器中得到一种热的合成气体，

(c)在如上所述的一设备中将步骤(b)中得到的热的合成气体冷却，并且将蒸汽加热，

其中至少在步骤(a)中供给到气化反应器的蒸汽的部分在步骤(c)中得到。

Claims (15)

1.一种用于加热蒸汽的设备，该蒸汽由用于热气体的热交换器中的冷却水形成，该设备包括：一个主热交换器容器，其具有一个用于冷却水的腔室、一个用于将被冷却的气体的入口、一个用于已被冷却的气体的出口、一个被加热的蒸汽的出口和一个用于保持产生的蒸汽的收集空间，

至少一主蒸发器管道，其被设置在冷却水的腔室中，与该将被冷却的气体的入口流体连通，

至少一个蒸汽管道，用于经所述收集空间的一蒸汽出口，从保持产生的蒸汽的收集空间取走已产生的蒸汽，

至少一个第二管道-壳体式热交换器容器，“过热器组件”，其被定位在冷却水腔室中，其中所产生的蒸汽靠来自主蒸发器管道的部分被冷却的气体而进一步被加热，

其中主蒸发器管道与过热器组件的管道侧流体连通，并且用于取走已产生的蒸汽的蒸汽管道与过热器组件的管际空间流体连通，以及

其中具有用于将水加入到已产生的进入过热器组件的蒸汽的装置。

2.根据权利要求1的一种设备，其中用于加水的装置被设置成，使水在用于产生的蒸汽的收集空间的蒸汽出口和过热器组件之间的一个位置处被加入进产生的蒸汽。

3.根据权利要求1或2的一种设备，其中用于加水的装置是用于加入液体水的装置。

4.根据权利要求1或2的一种设备，其中用于加水的装置和用于取走已产生的蒸汽的蒸汽管道的部分被设置在主热交换器容器的外部。

5.根据权利要求1或2的一种设备，其中冷却水腔室还包括一用于将热气体冷却的第二蒸发器管道，第二蒸发器管道被定位在相对于热气体的流动的过热器组件的下游。

6.根据权利要求1或2的一种设备，其中用于加热已产生的蒸汽的一辅助过热器组件位于用于产生的蒸汽的收集空间的蒸汽出口和用于加水的装置之间。

7.根据权利要求6的一种设备，其中辅助过热器组件是一管道-壳体式热交换器，其被设置成使得已产生的蒸汽在管际空间处流动，而至少在过热器组件中已部分冷却的气体在管道侧流动。

8.根据权利要求6的一种设备，其中辅助过热器设置在主热交换器容器的外部。

9.根据权利要求1或2的一种设备，其中该设备还包括用于将水加入到在相对于蒸汽流动的过热器组件的下游的过热蒸汽中的装置。

10.一种在根据权利要求1或2的设备中进行的加热蒸汽的方法，其中该热气体是合成气体，该合成气体是通过液态或气态的烃原料的气化而产生的。

11.根据权利要求10的方法，其中合成气体是由一种液体的烃原料的气化而产生的，该烃原料包含至少90％重量的具有高于360℃的沸点的烃组分。

12.根据权利要求10的方法，其中热气体包括至少0.05％重量百分比的烟灰，较佳的是至少0.1％重量百分比，更佳的是至少0.2％重量百分比。

13.根据权利要求10的方法，其中热气体包括至少0.1％重量百分比的硫，较佳的是至少0.2％重量百分比，更佳的是至少0.5％重量百分比。

14.根据权利要求10的方法，其中气体被冷却的范围是，从1200-1500℃，较佳的是1250-1400℃，到150-450℃，较佳的是，到170-300℃。

15.根据权利要求10的方法，其中加入到蒸汽流动路径中的水的量随运行时间而增加。

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