CN1239839C - 蒸汽加热装置和在该装置内加热蒸汽的方法 - Google Patents

蒸汽加热装置和在该装置内加热蒸汽的方法 Download PDF

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Abstract

一种对由热气体热交换器内的冷却水所形成的蒸汽进行加热的装置，包括一设于所述热交换器容器(1)内的过热器(9)；一种实施于该种容器中的蒸汽加热方法；以及一种包括该种蒸汽加热方法的烃类原料气化方法。

Description

蒸汽加热装置和在该装置内加热蒸汽的方法
技术领域
本发明涉及一种对由热气体热交换器内的冷却水所形成的蒸汽进行加热的装置，该装置包括一具有一冷却水腔室的初级热交换器容器，一待冷却气体的入口，一已冷却气体的出口，一已加热蒸汽的出口以及一用于保持所产生蒸汽的收集空间。在冷却水腔室内设有至少一个初级蒸发管，在使用过程中，热气由此管流过。由于热量通过蒸发管壁在冷却水和热气体之间进行交换，从而冷却水蒸发并且蒸汽形成。蒸汽向上流动至保持所产生蒸汽的收集空间。该蒸汽在次级管道-壳体式热交换器容器内被进一步加热，该次级热交换器容器位于冷却水腔室内，亦称为“过热器组件”。在这种过热器组件内，产生蒸汽依靠热气进行加热，该热气体在初级蒸发管内已被部分降温。
背景技术
在专利EP-A-257719中描述了这种装置。该文献所公开的装置由一浸于水中的过热器组件组成，而该组件则包括一壳体—管道式热交换器，其中部分已冷却的气体被送至过热器组件的壳体方，而蒸汽则被送至过热器组件的管道方。这两种气流在过热器内以顺流的运行模式进行接触。
申请人发现，当EP-A-257719中所公开的装置用来冷却含有杂质，如碳、灰和/或硫的气体时，例如，当这类气体是通过气态或液态烃类原料的气化而生成的合成气体时，就有可能发生泄漏。可以认为，因气体方面的因素使得装置结垢而导致了泄漏。尽管该装置定期清洁，但是泄漏问题却一直存在。特别应指出的是，当合成气体通过液态烃，尤其是重质残油产生时，结垢还会导致该装置的热交换能力将随运行时间而逐渐降低。因此，离开热交换器的过程气体的温度将随运行时间而逐渐升高。如果离开初级热交换器装置的过程气体的温度超过某一温度，一般为400-450℃，输送初级热交换器下游的过程气体的管道的温度将升高至可能被毁坏的程度。某一装置在须对管道进行清洁之前的运行时间被称为“循环时间”。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对冷却热气体的热交换器内的蒸汽进行加热的装置，其特征在于，循环时间增加至最大，并且泄漏问题得以避免。该热气体尤指包含混合物的热过程气体，该混合物导致装置的热交换面结垢。这种混合物尤指烟灰和任选的硫，此处烟灰是指碳和灰。
本发明目的通过一种对由热气体热交换器内的冷却水所形成的蒸汽进行加热的装置得以实现，该装置包括：具有一冷却水腔室的一初级热交换器容器，一待冷却气体的入口，一已冷却气体的出口，一已加热蒸汽的出口以及一用于保持所产生蒸汽的收集空间；
至少一初级蒸发管，设置于冷却水腔室内，并与待冷却气体的入口流体连通；
至少一蒸汽管，用于将产生的蒸汽从保持产生蒸汽的收集空间中经由收集空间的蒸汽出口加以回收；
至少一位于冷却水腔室内的次级管道-壳体式热交换器容器，即“过热器组件”，其中产生蒸汽依靠来自初级蒸发管的部分已冷却气体被进一步加热；
其中，初级蒸发管与过热器组件的管道侧流体连通，而用于回收产生蒸汽的蒸汽管与过热器组件的壳体侧流体连通，从而热交换基本上按顺流方式进行；以及
一位于冷却水腔室内的次级蒸发管，其一端与过热器组件的气体出口流体连通，其下游端与已冷却气体的出口连通。
实践证明，本发明装置的循环时间得以增加，同时泄漏问题得到避免。循环时间得以增加主要是通过次级蒸发管的设置来实现的。初级和次级蒸发管的热交换区设计合理，从而在运行开始时，次级蒸发管几乎不会进行热量交换。由于在运行过程中，蒸发和过热管内部结垢，次级蒸发管内的气体温度将逐渐升高。之后，次级蒸发管将参与气体的冷却，从而延长了已冷却气体的出口处的温度到达上述的临界值之前的周期。
此外，由于热气体流过管道侧的过热器组件，还可以获得更为简单的装置清洁手段。现在，只需通过诸如将一塞子穿过蒸发管和与蒸发管流体连通的过热管即可完成清洁过程。
由于蒸汽和气体基本上以顺流的方式在过热器组件中流动，从而避免了过热器组件内的壁温过高的现象。不利之处在于，其热交换率小于选用逆流运行模式时的热交换率。但是实践证明，利用本发明的装置可生产出足量的容许温度的过热蒸汽。
蒸发管为一个或多个平行管。优选地，为了使设备的尺寸减至最小，蒸发管为螺旋状。
附图简要说明
下面参照附图对本发明进行更为详细的描述，其中
图1为本发明装置的示意图；
图2示出一优选过热器组件。
具体实施方式
参见图1和2，本发明的装置包括一具有冷却水入口2的初级热交换容器1，其中入口2通向容器1的内部。容器1还包括一冷却水的腔室5和一用于保持产生蒸汽的收集空间35。收集空间35设有一与用于回收产生蒸汽的蒸汽管18流体连通的出口3。该蒸汽管18可置于容器1的内部或外部。可设置从收集空间35内回收蒸汽的辅助装置，该蒸汽不再被进一步加热以及用来加热其它过程流体。EP-A-257719中的图1a示出了蒸汽管18可置于容器1内部的一合适的实施方式。为了避免水滴进入出口3，在出口3和蒸汽收集空间35之间优选地设有一湿气栅网(未示出)。在正常工作过程中，冷却水通过冷却水供应导管4供给到容器1，其中容器1的冷却水的腔室5内充满冷却水。所述装置包括一具有热气体入口7和出口8的初级蒸发管束6，该初级蒸发管束6设于冷却水的腔室5内。所述装置还包括一过热器组件9，该组件具有一包含第二管束11的容器10，第二管束则设有一入口12和一出口13，入口12与初级蒸发管束6的出口8连通。过热器组件9的壳体侧通过蒸汽入口15与蒸汽导管18流体连通。蒸汽在过热器组件9内进行加热，并通过蒸汽出口17排向过热蒸汽导管19。在优选实施例中，需设置入口15和12以及出口17和13，从而热气体和蒸汽基本上以顺流方式流过一优选为细长型的过热器组件9。图2将更加详细地示出一合适的过热器组件。
这样，该装置则包括一蒸汽流通路径，该路径自容器1的蒸汽出口3起，经容器10的蒸汽入口15，通过过热器9的壳体侧16，延伸至过热蒸汽的出口17。过热蒸汽通过导管19从出口17处进行排放。
已冷却气体从过热器组件9的出口13处排放至次级蒸发管21。次级蒸发管21进一步与已冷却气体27的出口流体连通。
在正常工作期间，由于初级、次级蒸发管和过热器管束结垢，对于给定的热气体生产量而言，容器1下游的气体排放导管，即导管27的气体温度将逐渐升高。最终，由于进入次级蒸发管内的气体温度及时升高，次级蒸发管将逐渐更好地促进热气体的冷却。通过选择足够大的次级蒸发管的热交换面积，经出口27离开所述装置的气体的温度长时间保持在450℃以下，该长时间优选为大于350天。优选地，次级蒸发管的表面积至少为初级蒸发管表面积的50％。更优选的是，次级蒸发管的表面积至少为初级蒸发管表面积的75％，最优选的是大于100％。
温度测量装置28可测定恰好在容器1的下游一点处在导管27内流动的气体温度。
从本发明的装置中排放出的过热蒸汽的温度可通过加水进行调节。这降低了蒸汽的温度，同时提高了蒸汽产量。图1示出了加水方式的优选实施例。如图1所示，通过导管19排放的过热蒸汽的温度由温度测量装置30测定。测量值传送至控制器(未示出)，该控制器借助于阀门31控制通过骤冷器32加入导管19的水量。
优选地，在冷却水进入容器1之前，气体排放导管27内的已冷却气体通过与冷却水进行热交换而被进一步冷却。从而，本发明的装置优选地包括一辅助热交换器33，用于依靠冷却水来冷却气体。
图2示出了一优选过热器组件9，该组件具有一蒸汽入口36、一已加热蒸汽出口37、一热气体入口38和一热气体出口39。热气体入口38与螺旋管40流体连通。螺旋管40位于环形空间41内，该环形空间由管状外壁42、管状内壁43、底部44和顶部45形成。管状壁42和43紧靠螺旋管40布置，从而在螺旋管之外和环形空间41之内形成螺旋形空间46。该螺旋形空间46的一端与蒸汽入口36流体连通，其相对端与蒸汽出口37流体连通。由于这种构造，蒸汽将以与流经螺旋管40的热气体顺流的方式通过螺旋形空间流动。为清楚起见，图2中仅示出一个螺旋管40和一个螺旋形空间46。显然，环形空间41内可放置平行布置的多于一个的螺旋管和螺旋形空间。
每个容器1可包括多于一个的过热器组件9，宜为1-5个。如图2所示的过热器组件9可与一下水管(未示出)相连。该下水管使得水能够流到容器1的下端。所述下水管的管形内壁43宜与所述过热器组件9连接，以使得水朝下方流动。
本发明的装置适于用在一种使得冷却热气体的热交换器内的蒸汽过热的方法中，作为一优选实施方式，所述热气体的杂质主要为烟灰和硫。该方法尤其适合冷却通过液态或气态烃类原料气化而成的含烟灰和含硫的合成气体，烃类原料优选为重质残油，即所含组分的重量百分比至少为90％、沸点大于360℃的液态烃类原料，比如减粘裂化炉残油、沥青和减压闪蒸热裂残油。由重质残油产生的合成气体一般含有重量百分比为0.05～1.5％的烟灰和0.1～4％的硫。
烟灰和硫的存在将使得传送热气体的管道出现结垢，并且会随着运行时间而增加，从而消弱热交换器和过热器的热交换作用。
本发明方法中待冷却热气体的温度一般在1200～1500℃的范围内，优选为1250～1400℃，并优选被冷却至150～450℃范围内的一个温度，更为优选的范围为170～300℃。
至少由本发明方法所产生的部分过热蒸汽可有利地用于烃类原料气化工艺中。如现有技术所公知的一样，在这种气化工艺中，烃类原料、氧分子和蒸汽被送入气化装置，并被转换为热的合成气体。因此，本发明还涉及一种烃类原料的气化方法，该方法包括以下步骤：
(a)将烃类原料、含氧分子的气体和蒸汽送入气化反应器；
(b)在气化反应器内对烃类原料、含氧分子的气体以及蒸汽进行气化，从而获得热的合成气体；
(c)在前面所限定的装置内将步骤(b)得到的热合成气体进行冷却，从而加热蒸汽；
其中在步骤(a)送入气化反应器的至少部分蒸汽在步骤(c)得到。

Claims (8)

1.一种对由热气体热交换器内的冷却水所形成的蒸汽进行加热的装置，该装置包括：具有一冷却水腔室的一初级热交换器容器，一待冷却气体的入口，一已冷却气体的出口，一已加热蒸汽的出口以及一用于保持所产生蒸汽的收集空间以及一冷却水入口；
至少一初级蒸发管，设置于冷却水腔室内，并与待冷却气体的入口流体连通；
至少一蒸汽管，设置于初级热交换器容器的内侧或外侧，用于将产生的蒸汽从保持产生蒸汽的收集空间中经由所述收集空间的一蒸汽出口加以回收；
至少一位于所述冷却水腔室内的次级管道-壳体式热交换器容器，即“过热器组件”，其中所述产生蒸汽依靠来自初级蒸发管的已部分冷却的气体被进一步加热；
其中，所述初级蒸发管与所述过热器组件的管道侧流体连通，而用于回收产生蒸汽的蒸汽管与所述过热器组件的壳体侧流体连通，从而热交换按顺流方式进行；以及
一位于所述冷却水腔室内的次级蒸发管，其一端与所述过热器组件的所述气体出口流体连通，其下游端与所述已冷却气体的出口连通。
2.一种在如权利要求1所述的装置内加热蒸汽的方法。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初级和次级蒸发管所选定的表面面积使得已冷却气体出口处的温度长时间保持在450℃以下，该长时间大于350天。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述热气体为通过液态或气态烃类原料气化而成的合成气体。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述合成气体由一种液态烃类原料气化而成，所述液态烃类原料含有重量百分比至少为90％且沸点大于360℃的烃组分。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热气体含有重量百分比至少为0.05％的烟灰。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述热气体含有重量百分比至少为0.1％的硫。
8.根据权利要求2-3之一所述的方法，其特征在于，所述气体从1200～1500℃的温度，冷却至150～450℃的温度。
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