JP5746353B2 - 廃熱ボイラー - Google Patents

廃熱ボイラー Download PDF

Info

Publication number
JP5746353B2
JP5746353B2 JP2013530575A JP2013530575A JP5746353B2 JP 5746353 B2 JP5746353 B2 JP 5746353B2 JP 2013530575 A JP2013530575 A JP 2013530575A JP 2013530575 A JP2013530575 A JP 2013530575A JP 5746353 B2 JP5746353 B2 JP 5746353B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
process gas
heat exchange
outlet
waste heat
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013530575A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2013539006A (ja
Inventor
クリスティアンセン・ハンス・ゲオルグ
Original Assignee
ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット filed Critical ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット
Publication of JP2013539006A publication Critical patent/JP2013539006A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5746353B2 publication Critical patent/JP5746353B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/007—Control systems for waste heat boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1838—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines the hot gas being under a high pressure, e.g. in chemical installations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/001—Controlling by flue gas dampers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B9/00—Steam boilers of fire-tube type, i.e. the flue gas from a combustion chamber outside the boiler body flowing through tubes built-in in the boiler body
    • F22B9/10—Steam boilers of fire-tube type, i.e. the flue gas from a combustion chamber outside the boiler body flowing through tubes built-in in the boiler body the boiler body being disposed substantially horizontally, e.g. at the side of the combustion chamber
    • F22B9/12—Steam boilers of fire-tube type, i.e. the flue gas from a combustion chamber outside the boiler body flowing through tubes built-in in the boiler body the boiler body being disposed substantially horizontally, e.g. at the side of the combustion chamber the fire tubes being in substantially horizontal arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/001—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for thermal power plants or industrial processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/103—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of more than two coaxial conduits or modules of more than two coaxial conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
  • Chimneys And Flues (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)

Description

本発明は、化学反応からの廃熱の回収に関する。より詳細には、本発明は、冷却効果の改善された制御を備える廃熱ボイラーに関する。
廃熱ボイラーは、高温プロセス流から回収された排熱により蒸気を発生させるのに最も一般的に使用されている。典型的に、それらのボイラーは、円筒状シェル内に配置された複数の熱交換管を備えた、シェルアンドチューブ型熱交換器として設計される。
産業界においては二つの基本的な型のシェルアンドチューブ型熱交換器が採用されており、水／蒸気混合物が管（チューブ）を通って流れる、水−管型、及び加熱プロセス流を管の内側に有する、煙−管型である。
ボイラーの特徴的構成要素とは、シェル内の前端頭部及び後端頭部における管板中に取り付けられた管である。煙管ボイラーにおいては、蒸気生成は、ボイラー管を通って流れる高温プロセス流の間接的熱交換により管のシェル側で達成される。シェル側は、多数の上昇管及び下降管を介して蒸気ドラムに接続され、該蒸気ドラムは、ボイラーシェルの上方に配置されるか又はボイラーシェルの一体部分として設けられ得る。
シェルアンドチューブ型熱交換器タイプのボイラーにおける熱交換面の機械的設計、及び、特に、寸法形状は、いくつかの問題を示す。煙管型ボイラーの使用は、シェルの片側又は両側への高圧、及びシェル側と管側との間の著しい温度差を含む。プロセス流の汚染特性及び腐食特性について特別な考慮をすべきである。
汚染及び／又は腐食プロセス流を処理するボイラーは、深刻な汚染条件及び／又は腐食条件下での寿命を満足させるために、清浄時に要求されるよりも高い効率のために設計されなければならない。ボイラー管の熱伝達面は、さらに、流中の予期される腐食因子及び汚染因子に適合させなければならない。ボイラーの長期間運転の間、所望の、かつ、実質的に一定の冷却効果を提供するために、適当な熱伝達及び温度制御が要求される。
従来設計されているボイラーは、（熱交換管の径と比較して）比較的大径の管のバイパスを備えており、それは、ボイラーシェルの内部又は外部であってよい。バイパスは、通常、流れ制御弁を設けた断熱管として構成される。ボイラーの初期運転の間、高温プロセス流の一部は熱伝達管を迂回して、熱伝達を要求レベル内に制限する。
一定時間後、操業中、管の汚染及び／又は腐食は増加して熱伝達を減少させる。それゆえ、迂回されるプロセス流の量を低減し、それにより、要求される冷却効果を維持するべく、熱伝達管を通るプロセス流の流れをより大きくすることができる。
上述の型の公知のボイラーの主な欠点とは、バイパスの金属表面、特に、１，０００℃あるいはそれよりも高い温度の、冷却されていないプロセス流と接触するバイパスアウトレット及び制御弁の金属表面に対する活発な腐食である。公知技術においては、この問題を解決するために様々な方法、例えば、制御弁を冷却流体で冷却すること、又は高温のバイパス流を避けて、代わりに熱交換器を異なる熱交換レベルの別々の区域に、そしてそれにより異なるプロセスガスアウトレット温度に分割することが試みられている。公知技術の例は、米国特許第５４５２６８６Ａ号明細書（特許文献１）、米国特許出願第２００７１２５３１７Ａ号明細書（特許文献２）、米国特許第４９９３３６７Ａ号明細書（特許文献３）、英国特許第１３０３０９２Ａ号（特許文献４）、米国特許第１９１８９６６Ａ号明細書（特許文献５）及び欧州特許第０３５７９０７Ａ号（特許文献６）に開示されている。
米国特許第５４５２６８６Ａ号明細書 米国特許出願第２００７１２５３１７Ａ号明細書 米国特許第４９９３３６７Ａ号明細書 英国特許第１３０３０９２Ａ号 米国特許第１９１８９６６Ａ号明細書 欧州特許第０３５７９０７Ａ号
本発明の目的は、改善された熱伝達及び温度制御を備えたシェルアンドチューブ型熱交換器タイプのボイラーを提供することによって、公知の廃熱ボイラーの欠点を回避することである。
本発明のさらなる目的は、公知技術の廃熱ボイラーよりも簡単で、かつ、それほど高価でない設計を有する廃熱ボイラーを提供することである。
本発明の別の目的は、プロセスガスバイパス管、及び、バイパスプロセスガス流及びそれに伴ってプロセスガスアウトレット温度を簡単に制御するための制御弁を備える廃熱ボイラーであって、腐食をもたらす過剰な温度に該制御弁を曝すことのない、該ボイラーを提供することである。
本発明の一実施形態によれば、比較的高温のプロセスガスを冷却媒体と熱交換するための廃熱ボイラーによってこれは達成され、その際、該廃熱ボイラーは、少なくとも一つのシェル部（熱交換区域第二のシェル部）、及び該熱交換区域第二のシェル部のインレット端及びアウトレット端に配置される少なくとも二つの管板を含み、それにより、この第二のシェル部及び二つの管板が、廃熱ボイラーの熱交換区域を取り囲む。複数の熱交換管及び少なくとも一つのプロセスガスバイパス管は熱交換区域中に配置され、そして各管の第一の端部付近で第一の管板中に固定され、かつ、各管の第二の端部付近で第二の管板中に固定される。少なくとも一つの冷却媒体インレット及び少なくとも一つの冷却媒体アウトレットは、冷却媒体が管のシェル側上の熱交換区域中へ流れ、そしてそこを出て行くことができるように、該廃熱ボイラー上に位置する。それゆえ、冷却媒体は、第二のシェル部及び第一及び第二の管板によって取り囲まれる。プロセスガスインレット区域は、該第一の管板の近くで、冷却媒体の反対側に位置する。インレット区域は、プロセスガスインレット端において第一のシェル部によってさらに取り囲まれてもよい。プロセスガスアウトレット区域は、第二の管板の近くで、これも冷却媒体の反対側に位置する。また、アウトレット区域は、第三のシェル部によってさらに取り囲まれてもよい。第三のシェル部におけるプロセスガスアウトレット端では、アウトレットプロセスガス収集器が、少なくとも一つのバイパス管を出る少なくともプロセスガスの一部を収集し、そして熱交換管の一部を出る冷却されたプロセスガスも収集するように位置する。
プロセスガスは、第一のシェル部、プロセスガスインレット端から、熱交換管インレット及びバイパス管インレットへ流れ、熱交換管及び少なくとも一つのバイパス管を通って、熱交換管アウトレット及び少なくとも一つのバイパスプロセスガスアウトレットを出て、第三のシェル部、プロセスガスアウトレット端へと流れる。冷却媒体は、冷却媒体インレットを介して熱交換区域中へ流れ、そして熱交換管のシェル側と接触し、そして、冷却媒体は冷却媒体アウトレットを通って熱交換区域を出る前に、少なくとも一つのバイパス管のシェル側と接触することができる。プロセスガスは、第一の温度でプロセスガスインレット区域に進入し、そして第二の比較的低温で熱交換管を出る。バイパス管を出るプロセスガスは、第一の温度より低いか又は同じであるが、第二の温度よりは高い、第三の温度を有する。アウトレットプロセスガス収集器は、バイパスプロセスガスの少なくとも一部及び熱交換されたプロセスガスの一部を混合する。したがって、混合されたプロセスガス温度は、第二の温度よりも高いが第三の温度よりも低い、第四の温度を有する。この混合物中の熱交換されたプロセスガスの量及びバイパスガスの量は、この第四の温度が、収集されたバイパスプロセスガス及び熱交換されたプロセスガスの下流に位置する制御弁の過剰な腐食を防止するのに十分低いように構成される。制御弁は、廃熱ボイラーを出る全プロセスガス流中の混合されたプロセスガスの量を制御する。廃熱ボイラーを出る全プロセスガス流は、第二の温度より高いか又は該温度と同じであるが、第四の温度よりも低い、一定の第五の温度であるべきである。制御弁は、混合されたプロセスガスの体積流量を、出て行く全プロセスガスの体積流量と比較して制御することができ、そしてそれにより、変動する第二及び第四の温度、及びそれらの体積流量に伴ってさえ、第五の温度を制御することができる。したがって、一定の高い第一の温度及び一定の低い第五の温度を目的とすることにより、熱交換管の汚染／腐食に起因して第二の温度は上昇するが、第四の温度を有するバイパスプロセスガスの体積流量を低減する制御弁の使用によって第五の温度を一定に維持することができる。
本発明のさらなる実施形態によれば、アウトレットプロセスガス収集器中での熱交換されたプロセスガスと、迂回したプロセスガスとの混合は、収集器中の制御弁の上流に位置する混合手段によって強化することができる。該混合手段は、いずれかの公知の機能及び材料のものであることができる。
本発明のさらなる実施形態において、一つのバイパス管が存在し、そして収集器は、該一つのバイパス管を出るプロセスガス及び少なくとも一つの熱交換管を出る熱交換されたプロセスガスを収集する。
本発明の他の実施形態において、プロセスガスインレット区域は、第一のシェル部を比較的高温のプロセスガスから保護するために、セラミックライナーでライニングされる。
本発明のさらなる実施形態において、バイパス管、混合手段及びプロセスガス収集器をセラミックライナーでライニングすることもできる。
本発明の一実施形態において、冷却媒体は水であるか、又は蒸気であることができる。熱交換区域に進入する際、冷却媒体は水であることができ、そしてその水の一部又は全部は、冷却媒体アウトレットを介して熱交換区域を出る冷却媒体の全部又は一部が蒸気であるように、比較的高温のプロセスガスとの間接的熱交換によって加熱することができる。
本発明のさらなる実施形態において、第二のシェル部、又は第一、第二及び第三のシェル部のいずれもが、実質的に円筒状であることができる。円筒形状は、圧力耐性であり、かつ、材料を節約する形状であるため、有利であり得る。実質的に、とは、ある断面において楕円であり、かつ、別の断面において円形からかけ離れていない、例えば、円形、長円形、正方形、五角形、六角形等である、いずれかの形状を意味する。
本発明のさらなる実施形態において、複数の熱交換管は、管板中において実質的に円形配列に配置され、そしてその円形配列の実質的中央に、バイパス管又は少なくとも一つのバイパス管が配置される。実質的に、とは、位置が数学的に正確である必要はなく、熱交換効率及び材料コストを考慮する限り、広い範囲で形状は可変である。
本発明の一実施形態において、廃熱ボイラーは、湿式硫酸を生産するプロセスプラントにおいて使用される。
本発明の特徴は次のとおりである。
１．比較的高温のプロセスガスを、冷却媒体と熱交換するための廃熱ボイラーであって、
・シェル部、
・少なくとも二つの管板、
・複数の熱交換管、
・少なくとも一つのバイパス管、
・該シェル部及び該少なくとも二つの管板で取り囲まれた熱交換区域、
・プロセスガスインレット区域、
・プロセスガスアウトレット区域、
・少なくとも一つの冷却媒体インレット、
・少なくとも一つの冷却媒体アウトレット、を含み、
該比較的高温のプロセスガスは、該プロセスガスインレット区域において、該熱交換管及び該少なくとも一つのバイパス管に進入し、該熱交換管中を流れる少なくともプロセスガスが該冷却媒体と間接的に熱交換される、該熱交換区域を通って流れ、そして該プロセスガスアウトレット区域へ出、その際、該廃熱ボイラーは、制御弁及びアウトレットプロセスガス収集器をさらに含み、該制御弁は、該アウトレットプロセスガス収集器を通って流れる該プロセスガスの体積流量の制御を可能にし、該アウトレットプロセスガス収集器は、該少なくとも一つのバイパス管を出るプロセスガス及び該熱交換管の一部を出る冷却されたプロセスガスの少なくとも一部を収集する、上記の廃熱ボイラー。
２．上記のアウトレットプロセスガス収集器が、該制御弁の上流に位置し、該少なくとも一つのバイパス管を出る比較的高温のプロセスガスを、該熱交換管の一部を出る冷却されたプロセスガスと混合するための混合手段をさらに含む、上記の特徴１に記載の廃熱ボイラー。
３．一つのバイパス管を含み、該アウトレットプロセスガス収集器が、該バイパス管を出るプロセスガス及び該熱交換管の少なくとも一つを出るプロセスガスを収集する、上記の特徴１又は２に記載の廃熱ボイラー。
４．該プロセスガスインレット区域が、セラミックライナーでライニングされる、上記の特徴１〜３のいずれか一つに記載の廃熱ボイラー。
５．さらに、セラミックライナーにより、該バイパス管の内壁がライニングされ、そして該アウトレットプロセスガス収集器の少なくとも一部がライニングされる、上記の特徴４に記載の廃熱ボイラー。
６．該冷却媒体が水または蒸気又は水と蒸気の両方である、上記の特徴１〜５のいずれか一つに記載の廃熱ボイラー。
７．該シェルが実質的に円筒形状を有し、そして該少なくとも二つの管板が実質的に円形状を有する、上記の特徴１〜６のいずれか一つに記載の廃熱ボイラー。
８．該熱交換管が、該管板中に円形配列に配置され、そして該バイパス管が、実質的に、該配列の中央に配置される、上記の特徴１〜７のいずれか一つに記載の廃熱ボイラー。
９．上記の特徴１〜８に記載の廃熱ボイラーにおいて、比較的高温のプロセスガスを冷却媒体と熱交換する方法であって、次の工程、
・該比較的高温のプロセスガスを該プロセスガスインレット区域に提供する工程、
・該冷却媒体を該廃熱ボイラーの熱交換区域に提供する工程、
・該熱交換区域に位置する熱交換管中で、該比較的高温のプロセスガスの第一の部分を、該冷却媒体と間接的に熱交換する工程、
・該プロセスガスインレット区域からの該比較的高温のプロセスガスの第二の部分を、該熱交換区域を通って、該プロセスガスアウトレット区域へと、該冷却媒体と実質的に熱交換することなく迂回させる工程、
・該迂回させたプセスガスの少なくとも一部及び該冷却されたプロセスガスの一部を、アウトレットプロセスガス収集器中に収集し、そして混合する工程、
・該収集され、そして混合されたプロセスガスの体積流量を、制御弁で制御する工程、
を含む、上記の方法。
１０．上記の特徴１〜８のいずれか一つに記載の廃熱ボイラーの、硫酸製造プロセスプラントにおける使用。
本発明の実施形態による廃熱ボイラー１００の断面図である。 温度を記した、図１の廃熱ボイラーを示す図である。
図１は、本発明の実施形態による廃熱ボイラー１００の断面図である。廃熱ボイラーは、第一のシェル部、プロセスガスインレット端１１０；第二のシェル部、熱交換区域１２０及び第三のシェル部、プロセスガスアウトレット端１３０を含み、それら全てが実質的に円筒形状及び実質的に同じ径を有するが、図からわかるように、同じ材料厚である必要はない。材料厚並びに材料の選択は、プロセス条件に応じて変えることができる。
第一の管板、プロセスガスインレット端１１５は、第一のシェル部を第二のシェル部から分離する。同様に、第二の管板、プロセスガスアウトレット端１２５は、第二のシェル部を第三のシェル部から分離する。そのため、第一のシェル部及び第一の管板は、プロセスガスインレット区域１１２を取り囲み；第二のシェル部は第一及び第二の管板に沿って、熱交換区域１２６を取り囲み；そして第三のシェル部及び第二の管板は、プロセスガスアウトレット区域１３２を取り囲む。プロセスガスインレット区域の内面は、該内面をインレットプロセスガスの高温から保護するために、例えば、セラミックライナーなどのライナー１１１を有することができる。
第一及び第二の管板は、熱交換管１２３を受容するための相当する穴を有する。熱交換管は、少なくとも第一の管板から熱交換区域を介して少なくとも第二の管板まで延びている。各熱交換管と、管板との間の接続は、気密かつ液密に行われる。各熱交換管は、プロセスガスインレット区域中に位置する熱交換管インレット１１４、及びプロセスガスアウトレット区域中に位置する熱交換管アウトレット１３４を有する。
第一及び第二の管板はまた、少なくとも一つのプロセスガスバイパス管１２４のための少なくとも一つの相当する穴を有する。図１による本発明の実施形態においては、一つのプロセスガスバイパス管がある。該プロセスガスバイパス管と、第一及び第二の管板との間の接続は、気密かつ液密に行われる。プロセスガスバイパス管は、プロセスガスインレット区域中に位置するバイパスプロセスガスインレット１１３及びプロセスガスアウトレット中に位置するバイパスプロセスガスアウトレット１３３を有する。比較的高温のプロセスガス温度から管を保護でき、そしてまた、冷却媒体と迂回させたプロセスガスとの間での間接的熱交換を低減することもできるライニング（図示せず）をプロセスガスバイパス管に設けることもできる。
熱交換区域では、冷却媒体インレット１２１が、冷却媒体を熱交換区域へ流体的に接続する。少なくとも一つの冷却媒体インレットは、熱交換区域への流体的接続がもたらされる限り、第二のシェル部のいずれかの位置か、又は第一又は第二の管板上にさえ位置させることができる。熱交換区域のシェル部上での位置を図１に示す。熱交換区域へ流体的に接続した状態で位置する冷却媒体アウトレット１２２は、熱交換区域からの冷却媒体のアウトレットを提供する。
それゆえ、各熱交換管及びプロセスガスバイパス管は、プロセスガスインレットから、熱交換区域を介して、プロセスガスアウトレット区域まで流体的接続を提供することによって、プロセスガスが、冷却媒体に直接接触することなく熱交換区域を通って流れるのを可能にする。熱交換管中を流れるプロセスガスは、冷却媒体と間接的に熱交換されるが、迂回させた、すなわち、プロセスガスバイパス管中を流れるプロセスガスの一部は、ほとんど又は比較的低く又は実質的に冷却媒体と間接的に熱交換されない。バイパス管がライニングされていない場合、迂回させたプロセスガスは、いくぶん冷却媒体と熱交換されるが、バイパス管の体積の表面積に対する比が大きいことに起因して、バイパス管中での熱交換は、熱交換管中での熱交換と比較して低い。バイパス管が、例えば、セラミックライナーでライニングされている場合、バイパス管中を流れる迂回させたプロセスガスと、冷却媒体との間の間接的熱交換は、比較的低いか、又は０に近いものとなる。いずれかの場合において、熱交換管アウトレットを出る熱交換されたプロセスガスの温度は、バイパスプロセスガスアウトレットを出る迂回させたプロセスガスの温度よりもかなり低い。
プロセスガスアウトレット区域中にはアウトレットプロセスガス収集器１３６が位置する。それは、迂回させたプロセスガス及び熱交換されたプロセスガスの一部を収集する。図１による実施形態において、プロセスガス収集器は、迂回させたプロセスガス及びバイパス管の周囲で円形配列にある、バイパス管に最も近い位置の熱交換管を出る熱交換されたプロセスガスを収集する。アウトレットプロセスガス混合手段はプロセスガス収集器の内側に位置して、迂回させたプロセスガス及び熱交換されたプロセスガスを、制御弁、バイパス管アウトレット１３５が、制御弁の相当な腐食をもたらすほど高い温度のプロセスガスの臨界量に曝されない程度にまでに確実に混合する。
上述の制御弁は、アウトレットプロセスガス収集器からプロセスガスアウトレット区域へ出る、混合されたプロセスガスの量を制御する。それゆえ、熱交換されたプロセスガスの温度が、混合されたプロセスガスアウトレット１３８を出る、迂回させた及び熱交換されたプロセスガスの混合物の温度よりも低いため、制御弁は、プロセスガスアウトレット区域を出るプロセスガスの温度を、熱交換されたガスの温度と、混合されたバイパスガスの温度との間の間隔内で変化させることができる。あるいはより重要なのは、例えば、熱交換管中の汚染のために例えば低減された間接的熱交換に起因して、熱交換されたプロセスガスの温度が様々な場合でさえ、制御弁は、プロセスガスアウトレット区域を出るプロセスガスの温度を一定レベルで維持できることである。
図２は、温度を記した、図１の廃熱ボイラーを示している。温度は次の関係を有する。
ｔ１≧ｔ３＞ｔ４＞ｔ２
ｔ４＞Ｔ５≧ｔ２
１００ 廃熱ボイラー、ＷＨＢ
１１０ 第一のシェル部、プロセスガスインレット端
１１１ ライニング
１１２ プロセスガスインレット区域
１１３ バイパスプロセスガスインレット
１１４ 熱交換管インレット
１１５ 第一の管板、プロセスガスインレット端
１２０ 第二のシェル部、熱交換区域
１２１ 冷却媒体インレット
１２２ 冷却媒体アウトレット
１２３ 熱交換管
１２４ プロセスガスバイパス管
１２５ 第二の管板、プロセスガスアウトレット端
１２６ 熱交換区域
１３０ 第三のシェル部、プロセスガスアウトレット端
１３２ プロセスガスアウトレット区域
１３３ バイパスプロセスガスアウトレット
１３４ 熱交換管アウトレット
１３５ 制御弁、バイパス管アウトレット
１３６ アウトレットプロセスガス収集器
１３７ アウトレットプロセスガス混合手段
１３８ 混合されたプロセスガスアウトレット

Claims (10)

  1. 比較的高温のプロセスガスを、冷却媒体と熱交換するための廃熱ボイラーであって、
    ・シェル部、
    ・少なくとも二つの管板、
    ・複数の熱交換管、
    ・少なくとも一つのバイパス管、
    ・該シェル部及び該少なくとも二つの管板で取り囲まれた熱交換区域、
    ・プロセスガスインレット区域、
    ・プロセスガスアウトレット区域、
    ・少なくとも一つの冷却媒体インレット、
    ・少なくとも一つの冷却媒体アウトレット、を含み、
    該比較的高温のプロセスガスは、該プロセスガスインレット区域において、該熱交換管及び該少なくとも一つのバイパス管に進入し、該熱交換管中を流れる少なくともプロセスガスが該冷却媒体と間接的に熱交換される、該熱交換区域を通って流れ、そして該プロセスガスアウトレット区域へ出、その際、該廃熱ボイラーは、制御弁及びアウトレットプロセスガス収集器をさらに含み、該制御弁は、該アウトレットプロセスガス収集器を通って流れるプロセスガスの体積流量の制御を可能にし、該アウトレットプロセスガス収集器は、該少なくとも一つのバイパス管を出る該プロセスガス及び該熱交換管の一部を出る冷却されたプロセスガスの少なくとも一部を収集する、上記の廃熱ボイラー。
  2. 前記アウトレットプロセスガス収集器が、前記制御弁の上流に位置し、前記少なくとも一つのバイパス管を出る比較的高温のプロセスガスを、前記熱交換管の一部を出る冷却されたプロセスガスと混合するための混合手段をさらに含む、請求項１に記載の廃熱ボイラー。
  3. 一つのバイパス管を含み、前記アウトレットプロセスガス収集器が、該バイパス管を出るプロセスガス及び前記熱交換管の少なくとも一つを出るプロセスガスを収集する、請求項１又は２に記載の廃熱ボイラー。
  4. 前記プロセスガスインレット区域が、セラミックライナーでライニングされる、請求項１〜３のいずれか一つに記載の廃熱ボイラー。
  5. さらに、セラミックライナーにより、前記バイパス管の内壁がライニングされ、そして前記アウトレットプロセスガス収集器の少なくとも一部がライニングされる、請求項４に記載の廃熱ボイラー。
  6. 前記冷却媒体が水または蒸気又は水と蒸気の両方である、請求項１〜５のいずれか一つに記載の廃熱ボイラー。
  7. 前記シェルが実質的に円筒形状を有し、そして前記少なくとも二つの管板が実質的に円形状を有する、請求項１〜６のいずれか一つに記載の廃熱ボイラー。
  8. 前記熱交換管が、前記管板中に円形配列に配置され、そして前記バイパス管が、実質的に、前記配列の中央に配置される、請求項１〜７のいずれか一つに記載の廃熱ボイラー。
  9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載の廃熱ボイラーにおいて、比較的高温のプロセスガスを冷却媒体と熱交換する方法であって、次の工程、
    ・該比較的高温のプロセスガスをプロセスガスインレット区域に提供する工程、
    ・該冷却媒体を該廃熱ボイラーの熱交換区域に提供する工程、
    ・前記熱交換区域中に位置する熱交換管中で、前記比較的高温のプロセスガスの第一の部分を、前記冷却媒体と間接的に熱交換する工程、
    ・前記プロセスガスインレット区域からの前記比較的高温のプロセスガスの第二の部分を、該熱交換区域を通って、前記プロセスガスアウトレット区域へと、前記冷却媒体と実質的に熱交換することなく迂回させる工程、
    ・迂回させたプセスガスの少なくとも一部及び冷却されたプロセスガスの一部を、アウトレットプロセスガス収集器中に収集し、そして混合する工程、
    ・前記収集され、そして混合されたプロセスガスの体積流量を、制御弁で制御する工程、
    を含む、上記の方法。
  10. 請求項１〜８のいずれか一つに記載の廃熱ボイラーの、硫酸製造プロセスプラントにおける使用。
JP2013530575A 2010-09-30 2010-09-30 廃熱ボイラー Expired - Fee Related JP5746353B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2010/005968 WO2012041344A1 (en) 2010-09-30 2010-09-30 Waste heat boiler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013539006A JP2013539006A (ja) 2013-10-17
JP5746353B2 true JP5746353B2 (ja) 2015-07-08

Family

ID=44509814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013530575A Expired - Fee Related JP5746353B2 (ja) 2010-09-30 2010-09-30 廃熱ボイラー

Country Status (16)

Country Link
US (1) US20130180475A1 (ja)
EP (1) EP2622297B1 (ja)
JP (1) JP5746353B2 (ja)
KR (1) KR20140005865A (ja)
CN (1) CN103270383B (ja)
AU (1) AU2010361358B2 (ja)
BR (1) BR112013006139A2 (ja)
CA (1) CA2811676A1 (ja)
DK (1) DK2622297T3 (ja)
EA (1) EA201390473A1 (ja)
ES (1) ES2541838T3 (ja)
MX (1) MX2013003048A (ja)
PL (1) PL2622297T3 (ja)
UA (1) UA108669C2 (ja)
WO (1) WO2012041344A1 (ja)
ZA (1) ZA201301534B (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112014028120B1 (pt) * 2012-05-09 2020-11-03 Haldor Topsøe A/S. caldeira de calor residual com desvio e misturador
JP6472267B2 (ja) * 2015-02-20 2019-02-20 三菱重工業株式会社 エコノマイザ、コンポジットボイラ、及び使用方法
ES2791310T5 (es) * 2015-02-27 2023-06-19 Technip France Sistema de caldera de calor residual y método para enfriar un gas de proceso
DE102015013517A1 (de) * 2015-10-20 2017-04-20 Borsig Gmbh Wärmeübertrager
EP3407001A1 (en) * 2017-05-26 2018-11-28 ALFA LAVAL OLMI S.p.A. Shell-and-tube equipment with bypass
RU2679580C1 (ru) * 2018-05-14 2019-02-11 Владислав Юрьевич Климов Теплообменник
CN117387094A (zh) * 2019-04-25 2024-01-12 四川陆亨能源科技有限公司 一种用于余热锅炉的保温填料及制备方法
EP3879083A1 (en) 2020-03-10 2021-09-15 Alfa Laval Corporate AB Boiler and method of operating a boiler
RU2770973C1 (ru) * 2020-11-20 2022-04-25 Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" Теплообменник
WO2022172354A1 (ja) * 2021-02-10 2022-08-18 日本管機工業株式会社 希硫酸製造装置及び希硫酸製造方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1918966A (en) 1930-06-20 1933-07-18 Gen Chemical Corp Apparatus for treating gas
GB1303092A (ja) 1970-08-29 1973-01-17
DE2927161C2 (de) * 1979-07-05 1985-10-03 Pohl, Joachim, 5000 Köln Verfahren und Vorrichtung zur Wassererhitzung durch Wärmerückgewinnung aus den Abgasen eines Heizungskessels
US4406396A (en) * 1980-03-24 1983-09-27 Habegger Millard A Method and apparatus for regulating flue draft
JPS5971094U (ja) * 1982-10-29 1984-05-14 いすゞ自動車株式会社 船舶用機関の熱交換器
JPS628588U (ja) * 1985-06-28 1987-01-19
JPH01160809A (ja) * 1987-12-17 1989-06-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 硫酸製造方法
DE3828034A1 (de) 1988-08-18 1990-02-22 Borsig Gmbh Waermetauscher
DE3830248C1 (ja) 1988-09-06 1990-01-18 Balcke-Duerr Ag, 4030 Ratingen, De
DK171423B1 (da) 1993-03-26 1996-10-21 Topsoe Haldor As Spildevarmekedel
DE4404068C1 (de) * 1994-02-09 1995-08-17 Wolfgang Engelhardt Wärmetauscher
JPH08145590A (ja) * 1994-11-15 1996-06-07 Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd 熱交換器の温度調節装置
ES2271434T3 (es) * 2003-07-12 2007-04-16 Borsig Gmbh Intercambiador de calor con un tubo bypas.
EP2259000B1 (en) * 2003-10-17 2011-10-05 Honeywell International Inc. Internal bypass exhaust gas cooler
JP2007032561A (ja) * 2005-06-20 2007-02-08 Sango Co Ltd 排気熱回収装置
DE102005057674B4 (de) * 2005-12-01 2008-05-08 Alstom Technology Ltd. Abhitzekessel
EP2002093B1 (en) * 2006-03-16 2011-09-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas heat recovery device
CN2896128Y (zh) * 2006-05-22 2007-05-02 余传林 废热锅炉
WO2008003486A1 (de) * 2006-07-06 2008-01-10 Behr Gmbh & Co. Kg Abgaskühler, insbesondere für ein kraftfahrzeug
CN201028466Y (zh) * 2007-03-23 2008-02-27 江苏中圣高科技产业有限公司 高效急冷废热锅炉
JP2008249273A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Osaka Gas Co Ltd 加熱炉
JP5577661B2 (ja) * 2009-09-28 2014-08-27 カルソニックカンセイ株式会社 車両用空調装置
KR101125004B1 (ko) * 2009-12-04 2012-03-27 기아자동차주식회사 냉각수 및 오일 통합 열교환형 배기열 회수장치

Also Published As

Publication number Publication date
EA201390473A1 (ru) 2013-09-30
US20130180475A1 (en) 2013-07-18
EP2622297A1 (en) 2013-08-07
EP2622297B1 (en) 2015-04-29
DK2622297T3 (en) 2015-07-27
ZA201301534B (en) 2014-04-30
BR112013006139A2 (pt) 2016-06-14
JP2013539006A (ja) 2013-10-17
UA108669C2 (uk) 2015-05-25
CA2811676A1 (en) 2012-04-05
ES2541838T3 (es) 2015-07-27
MX2013003048A (es) 2013-05-30
CN103270383A (zh) 2013-08-28
PL2622297T3 (pl) 2015-10-30
CN103270383B (zh) 2015-09-30
KR20140005865A (ko) 2014-01-15
AU2010361358B2 (en) 2014-05-08
WO2012041344A1 (en) 2012-04-05
AU2010361358A1 (en) 2013-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5746353B2 (ja) 廃熱ボイラー
US9170055B2 (en) Tube bundle heat exchanger for controlling a wide performance range
US10767942B2 (en) Heat exchanger
EP3262363B1 (en) Waste heat boiler system and method for cooling a process gas
JPS6042843B2 (ja) 廃熱ボイラ−
JPH0726909A (ja) 廃熱ボイラー
KR100738807B1 (ko) 잠열 회수형 열교환기
TWI593919B (zh) 廢熱鍋爐
JP3644725B2 (ja) 廃熱ボイラ
JP3045289B2 (ja) 排気ガス廃熱回収用熱交換器
JP4570187B2 (ja) 排ガス用熱交換器
JP2006057988A (ja) 燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器
JP2006090687A (ja) シェルアンドチューブ形熱交換器
JPS586232A (ja) 排気ガス熱回収方法及び装置
JP2015059709A (ja) 排熱回収装置
JPS602891A (ja) 腐食防止型熱交換装置
JPS58178195A (ja) 熱交換器
KR20200107946A (ko) 내부식성 튜브 열교환기
JP2005233515A (ja) 熱交換器
BR112020012404B1 (pt) Trocador de calor casco-e-tubo com proteção de corrosão, seu uso,trocador de calor gás-gás, processo para recuperação de calor e processo para síntese de ácido sulfúrico
JPH10122505A (ja) 給水加熱器のベント管装置
WO2005080899A1 (en) Appartus provided with heat-exchanging means
JP2006292193A (ja) 燃焼式熱源機の廃熱回収用熱交換器

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130927

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140807

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140820

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141117

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150408

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150507

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5746353

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees