CN111895815A - 一种组合式余热回收装置 - Google Patents

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赵东平
高宁宁
李召生
郜愿锋
洪超
高嘉楠
聂晶
吴久江
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

一种组合式余热回收装置，属于换热器技术领域，以解决现有的废热锅炉或蒸汽过热器结构复杂，材料利用率不高的问题。本发明包括设备本体，设备本体包括前管箱、过热段前管板、过热段、过热段后管板、中间腔、蒸发段前管板、蒸发段、蒸发段后管板、后管箱和两组换热直管，前管箱上设有管程入口，后管箱上设有管程出口，过热段前管板和过热段后管板之间及蒸发段前管板和蒸发段后管板之间分别设有一组换热直管，且过热段的管程与蒸发段的管程相通。本发明结构紧凑，将两至三台设备的功能高度集成在一台设备中，减少了设备之间的连接管道，减少了管道的沿程阻力，降低了管道材料的使用，占地面积更小，节约成本。

Description

一种组合式余热回收装置
技术领域
本发明涉及一种组合式余热回收装置，属于换热器技术领域。
背景技术
在化工领域中，余热回收一直是提高厂区热效率的重要措施之一。许多的工艺流程，如变换、氨合成等，其化学反应均为可逆的放热反应，会产生高温的工艺气，由于可逆反应无法彻底进行，因此工艺气需要进行冷却、分离，并再次进入反应设备进行循环反应。
高温工艺气在冷却过程中，为了提高厂区热效率，需要通过余热回收装置来对工艺气中的热量进行回收利用，此部分热量可以用来副产中压蒸汽或者过热蒸汽。以氨合成工艺为例，其反应器出口的工艺气一般在450℃左右，经过冷却后的工艺气温度在260℃左右，工艺气再经过分离，重新返回反应器内进行反应。一般的氨合成厂都采用两台设备，一台蒸汽发生器产生饱和蒸汽，一台蒸汽过热器对蒸汽发生器产生的饱和蒸汽进一步加热，产生过热蒸汽。这两台设备均为U形管式换热器，高温工艺气先经过蒸汽过热器，再经过蒸汽发生器，两台设备通过管线连接。但目前设备有以下不足：
1、蒸汽过热器大多采用镍基换热管，材料昂贵，而蒸汽过热器的尾部U管段大多受结构限制无法参与换热，导致原材料的浪费。并且U形管本身的制造成本也更高。
2、蒸汽过热器采用U形管，管程需要采用分程结构，为便于检修需采用可拆式结构，由于入口气温度高，为保护设备，还需要设置隔热结构，导致管箱内件结构复杂，制造、安装、检修较为困难。为了便于内件的拆卸，管箱需采用平盖的结构，造成材料的浪费。
3、废热锅炉大多采用喷泉布管或围棋交叉布管的方式，结构复杂。由于喷泉布管或围棋交叉布管结构，导致管箱内件的结构也较为复杂，需要设置假管板等一系列的辅助结构，实现该功能，导致管箱内件结构复杂，制造、安装、检修较为困难。为了便于内件的拆卸，管箱需采用平盖的结构，造成材料的浪费。
4、废热锅炉的喷泉布管，换热管弯曲半径和直管段长度各异，给换热管制造和设备的制造都带来很大的难度。
5、有一些废热锅炉或蒸汽过热器采用刺刀管结构，该结构极为复杂，且刺刀管多为三层套管，材料利用率不高。
发明内容
本发明为了解决现有的废热锅炉及蒸汽过热器结构复杂，材料利用率不高的问题，而提供一种组合式余热回收装置。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种组合式余热回收装置,包括设备本体，设备本体包括前管箱、过热段前管板、过热段、过热段后管板、中间腔、蒸发段前管板、蒸发段、蒸发段后管板、后管箱和两组换热直管，前管箱上设有管程入口，后管箱上设有管程出口，过热段前管板和过热段后管板之间及蒸发段前管板和蒸发段后管板之间分别设有一组换热直管，且过热段的管程与蒸发段的管程相通，过热段上设有壳饱和蒸汽入口和过热蒸汽出口，蒸发段上设有给水入口和饱和蒸汽出口，蒸发段的饱和蒸汽出口通过管路与过热段的饱和蒸汽入口相连通。
优选地，设备本体的蒸发段上设有汽包，汽包内设有丝网除沫器，饱和蒸汽出口位于汽包顶部。
优选地，设备本体的过热段上设有过热段膨胀节。
优选地，设备本体的蒸发段上设有蒸发段膨胀节。
优选地，设备本体的过热段和蒸发段之间通过焊接、法兰连接或快开连接形成中间腔。
优选地，中间腔设置有防冲装置。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1.本发明结构紧凑，将两至三台设备的功能高度集成在一台设备中，减少了设备之间的连接管道，减少了管道的沿程阻力，降低了管道材料的使用，占地面积更小，降低了建造投资。
2.本发明的换热管采用直管，没有喷泉式或围棋交叉式布管结构，也没有复杂的刺刀管式结构，降低了设计、原材料采购以及制造上的难度，并且过热段换热管利用率高，没有不参与换热的弯管段，减轻了昂贵换热管的重量，同时直管换热管的采购成本也更低，降低了设备总投资。
3.本发明设备总体上为逆流换热，暨工艺气先经过过热段，再经过蒸发段，设备分区合理，换热效率高。
4.本发明设备由于采用直管形式，管箱内件的结构较常规结构更为简单，没有复杂的分程结构，减少了管壳程的内件材料用量，而内件通常为镍基或不锈钢等材料，价格昂贵。
5.本发明由于管箱内件结构更加简单，设备管箱无需采用平盖型式，且管程筒体无需设置过长，大大减轻了设备重量。而管程的材料通常为高温抗氢钢，重量降低，可大幅缩减成本。
附图说明
图1是本发明一种组合式余热回收装置卧式示意图；
图2是本发明一种组合式余热回收装置立式示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1：如图1和图2所示，本实施例一种组合式余热回收装置，包括设备本体1，设备本体1包括前管箱Q、过热段前管板2、过热段G、过热段后管板3、中间腔Z、蒸发段前管板4、蒸发段H、蒸发段后管板5、后管箱E和两组换热直管6，前管箱Q上设有管程入口Q1，后管箱E上设有管程出口E1，过热段前管板2和过热段后管板3之间及蒸发段前管板4和蒸发段后管板5之间分别设有一组换热直管6，且过热段G的管程与蒸发段 H的管程相通，过热段G上设有壳饱和蒸汽入口G1和过热蒸汽出口G2，蒸发段H上设有给水入口H1和饱和蒸汽出口H2，蒸发段H的饱和蒸汽出口H2通过管路7与过热段G的壳饱和蒸汽入口G1相连通。
设备本体1上焊接有吊耳和支座，吊耳和支座的结构可根据本发明采用立式结构或卧室结构进行选择。
可选地，设备本体1的蒸发段H上设有汽包1-1，汽包1-1内设有丝网除沫器1-2或其他汽水分离装置，以提高饱和蒸汽品质，饱和蒸汽出口H2位于汽包1-1顶部。工艺气经过过热段G的换热直管6后，直接进入蒸发段H，蒸发段H为釜式结构。如有需要，也可单独设置汽包，此时设备本体1的蒸发段H可不采用釜式结构。
可选地，设备本体1的过热段G上设置有过热段膨胀节8。
可选地，设备本体1的蒸发段H上设置有蒸发段膨胀节9。
可根据强度计算情况判定是否需要增设过热段膨胀节8和蒸发段膨胀节9。
可选地，设备本体1的过热段G和蒸发段H之间通过焊接、法兰连接或快开连接形成中间腔Z。
可选地，中间腔Z设置有防冲装置，防冲装置可根据管程气体流速等实际情况来设定是否需要增设。
可选地，由于过热段G和蒸发段H不同位置的介质成分以及温度不同，可以相对独立的对过热段G和蒸发段H以及两组换热直管6，分别进行合理选材以及确定内壁是否进行堆焊、堆焊材质等。过热段G和蒸发段H两组换热直管6的尺寸也可以根据需求设置为不同规格。
可选地，前管箱Q内可根据需要设置隔热层、防冲装置等内件。可选地，前管箱Q 和后管箱E的封头可采用椭圆形封头、球形封头等常见封头形式。可选地，整个设备采用逆流换热，对工艺气的余热进行回收利用，在蒸发段H产生的饱和蒸汽经管线7引入过热段G，最终产生过热蒸汽。
本发明可采用立式和卧式结构两种形式。
本发明虽然已经通过一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种组合式余热回收装置，其特征在于：包括设备本体(1)，设备本体(1)包括前管箱(Q)、过热段前管板(2)、过热段(G)、过热段后管板(3)、中间腔(Z)、蒸发段前管板(4)、蒸发段(H)、蒸发段后管板(5)、后管箱(E)和两组换热直管(6)，前管箱(Q)上设有管程入口(Q1)，后管箱(E)上设有管程出口(E1)，过热段前管板(2)和过热段后管板(3)之间及蒸发段前管板(4)和蒸发段后管板(5)之间分别设有一组换热直管(6)，且过热段(G)的管程与蒸发段(H)的管程相通，过热段(G)上设有壳饱和蒸汽入口(G1)和过热蒸汽出口(G2)，蒸发段(H)上设有给水入口(H1)和饱和蒸汽出口(H2)，蒸发段(H)的饱和蒸汽出口(H2)通过管路(7)与过热段(G)的壳饱和蒸汽入口(G1)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种组合式余热回收装置，其特征在于：设备本体(1)的蒸发段(H)上设有汽包(1-1)，汽包(1-1)内设有丝网除沫器(1-2)，饱和蒸汽出口(H2)位于汽包(1-1)顶部。
3.根据权利要求1所述的一种组合式余热回收装置，其特征在于：设备本体(1)的过热段(G)上设有过热段膨胀节(8)。
4.根据权利要求1所述的一种组合式余热回收装置，其特征在于：设备本体(1)的蒸发段(H)上设有蒸发段膨胀节(9)。
5.根据权利要求1所述的一种组合式余热回收装置，其特征在于：设备本体(1)的过热段(G)和蒸发段(H)之间通过焊接、法兰连接或快开连接形成中间腔(Z)。
6.根据权利要求1所述的一种组合式余热回收装置，其特征在于：中间腔(Z)设置有防冲装置。
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