一种蒸汽过热器及其使用方法与流程

本发明涉及煤化工技术领域，特别涉及一种蒸汽过热器及其使用方法，用于在气化装置中需要对各种压力级别的饱和蒸汽进行过热的应用场合，尤其用于夹带低含量粉尘的合成气加热饱和蒸汽产过热蒸汽的设备，是一种节能环保的新型产生过热蒸汽设备。

背景技术：

在煤化工领域，从气化炉气化室出来的高温合成气(～1300℃)被激冷水强制激冷，粗合成气从1300℃直接降到200℃左右，粗合成气的热量被损失。在最新应用的气化炉通过在气化室下段增加辐射废锅，粗合成气温度能降到600℃～800℃，辐射废锅同时副产中高压饱和蒸汽，但是目前产生的中高压饱和蒸汽一方面由于在输送途中管道散热，凝结成水，不利于管道长距离输送，另一方辐射废锅产生的饱和蒸汽在化工流程中不需要如此多的使用量，常被降压降温使用，如能把此部分饱和蒸汽变为过热蒸汽，作为动力过热蒸汽使用，则能够增加整个煤气化装置的经济效益。因此在工业生产中有采用利用600℃～800℃的合成气再次加热饱和蒸汽变成过热蒸汽的工艺路线，由于合成气中含有粉尘，采用目前传统的管壳式过热器在使用过程中常发生堵塞，换热效率下降，成为此工艺路线的技术瓶颈。

授权公告号为cn202511659u公开了一种u形管式过热器，用于将水加热产生饱和蒸汽的应用场合。同时由于其热催化剂由外取热底部通过提升后在经过伞帽型快速分离器3折返后返回再生器，结构及内构件较复杂同时由于热催化剂的提升需要消耗较大量的提升风，从而对装置的设备投资和能耗带来不利的影响，同时容易堵塞，仅适用于一些特殊的场合。另外一授权公告号cn203949156u公开了一种蒸汽过热器，在壳体内设置有一组和多组u形管，在u形管的一个出口端设有蒸汽入口，在u形管的另一个出口端设有蒸汽出口，每组u形管束的上端固定在壳体的上封头或侧面，底端固定在壳体内，采用此种结构仅适用于入口是催化剂的场合，由于合成气中含有粉尘，在使用过程设备下部会发生堵塞，换热效率下降。

技术实现要素：

本发明实施例第一方面提供了一种蒸汽过热器。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例第一方面，提供了一种蒸汽过热器包括壳体、合成气保护壁、换热管束、合成气入口连接件、保护腔连接件，所述合成气保护壁内置于壳体内，所述换热管束内置于合成气保护壁内；所述合成气入口连接件一端与合成气保护壁连接，另一端为合成气入口，所述合成气入口连接件为喇叭形，合成气入口为喇叭形的小口，与合成气保护壁体连接端为喇叭形的大口；所述保护腔连接件一端与合成气保护壁连接，另一端与壳体连接；所述合成气入口连接件、合成气保护壁、保护腔连接件、壳体形成合成气密闭腔室；壳体与所述合成气密闭腔室外壁形成保护气密闭腔室。

优选的，所述壳体包含半球体的上封头，长方体的直筒段，锥体的下锥封头，三者依次连接成一体，所述合成气入口连接件的合成气入口穿出所述壳体的上封头，与外界相通。

优选的，所述下锥封头内壁上附有隔热耐磨材料，隔热耐磨材料上部衬有一层薄金属板；所述合成气入口连接件的内壁上附有隔热耐磨材料。

优选的，所述合成气保护壁含括合成气保护壁上集箱、合成气保护壁下集箱、合成气保护壁壁体，三者依次连接，并构成四周封闭，两端口分别于所述合成其入口连接件、保护腔连接件连接。

优选的，所述换热管束在合成气保护壁壁体中间，所述换热管束上端通过支撑件与所述合成气保护壁壁体固定连接。

优选的，所述换热管束为一组或多组，所述换热管束由多个异形换热管和集箱组成，所述多组热管束之间串联连接。

优选的，合成气在所述合成气保护壁与壳体形成的腔内流动方向和蒸汽在换热管束中流动方向是相反的。

优选的，所述保护腔连接件的一端与合成气保护壁下集箱连接，另一端与直筒段或者下锥封头连接连接。

优选的，还包括减温器，所述减温器设置在壳体的外部，与换热管束相连，所述减温器为一个或多个。

优选的，所述合成气保护壁壁体由换热管和鳍片组成，所述合成气保护壁壁体的形状为圆形或矩形或多边形。

优选的，所述换热管束由多根异形换热管按照一定的排列方式组成，所述异形换热管的排列方式为间距排列或层层相套。

优选的，所述换热管为弓形或弹簧形。

根据本发明实施例第二方面，提供了一种蒸汽过热器的使用方法，合成气从所述合成气入口进入合成气入口连接件，再通过合成气入口连接件进入合成气保护壁内部，与合成气保护壁内的热管束内的饱和蒸汽进行热交换，然后从壳体的合成气出口出去；所述饱和蒸汽从直筒段上的入口进入合成气保护壁上集箱，然后从上往下经合成气保护壁壁体中的换热管进入合成气保护壁下集箱，饱和蒸汽在合成气保护壁中与合成气保护壁腔内合成气进行初步热交换，饱和蒸汽经过合成气保护壁下集箱后进入最下端换热管束，然后从下而上通过下部换热管束和合成气保护壁腔内合成气热交换，再从换热管束的集箱经接管流出到减温器，经过减温器后再经接管流入到上部换热管束的下面集箱，再次从下而上通过上部换热管束和合成气保护壁腔内合成气换热，最后从最上层换热管束的集箱经过热饱和蒸汽出口接出去下游的过热蒸汽管网，完成饱和蒸汽变成过热蒸汽的过程。

优选的，所述合成气在合成气保护壁内部从上往下流动。

优选的，在壳体1与合成气入口连接件、合成气保护壁和保护腔连接件形成的保护腔室内通入惰性保护气。

优选的，当过热蒸汽出口的管道上测温点检测到过热蒸汽的温度超过正常操作温度时，在减温器中喷入高温水来降低出口的过热饱和蒸汽温度。

优选的，所述入口合成气体为650-800℃，经过换热后，所述合成气出口的温度为400-500℃。

优选的，所述合成气体为650℃，所述饱和蒸汽为327℃，所述去蒸汽管网的过热蒸汽温度为510℃。

优选的，所述合成气入口合成器温度比过热蒸汽出口过热蒸汽温度至少高50℃。

优选的，所述合成气体为650℃，所述饱和蒸汽经换热后去蒸汽管网的过热蒸汽温度比入口饱和蒸汽的温度高150～200℃。

优选的，所述合成气体为650℃，所述饱和蒸汽为327℃，所述去蒸汽管网的过热蒸汽温度为510℃。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

为解决现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种利用高温的粗合成气加热饱和蒸汽产生过热蒸汽的设备及使用方法，以解决现有技术中的管壳式过热器堵塞，长时间使用换热效率下降的问题，从而增加化工装置的经济效益，降低成本，合理利用资源。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种蒸汽过热器的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的合成气保护壁壁体和换热管束组合示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的换热管束换热管结构示意图。

图中：1-壳体，11-下锥封头，12-直筒段，13-上封头，2-合成气保护壁，21-合成气保护壁上集箱，22-合成气保护壁下集箱，23-合成气保护壁壁体，231-换热管，232-鳍片，3-换热管束，31-异形换热管，32-集箱，4-减温器，5-合成气入口连接件，6-保护腔连接件。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述：

本发明公开的一种蒸汽过热器，如图1所示，包括壳体1、合成气保护壁2、换热管束3、合成气入口连接件5、保护腔连接件6，合成气保护壁2内置于壳体1内，换热管束3内置于合成气保护壁内2；合成气入口连接件5一端与合成气保护壁2连接，另一端为合成气入口，合成气入口连接件5为喇叭形，合成气入口为喇叭形的小口，与合成气保护壁体连接端为喇叭形的大口；保护腔连接件6一端与合成气保护壁2连接，另一端与壳体1连接；所述合成气入口连接件5、合成气保护壁2、保护腔连接件6、壳体1形成合成气密闭腔室；壳体1与所述合成气密闭腔室外壁形成保护气密闭腔室。

根据上述方案，进一步，壳体1包含半球体的上封头13、长方体的直筒段12、锥体的下锥封头11，三者连接成一体，合成气入口连接件5的合成气入口穿出所述壳体的上封头13，与外界相通。

根据上述方案，进一步，壳体1内附有隔热耐磨材料，下锥封头11上设置有合成气出口，在直筒段12上部设有饱和蒸汽入口、过热蒸汽出口和保护气入口，上封头13有合成气入口并与合成气入口连接件5的一端相连。

根据上述方案，进一步，下锥封头11的锥角根据合成气中的固体颗粒安息角进行确定；下锥封头11内壁上附有隔热耐磨材料，隔热耐磨材料上部再衬一层薄金属板，具体可为钢板。

根据上述方案，进一步，合成气保护壁2含括合成气保护壁上集箱21、合成气保护壁下集箱22、合成气保护壁壁体23，三者依次连接，并构成四周封闭，两端口分别于所述合成其入口连接件、保护腔连接件连接。

根据上述方案，进一步，换热管束为一组或多组，所述换热管束由多个异形换热管31和集箱32组成，多组热管束之间可串联连接；

换热管束在合成气保护壁壁体中间，所述换热管束上端通过支撑件与所述合成气保护壁壁体固定连接，具体的换热管束3上端与固定在合成气保护壁壁体23上的支撑件进行固定；

换热管束3的数量根据需要的换热面积进行确定，多组换热管束3通过串联连接。

根据上述方案，进一步，合成气在所述合成气保护壁2与壳体1形成的腔内流动方向和蒸汽在换热管束3中流动方向是相反的；

优选的，合成气从合成气入口上往下经过依次经过合成气入口连接件5、合成气保护壁2内腔、保护腔连接件6和下锥封头11；蒸汽在多组换热管束3中流动方向是从下往上流动；合成气在合成气保护壁2内腔流动方向和蒸汽在多组换热管束3中流动方向是相反的。

根据上述方案，进一步，保护腔连接件6一端和合成气保护壁下集箱22连接，另一端与直筒段12或者下锥封头连接11连接；保护腔连接件6结构上应能够吸收合成气保护壁壁体23在工作时产生的热膨胀。

根据上述方案，进一步，还包括减温器4，减温器4设置在壳体1的外部，与换热管束相连；

优选的，减温器4设置在壳体1的外部，与中间两个换热管束集箱32引出的接管相连。

根据上述方案，进一步，合成气保护壁壁体23由换热管231和鳍片232组成，合成气保护壁壁体的形状可以是圆形的也可以是多边形的。

根据上述方案，进一步，如图2所示，换热管束3由多根异形换热管31按照一定的排列方式组成，异形换热管31的排列方式可以是间距排列或者层层相套的；

换热管束3位于合成气保护壁壁体23内。

根据上述方案，进一步，如图3所示，换热管31可以是弓形的也可以是弹簧形的。

根据上述方案，优选的，当合成气保护壁2内换热管231介质是蒸汽时，最下层的换热管束3与合成气保护壁2的下集箱22通过管子相连。饱和蒸汽入口在壳体1上部，过热蒸汽出口也设置在直筒段12上部。

根据上述方案中的技术内容，作为一种技术改进方案，具体的，合成气保护壁2内换热管231介质可以是冷却水，冷却水入口时原来的饱和蒸汽入口，冷却水从合成气保护壁2的下集箱22通过管子送出壳体外，原饱和蒸汽入口设置在直筒段12的下部。

根据本发明上述实施例的一种蒸汽过热器的使用方法，从上游来的600-800℃，更优选为650℃、700℃、800℃的合成气，其中最优选为650℃的合成气体，合成气体从壳体1的合成气入口进入，通过合成气入口连接件5进入合成气保护壁2内部，合成气在合成气保护壁2内部从上部往下流动，与合成气保护壁2内的多组换热管束3内蒸汽进行换热，然后从下锥封头11处合成气出口出去进入下游单元。

从上游来的12.5mpa，328℃饱和蒸汽，从直筒段12上的饱和蒸汽入口通过接管进入合成气保护壁上集箱21，然后从上往下经合成气保护壁壁体23中的换热管231进入合成气保护壁下集箱22，饱和蒸汽在合成气保护壁2中与合成气保护壁2腔内合成气初步换热，温度升高。蒸汽经过合成气保护壁2下集箱22后进入最下端换热管束3，然后从下而上通过下部多组换热管束3和合成气保护壁2腔内合成气换热，从换热管束3的集箱32经接管流出到减温器5，经过减温器5后再经接管流入到上部多组换热管束3的最下面集箱32，再次从下而上通过上部多组换热管束3和合成气保护壁2腔内合成气换热，最后从最上层换热管束3的集箱32经过热蒸汽出口接出去下游的过热蒸汽管网，去管网的蒸汽温度为480-530℃，更优选优选为480℃、510℃、530℃，其中510℃为最优温度，即完成饱和蒸汽变成过热蒸汽的过程。

根据上述方案，进一步合成气体为650℃，饱和蒸汽为327℃，去蒸汽管网的过热蒸汽温度为510℃。

更进一步合成气入口合成器温度比过热蒸汽出口过热蒸汽温度至少高50℃，甚至高达100度或者更高。

更进一步合成气体为650℃，所述饱和蒸汽经换热后去蒸汽管网的过热蒸汽温度比入口饱和蒸汽的温度高150～200℃。

在上面所述的工作过程中，在壳体1与合成气入口连接件5、合成气保护壁2和保护腔连接件6形成的保护腔内一直通入惰性保护气；

在上面所述的工作过程中，当过热蒸汽出口的管道上测温点检测到过热蒸汽的温度超过正常操作温度时，在减温器5中喷入高温水来降低出口的过热蒸汽温度满足操作。

作为一种技术改进，在上面所述的工作过程中，合成气保护壁2内部通入高温水进行保护，这时工作过程有部分变化，饱和蒸汽的入口设置在筒体12的下部，直接进入最下层换热管束3的集箱32，同时合成气保护壁2的保护水从上往下经过合成气保护壁上集箱21、合成气保护壁壁体23和合成气保护壁下集箱22，从下集箱22经接管直接出壳体，下集箱22与最下层换热管束3的集箱32没有接管连接。

据本发明实施例的一种蒸汽过热器可以根据气化炉的压力和负荷的不同，选用不同的尺寸结构或组合件。一种蒸汽过热器可以应用与干煤粉气流床和水煤浆气流床煤气化工艺。

根据本发明实施例的一种蒸汽过热器内容可知，本发明可充分利用高温含尘合成气对饱和蒸汽加热，产生高附加值的过热蒸汽，解决了普通管式过热器长时间使用堵，换热效果差的问题，能够满足煤化工气化装置安全连续运行的要求。

因此，根据本发明具有换热效果好、不堵塞、负荷调节范围大、合理。

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