CN205137398U - 合成气废热锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种合成气废热锅炉，包括炉体、大管板以及设置在大管板上的若干U型换热管，所述大管板中心对应的至少一列U型换热管以水平中心线为轴线进行弯曲布置，其余的U型换热管以垂直中心线为轴线进行弯曲布置，或者所述大管板中心对应的至少一排U型换热管以垂直中心线为轴线进行弯曲布置，其余的U型换热管以水平中心线为轴线进行弯曲布置，弯曲方向不同的两部分U型换热管的直段长度不同。本实用新型在大管板上采用的水平/垂直交错式布管结构，能够在空间利用上达到布管数量的最大化，在相同设备直径下提高排管数量，从而有效增加换热面积，其不仅适用于工业装置大型化需要，而且还能合理的减小设备直径，使得设备结构更紧凑。

Description

合成气废热锅炉

技术领域

本实用新型属于化工设备技术领域，特别涉及一种以煤、油、气为原料生产合成氨装置中的合成气废热锅炉。

背景技术

合成气废热锅炉（简称合成废锅）是以煤、气、油等生产合成氨的工艺装置中的核心设备。由于其使用工况复杂和恶劣，目前国内生产的规模大的合成氨装置仍然大量采用进口。国内设计的合成气废锅只能用在小型装置上，并且由于设计上存在各种技术问题，合成气废锅存在着直径大、结构复杂，制造难度大、投资大、检修困难、安全和稳定性差难以保证等问题，成为整个装置稳定和长周期生产，以及装置大型化的瓶颈。

现在国内也有各种类型结构的合成气废锅的设计和使用，但也存在一些问题，如：（1）常规的放射梅花状排管结构，管板面必须有环状的非布管区，因此，设备直径大，U型管结构复杂，规格多且安装难度大，而且由于排管数量的制约，设备无法适应装置规模放大要求；（2）大小管板间的金属套管结构不合理，造成套管处气流短路，进而造成管头焊缝裂纹；（3）进口内金属管箱不可拆，设备无法检修；（4）由于小管板不可拆，在金属套管或管头出现问题后，无法更换和修理。

因此，开发具有自有知识产权和专利技术的、独特的、安全的、稳定可靠的，并且是可以再放大的一种合成气废锅，是国产化大型合成氨及其它类似装置的核心内容。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种在相同设备直径下能够有效增加换热面积，并合理控制换热管长度，从而适用于工业装置大型化需要，而且还能合理减小设备直径的合成气废热锅炉。

本实用新型的技术方案是这样实现的：合成气废热锅炉，包括炉体、大管板以及设置在大管板上的若干U型换热管，其特征在于：所述大管板中心对应的至少一列U型换热管以水平中心线为轴线进行弯曲布置，其余的U型换热管以垂直中心线为轴线进行弯曲布置，或者所述大管板中心对应的至少一排U型换热管以垂直中心线为轴线进行弯曲布置，其余的U型换热管以水平中心线为轴线进行弯曲布置，弯曲方向不同的两部分U型换热管的直段长度不同。

本实用新型所述的合成气废热锅炉，其弯曲方向相同的多个U型换热管中，其相邻U型换热管的进、出口交错布置。

本实用新型所述的合成气废热锅炉，其弯曲方向相同的多个U型换热管中，其U型换热管的直段长度一致。

本实用新型所述的合成气废热锅炉，其在所述炉体下部管箱的管箱进气管内设置有内衬筒，在所述管箱进气管与内衬筒之间设置有多个Ω型膨胀节。

本实用新型所述的合成气废热锅炉，其在所述大管板下方设置有小管板，所述小管板通过拉杆与大管板连接固定，所述小管板将管箱分为相互独立的两部分空间，所述小管板与大管板之间形成的出气空间与U型换热管的出口端连通，另一部分的进气空间与U型换热管的进口端连通。

本实用新型所述的合成气废热锅炉，其所述U型换热管的进口端通过导流管与进气空间连通，所述导流管一端由U型换热管的进口端插入，所述导流管与U型换热管前端之间的间隙内设置有耐火纤维隔离层A，所述导流管插入U型换热管进口端内的端部呈喇叭状结构。

本实用新型所述的合成气废热锅炉，其在所述小管板与大管板之间、导流管外周套接有套管，所述套管端部与U型换热管进口端端面之间设置有耐火纤维隔离层B。

本实用新型所述的合成气废热锅炉，其在所述套管内、导流管外周设置有多个限位块，所述多个限位块对导流管形成径向限位，所述套管前端部通过环板与导流管固定连接，在所述套管后端部设置有与限位块对应配合的限位环。

本实用新型所述的合成气废热锅炉，其在所述小管板与大管板之间、拉杆外周套有定距管，所述定距管两端分别抵靠在小管板与大管板的对应端面，所述拉杆一端穿过小管板和定距管后固定连接在大管板上，通过螺接在拉杆上的锁紧螺母将小管板、大管板以及定距管连接在一起。

本实用新型所述的合成气废热锅炉，其所述小管板为多块可拆结构，所述小管板边缘部分通过固定拉杆与管箱内的分隔筒连接，在所述小管板边缘部分与分隔筒之间设置有垫片。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中大管板上采用的水平/垂直交错式布管结构，能够在空间利用上达到布管数量的最大化，在相同设备直径下提高排管数量，从而有效增加换热面积，其不仅适用于工业装置大型化需要，而且还能合理的减小设备直径，使得设备结构更紧凑。

2、本实用新型中换热管的直段长度仅有两个规格，设计、安装比较简单，不需要采用更复杂的空间设计来避免换热管之间相互干涉来满足工艺要求的布管数量，并为U型换热管的制造提供了便利。

3、本实用新型中相邻U型换热管的进、出口错开布置，可使管板的温度分布更为均匀，温差应力更小，由于管板表面均可布置换热管，布管无盲区，因此，整个管板面的温度均为一致的，减少了管板的内应力，设备更为安全。

4、本实用新型中U型换热管的进口端与导流管连接，导流管插入U型换热管部分与U型换热管之间设置耐火纤维隔离层，有效隔离了进口高温气体对管板以及换热管焊接接头的影响，防止因为热传导造成换热管接头及管板的材料的强度降低，同时也有效地降低厚管板内部的温差应力，而且导流管端部采用喇叭状结构，更有利于将高温流体导入换热管，而且便于固定耐火纤维层防止纤维脱落，同时防止导流管在换热管内的振动。

5、本实用新型中大、小管板之间的连接结构能够有效支撑和固定大小管板之间的距离，保持小管板的稳定，保证套管与管板间的有效安装距离和压紧力，防止松弛，同时也可实现小管板的拆卸。

6.本实用新型中在管箱进口管内设置内衬筒，并在两者之间设置膨胀节，能够降低各承压部件的厚度，同时解决膨胀协调。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中大管板上U型换热管进、出口的分布图。

图3是本实用新型中U型换热管与大、小管板连接处的结构示意图。

图4是图3中A部放大图。

图5是本实用新型中大、小管板的连接结构示意图。

图6是本实用新型中管箱进口管处的结构示意图。

图中标记：1为炉体，2为大管板，3为U型换热管，4为小管板，5为拉杆，6a为出气空间，6b为进气空间，7为导流管，8为耐火纤维隔离层A，9为套管，10为耐火纤维隔离层B，11为限位块，12为环板，13为限位环，14为定距管，15为固定拉杆，16为分隔筒，17为垫片，18为管箱，19为管箱进气管，20为内衬筒，21为Ω型膨胀节。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-4所示，合成气废热锅炉，包括炉体1、大管板2以及设置在大管板2上的若干U型换热管3，所述大管板2中心对应的两列U型换热管3以水平中心线为轴线进行弯曲布置，其余的U型换热管3以垂直中心线为轴线进行弯曲布置，或者所述大管板2中心对应的两排U型换热管3以垂直中心线为轴线进行弯曲布置，其余的U型换热管3以水平中心线为轴线进行弯曲布置，弯曲方向不同的两部分U型换热管3的直段长度不同。大管板上采用的水平/垂直交错式布管结构，能够在空间利用上达到布管数量的最大化，在相同设备直径下提高排管数量，从而有效增加换热面积，其不仅适用于工业装置大型化需要，而且还能合理的减小设备直径，使得设备结构更紧凑。其中，弯曲方向相同的多个U型换热管3中，其U型换热管3的直段长度一致，即所有换热管的直段长度仅有两个规格，设计、安装比较简单，不需要采用更复杂的空间设计来避免换热管之间相互干涉来满足工艺要求的布管数量，并为U型换热管的制造提供了便利；同时，弯曲方向相同的多个U型换热管3中，其相邻U型换热管3的进、出口交错布置，可使管板的温度分布更为均匀，温差应力更小，由于管板表面均可布置换热管，布管无盲区，因此，整个管板面的温度均为一致的，减少了管板的内应力，设备更为安全。

其中，在所述大管板2下方设置有小管板4，所述小管板4通过拉杆5与大管板2连接固定，所述小管板4将管箱18分为相互独立的两部分空间，所述小管板4与大管板2之间形成的出气空间6a与U型换热管3的出口端连通，另一部分的进气空间6b与U型换热管3的进口端连通，所述U型换热管3的进口端通过导流管7与进气空间6b连通，所述导流管7一端由U型换热管3的进口端插入，所述导流管7与U型换热管3前端之间的间隙内设置有耐火纤维隔离层A8，有效隔离了进口高温气体对管板以及换热管焊接接头的影响，防止因为热传导造成换热管接头及管板的材料的强度降低，同时也有效地降低厚管板内部的温差应力；而且所述导流管7插入U型换热管3进口端内的端部呈喇叭状结构，更有利于将高温流体导入换热管，便于固定耐火纤维层防止纤维脱落，同时防止导流管在换热管内的振动。

另外，在所述小管板4与大管板2之间、导流管7外周套接有套管9，所述套管9端部与U型换热管3进口端端面之间设置有耐火纤维隔离层B10，可有效保护换热管与管板的焊接接头，防止管头超温及管板表面的金属温度，在所述套管9内、导流管7外周设置有多个限位块11，所述多个限位块11对导流管7形成径向限位，所述套管9前端部通过环板12与导流管7固定连接，在所述套管9后端部设置有与限位块11对应配合的限位环13，套管在小管板端设置合理的间隙和可动套管结构，防止由于大小管板之间材料的因为膨胀不同可能造成的位移差而破坏套管的有效使用功能，由于套管的有效密封作用，可防止管程的进口高温气体从套管间隙处的短路到管箱内，从而提高设备换热效率。

如图5所示，在所述小管板4与大管板2之间、拉杆5外周套有定距管14，所述定距管14两端分别抵靠在小管板4与大管板2的对应端面，所述拉杆5一端穿过小管板4和定距管14后固定连接在大管板2上，通过螺接在拉杆5上的锁紧螺母将小管板4、大管板2以及定距管14连接在一起，大、小管板之间的连接结构能够有效支撑和固定大小管板之间的距离，保持小管板的稳定，保证套管与管板间的有效安装距离和压紧力，防止松弛，同时也可实现小管板的拆卸；其中，所述小管板4为多块可拆结构，每个独立的结构都可通过管箱人孔最后进行安装，所述小管板4边缘部分通过固定拉杆15与管箱18内的分隔筒16连接，在所述小管板4边缘部分与分隔筒16之间设置有垫片17，可使管箱分隔筒制造简单、拆装方便，小管板的管箱内侧设置分片的金属压板，通过垫片和小螺栓进行固定和对小管箱进行密封，小管板分作成多个可从人孔拆装的结构，并且在套管处采用垫片进行密封，设计中充分考虑了分块、密封的同时，还考虑了小管板的热膨胀变形不能引起套管移位的问题，分拆结构非常独特和紧凑。

如图6所示，在所述炉体1下部管箱18的管箱进气管19内设置有内衬筒20，在所述管箱进气管19与内衬筒20之间设置有多个Ω型膨胀节21。管箱进气管内的内衬筒采用高合金材料，直接接触高温进口气体，而管箱承压壳体为Cr-Mo钢材料，接触低温的出口气体，因此，两者间的膨胀差比较大。同时，管箱内衬筒自身的轴向、径向的膨胀与承压钢壳间也需要协调。同时，还要兼顾小管板的拆卸及再次安装时与内衬筒的配合、密封等结构问题，最终采用在管箱进气管的内衬筒处设置三个Ω型膨胀节以解决膨胀协调。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.合成气废热锅炉，包括炉体（1）、大管板（2）以及设置在大管板（2）上的若干U型换热管（3），其特征在于：所述大管板（2）中心对应的至少一列U型换热管（3）以水平中心线为轴线进行弯曲布置，其余的U型换热管（3）以垂直中心线为轴线进行弯曲布置，或者所述大管板（2）中心对应的至少一排U型换热管（3）以垂直中心线为轴线进行弯曲布置，其余的U型换热管（3）以水平中心线为轴线进行弯曲布置，弯曲方向不同的两部分U型换热管（3）的直段长度不同。

2.根据权利要求1所述的合成气废热锅炉，其特征在于：弯曲方向相同的多个U型换热管（3）中，其相邻U型换热管（3）的进、出口交错布置。

3.根据权利要求1所述的合成气废热锅炉，其特征在于：弯曲方向相同的多个U型换热管（3）中，其U型换热管（3）的直段长度一致。

4.根据权利要求1所述的合成气废热锅炉，其特征在于：在所述炉体（1）下部管箱（18）的管箱进气管（19）内设置有内衬筒（20），在所述管箱进气管（19）与内衬筒（20）之间设置有多个Ω型膨胀节（21）。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的合成气废热锅炉，其特征在于：在所述大管板（2）下方设置有小管板（4），所述小管板（4）通过拉杆（5）与大管板（2）连接固定，所述小管板（4）将管箱（18）分为相互独立的两部分空间，所述小管板（4）与大管板（2）之间形成的出气空间（6a）与U型换热管（3）的出口端连通，另一部分的进气空间（6b）与U型换热管（3）的进口端连通。

6.根据权利要求5所述的合成气废热锅炉，其特征在于：所述U型换热管（3）的进口端通过导流管（7）与进气空间（6b）连通，所述导流管（7）一端由U型换热管（3）的进口端插入，所述导流管（7）与U型换热管（3）前端之间的间隙内设置有耐火纤维隔离层A（8），所述导流管（7）插入U型换热管（3）进口端内的端部呈喇叭状结构。

7.根据权利要求6所述的合成气废热锅炉，其特征在于：在所述小管板（4）与大管板（2）之间、导流管（7）外周套接有套管（9），所述套管（9）端部与U型换热管（3）进口端端面之间设置有耐火纤维隔离层B（10）。

8.根据权利要求7所述的合成气废热锅炉，其特征在于：在所述套管（9）内、导流管（7）外周设置有多个限位块（11），所述多个限位块（11）对导流管（7）形成径向限位，所述套管（9）前端部通过环板（12）与导流管（7）固定连接，在所述套管（9）后端部设置有与限位块（11）对应配合的限位环（13）。

9.根据权利要求5所述的合成气废热锅炉，其特征在于：在所述小管板（4）与大管板（2）之间、拉杆（5）外周套有定距管（14），所述定距管（14）两端分别抵靠在小管板（4）与大管板（2）的对应端面，所述拉杆（5）一端穿过小管板（4）和定距管（14）后固定连接在大管板（2）上，通过螺接在拉杆（5）上的锁紧螺母将小管板（4）、大管板（2）以及定距管（14）连接在一起。

10.根据权利要求5所述的合成气废热锅炉，其特征在于：所述小管板（4）为多块可拆结构，所述小管板（4）边缘部分通过固定拉杆（15）与管箱（18）内的分隔筒（16）连接，在所述小管板（4）边缘部分与分隔筒（16）之间设置有垫片（17）。