CN206638061U - 一种高压锅炉水折流杆式预热器和化学反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压锅炉水折流杆式预热器，其包括外壳，将外壳的内腔分为换热腔和水腔的管板；水腔分为互不相通的进水腔和出水腔，在外客内设置有管束套桶，在管束套桶内，U形换热管的一端经管板连通进水腔，另一端经管板连通出水腔，外壳连接有高压外联箱，管束套筒与管板之间具有连通部；管束套筒远离管板的一端形成为高温内联箱，在管束套筒的外壁与外壳的内壁之间具有气体通道，经气体进口进入的气体能够依次经高温内联箱、U形换热管之间的间隙、连通部、气体通道后，经气体出口排出所述预热器。本实用新型还公开了一种安装有上述预热器的用于放热反应的化学反应装置。本实用新型具有管板热应力较少，利于维护，制造难度小等优点。

Description

一种高压锅炉水折流杆式预热器和化学反应装置

技术领域

本实用新型属于化工设备技术领域，是一种化学反应器的余热回收装置，具体地说是一种材料要求不高、制造成本较低、利于维修、高热效率的卧式高压锅炉水折流杆式预热器。

背景技术

目前，化学反应后的余热回收装置有较大的改进，通常是将高温和高压区分开，采用二重套管或三重套管的形式，将工艺气从内管进，从外套管出，虽然是分开了高温和高压区，但是由于是多重套管，因此在制造上比较烦琐、材料用量上比较浪费；另外，多重套管也导致换热效率并不高。

传统余热回收装置中的换热管基本上沿一个方向延伸，换热管的两端分别固定在不同的管板上，当换热管受热时产生膨胀，造成热应力过度集中，为避免热应力造成设备的失效，需要采用高等级的不锈钢材料，换热管的厚度也较厚。

在余热回收装置中，高温区换热管的进气端和管板由于长时间受到高温工艺气的冲击，容易损坏，而又是采用焊接结构，不利维修。为避免上述缺陷，人们改进了换热管的安装方式，但是，一直无法避免换热管与管板焊接区域处在最高温度区域，在使用过程中因热应力集中而导致换热管的管头焊开裂或管板开裂等现象。目前余热回收装置在制造、换热效率、材料用量和维修等方面都存在很多不足的地方。

实用新型内容

针对现有余热回收装置的材料用量多、换热效率低、不利维修、制造难度大、管板热应力集中、热端换热管与管板焊缝容易开裂等问题，本申请的目的首先是提供一种预热器，以至少部分解决上述问题，具体技术方案如下：

一种高压锅炉水折流杆式预热器，其包括两端封闭的外壳，设置在外壳内的管板，所述管板将外壳的内腔分为换热腔和水腔；在水腔内安装有分割板，该分割板将水腔分为互不相通的进水腔和出水腔，分割板将管板分割为进水部和出水部两个部分，在外壳上安装有连通进水腔的进水口和连通出水腔的出水口；

在换热腔内安装有管束套筒，管束套筒内安装有折流杆组件和由若干U形换热管所组成的U形换热管束，U形换热管活动地支撑在折流杆组件中的折流杆上；U形换热管的一端密封固定在管板的进水部上、并连通进水腔，U形换热管的另一端固定在管板的出水部上、并连通出水腔，进水腔经U形换热管的内腔连通出水腔；

外壳远离管板的一端延伸形成高压外联箱，高压外联箱的内腔形成连通换热腔的回气腔，在高压外联箱上设置有连通回气腔的进口套管与气体出口；管束套筒朝向管板的一端为敞口端，该敞口端与管板之间具有连通管束套筒内外的连通部；管束套筒远离管板的一端形成为高温内联箱，高温内联箱位于回气腔内，在高温内联箱上设置有气体进口；

在管束套筒的外壁与外壳的内壁之间具有气体通道，经气体进口进入的气体能够依次经高温内联箱、U形换热管之间的间隙、连通部、气体通道后，经气体出口排出所述预热器。所述U形换热管优选采用管板角焊方式焊接在管板上。

当本实用新型使用时，完成反应的化学气体从气体进口进入，然后进入到U形换热管之间的间隙，化学气体经过U形换热管与下述的冷却水进行热量交换后温度降低，温度降低的化学气体从连通部进入到管束套筒的外壁与外壳的内壁之间的气体通道，最后经气体出口排出，进入下到工序；冷却水由进水口进入到进水腔内，然后进入到U形换热管的内腔，经过与上述化学气体换热后温度上升，温度上升后的冷却水从U形换热管排出进入到出水腔，然后经出水管排出，进入到下道工序。

传统的废热锅炉中，换热管内为高温介质，使换热管一直保持在高温状态，而在本申请中，高温介质在换热管外，而冷却介质走管内，且将换热管的两端均设置在同一侧，并位于冷却介质的包围之中，由于冷却介质相对于高温介质其温度较低，使换热管与管板的连接部位完全处于相对低温的水环境内，消除高温应力隐患，有利于延长设备的使用寿命。

本实用新型中，采用折流杆组件，折流杆组件具有低阻力的优点，折流杆组件中折流杆还用于支撑U形换热管，由于U形换热管活动地支撑在折流杆上，当U形换热管在由于温度变化而产生伸缩时，U形换热管的U形端能够自由移动，避免了直杆式的换热管在产生伸缩时，只能向侧边弯曲，并由此而产生较大的应力。同时由于采用了U形换热管，可以将换热管设计成具有较大长径比的细长形管道，以延长冷却水与高温气体的换热时间，提高换热效率。

本实用新型中，管束套筒和高温内联箱安装在外壳内，由于高温气体在进入到进气进口后，首先进入到高温内联箱，在高温内联箱内，气体处于最高温度，当气体经U形换热管进行时，温度逐渐降低，进入到管束套筒的外壁与外壳的内壁之间的气体通道内，此时，气体的温度已达到最低点，因此在本实用新型中，只有高温内联箱承担高温部分，包括高压外联箱在内的外壳承受气体的高压，不承受气体的高温，高温与高压两个苛刻条件由外壳和高温内联箱分开承担，降低了外壳的材质要求和制造难度，既节省投资，又更加安全。

进一步，还包括高温气防冲板，所述高温气防冲板设置在高温内联箱或管束套筒内，并位于U形换热管束与气体进口之间。具体地，所述高温气防冲板为多孔板。或所述高温气防冲板包括环形的基板、和沿基板的内缘向内延伸的若干辐板，相邻的辐板之间形成气体通道。

所述多孔板的外周面固定在高温内联箱或管束套筒的内壁上，多孔板的中心部向高温内联箱的气体进口方向突起。

高温气防冲板的设置可以避免进入到高温内联箱的高温气体对U形换热管及折流杆组件形成较大的冲击，而使相关部件产生剧烈震动，影响各部件之间的连接强度，影响设置本安全使用和寿命。

进一步，所述外壳水平布置，所述进水口位于外壳的下方，所述出水口位于外壳的上方。该设计能够增加换热效果，同时方便本实用新型的安装和维护。

进一步，所述连通部由管束套筒朝向管板的一端的侧壁上的缺口所形成，或由管束套筒朝向管板的一端的侧壁上的通孔所形成。上述设计均可方便地在管束套筒上形成连通部，不必采用其它复杂的零部件，以简化本实用新型的结构，并有效地提高使用寿命。

其次，本申请还提供一种用于放热反应的化学反应装置，其包括上述技术方案中任一项所述的高压锅炉水折流杆式预热器，该化学反应装置还包括反应器，所述反应器的外壳连接到预热器的进口套管上，反应器的反应气出口管连接到预热器的气体进口上。

本化学反应装置能够有效地将完成反应的原料气所携带的热能安全稳定地传递给冷却水。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图。

图2是本实用新型的另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参阅图1，一种高压锅炉水折流杆式预热器300，其包括两端封闭的外壳6，该外壳6呈筒状，在外壳6的一端安装有前端盖24，在另一端安装与后端盖14，前端盖螺栓27将前端盖24紧固在外壳的一端上，在前端盖24与外壳的端面之间安装有前端密封件28。后端盖螺栓17将后端盖14紧固在外壳的另一端上，在后端盖14与外壳的端面之间安装有后端密封件18。

在外壳6内设置有管板11，所述管板11将外壳6的内腔分为换热腔和水腔22；在水腔22内安装有分割板19，该分割板19将水腔22分为互不相通的进水腔221和出水腔222，分割板19将管板11分割为进水部111和出水部112两个部分，在外壳6上安装有连通进水腔221的进水口15和连通出水腔222的出水口12。分割板19为一折板，折板的一侧焊接在管板上，其它侧面焊接在外壳6上，折板与外壳所包围的空间形成出水腔，该折板无后端盖14无接触，以方便于后端盖14的安装。

在换热腔内安装有管束套筒9，管束套筒9内安装有折流杆组件10和由若干U形换热管81所组成的U形换热管束8，U形换热管81活动地支撑在折流杆组件10中的折流杆33上；U形换热管81的一端密封固定在管板11的进水部111上、并连通进水腔221，U形换热管的另一端固定在管板11的出水部112上、并连通出水腔222，进水腔221经U形换热管81的内腔连通出水腔222。U形换热管采用管板角焊方式焊接在管板上。

外壳6远离管板11的一端延伸形成高压外联箱4，高压外联箱4的内腔形成连通换热腔的回气腔21，在高压外联箱4上设置有连通回气腔21的进口套管31与气体出口5；管束套筒9朝向管板11的一端为敞口端，该敞口端与管板之间具有连通管束套筒内外的连通部91。管束套筒9远离管板11的一端形成为高温内联箱16，高温内联箱16位于回气腔21内，在高温内联箱16上设置有气体进口32。其中连通部91由管束套筒9朝向管板11的一端的侧壁上的缺口所形成，在其它实施例中，连通部还可以由管束套筒朝向管板的一端的侧壁上的通孔所形成。

在管束套筒9的外壁与外壳6的内壁之间具有气体通道35，经气体进口32进入的气体能够依次经高温内联箱16、U形换热管81之间的间隙、连通部91、气体通道35后，经气体出口5排出本实施例中的预热器。

在管束套筒9内安装有高温气防冲板7，并位于U形换热管束与气体进口之间，高温防冲板7为一多孔板，该多孔板位于管束套筒9临近高温内联箱16一端的边缘，并焊接在管束套筒9上，多孔板的中心部向高温内联箱的气体进口32方向突起。

在其它实施例中，高温气防冲板还可以形成包括环形的基板、和沿基板的内缘向内延伸的若干辐板，相邻的辐板之间形成气体通道。

当本实施例中的预热器300的外壳6呈水平布置时，进水口15位于外6壳的下方，出水口12位于外壳6的上方。

在回气腔的侧壁上安装有用于安装相关仪表的接口23，在外壳上安装有支座25。

实施例2

请参阅图2，一种用于放热反应的化学反应装置500，其包括实施例1所述的高压锅炉水折流杆式预热器300和反应器400，反应器400的外壳1通过连接法兰3连接到预热器300的进口套管31上，反应器400的反应气出口管2连接到预热器300的气体进口32上，在反应气出口管2与气体进口32之间安装有金属软接头。

在反应器400内完成反应的反应气体经反应气出口管2和气体进口32进入到预热器300内，然后反应气经高温内联箱16进入到管束套筒9内，在管束套筒9内反应气流经各U形换热管81之间的间隙，与U形换热管81内的冷却水进行换热并降温，然后经连通部91进入到管束套筒9的外壁与外壳6的内壁之间的气体通道35，再进入到回气腔21内，最后经气体出口5排出预热器进入到下到工序。

冷却水由进水口15进入到进水腔221内，然后被分配流入到各个U形换热管81的内腔，与管束套筒9内的反应气进行换热并升温，然后流入到出水腔222，最后经出水口12排出预热器作为锅炉用水或用于其它用途。

Claims (8)

1.一种高压锅炉水折流杆式预热器，其特征在于，包括两端封闭的外壳，设置在外壳内的管板，所述管板将外壳的内腔分为换热腔和水腔；在水腔内安装有分割板，该分割板将水腔分为互不相通的进水腔和出水腔，分割板将管板分割为进水部和出水部两个部分，在外壳上安装有连通进水腔的进水口和连通出水腔的出水口；

在换热腔内安装有管束套筒，管束套筒内安装有折流杆组件和由若干U形换热管所组成的U形换热管束，U形换热管活动地支撑在折流杆组件中的折流杆上；U形换热管的一端密封固定在管板的进水部上、并连通进水腔，U形换热管的另一端固定在管板的出水部上、并连通出水腔，进水腔经U形换热管的内腔连通出水腔；

外壳远离管板的一端延伸形成高压外联箱，高压外联箱的内腔形成连通换热腔的回气腔，在高压外联箱上设置有连通回气腔的进口套管与气体出口；管束套筒朝向管板的一端为敞口端，该敞口端与管板之间具有连通管束套筒内外的连通部；管束套筒远离管板的一端形成为高温内联箱，高温内联箱位于回气腔内，在高温内联箱上设置有气体进口；

在管束套筒的外壁与外壳的内壁之间具有气体通道，经气体进口进入的气体能够依次经高温内联箱、U形换热管之间的间隙、连通部、气体通道后，经气体出口排出所述预热器。

2.根据权利要求1所述的预热器，其特征在于，还包括高温气防冲板，所述高温气防冲板设置在高温内联箱或管束套筒内，并位于U形换热管束与气体进口之间。

3.根据权利要求2所述的预热器，其特征在于，所述高温气防冲板为多孔板。

4.根据权利要求2所述的预热器，其特征在于，所述高温气防冲板包括环形的基板，和沿基板的内缘向内延伸的若干辐板，相邻的辐板之间形成气体通道。

5.根据权利要求1所述的预热器，其特征在于，所述外壳水平布置，所述进水口位于外壳的下方，所述出水口位于外壳的上方。

6.根据权利要求1所述的预热器，其特征在于，所述U形换热管采用管板角焊方式焊接在管板上。

7.根据权利要求1所述的预热器，其特征在于，所述连通部由管束套筒朝向管板的一端的侧壁上的缺口所形成，或由管束套筒朝向管板的一端的侧壁上的通孔所形成。

8.一种用于放热反应的化学反应装置，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的高压锅炉水折流杆式预热器，该化学反应装置还包括反应器，所述反应器的外壳连接到预热器的进口套管上，反应器的反应气出口管连接到预热器的气体进口上。