CN201724194U - 能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置 - Google Patents

Abstract

一种能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置，包括高温联接管(3)、高压外联箱(5)、高温内联箱(7)、锅炉外筒体(8)和由套管组成的余热锅炉管束(13)，其特征是所述的套管由隔热管(10)、内套管(11)和外套管(12)组成；在所述的锅炉外筒体(8)中安装有隔板(15)；在锅炉外筒体(8)上安装有连通隔板(15)两侧并将饱和蒸汽发生区的饱和蒸汽引入过热蒸气发生区与余热锅炉管束(13)的过热蒸汽发生段(16)进行热交换以产生过热蒸汽的饱和蒸汽联管(18)；在锅炉外筒体(8)上安装有过热蒸汽出口管(19)及饱和蒸汽出口管。同时解决了过去难以实现的在一台余热回收器中同时产生中压或高压饱和蒸汽和过热蒸汽的难题。

Description

能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置

技术领域

本实用新型涉及余热回收装置，尤其是一种化学反应器的余热回收装置，具体地说是一种对材料要求不高、制造成本较低又能在一个设备中直接副产饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式三重套管高温余热回收装置。

背景技术

①目前，反应器后的余热回收装置，通常是将高温气体通过引出管连接余热回收装置(废热锅炉或水加热器)完成的，传统的结构见图1、图2，在较高压力、较高温度和有腐蚀性介质的条件下，这种用管道连接的废热回收装置的设计和制造的难度都很大(例如，氨合成反应器的气体温度为450℃，压力为15.0-30.0Mpa，且有高腐蚀性的H₂、NH₃等气体)，这时不仅连接管道要选用非常昂贵的高级合金钢管，而且回收器的锻件、管材，也要选用同样高级的材料，因此在选材、采购、设计、制造、安全运行等各方面都存在很大难度，不得不长期依赖进口，难以国产化，而且价格也非常高昂。目前，我国许多装置为了立足国内，降低投资，采用的办法是降低反应器出口温度，以降低对材料、制造难度方面的要求，但这样又使回收蒸汽的等级和产量下降(只能产生中低压蒸汽)，这就影响系统的最佳化，使装置运行的经济性明显下降。

②几乎所有的余热回收装置只能副产饱和蒸汽，当需要过热蒸汽时，则后面要再串联蒸汽过热器(见图3)。这样就需要两个设备，流程较长，需要管道连接，对于高温、高压和腐蚀介质的工况下，显然上述①的问题更加突出。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的余热回收装置存在的连接管道和回收装置用材要求高，制造成本和难度大的问题，设计一种可大部分采用普通材料进行制造、成本低，制造方便的能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置。

本实用新型的技术方案是：

一种能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置，包括高温联接管3、高压外联箱5、高温内联箱7、锅炉外筒体8和由套管组成的余热锅炉管束13，其特征是：

1)高压外联箱5通过连接法兰4与反应器1直接相连，高温内联箱7安装在高压外联箱5中，高温内联箱7的进口端与高温联接管3的一端相连，高温连接管3的另一端伸入反应器1中；余热锅炉管束13的换热部分安装在锅炉外筒体8中；

2)所述的套管由隔热管10、内套管11和外套管12组成，隔热管10套装在内套管11上，且0≤隔热管10长度L₁≤内套管11长度L，隔热管10和外套管12之间设有间隙，内套管11的进气端穿过锅炉外筒体8伸入高压外联箱5中并与安装在高压外联箱5中的高温内联箱7相连通，内套管11的出气端位于外套管12远离高压外联箱5的封闭端中，外套管12的出气端与高压外联箱5相连通，高压外联箱5连接有气体出口6。

3)所述的锅炉外筒体8中安装有隔板15，，隔板15的一侧为饱和蒸汽发生区，另一侧为过热蒸汽发生区，相应地余热锅炉管束13位于饱和蒸汽发生区的一端形成饱和蒸汽发生段9，而位于过热蒸汽发生区的一端形成过热蒸汽发生段16，过热蒸汽发生段16穿过隔板15位于过热蒸汽发生区中，在所述的饱和蒸汽发生区注有产生饱和蒸汽的软水，在锅炉外筒体8上安装有连通隔板15两侧并将饱和蒸汽发生区的饱和蒸汽引入过热蒸气发生区与余热锅炉管束13的过热蒸汽发生段16进行热交换以产生过热蒸汽的饱和蒸汽联管18；在锅炉外筒体8上与饱和蒸汽发生区及过热蒸汽发生区相对应位置处分别安装有过热蒸汽出口管19及饱和蒸汽出口管；

4)所述的隔板15通过膨胀节14与锅炉外筒体8内壁相连。

所述的隔热管10长度L₁＝内套管11长度L，形成完全式三重套管废热锅炉。

所述的隔热管10长度L₁＝0，形成完全式双重套管废热锅炉。

当0＜隔热管10长度L₁＜内套管11长度L时，形成普通式三重套管废热锅炉。

所述的隔板15通过膨胀节14锅炉外筒体8相连。

过热蒸汽段16的管外安装有能增加传热系数的折流挡板17。

本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型采用卧式结构，将废热锅炉与反应器底部直接连接，从而可省去传统使用的高温高压引出管，避免高级合金钢管的使用，易于国内解决，节省投资。

2.本实用新型采用高压联箱内设置内部高温联箱的分隔结构，使高压和高温两个克刻条件由外联箱和内联箱分开承担，降低了外联箱的材质要求和制造难度，既节省投资，又更加安全。

3.本实用新型采用套管式锅炉管结构，使高温气体先流过不受压的内套管，将温度降低到合适的温度后，再进入受高压的外套管，即与水传热的高压锅炉管，从而使锅炉管的材质易于解决，既节省投资，取材容易，又运行安全。

4.本实用新型通过隔板15的作用将余热回收锅炉分隔成气-液交换区和气-气交换区，解决了过热蒸汽产生的难题，保证了在同一个锅炉筒体中既能产生饱和蒸汽，又能产生过热蒸汽，充分扩展了余热利用的效率，为后续用气设备提供了新的气源，这也是本实用新型区别于现有技术的关键之处。

5.本实用新型的套管式锅炉管的传热原理见图5，包括外套管12与水侧的传热和内套管11与外套管12之间的传热，后者的传热要点是：高温气体t₁在内套管11远端折入外套管12时的温度t₂应该稍低于外套管12材料的安全使用温度，而这一温度是由内套管11通过三重套管中隔热管10的长度L₁和内套管11与外套管12的非隔热长度L₂决定的，温度为t₁的高温气体通过非隔热段L₂的传热，将温度从t₁降至安全温度t₂，而此时气体经外管与水传热温度为t_w，副产蒸汽后温度从t₂降至t₃出废锅，从而使整个锅炉处于安全的最优的条件下运行。

6.本实用新型所提供的余热回收器的应用范围很广，反应气体的温度范围为：300℃-950℃，压力为1.0-32.0Mpa，副产蒸汽或水的温度范围为204℃-375℃，压力为1.6Mpa-22.0Mpa；副产过热蒸汽的温度范围为300～600℃，压力为1.6～22.0Mpa。

7.本实用新型可大部分采用普通材料进行制造、成本低，制造方便。

附图说明

图1是传统的立式废热锅炉的结构示意图。

图2是传统的卧式废热锅炉的结构示意图。

图3是传统的副产过热蒸汽的余热回收装置示意图。

图4是本实用新型的结构示意图。

图5是本实用新型的三重套管的结构及传热过程示意图。

图中：2为反应器1中安装的催化剂层。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图4、图5所示。

一种能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置，包括高温联接管3、高压外联箱5、高温内联箱7、锅炉外筒体8和由套管组成的余热锅炉管束13，高压外联箱5通过连接法兰4与反应器1相连，高温内联箱7安装在高压外联箱5中，高温内联箱7的进口端与高温联接管3的一端相连，高温连接管3的另一端伸入反应器1中；余热锅炉管束13的换热部分安装在锅炉外筒体8中，所述的套管由隔热管10、内套管11和外套管12组成，隔热管10套装在内套管11上，两者之间形成一个死气隔热层20，且0≤隔热管10的长度L₁≤内套管11长度L，隔热管10和外套管12之间设有间隙；所述内套管11的进气端穿过锅炉外筒体8伸入高压外联箱5中并与安装在高压外联箱5中的高温内联箱7相连通，内套管11的出气端位于外套管12远离高压外联箱5的封闭端中，外套管12的出气端与高压外联箱5相连通，高压外联箱5连接有气体出口6；在所述的锅炉外筒体8中安装有隔板15，隔板15的一侧为饱和蒸汽发生区，另一侧为过热蒸气发生区，相应地余热锅炉管束13位于饱和蒸汽发生区的部分形成饱和蒸汽发生段9，而位于过热蒸汽发生区的部分形成过热蒸汽发生段16，热蒸汽发生段16穿过隔板15位于过热蒸汽发生区中并处于自由伸缩状态，余热锅炉管束13通过隔板15定位在锅炉筒体8中，在所述的饱和蒸汽发生区注有产生饱和蒸汽的软水，软水注水口21位于锅炉筒体8中饱和蒸汽发生区的下部，在锅炉外筒体8上安装有连通隔板15两侧并将饱和蒸汽发生区的饱和蒸汽引入过热蒸气发生区与余热锅炉管束13的过热蒸汽发生段16进行热交换以产生过热蒸汽的饱和蒸汽联管18；在锅炉外筒体8上过热蒸汽发生区相对应位置处分别安装有过热蒸汽出口管19，饱和蒸汽可从饱和蒸汽联管18直接引出。为了防止由于热胀冷缩效应造成隔板损坏，具体实施时，可通过膨胀节14将隔板15与锅炉外筒体8相连，以消除热应力。此外，为了增加传热系数，在过热蒸汽发生区中安装有折流挡板17。如图4所示。

根据隔热管10与内套管11的长度之间的关系不同，本实用新型可等效成完全式三套管结构、完全式二套管结构和普通式三套管结构：

当隔热管10长度L₁＝内套管11长度L时就形成完全式三重套管废热锅炉。

当隔热管10长度L₁＝0时就形成完全式双重套管废热锅炉。

因此只有当0＜隔热管10长度L₁＜内套管11长度L时才形成图4所示的普通式三重套管废热锅炉。

至于隔热管10的长度L₁对于本领域技术人员而言可根据具体的工艺条件通过常规计算加以确定。

图5中的t₁是指反应后的高温气体进入高温联接管3内的温度(约450℃)，绝对压力为15.0MPa，高温联接管3承受的压差≤0.2MPa，该高温联接管3将气体引入高温内联箱7，然后分布到锅炉外筒体8中安装的一系列套管中的内套管11中去。

图5中的t₂点是内套管11的末端温度，高温气体经过隔热管段后，温度从450℃稍有下降(一般下降10～20℃)，由此折入外套管12与隔热管10之间的间隙中。

反应器1出来的气体经内套管10折入外套管12中首先与隔板15一侧的软水交换产生饱和蒸汽，饱和蒸汽通过联管18进入隔板15没有软水的一侧后与管内高温工艺气进一步进行热交换产生≥400℃的过热蒸汽，而经过与软水热交换后的反应气不断降温，直至进入高压外联箱5的温度下降到265℃，压力为15.0MPa，气体经出口6排出高压外联箱5，因此，连接后面设备的管道就可以选用温度等级较低的管道，以降低投资。

本实施例的高温余热回收锅炉可副产温度≥400℃的4.0MPa过热蒸汽。

以下是利用本实用新型装置的余热回收装置的实际效果例。

某反应后气体，温度为650℃，压力为5.0Mpa，经高温联接管3进入高温内联箱7，气体分布进入各内套管11，由于要求该废热锅炉产生5.2Mpa，460℃的过热蒸汽。通过计算，决定采用无隔热管的完全双重套管式废锅结构即L₂＝0，这时内套管11内650℃的工艺气与管外返回的环隙气进行换热，使该气体到达内套管11末端的温度降至～500℃，该气体在废热锅炉的过热段与管外的饱和蒸汽换热，产生460℃的过热蒸汽，而其出过热段的温度已降至～470℃，然后进入饱和蒸汽段，与管外的软水换热副产266℃的饱和蒸汽，最终工艺气温度降至280℃从气体出口6离开废锅。

Claims (5)

1.一种能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置，包括高温联接管(3)、高压外联箱(5)、高温内联箱(7)、锅炉外筒体(8)和由套管组成的余热锅炉管束(13)，其特征是：

1)高压外联箱(5)通过连接法兰(4)与反应器(1)直接相连，高温内联箱(7)安装在高压外联箱(5)中，高温内联箱(7)的进口端与高温联接管(3)的一端相连，高温连接管(3)的另一端伸入反应器(1)中；余热锅炉管束(13)的换热部分安装在锅炉外筒体(8)中；

2)所述的套管由隔热管(10)、内套管(11)和外套管(12)组成，隔热管(10)套装在内套管(11)上，且0≤隔热管(10)长度L₁≤内套管(11)长度L，隔热管(10)和外套管(12)之间设有间隙，内套管(11)的进气端穿过锅炉外筒体(8)伸入高压外联箱(5)中并与安装在高压外联箱(5)中的高温内联箱(7)相连通，内套管(11)的出气端位于外套管(12)远离高压外联箱(5)的封闭端中，外套管(12)的出气端与高压外联箱(5)相连通，高压外联箱(5)连接有气体出口(6)。

3)所述的锅炉外筒体(8)中安装有隔板(15)，隔板(15)的一侧为饱和蒸汽发生区，另一侧为过热蒸汽发生区，相应地余热锅炉管束(13)位于饱和蒸汽发生区的部分形成饱和蒸汽发生段(9)，而位于过热蒸汽发生区的部分形成过热蒸汽发生段(16)，在所述的饱和蒸汽发生区注有产生饱和蒸汽的软水，在锅炉外筒体(8)上安装有连通隔板(15)两侧并将饱和蒸汽发生区的饱和蒸汽引入过热蒸气发生区与余热锅炉管束(13)的过热蒸汽发生段(16)进行热交换以产生过热蒸汽的饱和蒸汽联管(18)；在锅炉外筒体(8)上与饱和蒸汽发生区及过热蒸汽发生区相对应位置处分别安装有过热蒸汽出口管(19)及饱和蒸汽出口管；

4)所述的隔板(15)通过膨胀节(14)与锅炉外筒体(8)内壁相连。

2.根据权利要求1所述的能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置，其特征是所述的隔热管(10)长度L₁＝内套管(11)长度L，形成完全式三重套管废热锅炉。

3.根据权利要求1所述的能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置，其特征是所述的隔热管(10)长度L₁＝0，形成完全式双重套管废热锅炉。

4.根据权利要求1所述的能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置，其特征是0＜隔热管(10)长度L₁＜内套管(11)长度L，形成普通式三重套管废热锅炉。

5.根据权利要求1所述的能同时产生饱和蒸汽和过热蒸汽的卧式套管式高温余热回收装置，其特征是过热蒸汽段(16)的管外安装有能增加传热系数的折流挡板(17)。

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