CN204717647U - U型管式废热锅炉 - Google Patents

U型管式废热锅炉 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种U型管式废热锅炉，其特征在于：包括封头管箱、壳体以及管束系统；所述管束系统位于壳体内；壳体的外部设置有滑动支座、固定支座；本实用新型整体结构比较简单且重量比较轻，制造方便，与其他锅炉相比，U型管式废热锅炉热交换区域要大，且材料消耗较少。在壳体内设置折流板和纵向隔板，故可提高废热锅炉的传热效率和壳体分质流速。壳体和管壁的工作要求较低，壳程中会出现结垢现象与管程会发生腐蚀的场合均可使用，通常工作温度在500℃以下，工作压力在10MPa以下，使用范围较广。

Description

U型管式废热锅炉
技术领域
本实用新型涉及一种锅炉，具体来讲是一种U型管式废热锅炉。
背景技术
废热锅炉是压力容器的一种，俗称“余热锅炉”，其原理就是将工厂中某些设备排出的高温高压废气对水进行加热，从而生成蒸汽、热水等。这些蒸汽和热水可以为其它的工艺过程提供热源，这也就实现了能源的回收与再利用。
废热锅炉一般会产生高温高压蒸汽，在工厂中大型压缩机，大型泵以及风机等大型机器都是靠锅炉产生的高压高温蒸汽驱动大功率背压式汽轮机来拖动。为了节省燃料，节约锅炉蒸汽，为厂房提供动力和电力以降低生产成本，可将背压式汽轮机里的中压蒸汽单独抽离出来在不同的地方使用，这样就能提高废气的使用效率。比如一部分中压蒸汽可带动凝汽式中压汽轮发电，为厂房中各种中、小型机器提供动力和照明，还有一些中压蒸汽可以用在中压工艺过程中。而在上世纪七十年代以来，虽然全球经济快速发展，但随之而来的是能源的消耗也不断增涨，且能源的需求量日益增多，能源危机已成为21世纪面临的几大难题之一。人们已经普遍认识到节约能源的重要性，开始了各种节能设备的开发应用。废热锅炉便是其中一种比较传统的节能设备，由于其回收热能的效率较高且制造成本较低，在各行各业之中都得到了广泛应用。所以对废热锅炉的研究和技术改进，对节约能源，解决能源危机有非常重要的意义。
废热锅炉与其它种类的锅炉有些不同，它的主要特点有：适用于温度较高，压力较大的场合，如在化工生产中合成氨的过程，废气温度高达1350℃，压力最高可达4.0MPa。传热速率快，这是因为有些废气在高温时会发生化学反应，特别是在石油化工生产中，为了避免废气发生过多的副反应，废气必须快速降温。这也就要求相应的废热锅炉传热速率要快。气体出口温度要控制适宜，比如高温废气降温时，如果温度降到混合废气的露点之下，里面的组分就会冷凝出来。要是其中含有腐蚀性气体成分，冷凝而出的酸雾，会对装置进行腐蚀。高温废气中含有很高的粉尘，所以在设计废热锅炉时要充分考虑到粉尘对锅炉结构的影响。低的废气压力降，需根据加工要求设定合理的废气压力降范围。密封要求高，因为工业废气中有很多具有腐蚀性、易燃性、剧毒性等，为了避免出现安全事故必须要求锅炉具有很好的密封性能。
废热锅炉广泛应用于化工和石油化工生产中，按结构分可大致归纳为三大类：(1)管壳式废热锅炉：此种废热锅炉和管壳式换热器结构差不多，原理就是是利用高温废气与水实现能量交换从而产生高温高压蒸汽。按照生产条件(如温度、压力等)和针对的生产问题不同，锅炉的结构类型有以下几种：列管式、螺旋盘式、U型管式等等。(2)烟道式废热锅炉：此种废热锅炉和普通的工业锅炉结构差不多，原理就是在高温废气流过炉膛时，和安装在炉内的换热管实现能量交换从而产生高温蒸汽。炉膛一般由耐火材料砌成，换热管中的介质则通常是水。使用的废气一般温度较高，压力则为常压。(3)双套管式废热锅炉：此种废热锅炉适用的温度和压力范围较广，原理就是废气流过内套管内时，与外套管中的锅炉水实现能量交换从而产生高温蒸汽。
通常，在烟道式废热锅炉中，使用的高温废气为常压，且在耐火砖砌的炉膛中，要安装锅炉本体、过热器和省热器等。要是高温废气的压力不是常压时，就要考虑是使用管壳式废热锅炉还是双套管式废热锅炉。再参考水与高温废气的温度和压力，选取合适的换热管的形式。废热锅炉设备分为主体设备和辅助设备，由于生产条件和工作要求有所不同，设备布置位置也就有所不同，可以都安置在一台装置内，也可以安置在几处。主体设备有锅炉本体、省热器、过热器、汽包等。系统附件有循环泵、水位调节器、给水泵、给水调节器、安全阀、蒸汽出口的压力调节器等。当今世界经济的发展趋向于全球化，工业和工厂的生产规模也不断扩大。为了满足工厂对能源和经济效益的不断追求，开发新的节能设备和改进传统的节能技术已势在必行。通常改进的方向就是希望能尽可能多的将工厂的废热热能再回收利用，将其转化为工厂所需要的电能和动能，从而降低生产成本，以获得最大的经济效益。
实用新型内容
本实用新型的目的在于在此提供一种U型管式废热锅炉，整体结构比较简单且重量比较轻，制造方便，与其他锅炉相比，U型管式废热锅炉热交换区域要大，且材料消耗较少。在壳体内设置折流板和纵向隔板，故可提高废热锅炉的传热效率和壳体分质流速。壳体和管壁的工作要求较低，壳程中会出现结垢现象与管程会发生腐蚀的场合均可使用，通常工作温度在500℃以下，工作压力在10MPa以下，使用范围较广。
本实用新型是这样实现的，构造一种U型管式废热锅炉，其特征在于：包括封头管箱、壳体以及管束系统；所述管束系统位于壳体内；壳体的外部设置有滑动支座、固定支座；所述封头管箱包括椭圆形封头、管箱短节、整体接管、管箱法兰、隔板、吊耳；椭圆形封头、管箱短节、整体接管、管箱法兰焊接成整体；隔板焊接在封头管箱内部，吊耳焊接在封头管箱的外部；
所述壳体包括筒体法兰、整体接管、筒体、椭圆形封头；筒体法兰、整体接管、筒体、椭圆形封头焊接成整体；所述管束部分包括管板、支耳、定距管A、防冲板、换热管组、弓形折流板A、定距管B、定距管C、旁路挡板、拉杆、螺母、滑道板、壳程隔板、弓形折流板B、定距管D；所述换热管组和管板通过焊接固定在一起，管板通过对应的法兰盘分别与壳体上的筒体法兰以及管箱上的管箱法兰通过螺栓螺母夹持固定在一起。
根据本实用新型所述U型管式废热锅炉，其特征在于：所述管板与管箱法兰和筒体法兰之间设置有八角垫。
根据本实用新型所述U型管式废热锅炉，其特征在于：纵向隔板的厚度大于6mm；纵向隔板和管板之间采用可拆卸的活动连接或者焊接连接。
根据本实用新型所述U型管式废热锅炉，其特征在于：在隔板的两侧与壳体的间隙处设置密封结构。
根据本实用新型所述U型管式废热锅炉，其特征在于：换热管组直径为25mm。
根据本实用新型所述U型管式废热锅炉，其特征在于：换热管组为碳素钢管、低合金钢管、高合金钢管、铜管、钛管或者铝管。
根据本实用新型所述U型管式废热锅炉，其特征在于：拉杆插入管板中且另一端由螺母固定。
根据本实用新型所述U型管式废热锅炉，其特征在于：壳体公称直径为900mm。
根据本实用新型所述U型管式废热锅炉，其特征在于：防冲板设置在壳程物料的进口位置，防冲板的材料为Q235B，厚度为4.5mm。
本实用新型的优点在于：U型管式废热锅炉的零部件有防冲板、管板、法兰等，不用装浮头，换热管很容易抽装，以便清洗和更换，整体结构比较简单且重量比较轻，制造方便。与其他锅炉相比，U型管式废热锅炉热交换区域要大，且材料消耗较少。在壳体内设置折流板和纵向隔板，故可提高废热锅炉的传热效率和壳体分质流速。
本实用新型U型管式废热锅炉具有如下的特点；具体为：(1)、从结构上看，U型管式废热锅炉的最大特点是不存在热应力问题，其原因就是U形管只与管板焊接在一起，而和壳体没有固定的连接，当高温废气在管子中流动时，管子的温度会大大高于壳体的温度，管子的长度也因此会发生变化，由于在壳体中没有固定，所以可以自由改变它的管子长度。(2)、U型管式废热锅炉优点：换热管抽装容易，便于清洗和更换。壳体和管壁的工作要求较低，壳程中会出现结垢现象与管程会发生腐蚀的场合均可使用，通常工作温度在500℃以下，工作压力在10MPa以下，使用范围较广。
附图说明
图1是本实用新型整体结构示意图
图2-3是本实用新型封头管箱示意图
图4是本实用新型壳体示意图
图5是本实用新型管束系统示意图
图6是图5中A-A剖视图
其中：封头管箱1，椭圆形封头1.1，管箱短节1.2，整体接管1.3，管箱法兰1.4，隔板1.5，吊耳1.6，八角垫2，滑动支座3，固定支座4，壳体5，筒体法兰5.1，整体接管5.2，筒体5.3，椭圆形封头5.4，管束系统6，管板6.1，支耳6.2，定距管A6.3，防冲板6.4，换热管组6.5，弓形折流板A6.6，定距管B6.7，定距管C6.8，旁路挡板6.9，拉杆6.10，螺母6.11，滑道板6.12，壳程隔板6.13，弓形折流板B6.14，定距管D6.15。
具体实施方式
下面将结合附图1-6对本实用新型进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型在此提供一种U型管式废热锅炉，如图所示，可以按照如下方式予以实施：包括封头管箱1、壳体5以及管束系统6；所述管束系统6位于壳体5内；壳体5的外部设置有滑动支座3、固定支座4；所述封头管箱1包括椭圆形封头1.1、管箱短节1.2、整体接管1.3、管箱法兰1.4、隔板1.5、吊耳1.6；椭圆形封头1.1、管箱短节1.2、整体接管1.3、管箱法兰1.4焊接成整体；隔板1.5焊接在封头管箱1内部，吊耳1.6焊接在封头管箱1的外部；所述壳体5包括筒体法兰5.1、整体接管5.2、筒体5.3、椭圆形封头5.4；筒体法兰5.1、整体接管5.2、筒体5.3、椭圆形封头5.4焊接成整体；所述管束系统6包括管板6.1、支耳6.2、定距管A6.3、防冲板6.4、换热管组6.5、弓形折流板A6.6、定距管B6.7、定距管C6.8、旁路挡板6.9、拉杆6.10、螺母6.11、滑道板6.12、壳程隔板6.13、弓形折流板B6.14、定距管D6.15；所述换热管组6.5和管板6.1通过焊接固定在一起，管板6.1通过对应的法兰盘分别与壳体5上的筒体法兰5.1以及管箱1上的管箱法兰1.4通过螺栓螺母夹持固定在一起。
所述U型管式废热锅炉，所述管板6.1与管箱法兰1.4和筒体法兰5.1之间设置有八角垫2。
所述U型管式废热锅炉，纵向隔板6.13的厚度大于6mm；纵向隔板6.13和管板6.1之间采用可拆卸的活动连接或者焊接连接。
所述U型管式废热锅炉，在隔板6.13的两侧与壳体5的间隙处设置密封结构。
所述U型管式废热锅炉，换热管组6.5直径为25mm。
所述U型管式废热锅炉，换热管组6.5为碳素钢管、低合金钢管、高合金钢管、铜管、钛管或者铝管。
所述U型管式废热锅炉，拉杆6.10插入管板6.1中且另一端由螺母6.11固定。
所述U型管式废热锅炉，壳体5公称直径为900mm。
所述U型管式废热锅炉，防冲板6.4设置在壳程物料的进口位置，防冲板6.4的材料为Q235B，厚度为4.5mm。
在废热锅炉里，换热管组和管板可以通过焊接固定在一起；每个接口位置在以后的工作中，不能出现渗漏以及裂纹的现象；否则产品的工作效益会大打折扣，也会给用户带来较大的经济损失。管板与壳体的连接是管板与壳体上的法兰以及管箱上的法兰夹持固定在一起。本设备选取了延长部分兼作法兰的管板。延长部分兼作法兰的管板和壳体的连接结构，管板与管箱连接固定形式很多，进行选择时就要根据设计压力的大小，设计温度的高低以及管内工作介质的性质选择合理的连接结构，这对产品的制造和降低生产成本是非常重要的。U型管式废热锅炉的管板和管箱法兰的连接结构不是很复杂，一般根据加工要求选择合适的密封面，同时根据设计压力和设计温度来选择合适的法兰结构。
本实用新型具备双壳程结构，所谓双壳程结构就是在壳程中添加一块纵向隔板，从而将壳程一分为二，即为双壳程。纵向隔板的厚度由壳程的压力决定，其厚度一般要大于6mm。纵向隔板和管板之间可采用可拆卸的活动连接也可采用通过焊接的固定连接。且折流板缺口处的面积要比纵向隔板回流处的换向通道面积小。同时，为了管束的抽装方便，可在隔板的两侧与壳体的间隙处设置密封结构。
换热管按工作性能不同可分为光管、焊接管、螺纹管、波节管、螺旋槽管等。本实用新型可选用光管。一般来说，管子直径越小，管子所需材料就越少价格也就越便宜，且管子的安装就能越紧凑，传热膜系数与阻力系数的比值也就越合理。不过，在管子小的换热管中会出现较大的压降，所以在选择小管径时要考虑允许压力降的情况。本装置的壳程介质是水，且本设计只是为了给水加热，为了方便清洗，装置采用φ25×2mm的换热管。
换热管的材料有很多种，碳素钢管、低合金钢管、高合金钢管、铜管、钛管、铝管及其合金管等都可采用，特殊情况下也允许使用螺纹管、波纹管等强化传热管。本实用新型实施时换热管材质可选用0Cr18Ni10Ti。
在废热锅炉结构中，折流板是必不可少的部分。它的主要作用就是加快壳程里流体介质的速度，增大传热膜系数，从而使整个装置的传热性能得以提高。且在壳体内安装换热管时，折流板对管子有支撑作用，能减轻换热管的受力情况，保护换热管在安装时发生折断，使换热管的安装与更换更加方便。如果换热管太长，可以适当缩短折流板之间的距离，以添加新的折流板，当然要在压力允许的范围内添加。在管壳式废热锅炉中，折流板的形式大体有以下三种：弓形折流板、圆盘-圆环形折流板以及矩形折流板。设备制造中一般选用弓形折流板与圆盘-圆环形折流板两种形式。弓形折流板又可分为单弓形、双弓形以及三弓形三种，单弓形的折流板使用最广泛。
本装置的换热管结构有U形管部分，而在弓形折流板中，由于存在弓形缺口，流体介质在流入下一板间时，流动方向会发生改变，从而流体介质在管内流动不会存在过大的死区。因此，本装置采用弓形折流板中的单弓形折流板。折流板与壳体间隙；为了减少流体介质在壳体内的泄漏以及提高传热性能，要求折流板和壳体内径之间的间隙越小越好。
本装置的设计温度为102℃，设计压力为1.5MPa，根据GB150-1998选取Q235-B钢板，它的选用条件为：容器设计压力P≤1.60MPa；钢板使用温度为0～350℃；制造壳体时，钢板厚度要小于20mm；且工作介质为液化石油气或者具有很大毒性、腐蚀性等不能选用该材料制造设备。
使用拉杆定距管固定连接，它的连接机制是插入管板的拉杆一端由螺母固定，定距管确定折流板之间的位置，所有拉杆上最后一块折流板要与拉杆进行固定，可采用螺母固定或者焊接固定。根据前面设计换热管直径为25mm，壳体公称直径为900mm。
在管束的周围一般要布置拉杆，且要均匀布置，与管子布置在一起。如果废热锅炉直径较大，拉杆在布管区的中心位置和折流板缺口处附近也应布置。防冲板一般设置在壳程物料的进口位置，其作用就是为了减弱流体介质对换热管的冲刷，使工作介质更加均匀的流入管间，提高传热效果，且使传热过程更加平稳。
防冲板的最小厚度，碳钢、低碳合金钢为4.5mm，不锈钢为3mm。本装置的壳程进口接管直径为150mm小于300mm，防冲板的材料为Q235B，它的厚度取4.5mm。
在废热锅炉的壳体和管箱上通常会安装有很多附件，如有接管和进出口管，且上部装有排气管，底部装有排液管，壳体侧面装有安全阀接口和根据生产要求的不同常会装有温度计、压力表等。这些统称为进出口设计，在设计时不仅要考虑这些结构对壳体局部强度的影响，还要考虑这些结构应该怎样安排既能使整个锅炉看起来美观大方，装置又安装方便。管箱的作用有很多种，但在废热锅炉中它的作用主要是在流体介质流经管程时，将流体介质均匀的分布到各传热管，然后再将所有传热管中的流体聚集在一块送出废热锅炉，同时它还能改变流体介质的流动方向。管束的组装对管板之间的位置和管子与管板之间的位置都有特殊的要求。换热管和管板之间必须保持垂直，在管束的抽装之前，则需要拧紧拉杆上的螺母，以免因折流板不规律的浮动而使换热管破损。管板之间则需要都处于平行的位置，位置之间的误差值必须小于1mm，长度之间的误差在±2mm左右。定距管的长度一般都是相同的，能使安装时所有端面都处于同一平面上。且安装不顺时不能敲打换热管强行抽装，以免在管子表面留下划痕和凹点。换热管只能与管板相焊，在安装时，首先用拉杆把管板与折流板组合在一起，然后通过调整衬垫改变管板平面和安装平台的位置，使二者保持垂直，中心线在同一直线上，再把另外一些换热管插入到管板中心周围的位置，最后将壳体套到管束上与管板焊接固定在一起。安装好壳体后，所有剩余还没安装的管子从没装管板的壳体那侧插入，通过引头拉入到管板中。在管子和管板全部焊接好后，再将壳体和管板焊接固定好。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种U型管式废热锅炉，其特征在于：包括封头管箱(1)、壳体(5)以及管束系统(6)；所述管束系统(6)位于壳体(5)内；壳体(5)的外部设置有滑动支座(3)、固定支座(4)；所述封头管箱(1)包括椭圆形封头(1.1)、管箱短节(1.2)、整体接管(1.3)、管箱法兰(1.4)、隔板(1.5)、吊耳(1.6)；椭圆形封头(1.1)、管箱短节(1.2)、整体接管(1.3)、管箱法兰(1.4)焊接成整体；隔板(1.5)焊接在封头管箱(1)内部，吊耳(1.6)焊接在封头管箱(1)的外部；所述壳体(5)包括筒体法兰(5.1)、整体接管(5.2)、筒体(5.3)、椭圆形封头(5.4)；筒体法兰(5.1)、整体接管(5.2)、筒体(5.3)、椭圆形封头(5.4)焊接成整体；所述管束部分(6)包括管板(6.1)、支耳(6.2)、定距管A(6.3)、防冲板(6.4)、换热管组(6.5)、弓形折流板A(6.6)、定距管B(6.7)、定距管C(6.8)、旁路挡板(6.9)、拉杆(6.10)、螺母(6.11)、滑道板(6.12)、壳程隔板(6.13)、弓形折流板B(6.14)、定距管D(6.15)；所述换热管组(6.5)和管板(6.1)通过焊接固定在一起，管板(6.1)通过对应的法兰盘分别与壳体(5)上的筒体法兰(5.1)以及管箱(1)上的管箱法兰(1.4)通过螺栓螺母夹持固定在一起。
2.根据权利要求1所述U型管式废热锅炉，其特征在于：所述管板(6.1)与管箱法兰(1.4)和筒体法兰(5.1)之间设置有八角垫(2)。
3.根据权利要求1所述U型管式废热锅炉，其特征在于：纵向隔板(6.13)的厚度大于6mm；纵向隔板(6.13)和管板(6.1)之间采用可拆卸的活动连接或者焊接连接。
4.根据权利要求1所述U型管式废热锅炉，其特征在于：在隔板(6.13)的两侧与壳体(5)的间隙处设置密封结构。
5.根据权利要求1所述U型管式废热锅炉，其特征在于：换热管组(6.5)直径为25mm。
6.根据权利要求1所述U型管式废热锅炉，其特征在于：换热管组(6.5)为碳素钢管、低合金钢管、高合金钢管、铜管、钛管或者铝管。
7.根据权利要求1所述U型管式废热锅炉，其特征在于：拉杆(6.10)插入管板(6.1)中且另一端由螺母(6.11)固定。
8.根据权利要求1所述U型管式废热锅炉，其特征在于：壳体(5)公称直径为900mm。
9.根据权利要求1所述U型管式废热锅炉，其特征在于：防冲板(6.4)设置在壳程物料的进口位置，防冲板(6.4)的材料为Q235B，厚度为4.5mm。
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