CN210165351U - 一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，包括筒体、连接于筒体端部的外管箱、内管箱和三套管；筒体内部设有隔水管板将筒体分为蒸发段和过热段，蒸发段与外管箱连接，并且二者之间设有厚管板；三套管包括内套管、套接于内套管表面的死气层套管、以及套接于死气层套管外部的外套管；内套管的进口端固定于内管箱的薄管板上，并且与内管箱连通，外套管的出口端固定于厚管板上；外管箱上设有气体进口和气体出口，气体进口与内管箱连通；筒体的蒸发段上设有锅炉给水进口和饱和蒸汽出口，筒体的过热段上设有饱和蒸汽进口和过热蒸汽出口。与现有技术相比，本实用新型具有节能、节省安装面积、废热回收率高、安全性能高等优点。

Description

一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉

技术领域

本实用新型涉及于化工设备技术领域，尤其是涉及一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉。

背景技术

化工的工艺流程中，与许多单元操作是放热反应，为了充分回收高位能热量，通常分别设计蒸汽过热器和废热锅炉进行热量回收，工艺流程如图1所示，合成塔出来的460℃左右气体进入蒸汽过热器的气体进口，加热蒸汽至过热蒸汽，然后由蒸汽过热器的气体出口送出，进入废热锅炉的气体进口进入废热锅炉，加热废热锅炉中的壳程热水，使热水产生饱和蒸汽，饱和蒸汽进入蒸汽加热器换热后生产过热蒸汽，从而实现高温气体热量的回收和利用。通过两个设备实现高温气体热量回收占地面积较大，系统的阻力将以及热量损失也较大，高温气体的热量回收率较低；并且，蒸汽过热器的工作温度较高，高达460℃，设计条件苛刻，对该设备的要求高，在高温高压和高氢腐蚀的环境下，设备造价高，寿命也短，蒸汽过热器内的换热管与管板之间的焊缝容易发生裂纹造成漏气事故，从而影响生产安全。中国专利 CN 205717162 U公布了一种副产过热蒸汽的组合式设备，包括壳体以及设置在壳体两端的左、右封头，在所述壳体内设置有外套管、刺刀式换热管束以及饱和蒸汽管箱，所述壳体内通过管板分隔为过热蒸汽管箱和高温气管箱，所述外套管与壳体配合形成汽水区，所述饱和蒸汽管箱设置在过热蒸汽管箱内，所述刺刀式换热管束的进口端与饱和蒸汽管箱连接，其出口端与过热蒸汽管箱连接，所述刺刀式换热管束的换热段置于高温气管箱内，所述汽水区上部形成汽水分离室；该专利技术虽然将副产蒸汽与过热蒸汽功能组合在一个设备内，但是该专利技术中高温气体从壳程进入壳体，过热蒸汽进入套管内部，因此高温气体上部区域加热锅炉给水形成饱和蒸汽，下部区域加热饱和蒸汽形成过热蒸汽，这种方案壳体内部需要多个管板或者部件将壳体进行分区，造成设备造价较高；汽水区通过内部筒体与高温气隔离，换热效率低下，且如果内部筒体服役后焊缝出现缺陷或筒体腐蚀造成损伤维修极为不便；饱和蒸汽管箱位于过热蒸汽管箱内，造成为满足副产蒸汽效率而将设备直径加大进一步提高了设备成本；管板相连壳程为高温气管箱，管板两侧介质温差较大，设计上大大增加了管板厚度，同时换热管管头焊缝工作环境更为恶劣，容易造成气体泄漏。尤其在化工合成氨中氨合成工段高温气为高压工况，高温高压气泄漏到中低压蒸汽侧极易造成安全事故；高温气走壳程的话筒体较厚造成成本过高，与汽水区相分隔的筒体更是在制造过程中焊接和热处理极为不便，同时汽水区与高温气隔板之间热膨胀差异极易造成汽水区筒体轴向应力过大，汽水区筒体与隔板连接焊缝容易拉裂。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，包括筒体、连接于所述筒体端部的外管箱、设于所述外管箱内部的内管箱以及设于所述筒体内的三套管；

所述体内部设有隔水管板将所述筒体分为蒸发段和过热段，所述蒸发段与所述外管箱连接，并且二者之间设有厚管板；所述三套管包括内套管、套接于所述内套管表面的死气层套管、以及套接于所述死气层套管外部的外套管；所述内套管的进口端固定于所述内管箱的薄管板上，并且与所述内管箱连通，所述外套管的出口端固定于所述厚管板上；所述外管箱上设有气体进口和气体出口，所述气体进口与所述内管箱连通；所述筒体的蒸发段上设有锅炉给水进口和饱和蒸汽出口，所述筒体的过热段上设有饱和蒸汽进口和过热蒸汽出口。

使用时，高温气体由所述气体进口进入所述内管箱，依次经过内套管内部、死气层套管和外套管之间的环形通道，从所述气体出口流出。

所述隔水管板通过膨胀节连接于所述筒体上。

位于过热段内的外套管与所述隔水管板之间设有波纹管。

所述蒸发段的饱和蒸汽出口和过热段的饱和蒸汽进口通过上管路连通。

所述蒸发段的筒体直径大于所述过热段的筒体直径。

所述蒸发段的筒体与所述过热段的筒体的底部齐平。

所述气体进口通过膨胀节与所述内管箱连接。

所述饱和蒸汽出口处设有丝网除沫器。

使用本实用新型的工艺流程如下：

高温合成气(460℃左右)从气体进口进入，到薄管板，再到内套管，从内套管的内管通道流过，进入内套管与外套管之间的环形通道，外套管即为换热管，先到过热段加热蒸汽，产生过热蒸汽，实现了现有技术中过热蒸汽设备副产过热蒸汽的作用，高温合成气再到蒸发段加热热水，产生蒸汽，实现了现有技术中废热锅炉副产饱和蒸汽的作用，然后从外套管，即换热管出来，经由外管箱从气体出口出流出系统。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)将副产蒸汽的废热锅炉和副产过热蒸汽的蒸汽过热器组合成一台设备，节省了两台设备之间的管道连接，减少了系统阻力降、提高了换热效率，并减少了高压管道的使用，进而调高了高温气体的热量回收率，更加节能并且减少设备投资；

(2)两台设备合成一台，减少安装占地面积，减少场地，节省投资；

(3)采用高温工艺气体先通过过热段加热过热蒸汽，然后加热锅炉给水，产生饱和蒸汽，相比于同时加热锅炉给水和过热蒸汽，如此设计换热温差分布合理，换热效率更高、并且壳体内部无需过多分区，减少设备内件的复杂程度、有利于设备的加工制造；

(4)在隔水管板外缘与筒体之间设置膨胀节，能补偿外套管管束热胀冷缩的膨胀量；在隔水管板与外套管之间设置波纹管可补偿各外套管不同程度上的膨胀量，并防止蒸发段的水漏入过热段，确保获得高品位的过热蒸汽；

(5)厚管板的两侧为饱和蒸汽和换热后的高温出口气，降低了管板的金属壁温，减小了管板及换热管管头焊缝温差应力，提高了设备的安全性能。

(6)设计膨胀节和波纹管还有助于防止外套管与管板的连接焊缝处于很大的热应力和热疲劳状态，避免在氢脆、氢腐蚀共同作用下该焊缝发生微裂纹，进而造成漏气事故；提高了设备的安全性能。

附图说明

图1为对比例的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图中，1为废热锅炉、2为三套管、3为筒体、4为外管箱、5为内管箱、6为厚管板、7为薄管板、8为废热锅炉气体进口、9为气体出口、10为锅炉给水进口、 11为饱和蒸汽出口、12为蒸汽过热器、13为换热管、14为气体进口、15为过热器气体出口、16为饱和蒸汽进口、17为过热蒸汽出口、18为上管路、19为隔水管板、20为膨胀节、21为波纹管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

对比例

对比例为现有技术中通过蒸汽过热器和废热锅炉两台设备组合使用，产生过热蒸汽的工艺，如图1所示，现有的设备包括通过管道连接的蒸汽过热器12和废热锅炉1，其中蒸汽过热器12为管壳式换热器，高温合成气走管程，水蒸气介质走壳程，合成塔出来的460℃高温合成气从气体进口14进入，经过换热管13加热壳程的饱和水蒸气后经过过热器气体出口15进入从废热锅炉气体进口8进入废热锅炉1，从蒸汽过热器12出来的高温合成气的温度约为440℃左右，加热废热锅炉1 内的锅炉给水产生饱和蒸汽，从气体出口9出系统，锅炉给水从锅炉给水进口10 进入废热锅炉1的壳程，产生的饱和水蒸气从饱和蒸汽出口11从饱和蒸汽进口16 进入蒸汽过热器12，被高温合成气加热成为过热蒸汽，从过热蒸汽出口17出系统。

具体地，图1中废热锅炉1的设计参数如表1所示。

表1废热锅炉的设计参数

项目	管程	壳程
			设计压力Mpa	16.5	4.5
设计温度℃	管箱300进气管内440	270
			介质	H<sub>2</sub>,N<sub>2</sub>,NH<sub>3</sub>,CH<sub>4</sub>,Ar	水，水蒸气

蒸汽过热器2的设计参数如表2所示。

表2蒸汽过热器的设计参数

项目	管程	壳程
			设计压力Mpa	16.5	4.5
设计温度℃	460	440
			介质	H<sub>2</sub>,N<sub>2</sub>,NH<sub>3</sub>,CH<sub>4</sub>,Ar	水，水蒸气

该工艺流程对蒸汽过热器的要求较高，在高温高压和高氢腐蚀的环境下，该设备造价高，寿命也短，属于高风险设备；并且两个设备之间通过管路连接，存在热量损失，不利于高温合成气热量的高效回收；两个设备组成的系统占地面积大、固定投资也较多。

实施例

一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，如图2所示，包括筒体3、连接于筒体3 端部的外管箱4、设于外管箱4内部的内管箱5以及设于筒体3内的三套管2；体内部设有隔水管板19将筒体3分为蒸发段和过热段，并且蒸发段的筒体3直径大于过热段的筒体3直径，蒸发段的筒体3与过热段的筒体3的底部齐平；蒸发段与外管箱4连接，并且二者之间设有厚管板6；三套管2包括内套管、套接于内套管表面的死气层套管、以及套接于死气层套管外部的外套管；内套管的进口端焊接固定于内管箱5的薄管板7上，并且与内管箱5连通，外套管的出口端焊接固定于厚管板6上，死气层套管固定在内套管上，形成绝热死气层；外管箱4上设有气体进口14和气体出口9，气体进口14与内管箱5连通，并且二者之间设有膨胀节；高温气体由气体进口14进入内管箱5，依次经过内套管内部、死气层套管和外套管之间的环形通道，从气体出口9流出；筒体3的蒸发段上设有锅炉给水进口10和饱和蒸汽出口11，并且饱和蒸汽出口11处设有丝网除沫器，筒体3的过热段上设有饱和蒸汽进口16和过热蒸汽出口17；蒸发段的饱和蒸汽出口11和过热段的饱和蒸汽进口16通过上管路18连通。

隔水管板19通过膨胀节20连接于筒体3上；位于过热段内的外套管与隔水管板19之间设有波纹管21。这样的目的其一防止蒸发段的水漏入过热段，确保获得高品位的过热蒸汽，其二外套管的热胀冷缩由膨胀节和波纹管承担补偿。在实际使用时，由于外套管的热胀冷缩，外套管承受很大的热应力和应力波动，并传递给外套管与厚管板的连接焊缝处，使该角焊缝处于很大的热应力和热疲劳状态，同时又在氢脆、氢腐蚀共同作用下，废热锅炉使用一段时间后，厚管板与外套管连接的焊缝处会发生微裂纹漏气事故；而在隔水管板上设置膨胀节和波纹管后，本实施例使设备处于低温、低氢腐蚀的环境，长期使用未发现泄漏事故，设备的使用寿命长，是现有的两倍以上，经济效益可观。

使用本实施例的工艺流程如下：

高温合成气(460℃左右)从气体进口14进入，到薄管板，再到内套管，从内套管的内管通道流过，进入内套管与外套管之间的环形通道，外套管即为换热管，先到过热段加热蒸汽，产生过热蒸汽，实现了现有技术中过热蒸汽设备副产过热蒸汽的作用，高温合成气再到蒸发段加热热水，产生蒸汽，实现了现有技术中废热锅炉副产饱和蒸汽的作用，然后从外套管，即换热管出来，经由外管箱从气体出口9 流出系统。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (8)

1.一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，其特征在于，包括筒体(3)、连接于所述筒体(3)端部的外管箱(4)、设于所述外管箱(4)内部的内管箱(5)以及设于所述筒体(3)内的三套管(2)；

所述筒体内部设有隔水管板(19)将所述筒体(3)分为蒸发段和过热段，所述蒸发段与所述外管箱(4)连接，并且二者之间设有厚管板(6)；所述三套管(2)包括内套管、套接于所述内套管表面的死气层套管、以及套接于所述死气层套管外部的外套管；所述内套管的进口端固定于所述内管箱(5)的薄管板(7)上，并且与所述内管箱(5)连通，所述外套管的出口端固定于所述厚管板(6)上；所述外管箱(4)上设有气体进口(14)和气体出口(9)，所述气体进口(14)与所述内管箱(5)连通；所述筒体(3)的蒸发段上设有锅炉给水进口(10)和饱和蒸汽出口(11)，所述筒体(3)的过热段上设有饱和蒸汽进口(16)和过热蒸汽出口(17)。

2.根据权利要求1所述的一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，其特征在于，所述隔水管板(19)通过膨胀节(20)连接于所述筒体(3)上。

3.根据权利要求1所述的一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，其特征在于，位于过热段内的外套管与所述隔水管板(19)之间设有波纹管(21)。

4.根据权利要求1所述的一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，其特征在于，所述蒸发段的饱和蒸汽出口(11)和过热段的饱和蒸汽进口(16)通过上管路(18)连通。

5.根据权利要求1所述的一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，其特征在于，所述蒸发段的筒体(3)直径大于所述过热段的筒体(3)直径。

6.根据权利要求5所述的一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，其特征在于，所述蒸发段的筒体(3)与所述过热段的筒体(3)的底部齐平。

7.根据权利要求1所述的一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，其特征在于，所述气体进口(14)通过膨胀节与所述内管箱(5)连接。

8.根据权利要求1所述的一种副产过热蒸汽的合成废热锅炉，其特征在于，所述饱和蒸汽出口(11)处设有丝网除沫器。

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