KR20230154932A - 프로세스 열 회수 시스템 - Google Patents

Abstract

쉘-및-튜브 유형의 열 교환기(2)가 보일러로서 또는 보일러 공급수 예열기로서 작업하는 프로세스 열 회수 시스템(1)으로서, 보일러 물 또는 보일러 공급수는 쉘-측에서 순환하고, 그에 따라 튜브-측에서 순환하는 고온 프로세스 유체를 냉각한다. 열 교환기(2)와 증기 드럼(3) 사이의 물 순환을 위해서, 열 교환기(2)는 다운커머 파이핑(12) 및 라이저 파이핑(14)에 의해서 증기 드럼(3)에 연결된다. 열 교환기(2)는, 열 교환기(2)가 보일러로서 작업할 때, 다운커머 파이핑(12)에 의해서 보일러 물을 증기 드럼(3)으로부터 수용하거나, 열 교환기(2)가 보일러 공급수 예열기로서 작업할 때, 보일러 공급수 파이핑(27)에 의해서 보일러 공급수를 수용한다. 열 교환기(2)는, 열 교환기(2)가 보일러로서 작업할 때 보일러 물을, 또는 열 교환기(2)가 보일러 공급수 예열기로서 작업할 때 예열된 보일러 공급수를 라이저 파이핑(14)으로 증기 드럼(3)에 전달한다. 열 교환기(2)는, 열 교환기(2)가 보일러로서 작업할 때 쉘-측 물 유동이, 튜브를 가로질러, 우세 수직 방향을 갖도록 하는 한편, 열 교환기(2)가 보일러 공급수 예열기로서 작업할 때 쉘-측 물 유동이, 튜브를 가로질러, 우세 수평 방향을 갖도록, 순환수에 우세 유동 방향들을 부여하기 위한, 쉘-측 판 또는 배플(29)을 구비한다.

Description

프로세스 열 회수 시스템

본 발명은 일반적으로 프로세스 열 회수 시스템 그리고 보다 구체적으로, 혁신적인 프로세스 열 회수 시스템에 관한 것으로서, 튜브-측에서 유동하는 고온 프로세스 유체를 쉘-측 물 증발 또는 쉘-측 보일러 공급수 예열로 냉각하는 수평의 또는 약간 경사진 쉘-및-튜브 열 교환기, 그리고 다운커머(downcomer) 및 라이저(riser) 파이핑에 의해서 열 교환기에 연결되는 물-증기 분류용 증기 드럼을 포함한다. 이러한 열 회수 시스템은 또한 부가적인 다운커머 및 라이저 파이핑에 의해서 증기 드럼에 연결된, 보일러와 같은, 부가적인 열 교환기를 포함할 수 있다.

프로세스 산업에서, 고온의 화학 또는 석유화학 유체를 냉각시켜야 할 때, 파이핑 조립체에 의해서 증기 드럼에 연결된 쉘-및-튜브 유형의 프로세스 보일러를 포함하는 열 회수 시스템을 구현하는 것이 일반적인 관행이고, 여기에서 고온 프로세스 유체는 보일러 튜브 내에서 유동하는 반면, 보일러 물은 튜브를 가로질러 보일러 쉘-측에서 유동한다. 본 명세서에서, "가로지르는"이라는 용어는, 물이 튜브를 가로질러 이동하거나 열 교환기의 튜브 번들을 가로지르는 것을 의미하고, "보일러 물"이라는 표현은, 상기 물이 액체 형태의 물일 수 있고 액체 형태의 물 및 증기의 혼합물일 수 있다는 것을 의미한다. 보일러 내에서 생성된 물-증기 혼합물은, 라이저 파이핑에 의해서, 제어된 물-레벨을 갖는 증기 드럼, 및 물-증기 분리를 제공하는 분리 장치에 전달된다. 신선한 보일러 물이 증기 드럼에 의해서 다운커머 파이핑을 통해 보일러에 전달된다. 그에 따라, 물은 보일러와 증기 드럼 사이에서 루프와 같이 순환한다. 생성된 증기는, 증기 드럼 내의 물-증기 분리 후에, 다른 동력 또는 프로세스 장비에 전달된다. 빠져 나가는 증기의 양은, 증기 드럼 내로 주입되고 증기 드럼 내에서 물과 혼합되는 동등한 양의 보일러 공급수와 통합된다.

보일러 공급수는 일반적으로 증기 드럼 내로 주입되기 전에 예열된다. 결과적으로, 프로세스 열 회수 시스템은 또한 보일러 공급수 예열기로서 작업하는 부가적인 쉘-및-튜브 열 교환기를 포함할 수 있다. 이러한 예열기는, 보일러를 통해서 유동하는 동일한 프로세스 유체 또는 다른 고온 유체를 냉각하는 것에 의해서 보일러 공급수를 예열할 수 있다. 보일러 공급수 예열기가 보일러 튜브 내에서 유동하는 동일한 고온 프로세스 유체를 냉각할 때, 예열기는 일반적으로 프로세스 열 회수 시스템의 일체형 부분으로 간주되고, 그에 따라 시스템은 2개의 구분된 쉘-및-튜브 열 교환기, 즉 보일러 및 공급수 예열기를 포함한다.

모두 쉘-및-튜브 유형인 보일러 및 예열기를 포함하는 열 회수 시스템의 공정 강화가 최신 기술에서 공지되어 있다.

예를 들어, 문헌 US 4074660 A는, 열 교환기 쉘-측에서 유동하는 저온 물로 열 교환기 튜브-측에서 유동하는 고온 유체를 냉각하기 위해서, 적어도, 파이핑을 통해서 함께 연결된 증기 드럼 및 쉘-및-튜브 열 교환기를 포함하는 시스템을 개시한다. 열 교환기 쉘은, 구획 벽에 의해서, 직접 유체 연통되지 않는 2개의 챔버로 분할되고, 그에 따라 2개의 상이한 물의 스트림이 직접적으로 혼합되지 않고 쉘 내로 유동할 수 있다. 제1 쉘-측 챔버 내에서 보일러 물이 유동하고, 그에 따라 열 교환기는 상기 제1 쉘-측 챔버 내에서 보일러로서 작업을 하는 반면, 제2 쉘-측 챔버 내에서 끓는 또는 과냉각(subcooled)의 물이 유동하고, 그에 따라 열 교환기는 상기 제2 쉘-측 챔버 내에서 보일러 또는 보일러 공급수 예열기로서 작업을 한다.

문헌 US 7784433 B2는, 열 교환기 쉘-측에서 유동하는 저온 물로 열 교환기 튜브-측에서 유동하는 고온 프로세스 가스를 냉각하기 위해서, 파이핑을 통해서 함께 연결된 증기 드럼 및 쉘-및-튜브 열 교환기를 포함하는 다른 시스템을 개시한다. 열 교환기 쉘은, 구획 벽에 의해서, 직접 유체 연통되는 2개의 챔버로 분할된다. 제1 쉘-측 챔버는 보일러로서 작업하는 반면, 제2 쉘-측 챔버는 보일러 공급수 예열기로서 작업한다. 각각의 챔버는 구분된 유입구 및 배출구 파이핑을 구비하고, 더 구체적으로 증기 드럼과의 연결을 위한 구분된 파이핑을 구비한다. 보일러 챔버는 라이저 및 다운커머 파이핑에 의해서 증기 드럼에 연결된다. 예열기 챔버는 보일러 공급수 파이핑에 의해서 증기 드럼에 연결된다.

문헌 US 10744474 B2는, 쉘-측에서 유동하는 저온 물로 튜브-측에서 유동하는 고온 프로세스 가스를 냉각하기 위해서, 파이핑을 통해서 함께 연결된 증기 드럼 및 쉘-및-튜브 열 교환기를 포함하는 또 다른 시스템을 개시한다. 열 교환기 쉘은 구획 벽을 구비하지 않고, 그에 따라 열 교환기 쉘은 상이한 챔버들로 분할되지 않는다. 열 교환기는 보일러로서 또는 보일러 공급수 예열기로서 작업할 수 있거나, 다시 말해서, 보일러 물 또는 보일러 공급수가 열 교환기 쉘을 통해서 유동할 수 있다. 시스템은, 각각, 보일러 물을 증기 드럼으로부터 열 교환기 쉘로 전달하기 위해서 그리고 보일러 물을 열 교환기 쉘로부터 증기 드럼으로 전달하기 위해서 다운커머 및 라이저 파이핑을 구비하고, 각각, 보일러 공급수를 열 교환기 쉘 내로 주입하기 위해서 그리고 예열된 보일러 공급수를 열 교환기 쉘로부터 증기 드럼에 전달하기 위해서 보일러 공급수 유입구 및 배출구 파이핑을 구비한다. 결과적으로, 문헌 US 10744474 B2에 설명된 기술은 열 교환기 쉘을 증기 드럼에 연결하는 2개의 구분된 파이핑 회로를 특징으로 한다. 더 구체적으로, 하나의 파이핑 회로는 비등 동작을 위해서 설계되고 다운커머 및 라이저 파이핑으로 구성되는 반면, 다른 파이핑 회로는 예열 동작을 위해서 설계되고 보일러 공급수 배출구 파이핑으로 구성된다. 따라서, 열 교환기가 보일러로서 작업할 때, 비등 조건 하의 보일러 물은 라이저 파이핑을 통해서 열 교환기로부터 증기 드럼에 전달되는 반면, 열 교환기가 예열기로서 작업할 때, 과냉각 조건 하의 예열된 보일러 공급수는 상기 라이저 파이핑과 구분되는 보일러 공급수 파이핑을 통해서 열 교환기로부터 증기 드럼에 전달된다. 다운커머 파이핑, 라이저 파이핑 및 보일러 공급수 파이핑 모두는 하나의 회로를 차단 및 스위치-오프하기 위한 차단 밸브를 구비하는 반면, 다른 회로는 개방되고 스위치-온된다.

전술한 문헌에서 설명된 강화된 프로세스 열 회수 시스템은 경쟁력을 갖는데, 이는 2개의 독립적인 열 교환기, 즉 보일러 및 예열기 대신, 보일러 및/또는 예열기로서 작업할 수 있는 하나의 단일 열 교환기를 가지기 때문이다. 그러나, 문헌 US 7784433 B2에서 그리고 특히 문헌 US 10744474 B2에서 개시된 강화된 프로세스 열 회수 시스템의 단점은 복잡한 파이핑 및 밸브 구성에 기인하는데, 이는 보일러 또는 예열기로서 작업하는 열 교환기가, 각각의 하나의 열 교환기에 대한 2개의 구분된 파이핑 회로에 의해서 증기 드럼에 각각 연결되기 때문이다.

따라서, 본 발명의 하나의 목적은 단순하고, 저렴하며 특히 기능적인 방식으로, 종래 기술의 단점을 해결할 수 있는 프로세스 열 회수 시스템을 제공하는 것이다.

구체적으로, 본 발명의 하나의 목적은, 보일러로서 또는 보일러 공급수 예열기로서 작업하는 열 교환기를 증기 드럼에 연결하는 파이핑 및 밸브를 최적화할 수 있는 프로세스 열 회수 시스템을 제공하는 것이다. 이러한 프로세스 열 회수 시스템은 종래 기술에 따른 유사한 시스템에 비해서 덜 복잡한 파이핑 및 밸브 구성을 갖도록 설계되며, 엔지니어링, 제조 및 운영 측면에서 보다 실용적이고 경쟁력 있는 결과를 가져 온다.

본 발명의 다른 목적은, 보일러 또는 예열 동작에 따라 상이한 우세(prevailing) 유동 방향들을 순환수에 부여하기 위해서, 특별한 구성의 쉘-측 배플을 갖는 쉘-및-튜브 열 교환기를 포함하는 프로세스 열 회수 시스템을 제공하는 것이다. 고온 프로세스 유체는 하나 이상의 통로를 통해서 튜브-측에서 쉘-및-튜브 열 교환기를 통해서 유동한다. 쉘-측에서, 포화 조건의 또는 거의 포화 조건의 보일러 물, 또는 과냉 조건의 보일러 공급수가 유동한다. 제1 경우에, 열 교환기는 보일러로서 작업하고, 보일러 물은 열 교환기 쉘 내에서 상당히 증발되는 반면, 후자의 경우에, 열 교환기는 보일러 공급수 예열기로서 작업하고, 보일러 물은 열 교환기 쉘 내에서 증발이 없이 또는 무시할 수 있는 증발로 예열된다. 열 교환기 쉘은 구분된 쉘-측 챔버들을 형성하는 구획 벽을 구비하지 않는다.

이러한 목적은 첨부된 청구항에 기재된 바와 같은 프로세스 열 회수 시스템을 제공함으로써 본 발명에 따라 달성된다.

본 발명의 추가적인 특징은, 본 설명의 필수적인 부분인, 종속 청구항에 의해서 설명된다.

본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템은 보일러 물 증발 또는 보일러 공급수 예열에 의해서 고온 프로세스 유체를 냉각하도록 설계된다. 이러한 프로세스 열 회수 시스템은 고온 프로세스 유체를 냉각하도록 설계된 적어도 하나의 열 교환기, 적어도 하나의 증기 드럼, 및 열 교환기와 증기 드럼을 연결하는 적어도 하나의 상호 연결 파이핑 조립체를 포함한다.

열 교환기는 쉘-및-튜브 유형이고, 쉘, 복수의 튜브, 열 교환기의 튜브-측에서 유동하는 상기 고온 프로세스 유체를 하나 이상의 튜브-측 통로를 통해 유입하기 위한 적어도 하나의 고온 프로세스 유체 유입구, 상기 고온 프로세스 유체를 열 교환기의 튜브-측으로부터 배출하기 위한 적어도 하나의 고온 프로세스 유체 배출구, 쉘을 통해서 유동하는 보일러 물이 상기 쉘에 진입할 때 통과하는 적어도 하나의 쉘 다운커머 연결부, 및 쉘을 통해서 유동하는 보일러 공급수가 상기 쉘에 진입할 때 통과하는 적어도 하나의 보일러 공급수 연결부를 구비한다.

증기 드럼은 적어도 하나의 드럼 다운커머 연결부 및 적어도 하나의 드럼 라이저 연결부를 구비한다. 상호 연결 파이핑 조립체는, 일 단부가 드럼 다운커머 연결부에 연결되고 타 단부가 적어도 하나의 각각의 다운커머 도관을 통해서 쉘 다운커머 연결부에 연결되는 적어도 하나의 다운커머 파이핑을 포함하고, 그에 따라 보일러 물은 다운커머 파이핑을 통해서 증기 드럼으로부터 열 교환기에 전달된다. 보일러 공급수 연결부는 적어도 하나의 각각의 보일러 공급수 파이핑에 연결되고, 그에 따라 보일러 공급수는 보일러 공급수 파이핑을 통해서 열 교환기에 전달된다.

적어도 하나의 다운커머 차단 밸브가 다운커머 파이핑에, 또는 각각의 다운커머 도관에, 또는 다운커머 파이핑 및 적어도 하나의 다운커머 도관에 제공된다. 보일러 공급수 파이핑은 다시 적어도 하나의 보일러 공급수 차단 밸브를 구비한다.

쉘은 보일러 물 또는 보일러 공급수의 배출을 위한 적어도 2개의 쉘 라이저 연결부를 구비하는 반면, 상호 연결 파이핑 조립체는, 일 단부가 증기 드럼의 드럼 라이저 연결부에 연결되고 타 단부가 각각의 쉘 라이저 연결부에 대한 라이저 도관을 통해서 열 교환기의 적어도 2개의 쉘 라이저 연결부에 연결되는, 단일 라이저 파이핑을 포함하며, 그에 따라 쉘을 통해서 유동하는 보일러 물 또는 보일러 공급수는 상기 단일 라이저 파이핑을 통해서 열 교환기로부터 증기 드럼에 전달된다.

바람직하게, 라이저 도관의 적어도 하나가 각각의 라이저 차단 밸브를 구비한다.

본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템은 적어도 하나의 부가적인 상류 열 교환기를 포함할 수 있다. 따라서, 고온 프로세스 유체 유입구는 상류 열 교환기에 연결될 수 있는 반면, 증기 드럼은 적어도 하나의 드럼 상류 유입구 연결부 및 적어도 하나의 드럼 상류 배출구 연결부를 구비할 수 있고, 그에 따라 상류 열 교환기는, 상기 드럼 상류 유입구 연결부를 통해서, 적어도 하나의 드럼 상류 라이저 파이핑에 의해서, 그리고 상기 드럼 상류 배출구 연결부를 통해서, 적어도 하나의 드럼 상류 다운커머 파이핑에 의해서 증기 드럼에 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템은 적어도 하나의 부가적인 하류 열 교환기를 또한 포함할 수 있다. 따라서, 고온 프로세스 유체 배출구는 하류 열 교환기에 연결될 수 있는 반면, 증기 드럼은 적어도 하나의 드럼 하류 유입구 연결부 및 적어도 하나의 드럼 하류 배출구 연결부를 구비할 수 있고, 그에 따라 하류 열 교환기는, 상기 드럼 하류 유입구 연결부를 통해서, 적어도 하나의 드럼 하류 라이저 파이핑에 의해서, 그리고 상기 드럼 하류 배출구 연결부를 통해서, 적어도 하나의 드럼 하류 다운커머 파이핑에 의해서 증기 드럼에 연결될 수 있다.

본 발명의 바람직한 양태에 따라, 열 교환기의 쉘은 실질적으로 수평인 길이방향 축을 가질 수 있고, 쉘의 길이방향 축에 실질적으로 직각이고 열 교환기의 튜브가 통과하는 하나 이상의 쉘-측 판 또는 배플을 내부에 구비할 수 있다. 판 또는 배플은, 모두가 상기 길이방향 축의 방향을 따르는 보일러 물 또는 보일러 공급수를 쉘-측의 미리 규정된 유동 방향을 통해서 분배하도록 설계된 주 절취부 또는 개구부를 구비한다.

바람직하게, 판 또는 배플의 적어도 일부가, 보일러 물 또는 보일러 공급수의 적어도 일부를 쉘의 상단 부분에서 실질적으로 수평인 상단-쉘 유동 방향을 따라 분배하도록 설계된 하나 이상의 각각의 상단 절취부 또는 개구부를 구비할 수 있다. 항상 바람직하게, 판 또는 배플의 적어도 일부가, 보일러 물 또는 보일러 공급수의 적어도 일부를 쉘의 하단 부분에서 실질적으로 수평인 하단-쉘 유동 방향을 따라 분배하도록 설계된 하나 이상의 각각의 하단 절취부 또는 개구부를 구비할 수 있다. 판 또는 배플은 단일-세그먼트 판 또는 배플, 또는 이중-세그먼트 판 또는 배플, 또는 삼중-세그먼트 판 또는 배플, 또는 추가적으로 디스크-및-도넛 유형의 판 또는 배플일 수 있다.

프로세스 열 회수 시스템의 제1의 바람직한 실시형태에 따라, 판 또는 배플, 쉘 다운커머 연결부 및 쉘 라이저 연결부는, 열 교환기가 보일러로서 작업할 때, 우세 수직 유동을, 튜브를 가로질러, 보일러 물에 부여하도록 설계되고 열 교환기 상에 배치된다. 바람직하게, 고온 프로세스 유체는 화학 반응로 또는 퍼니스(furnace)로부터 방출되는 고온 프로세스 가스이다. 따라서, 열 교환기는, 비등 동작을 위한, 그에 따라 드럼 라이저 연결부를 통해서 증기 드럼에 전달되는 상당한 부분의 증기를 갖는 보일러 물 또는 물-증기 혼합물을 생산하는 보일러로서 작업하는 프로세스 가스 냉각기일 수 있다.

프로세스 열 회수 시스템의 제2의 바람직한 실시형태에 따라, 판 또는 배플, 보일러 공급수 연결부 및 쉘 라이저 연결부는, 열 교환기가 보일러 공급수 예열기로서 작업할 때, 우세 수평 유동 방향을, 튜브를 가로지르는 구불구불한 경로 또는 시케인(chicane)을 가지고, 보일러 공급수에 부여하도록 설계되고 열 교환기 상에 배치된다. 바람직하게, 고온 프로세스 유체는 다시 한번 화학 반응로 또는 퍼니스에서 방출되는 고온 프로세스 가스이고, 열 교환기는, 보일러 공급수 예열기로서 작업하고, 그에 따라 드럼 라이저 연결부를 통해서 증기 드럼에 전달되는 예열된 보일러 공급수를, 증발이 없이 또는 무시할 수 있는 증발로, 생산하는 프로세스 가스 냉각기일 수 있다

바람직하게, 증기 드럼은 상기 열 교환기 위에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 상응하는 배출구 증기 파이핑에 연결된 적어도 하나의 배출구 증기 연결부, 적어도 하나의 상응하는 드럼 공급수 파이핑에 연결된 적어도 하나의 드럼 공급수 연결부, 그리고 바람직하게 증기 드럼 내의 물-레벨을 제어하기 위한 제어 수단을 구비할 수 있다.

그에 따라, 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템은 프로세스 열을 회수하기 위한 방법을 구현할 수 있고, 열 교환기는 비등 동작을 위해서 보일러로서, 그리고 예열 동작을 위해서 보일러 공급수 예열기로서 교번적으로 작업할 수 있다. 열 교환기가 보일러로서 작업할 때, 보일러 공급수 차단 밸브는 폐쇄되고 다운커머 차단 밸브는 개방되며, 그에 따라 보일러 물은 다운커머 파이핑을 통해서 증기 드럼으로부터 열 교환기에 전달되고, 상기 보일러 물은 열 교환기의 튜브를 가로질러 유동하여 증발되며, 이어서 상기 보일러 물은 단일 라이저 파이핑을 통해서 열 교환기로부터 증기 드럼에 전달된다. 열 교환기가 보일러 공급수 예열기로서 작업할 때, 보일러 공급수 차단 밸브는 개방되고 다운커머 차단 밸브는 폐쇄되며, 그에 따라 보일러 공급수는 보일러 공급수 파이핑을 통해서 열 교환기에 전달되고, 상기 보일러 공급수는 열 교환기의 튜브를 가로질러 유동하여 예열되며, 이어서 상기 보일러 공급수는 단일 라이저 파이핑을 통해서 열 교환기로부터 증기 드럼에 전달된다. 바람직하게, 라이저 도관의 적어도 하나에 제공된 각각의 라이저 차단 밸브는 열 교환기가 보일러로서 작업할 때 개방되고, 열 교환기가 보일러 공급수 예열기로서 작업할 때 폐쇄된다.

따라서, 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템에서, 열 교환기는 다운커머 및 라이저 파이핑만에 의해서 증기 드럼에 연결된다. 앞서 인용한 종래 기술 문헌에서와 같이 열 교환기를 증기 드럼에 연결하는 부가적인 그리고 구분된 보일러 공급수 파이핑은 존재하지 않는다.

본 발명에 따른 시스템의 열 교환기가 보일러로서 작업할 때, 포화 조건의 그리고 상당한 부분의 증기를 갖는 쉘-측 보일러 물, 또는 물-증기 혼합물은 라이저 파이핑에 의해서 열 교환기 쉘로부터 증기 드럼에 전달되는 한편, 포화 조건 또는 거의 포화 조건이고 증기를 가지지 않는 신선한 보일러 물은 다운커머 파이핑에 의해서 증기 드럼으로부터 열 교환기 쉘에 전달된다.

본 발명에 따른 시스템의 열 교환기가 보일러 공급수 예열기로서 작업할 때, 예열된 보일러 공급수는, 과냉 조건으로 또는 무시할 수 있는 증발로, 상기 라이저 파이핑에 의해서 열 교환기 쉘로부터 증기 드럼에 전달되고, 부가적인 구분된 보일러 공급수 파이핑에 의해서 전달되지는 않는다. 따라서, 라이저 파이핑이 차단 밸브를 반드시 구비하여야 하는 것은 아니고, 이는 라이저 파이핑이 비등 및 예열 동작 모두에서 작업하기 때문이다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템은 혁신적인 프로세스 강화를 특징으로 한다: 보일러 물 및 보일러 공급수를 열 교환기 쉘로부터 증기 드럼으로 각각 전달하기 위한 2개의 구분된 파이핑 대신, 공통적인 단일 파이핑이 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템의 파이핑 및 밸브 구성은, 제조 및 동작 관점 모두에서, 종래 기술과 관련하여 단순화된다(강화된다).

본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템의 특징 및 장점이, 첨부된 개략적인 도면을 참조한 이하의 예시적이고 비제한적인 설명으로부터 더 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템의 바람직한 실시형태의 개략도로서, 열 교환기의 측면 도면, 증기 드럼의 측면 도면, 열 교환기와 증기 드럼 사이의 상호 연결 파이핑 조립체, 열 교환기 및 증기 드럼에 연결된 다른 파이핑뿐만 아니라, 파이핑 유동 방향이 도시되어 있다.
도 2는 도 1의 열 교환기의 개략적 측면도로서, 상기 열 교환기는 보일러로서 작업하고, 각각의 쉘-측 유입구 및 배출구 유동 방향뿐만 아니라, 열 교환기 쉘 내의 우세 유동 방향이 도시되어 있다.
도 3은 도 1의 열 교환기의 다른 개략적 측면도로서, 상기 열 교환기는 보일러 공급수 예열기로서 작업하고, 각각의 쉘-측 유입구 및 배출구 유동 방향뿐만 아니라, 열 교환기 쉘 내의 우세 유동 방향이 도시되어 있다.

구체적으로 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템의 제1의 바람직한 실시형태가 도시되어 있다. 프로세스 열 회수 시스템은 전체적으로 참조 번호 1로 표시되어 있고, 보일러 물 증발 또는 보일러 공급수 예열에 의해서 고온 프로세스 유체를 냉각하도록 구성된다. 프로세스 열 회수 시스템(1)은 고온 프로세스 유체를 냉각하도록 설계된 적어도 하나의 열 교환기(2), 및 바람직하게 열 교환기(2) 위에 배치되는 증기 드럼(3)을 포함한다. 적어도 하나의 상호 연결 파이핑 조립체(12, 22, 24 및 14, 18, 20)가, 이하에서 보다 잘 설명되는 바와 같이, 열 교환기(2) 및 증기 드럼(3)을 연결한다. 열 교환기(2)는 쉘-및-튜브 유형이고, 바람직하게 수평 또는 약간 경사진 레이아웃을 갖는다. 다시 말해서, 열 교환기(2)는 바람직하게 실질적으로 수평인, 또는 실질적으로 경사진 길이방향 축을 갖는 쉘(31)을 구비한다.

열 교환기(2)는 적어도 하나의 고온 프로세스 유체 유입구(4) 및 적어도 하나의 고온 프로세스 유체 배출구(5)를 튜브-측에서 갖는다. 그에 따라, 냉각하고자 하는 고온 프로세스 유체는 하나 이상의 튜브-측 통로에 의해서 열 교환기(2)의 복수의 튜브를 통해서 유동한다. 쉘-측에서, 열 교환기(2)는, 도 2 및 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 바람직한 그리고 우세한 유동 방향으로 쉘-측 유체를 부여하기 위해서 쉘(31) 내에 설치된 판 또는 배플(29)을 구비한다. 판 또는 배플(29)은 열 교환기(2)의 쉘(31) 내에서 어떠한 구분된 챔버도 형성하지 않는다.

열 교환기(2)의 쉘(31)은 보일러 물을 열 교환기(2)의 쉘(31) 내로 유입시키기 위한, 상호 연결 파이핑 조립체의 각각의 다운커머 도관(22, 24)에 연결된, 적어도 하나의 쉘 다운커머 연결부(21, 23)를 구비한다. 열 교환기(2)의 쉘(31)은 또한 생성된 물-증기 혼합물 또는 예열된 보일러 공급수를 쉘(31)로부터 배출하기 위한, 상호 연결 파이핑 조립체의 각각의 라이저 도관(18, 20)에 연결된, 적어도 2개의 쉘 라이저 연결부(17, 19)를 구비한다. 열 교환기(2)의 쉘(31)은 보일러 공급수를 쉘(31) 내로 유입시키기 위한, 적어도 하나의 각각의 보일러 공급수 파이핑(27)에 연결된, 적어도 하나의 보일러 공급수 연결부(26)를 더 구비한다. 2개의 라이저 도관(18, 20)은, 바람직하게 열 교환기(2) 부근에서, 적어도 하나의 드럼 라이저 연결부(13), 바람직하게 단일 드럼 라이저 연결부(13)를 통해서 증기 드럼(3)에 연결된 단일 라이저 파이핑(14)으로 모인다. 유사하게, 2개의 다운커머 도관(22, 24)은, 바람직하게 열 교환기(2) 부근에서, 적어도 하나의 드럼 다운커머 연결부(11)를 통해서 드럼(3)에 연결된 적어도 하나의 다운커머 파이핑(12)으로 모인다. 바람직하게, 단일 다운커머 파이핑(12) 및 단일 드럼 다운커머 연결부(11)가 제공된다.

도 1에 도시된 프로세스 열 회수 시스템(1)의 바람직한 실시형태에서, 라이저 도관(20)의 적어도 하나는 각각의 라이저 차단 밸브(30)를 구비한다. 도 1과 상이하고 도면에 도시되지 않은 프로세스 열 회수 시스템의 다른 가능한 구성에서, 라이저 도관은 차단 밸브를 가지지 않는다.

도 1에 도시된 프로세스 열 회수 시스템(1)의 바람직한 실시형태에서, 단일 라이저 파이핑(14)은 차단 밸브를 가지지 않는다. 다운커머 파이핑(12)은 바람직하게 단일 다운커머 차단 밸브(25)를 구비하는 반면, 다운커머 도관(22, 24)은 차단 밸브를 가지지 않는다. 도 1과 상이하고 도면에 도시되지 않은 프로세스 열 회수 시스템의 다른 가능한 구성에서, 다운커머 파이핑은 차단 밸브를 가지지 않는 반면, 다운커머 도관은 각각의 다운커머 차단 밸브(미도시)를 구비한다. 도 1과 상이하고 도면에 도시되지 않은 프로세스 열 회수 시스템의 추가적인 가능한 구성에서, 다운커머 파이핑은 단일 차단 밸브를 구비하고, 다운커머 도관의 적어도 하나는 각각의 다운커머 차단 밸브를 구비한다.

도 1에 도시된 프로세스 열 회수 시스템(1)의 바람직한 실시형태에서, 보일러 공급수 파이핑(27)은 보일러 공급수 차단 밸브(28)를 구비한다.

증기 드럼(3)은 또한 열 교환기(2) 내에서 생성되고 이어서 증기 드럼(3) 내에서 분리된 증기를 배출하기 위한, 상응 배출구 증기 파이핑(8)에 연결된, 배출구 증기 연결부(7), 및 상응 드럼 공급수 파이핑(10)에 연결된 드럼 공급수 연결부(9)를 갖는다. 증기 드럼(3)은 또한, 드럼 하류 다운커머 파이핑(15) 및 드럼 하류 라이저 파이핑(16)을 통해서 증기 드럼(3)에 연결된, 예를 들어 하나 이상의 부가적인 하류 열 교환기(44), 및/또는 드럼 상류 다운커머 파이핑(46) 및 드럼 상류 라이저 파이핑(47)을 통해서 증기 드럼(3)에 연결된, 하나 이상의 부가적인 상류 열 교환기(45)와 같은, 다른 보일러 또는 교환기에 증기 드럼(3)을 연결하는, 각각의 부가적인 드럼 하류/상류 라이저 파이핑(16, 47) 및 드럼 하류/상류 다운커머 파이핑(15, 46)을 위한, 적어도 하나의 부가적인 드럼 하류/상류 유입구 연결부(42, 49) 및 적어도 하나의 부가적인 드럼 하류/상류 배출구 연결부(41, 48)를 구비할 수 있다. 증기 드럼(3)은 또한 일반적으로 드레인(drain), 블로우다운(blowdown), 기구 등을 위한 다른 잘 알려진 연결부(미도시)를 구비한다. 증기 드럼(3)은 바람직하게 증기 드럼(3) 내의 물-레벨(6)을 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템(1)의 열 교환기(2)는 (비등 동작을 위한) 보일러로서 또는 (예열 동작을 위한) 보일러 공급수 예열기로서 작업할 수 있다.

비등 동작 하에서, 단일 다운커머 차단 밸브(25) 또는 다수의 다운커머 차단 밸브(미도시)(존재하는 경우)가 개방되고, 그에 따라 포화 조건 또는 거의 포화 조건의 보일러 물은 다운커머 파이핑(12) 및 다운커머 도관(22, 24)을 통해서 증기 드럼(3)으로부터 열 교환기(2)의 쉘(31)로 유동한다. 라이저 차단 밸브(30)는 바람직하게 개방된다. 열 교환기(2) 내에서 생성된 물-증기 혼합물은 라이저 도관(18, 20) 및 단일 라이저 파이핑(14)을 통해서 쉘(31)로부터 증기 드럼(3)으로 유동한다. 보일러 공급수 차단 밸브(28)는 폐쇄되고, 그에 따라 보일러 공급수 파이핑(27) 내에서 유동은 순환하지 않는다. 다운커머 도관(22, 24)으로부터 오는 보일러 물은 쉘 다운커머 연결부(21, 23)를 통해서 쉘(31) 내로 주입되고, 튜브를 가로질러 열 교환기 쉘-측에서 유동하고, 부분적으로 증발되며, 이어서 쉘 라이저 연결부(17, 19)를 통해서 쉘(31)을 빠져 나간다. 열 교환기(2) 내에서 생성된 물-증기 혼합물은 드럼 라이저 연결부(13)를 통해서 증기 드럼(3) 내로 방출된다. 증기 드럼(3) 내에서, 물은 분리 장치(미도시)에 의해서 증기로부터 분리되며, 분리된 물은 드럼 다운커머 연결부(11)를 통해서 열 교환기(2)로 재순환되고, 분리된 증기는 배출구 증기 연결부(7)를 통해서 증기 드럼(3)을 빠져 나간다. 물 증발 중에, 열 교환기 튜브-측에서 유동하는 고온 프로세스 유체는 보일러 물과의 간접적 열 교환을 통해서 냉각된다.

예열 동작 하에서, 단일 다운커머 차단 밸브(25) 또는 다수의 다운커머 차단 밸브(미도시)(존재하는 경우)가 폐쇄되고, 그에 따라 보일러 물은 증기 드럼(3)으로부터 열 교환기(2)의 쉘(31)로 유동하지 않는다. 보일러 공급수 차단 밸브(28)가 개방되고, 그에 따라 보일러 공급수는 보일러 공급수 파이핑(27) 내에서 유동하고 보일러 공급수 연결부(26)를 통해서 열 교환기(2)의 쉘(31) 내로 주입된다. 라이저 차단 밸브(30)는 바람직하게 폐쇄되고, 그에 따라 보일러 공급수는, 라이저 도관(18) 중 하나만을 통해서 그리고 단일 라이저 파이핑(14)을 통해서, 열 교환기(2)의 쉘(31)로부터 증기 드럼(3)으로 유동한다. 보일러 공급수 연결부(26)를 통해서 쉘(31) 내로 주입된 보일러 공급수는 과냉된 조건에 있다. 쉘(31)을 떠나는 예열된 보일러 공급수는 증발되지 않거나 무시할 수 있을 정도로 증발된다. 예열 중에, 열 교환기 튜브-측에서 유동하는 고온 프로세스 유체는 보일러 공급수와의 간접적 열 교환을 통해서 냉각된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 (비등 동작을 위한) 보일러로서 작업하는 열 교환기(2)를 도시한다. 특히, 쉘-측에서 순환하는 보일러 물의 가능한 우세 유동 방향(32, 33, 34)이 도시되어 있다. 판 또는 배플(29)은 수직 판 또는 배플, 또는 다시 말해서, 쉘의 길이방향 축에 대해서 실질적으로 직각인 위치로 설치되는 판 또는 배플이다. 열 교환기 튜브는 상기 판 또는 배플(29)을 통과한다. 판 또는 배플(29)은 단일-세그먼트형 또는 바람직하게 이중-세그먼트형 또는 삼중-세그먼트형 또는 디스크-및-도넛 유형일 수 있다. 판 또는 배플(29)의 수, 위치, 및 레이아웃은 예시적인 그러나 비제한적인 목적으로 도 2에 도시되어 있고, 도 2에 도시된 것과 다를 수 있다.

판 또는 배플(29)은 물 모두를 열 교환기(2)의 쉘(31)을 따라서 분배하기 위한 주 절취부 또는 개구부(43)를 구비하는 것이 편리하다. 판 또는 배플(29) 또는 적어도 그 일부가 또한 각각의 상단 절취부 또는 개구부(35)를 구비한다. 선택적으로, 판 또는 배플(29) 또는 적어도 그 일부가 각각의 하단 절취부 또는 개구부(38)를 구비할 수 있다. 포화 조건 또는 거의 포화 조건의 보일러 물은 쉘 다운커머 연결부(21, 23)를 통해서 열 교환기(2)의 쉘(31)에 진입하고, 우세 수평 하단-쉘 유동 방향(33)에 따라, 판 또는 배플(29)의 주 절취부 또는 개구부(43)에 의해서 그리고 선택적으로 상기 판 또는 배플(29)의 하단 절취부 또는 개구부(38)에 의해서 쉘 길이방향 축을 따라서 분배된다. 이어서, 보일러 물은 모두 쉘 길이방향 축을 따르는 우세 수직 유동 방향(32)에 의해서 열 교환기(2)의 튜브를 가로질러 이동하고 증발된다. 생성된 물-증기 혼합물은 우세 수평 상단-쉘 유동 방향(34)에 따라, 판 또는 배플(29)의 주 절취부 또는 개구부(43)에 의해서 그리고 상기 판 또는 배플(29)의 상단 절취부 또는 개구부(35)에 의해서, 쉘 라이저 연결부(17, 19)에서 모인다.

보일러 물은 대부분 고온 프로세스 유체와 열을 교환하고, 이어서 우세 수직 유동 방향(32)으로 증발된다. 그러한 우세 수평 하단-쉘 유동 방향(33), 수직 유동 방향(32) 및 수평 상단-쉘 유동 방향(34)은, 쉘-측 판 또는 배플(29)에 의해서 그리고 쉘 다운커머 연결부(21, 23) 및 쉘 라이저 연결부(17, 19)의 특정 위치에 의해서, 보일러 물에 부여된다. 판 또는 배플(29)의 주 절취부 또는 개구부(43)는 열 교환기(2)의 쉘(31)의 균일한 그리고 효율적인 범람(flooding)을 보장한다. 판 또는 배플(29)의 선택적인 하단 절취부 또는 개구부(38)는 우세 수평 하단-쉘 유동 방향(33) 그리고 그에 따라 쉘-측 범람을 개선할 수 있다. 판 또는 배플(29)의 상단 절취부 또는 개구부(35)는 우세 수평 상단-쉘 유동 방향(34)을 개선할 수 있고, 그에 따라 물-증기 혼합물의 효율적이고 제약 없는 수집을 보장할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 (예열 동작을 위한) 보일러 공급수 예열기로서 작업하는 열 교환기(2)를 도시한다. 특히, 도 3은 열 교환기(2)의 튜브를 가로질러 이동하는 보일러 공급수의 가능한 우세 유동 방향(36)을 도시한다. 판 또는 배플(29) 구성은 도 2에서 설명한 것과 동일하다. 과냉 조건의 보일러 공급수는 보일러 공급수 연결부(26)를 통해서 열 교환기(2)의 쉘(31)에 진입한다. 이어서, 보일러 공급수는, 판 또는 배플(29)의 주 절취부 또는 개구부(43)에 의해서 수행되는 작용으로 인해서 어떻게든 구불구불한 경로 또는 시케인(40)을 특징으로 하는 우세 수평 유동 방향(36)에 따라 쉘 라이저 연결부(17)를 향해서 열 교환기(2)의 튜브를 가로질러 유동한다. 우세 수평 유동 방향(36)은 가능한 수평 하단-쉘 유동 방향(33) 및 수평 상단-쉘 유동 방향(34)을 포함한다. 보일러 공급수는 대부분 고온 프로세스 유체와 열을 교환하고, 이어서 우세 수평 유동 방향(36)을 통해서 가열된다. 증발이 없거나 증발을 무시할 수 있는 예열된 보일러 공급수는 쉘 라이저 연결부(17)를 통해서 열 교환기(2)의 쉘(31)을 빠져 나간다. 다시 한번, 판 또는 배플(29)의 수, 위치, 및 레이아웃은 예시적인 그러나 비제한적인 목적으로 도 3에 도시되어 있고, 도 3에 도시된 것과 다를 수 있다.

전술한 그리고 도 2 및 도 3에 도시된 프로세스 열 회수 시스템(1)의 바람직한 실시형태로부터, 그에 따라, 이하의 내용이 비등 또는 예열 동작에 효율적이라는 것을 당업자는 명확하게 이해될 것이다:

- 쉘 다운커머 연결부들(21, 23)이 바람직하게 서로 미리 규정된 거리에서 쉘 하단부(39)에 설치되고, 그에 따라 보일러 물을 쉘(31)의 길이방향 축을 따라 효율적으로 분배하는 반면, 쉘 라이저 연결부들(17, 19)는 바람직하게, 쉘 다운커머 연결부(21, 23)와 관련하여 인-라인 또는 오프-세팅(off-set)으로 그리고 서로 미리 규정된 거리에서, 쉘 상단부(37)에 설치되고, 그에 따라 물-증기 혼합물을 효율적으로 수집하고, 최종적으로 모두가 쉘(31)의 길이방향 축을 따르는 우세 수직 유동 방향을 형성한다;

- 쉘 다운커머 연결부(21)의 적어도 하나 및 쉘 라이저 연결부(17)의 적어도 하나는 바람직하게 고온 프로세스 유체 유입구(4)에 또는 그 부근에 설치되며, 그에 따라 열 교환기(2)의 쉘(31)의 가장 고온인 부분에서 효율적인 물 범람 및 증기 수집을 보장한다;

- 보일러 공급수 연결부(26), 및 보일러 공급수를 배출하는 쉘 라이저 연결부(17)의 적어도 하나는 바람직하게 쉘(31)의 대향 단부들에 또는 그 부근에 설치되며, 그에 따라 우세 수평 유동 방향을 형성한다;

- 보일러 공급수 연결부(26)는 바람직하게 고온 프로세스 유체 배출구(5)에 또는 그 부근에 설치되며, 그에 따라 단일 튜브-측 통로의 경우 고온 프로세스 유체와 향류(counter-current)로 우세 수평 유동 방향을 형성한다.

또한, 전술한 그리고 도 2 및 도 3에 도시된 프로세스 열 회수 시스템(1)의 바람직한 실시형태로부터, 그에 따라, 이하의 내용이 당업자에게 자명할 것이다:

- 보일러로서 또는 보일러 공급수 예열기로서 작업하는 열 교환기(2)를 포함하는, 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템(1)은 파이핑 및 밸브를 위한 최적화된 구성을 가지는데, 이는 (비등 동작에서) 열 교환기(2) 내에서 생성된 물-증기 혼합물 및 (예열 동작에서) 열 교환기(2) 내에서 예열된 보일러 공급수 모두가 공통된 단일 라이저 파이핑(14)에 의해서 증기 드럼(3)에 전달되고 상기 단일 라이저 파이핑(14)이 차단 밸브를 가지지 않기 때문이다;

- 비등 동작 및 예열 동작 모두로 작업하는, 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템(1)의 열 교환기(2)는 그 쉘-측 판 또는 배플(29)을 위한 최적화된 구성을 갖는다.

마지막으로, 비등 또는 예열 동작과 관계없이, 열 교환기(2)에 대해서 진입/진출하는 고온 프로세스 유체를 위한 고온 프로세스 유체 유입구(4) 및/또는 배출구(5)는 가능한 부가적인 상류 열 교환기(45) 및/또는 부가적인 하류 열 교환기(44)에 각각 연결될 수 있고, 다시 부가적인 드럼 하류/상류 라이저 파이핑(16, 47) 및/또는 드럼 하류/상류 다운커머 파이핑(15, 46)을 통해서 증기 드럼(3)에 각각 연결될 수 있다. 이러한 경우, 부가적인 상류/하류 열 교환기는 일반적으로, 증기 드럼(3)과 상류/하류 보일러 사이에서 순환하는 물을 증발시키는 것에 의해서 동일한 고온 프로세스 유체를 냉각하는 보일러이다. 따라서, 그러한 상류/하류 보일러는 프로세스 열 회수 시스템(1)의 일부일 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템이 앞서서 개략적으로 설명한 목적을 달성한다는 것이 확인된다. 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템은, 구체적으로 문헌 US 10744474 B2의 시스템을 참조한 종래 기술에 따른 상응하는 프로세스 열 회수 시스템과 상당히 상이한데, 이는 보일러 또는 예열기로서 작업하는 본 발명에 따른 프로세스 열 회수 시스템의 열 교환기가:

- 구분된 쉘-측 챔버를 형성하는 쉘-측 구획 판을 가지지 않고;

- 복수의 구분된 파이핑 대신, 공통된 단일 파이핑을 이용하여 보일러 물 및 보일러 공급수 모두를 교환기 쉘로부터 증기 드럼으로 전달하고;

- 상기 공통 단일 파이핑이 차단 밸브를 반드시 구비할 필요가 없기 때문이다.

이와 같이 고안된 본 발명의 프로세스 열 회수 시스템은 어떠한 경우에도 동일한 발명 개념 내에 속하는 수많은 수정예 및 변형예를 가질 수 있고; 또한 모든 세부 사항은 기술적으로 균등한 요소로 대체될 수 있다. 실제로, 사용되는 재료뿐만 아니라, 형상 및 크기는 기술적 요구 사항에 따라 임의의 유형이 될 수 있다.

그에 따라, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서 규정된다.

1: 프로세스 열 회수 시스템
2: 열 교환기
3: 증기 드럼
4: 고온 프로세스 유체 유입구
5: 고온 프로세스 유체 배출구
6: 제어된 물-레벨
7: 배출구 증기 연결부
8: 배출구 증기 파이핑
9: 드럼 공급수 연결부
10: 드럼 공급수 파이핑
11: 드럼 다운커머 연결부
12: 다운커머 파이핑
13: 드럼 라이저 연결부
14: 단일 라이저 파이핑
15: 드럼 하류 다운커머 파이핑
16: 드럼 하류 라이저 파이핑
17: 쉘 라이저 연결부
18: 라이저 도관
19: 쉘 라이저 연결부
20: 라이저 도관
21: 쉘 다운커머 연결부
22: 다운커머 도관
23: 쉘 다운커머 연결부
24: 다운커머 도관
25: 다운커머 차단 밸브
26: 보일러 공급수 연결부
27: 보일러 공급수 파이핑
28: 보일러 공급수 차단 밸브
29: 판 또는 배플
30: 라이저 차단 밸브
31: 쉘
32: 수직 유동 방향
33: 수평 하단-쉘 유동 방향
34: 수평 상단-쉘 유동 방향
35: 상단 절취부 또는 개구부
36: 우세 수평 유동 방향
37: 쉘 상단부
38: 하단 절취부 또는 개구부
39: 쉘 하단부
40: 구불구불한 경로 또는 시케인
41: 드럼 하류 배출구 연결부
42: 드럼 하류 유입구 연결부
43: 주 절취부 또는 개구부
44: 하류 열 교환기
45: 상류 열 교환기
46: 드럼 상류 다운커머 파이핑
47: 드럼 상류 라이저 파이핑
48: 드럼 상류 배출구 연결부
49: 드럼 상류 유입구 연결부

Claims (15)

1. 보일러 물 증발 또는 보일러 공급수 예열에 의해서 고온 프로세스 유체를 냉각하기 위한 프로세스 열 회수 시스템(1)이며:
   - 상기 고온 프로세스 유체를 냉각하도록 설계된 적어도 하나의 열 교환기(2),
   - 적어도 하나의 증기 드럼(3), 및
   - 상기 열 교환기(2) 및 상기 증기 드럼(3)을 연결하는, 적어도 하나의 상호 연결 파이핑 조립체(12, 22, 24; 14, 18, 20)를 포함하고,
   상기 열 교환기(2)는 쉘-및-튜브 유형이고,
   상기 열 교환기(2)는:
   - 쉘(31),
   - 복수의 튜브,
   - 하나 이상의 튜브-측 통로로 상기 열 교환기(2)의 튜브-측에서 유동하는 상기 고온 프로세스 유체를 유입시키기 위한, 적어도 하나의 고온 프로세스 유체 유입구(4),
   - 상기 고온 프로세스 유체를 상기 열 교환기(2)의 튜브-측으로부터 배출하기 위한, 적어도 하나의 고온 프로세스 유체 배출구(5),
   - 상기 쉘(31)을 통해서 유동하는 상기 보일러 물이 상기 쉘(31)에 진입할 때 통과하는, 적어도 하나의 쉘 다운커머 연결부(21, 23), 및
   - 상기 쉘(31)을 통해서 유동하는 상기 보일러 공급수가 상기 쉘(31)에 진입할 때 통과하는, 적어도 하나의 보일러 공급수 연결부(26)를 구비하고,
   상기 증기 드럼(3)은 적어도 하나의 드럼 다운커머 연결부(11) 및 적어도 하나의 드럼 라이저 연결부(13)를 구비하고,
   상기 상호 연결 파이핑 조립체(12, 22, 24; 14, 18, 20)는, 일 단부가 상기 적어도 하나의 드럼 다운커머 연결부(11)에 연결되고 타 단부가 적어도 하나의 각각의 다운커머 도관(22, 24)을 통해서 상기 적어도 하나의 쉘 다운커머 연결부(21, 23)에 연결되는, 적어도 하나의 다운커머 파이핑(12)을 포함하고, 그에 따라 상기 보일러 물은 상기 적어도 하나의 다운커머 파이핑(12)을 통해서 상기 증기 드럼(3)으로부터 상기 열 교환기(2)로 전달되며,
   상기 보일러 공급수 연결부(26)는 적어도 하나의 각각의 보일러 공급수 파이핑(27)에 연결되고, 그에 따라 상기 보일러 공급수는 상기 적어도 하나의 보일러 공급수 파이핑(27)을 통해서 상기 열 교환기(2)에 전달되고,
   적어도 하나의 다운커머 차단 밸브(25)가 상기 다운커머 파이핑(12)에, 또는 각각의 다운커머 도관(22, 24)에, 또는 상기 다운커머 파이핑(12) 및 적어도 하나의 다운커머 도관(22, 24)에 제공되고, 그리고
   상기 보일러 공급수 파이핑(27)은 적어도 하나의 보일러 공급수 차단 밸브(28)를 구비하고,
   상기 프로세스 열 회수 시스템(1)은:
   - 상기 쉘(31)은 상기 보일러 물 또는 상기 보일러 공급수의 배출을 위한 적어도 2개의 쉘 라이저 연결부(17, 19)를 구비하고, 그리고
   - 상기 상호 연결 파이핑 조립체(12, 22, 24; 14, 18, 20)는, 일 단부가 상기 드럼 라이저 연결부(13)에 연결되고 타 단부가 상기 적어도 2개의 쉘 라이저 연결부(17, 19)의 각각에 대한 라이저 도관(18, 20)을 통해서 상기 적어도 2개의 쉘 라이저 연결부(17, 19)에 연결되는, 단일 라이저 파이핑(14)을 포함하며, 그에 따라 상기 쉘(31)을 통해서 유동하는 상기 보일러 물 또는 상기 보일러 공급수는 상기 단일 라이저 파이핑(14)을 통해서 상기 열 교환기(2)로부터 상기 증기 드럼(3)에 전달되는 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
2. 제1항에 있어서,
   상기 라이저 도관(18, 20)의 적어도 하나가 각각의 라이저 차단 밸브(30)를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   적어도 하나의 부가적인 상류 열 교환기(45)를 포함하고, 상기 고온 프로세스 유체 유입구(4)는 상기 상류 열 교환기(45)에 연결되고, 상기 증기 드럼(3)은 적어도 하나의 드럼 상류 유입구 연결부(49) 및 적어도 하나의 드럼 상류 배출구 연결부(48)를 구비하고, 그에 따라 상기 상류 열 교환기(45)는, 상기 드럼 상류 유입구 연결부(49)를 통해서, 적어도 하나의 드럼 상류 라이저 파이핑(47)에 의해서, 그리고 상기 드럼 상류 배출구 연결부(48)를 통해서, 적어도 하나의 드럼 상류 다운커머 파이핑(46)에 의해서 상기 증기 드럼(3)에 연결되는, 프로세스 열 회수 시스템(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 하나의 부가적인 하류 열 교환기(44)를 포함하고, 상기 고온 프로세스 유체 배출구(5)는 상기 하류 열 교환기(44)에 연결되고, 상기 증기 드럼(3)은 적어도 하나의 드럼 하류 유입구 연결부(42) 및 적어도 하나의 드럼 하류 배출구 연결부(41)를 구비하고, 그에 따라 상기 하류 열 교환기(44)는, 상기 드럼 하류 유입구 연결부(42)를 통해서, 적어도 하나의 드럼 하류 라이저 파이핑(16)에 의해서, 그리고 상기 드럼 하류 배출구 연결부(41)를 통해서, 적어도 하나의 드럼 하류 다운커머 파이핑(15)에 의해서 상기 증기 드럼(3)에 연결되는, 프로세스 열 회수 시스템(1).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 쉘(31)은 실질적으로 수평인 길이방향 축을 가지고 상기 길이방향 축에 실질적으로 직각이고 상기 열 교환기(2)의 튜브가 통과하는 하나 이상의 쉘-측 판 또는 배플(29)을 내부에 구비하며, 상기 판 또는 배플(29)은, 모두가 상기 길이방향 축의 방향을 따르는 상기 보일러 물 또는 상기 보일러 공급수를 쉘-측의 미리 규정된 유동 방향(32, 33, 34, 36)을 통해서 분배하도록 설계된 주 절취부 또는 개구부(43)를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
6. 제5항에 있어서,
   상기 판 또는 배플(29)의 적어도 일부가, 상기 보일러 물 또는 상기 보일러 공급수의 적어도 일부를 상기 쉘(31)의 상단 부분(37)에서 실질적으로 수평인 상단-쉘 유동 방향(34)을 따라 분배하도록 설계된 하나 이상의 각각의 상단 절취부 또는 개구부(35)를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 판 또는 배플(29)의 적어도 일부가, 상기 보일러 물 또는 상기 보일러 공급수의 적어도 일부를 상기 쉘(31)의 하단 부분(39)에서 실질적으로 수평인 하단-쉘 유동 방향(33)을 따라 분배하도록 설계된 하나 이상의 각각의 하단 절취부 또는 개구부(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 판 또는 배플(29)이:
   - 단일-세그먼트형 판 또는 배플(29),
   - 이중-세그먼트형 판 또는 배플(29),
   - 삼중-세그먼트형 판 또는 배플(29),
   - 디스크-및-도넛 유형의 판 또는 배플(29)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 판 또는 배플(29), 상기 쉘 다운커머 연결부(21, 23), 및 상기 쉘 라이저 연결부(17, 19)는, 상기 열 교환기(2)가 보일러로서 작업할 때, 우세 수직 유동 방향(32)을, 상기 튜브를 가로질러, 상기 보일러 물에 부여하도록 설계되고 상기 열 교환기(2) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
10. 제9항에 있어서,
    상기 고온 프로세스 유체는 화학 반응로 또는 퍼니스로부터 방출되는 고온 프로세스 가스이고, 상기 열 교환기(2)는, 비등 동작을 위한, 그에 따라 상기 드럼 라이저 연결부(13)를 통해서 상기 증기 드럼(3)에 전달되는 상당한 부분의 증기를 갖는 보일러 물 또는 물-증기 혼합물을 생산하는 보일러로서 작업하는 프로세스 가스 냉각기인 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
11. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판 또는 배플(29), 상기 보일러 공급수 연결부(26), 및 상기 쉘 라이저 연결부(17, 19)는, 상기 열 교환기(2)가 보일러 공급수 예열기로서 작업할 때, 우세 수평 유동 방향(36)을, 상기 튜브를 가로지르는 구불구불한 경로 또는 시케인(40)을 가지고, 상기 보일러 공급수에 부여하도록 설계되고 상기 열 교환기(2) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
12. 제11항에 있어서,
    상기 고온 프로세스 유체는 화학 반응로 또는 퍼니스에서 방출되는 고온 프로세스 가스이고, 상기 열 교환기(2)는, 보일러 공급수 예열기로서 작업하고, 그에 따라 상기 드럼 라이저 연결부(13)를 통해서 상기 증기 드럼(3)에 전달되는 예열된 보일러 공급수를, 증발이 없이 또는 무시할 수 있는 증발로, 생산하는 프로세스 가스 냉각기인 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기 드럼(3)은 상기 열 교환기(2) 위에 배치되고, 적어도 하나의 상응하는 배출구 증기 파이핑(8)에 연결된 적어도 하나의 배출구 증기 연결부(7), 적어도 하나의 상응하는 드럼 공급수 파이핑(10)에 연결된 적어도 하나의 드럼 공급수 연결부(9), 그리고 바람직하게 상기 증기 드럼(3) 내의 물-레벨(6)을 제어하기 위한 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로세스 열 회수 시스템(1).
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 프로세스 열 회수 시스템(1)을 이용하여 프로세스 열을 회수하기 위한 방법이며, 상기 열 교환기(2)는 비등 동작을 위해서 보일러로서, 그리고 예열 동작을 위해서 보일러 공급수 예열기로서 교번적으로 작업하고:
    - 상기 열 교환기(2)가 보일러로서 작업할 때, 상기 보일러 공급수 차단 밸브(28)는 폐쇄되고 상기 다운커머 차단 밸브(25)는 개방되며, 그에 따라 상기 보일러 물은 상기 다운커머 파이핑(12)을 통해서 상기 증기 드럼(3)으로부터 상기 열 교환기(2)에 전달되고, 상기 보일러 물은 상기 열 교환기(2)의 튜브를 가로질러 유동하여 증발되며, 이어서 상기 보일러 물은 상기 단일 라이저 파이핑(14)을 통해서 상기 열 교환기(2)로부터 상기 증기 드럼(3)에 전달되고, 그리고
    - 상기 열 교환기(2)가 보일러 공급수 예열기로서 작업할 때, 상기 보일러 공급수 차단 밸브(28)는 개방되고 상기 다운커머 차단 밸브(25)는 폐쇄되며, 그에 따라 상기 보일러 공급수는 상기 보일러 공급수 파이핑(27)을 통해서 상기 열 교환기(2)에 전달되고, 상기 보일러 공급수는 상기 열 교환기(2)의 튜브를 가로질러 유동하여 예열되며, 이어서 상기 보일러 공급수는 상기 단일 라이저 파이핑(14)을 통해서 상기 열 교환기(2)로부터 상기 증기 드럼(3)에 전달되는, 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 라이저 도관(18, 20)의 적어도 하나에 제공된 각각의 라이저 차단 밸브(30)가, 상기 열 교환기(2)가 보일러로서 작업할 때 개방되고, 상기 열 교환기(2)가 보일러 공급수 예열기로서 작업할 때 폐쇄되는, 방법.

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