一种适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉的制作方法

本实用新型涉及废热锅炉技术领域,特别涉及一种适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉。

背景技术：

本实用新型申请人于2011年4月2日向国家知识产权局提出了一份名称为“高温立式盘管废热锅炉”的实用新型专利申请，经过国家知识产权局审查后，于2014年6月11日授予实用新型专利权，其专利号为zl201110084186.x，授权公告号为cn102705801b。该实用新型专利公开一种适用于高温合成气/转化气热量回收、副产中/高压饱和蒸汽的立式盘管型废热锅炉装置，其处理转化气的温度可高达1500℃、压力可达80bar。

目前，上述废锅已有多个工业实践，但部分工艺流程中根据全厂蒸汽平衡需要废锅可适用副产过热蒸汽作为动力蒸汽使用，从而更有效的提高装置的节能效果和经济性能。在这种情况下，上述废锅(或类似废锅)则存在以下两个问题：

1.转化炉出口转化气温度高达1200-1500℃，合成气出口管道运行条件苛刻，无法通过外加旁路控温阀的常规手段调节废锅出口温度。

2.因为立式盘管废热锅炉本身的结构限制，无法通过增设中心管旁路的手段控制温度。因此传统的非催化部分氧化技术采用上述高温立式盘管废锅只能副产饱和蒸汽，当然也可以利用加热炉或界区外其他热源进行过热，但这不符合现代化工项目对于装置经济性和灵活性的需求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述废热锅炉所存在的问题而提供一种适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉。其能够处理转化炉出口1200-1500℃的高温转化气热量回收，同时实现转化气出口温度可调，适用副产过热蒸汽。

本实用新型所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉，包括锅壳部分、管箱部分、水循环冷却结构部分以及设置在所述锅壳部分的热交换室内的盘管部分，其特征在于，所述盘管部分分为并联运行的若干换热管组，每一换热管组均具有独立的高温转化气进气端和低温转化气出气端，高温转化气同时通过每一换热管组的高温转化气进气端进入到每一换热管组内，每一换热管组内经过热交换后的低温转化气由每一换热管组的低温转化气出口端出来后独立通过一个温度调节阀调节后送出。

在本实用新型的一个优选实施例中，所有换热管组共用所述锅壳部分与管外的饱和水汽完成换热。

在本实用新型的一个优选实施例中，所有温度调节阀出口各自连接一低温转化气管道，所有低温转化气管道并接后与一蒸汽过热器的低温转化气入口连接，该蒸汽过热器上的蒸汽入口通过管道与所述锅壳部分中的蒸汽出口连通，该蒸汽过热器上的蒸汽出口的蒸汽送出被所述蒸汽过热器过热到合格温度后通过过热蒸汽输送管送入过热蒸汽管网。

在本实用新型的一个优选实施例中，在所述过热蒸汽输送管设置有一温度传感器，所述温度传感器来控制所有温度调节阀的开度。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述盘管部分分为并联运行的2～5组换热管组。

由于采用了如上的技术方案，本实用新型将现有高温立式盘管废热锅炉中的盘管部分分为若干组独立的换热管组，并将其考虑为并联的若干个独立的换热管组共用一个锅壳，高温转化气同时进入全部换热管组，换热后经每组换热管组的独立通过进入温度调节阀调节后分别若干根低温转化气管道，若干根低温转化气管道经过其上的温度调节阀控制每组换热管组内的转化气流量流速分配，从而可以灵活的调节废锅出口温度，调节控制后送蒸汽过热器过热锅壳自产的饱和蒸汽，进而保证蒸汽过热温度在280～500℃之间根据需要灵活控制。

本实用新型的一种适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉，能够处理转化炉出口1200-1500℃的高温转化气热量回收，同时实现转化气出口温度可调，适用副产过热蒸汽。

附图说明

图1为本实用新型适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉的结构示意图。

图2为本实用新型适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉的一种盘管部分的结构示意图。

图3为本实用新型适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉的另一种盘管部分的结构示意图。

图4为本实用新型适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉应用于天然气制乙二醇装置的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图和具体实施方式所给出的天然气制乙二醇工艺，进一步阐述本实用新型。

参见图2，图中所示的一种适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉，包括锅壳部分、管箱部分、水循环冷却结构部分以及设置在锅壳部分的热交换室内的盘管部分。

锅壳部分包括一个锅壳，该锅壳由筒体110和上封头130焊接而成，筒体110的上端与上封头130焊接。在上封头130上焊接有一蒸汽出口160，并在上封头130内、蒸汽出口160的入口端安装有一汽水分离元件170。在整个筒体内的上部设置有汽水分离空间180；汽水分离空间180所产生的蒸汽通过汽水分离元件170以及蒸汽出口160导出。

该适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉的管箱部分包括管箱壳体210和焊接在管箱壳体210下端的下封头220以及设置在管箱壳体210、下封头220内表面上的耐火衬里230，在管箱壳体210上设置有人孔240、转化气进口250并在耐火衬里230内设置有炉腔260，转化气进口250与炉腔260连通。

水循环冷却结构包括一连接锅壳部分和管箱部分的厚管板310，在厚管板310的底面焊接有一挠性管板320，挠性管板320与厚管板310之间设置有一冷却腔体330，盘管部分中的每一盘管的高温转换气入口端由锅壳部分侧穿过厚管板310上的盘管穿过孔311后，进入冷却腔体330并与挠性管板320焊接连接，其管口与管箱部分中的炉腔260贯通。该水循环冷却结构的喷水管340穿过厚管板310，其出水口341伸入冷却腔体330，入水口342延伸锅壳部分外。该废热锅炉的冷却原理是：喷水管340向冷却腔体330内喷入冷却水，喷入冷却腔体330内的冷却水均匀地分布于冷却腔体330中，进入冷却腔体330内的冷却水通过每一盘管的高温转换气入口端的外管壁与盘管穿过孔311孔壁之间的环隙回到锅壳部分内。这样冷却水在循环过程中，不断地对每一盘管的高温转换气入口端进行冷却。

在厚管板310上开设有八个盘管穿过孔311，以便于盘管的高温转换气入口端穿过。盘管穿过孔311的轴线平行于锅壳部分的中心轴线，这样厚管板310的面积较大，适用于管板头数较多，大型化的设计。

喷水管340的入水口342端通过一泵(图中未示出)接冷却水源；或者通过一循环泵(图中未示出)接至筒体100内的底部，采用从锅壳部分底部抽出的水汽作为水循环冷却结构部分的强制循环冷却水。

挠性管板320起隔热和吸收热膨胀的作用，其直接焊接在厚管板310临近管箱部分侧的面上，由于转化气中多含有h2，co，co2等成分，且温度较高，工况苛刻，因此其材料选择较为考究，挠性管板320视具体工艺情况选用cr-mo钢至inconel600系列镍基合金为宜。挠性管板320的内径为φ1200mm，与厚管板310临近管箱部分侧的面之间形成高度为120mm的冷却腔体330。由于挠性管板320及转化气入口端的结构受力复杂，且承受高温，应采用薄管板设计理念、应力分析等手段进行设计。

该实施例的盘管部分包括盘管上、下支架410、420和连接盘管上、下支架410、420的中心管430以及设置在盘管上、下支架410、420之间的盘管组件440，盘管下支架420与锅壳部分中的筒体120的内壁焊接连接，而盘管上支架410通过牵拉件411牵拉盘管组件440的上端。这样盘管上、下支架410、420与盘管组件440一同向上膨胀。中心管430除起到支撑盘管上、下支架410、420作用外，还用以改善水循环，提高对受热面积的冲刷速度，有利于传热。

结合参见图2，盘管组件440包括八根规格、长度大致相同的盘管a、b、c、d、1、2、3、4，这样使阻力相同，以确保气体分布均匀，盘管a、b、c、d为一组，盘管1、2、3、4为一组，每组四根盘管以中心管430为轴一同螺旋盘绕向上，然后螺旋盘绕向下，两组盘管套在一起，共形成四层。

气体在盘管a、b、c、d、1、2、3、4内的流速应视具体工艺情况而确定，取25～70m/s，流速过大，盘管a、b、c、d、1、2、3、4热强度就大，可能会导致盘管a、b、c、d、1、2、3、4水侧管壁上形成膜态沸腾，盘管a、b、c、d、1、2、3、4局部过热；流速过小，传热效果差，盘管a、b、c、d、1、2、3、4管内壁容易积碳。同时，为保证换热管内被冷却的转化气体流速均匀，每根盘管a、b、c、d、1、2、3、4由三段逐步缩径的管子连接而成，每段间用异径接头连接。其中最前一段管子的直径为φ133mm，中间一段管子的直径φ108mm，最后一段管子的直径为φ89mm。

盘管a、b、c、d、1、2、3、4的高温转换气入口端从锅壳部分侧穿过厚管板310上对应的盘管穿过孔311后，进入冷却腔体330与挠性管板320焊接连接；盘管a、b、c、d、1、2、3、4的高温转化气入口端的管口与管箱部分中的炉腔260贯通；盘管a、b、c、d、1、2、3、4的高温转化气入口端的外管壁与盘管穿过孔孔壁之间设置有环隙。

盘管a、b、c、d、1、2、3、4分为两组换热管组，盘管a、b、c、d定义为换热管组a，盘管1、2、3、4定义为换热管组b，盘管a、b、c、d的高温转化气入口端全部定义为高温转化气入口端a’,盘管1、2、3、4的高温转化气入口端全部定义为高温转化气入口端a”,盘管a、b、c、d的低温转化气出口端全部定义为低温转化气出口端b’，盘管1、2、3、4的低温转化气出口端全部定义为低温转化气出口端b”。换热管组a和b共用锅壳部分与管外的饱和水汽完成换热。

结合参见图4，非催化部分氧化炉r1直接连接本实施例的适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉的管箱部分中的转化气进口250，本实施例的适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉直径为φ1900mm，来自非催化部分氧化炉转化炉r1的高温转化气从非催化部分氧化炉r1的连接管r11进入本实施例的适用于副产过热蒸汽的高温立式盘管废热锅炉e1的管箱部分中的炉腔260。炉腔260内的高温转化气同时通过每一换热管组的高温转化气进气端a’和b’进入到每一换热管组a和b内，即盘管a、b、c、d、1、2、3、4内进行换热，在锅壳部分侧将外来的锅炉给水加热，产生中压饱和蒸汽，通过整个筒体内上部的汽水分离空间180进行汽水分离；汽水分离空间180所产生的蒸汽通过汽水分离元件170以及蒸汽出口160导出。

每一换热管组a和b内经过热交换后的低温转化气由每一换热管组a和b的低温转化气出口端a”和b”出来后独立通过一个温度调节阀10、20调节后送出。温度调节阀10、20出口各自连接一低温转化气管道30、40，低温转化气管道30、40并接后与一蒸汽过热器e2的低温转化气入口e21连接，该蒸汽过热器e2上的蒸汽入口e22通过管道50与锅壳部分中的蒸汽出口160连通，该蒸汽过热器e2上的蒸汽出口e23送出被蒸汽过热器e2过热到合格温度后通过过热蒸汽输送管60送入过热蒸汽管网。

在过热蒸汽输送管60设置有一温度传感器tc，温度传感器tc来控制温度调节阀10、20的开度。

出蒸汽过热器e2的低温转化气经换热器e3进一步热量回收后送水洗塔c1洗涤脱氨脱碳，然后作为产品转化气送出界区。水洗塔c1采用来自界外的脱盐水来洗涤合成气中的微量氨或者炭黑。水洗塔c1的冷凝液通过循环泵p1a/b以及冷凝器cw一方面循环使用，另一方面送出界区。

参见图3，盘管组件440盘旋方式略有不同，盘管组件440包括十二根盘管，十二根盘管被分成六组盘管束，每组盘管束由两根盘管螺旋盘绕而成。六组盘管束采用周向均布的方式安装在中心管430的周围。每三组盘管束定义为换热管组a，这三组盘管束的高温转化气入口端全部定义为高温转化气入口端a’，低温转化气出口端全部定义为低温转化气出口端a”；另外三组盘管束定义为换热管组b，这三组盘管束的高温转化气入口端全部定义为高温转化气入口端b’，低温转化气出口端全部定义为低温转化气出口端b”。

经本实用新型所阐述的流程处理后，产品合成气送下游工段作为中间原料；本流程副产了20barg-100barg，310℃-500℃的过热蒸汽以驱动蒸汽透平用。

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