CN206817431U - 一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，其结构包括薄管板、厚管板和拉筋，拉筋的两端分别与薄管板和厚管板固接，换热管的管头穿过厚管板与薄管板固接。在急冷锅炉运行时，薄管板由于其弹性变形可以吸收部分热膨胀，且薄管板导热效果比较好，使得薄管板两侧的温差小，从而减小管板在工作时的热应力，增强冷却效果；另外，拉筋将薄管板和厚管板连接成一个整体，使得薄管板的承压能力得到强化，进而使得薄管板能够承受较大的压力，同时壳体因承受压应力和温度变化而引起的伸长量与换热管热膨胀的伸长量几乎相同且方向相同，这使得换热管不再受拉应力作用，进而使得换热管与薄管板固接处应力很小，可以有效延长急冷锅炉的运行周期。

Description

一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉

技术领域

本实用新型涉及大型急冷换热设备技术领域，特别是涉及一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉。

背景技术

在石油炼制与化工、煤化工等领域，节能减排技术研究日益增多，急冷锅炉是回收热能工作中应用最普遍、最多的一种技术装备，对新型结构急冷锅炉的研究与推广使用，将对能源节约起极为重要的作用。

目前急冷锅炉的进口管箱侧和出口管箱侧的管板都是单双管板结构，急冷锅炉在运行时，其管程介质为烟气，进口温度约1200℃～800℃，出口温度约400℃～300℃，压力1Mpa以下，而其壳程介质为饱和蒸汽，其温度约400℃，压力约为4Mpa～12Mpa，这样就导致管成程和壳程之间存在较高的温差和压差，温差会在管板的两侧产生温差应力，压差会在管板的两侧产生弯曲应力。

针对急冷锅炉的上述使用工况，目前有几种不同结构的急冷锅炉。第一种是厚管板式急冷锅炉，锅炉管板采用厚双管板结构，可以很好的解决饱和蒸汽在管板上产生的弯曲应力问题，但是烟气会在厚管板两侧产生较大的温度差，产生大的温差应力，降低了急冷锅炉的冷却效果，同时厚管板弹性变形小，使换热管的管头与管板处在刚性连接状态，当管头受到应力和工艺操作波动时，容易导致管头焊缝开裂。第二种是不带挠性结构的薄管板式急冷锅炉，这种锅炉的管板比较薄，管板的弹性变形可以吸收部分热膨胀，同时管板薄导热效果比较好，管板两侧的温差小，减小了管板在工作中的温差应力，增强冷却效果，不过薄管板式急冷锅炉在高压工艺介质下，管板的承压能力有限，薄管板变形量大，从而影响管头的焊接质量。第三种是带挠性结构的薄管板式急冷锅炉，除了薄管板可以减少热应力和增强冷却效果外，此种急冷锅炉的绕性结构可以有效地补偿换热管与壳体的温差应力，保护换热管的管头与管板的焊缝不受应力冲击，相比不带挠性结构的薄管板式急冷锅炉，其管板的承压能力有所加强，不过对于大直径管板和高压工艺介质，其承压能力还是有限。

通过对目前几种不同急冷锅炉的结构分析，可知它们都只是局部的解决了急冷锅炉的使用问题，尤其对于大直径管板和高压工艺介质，要么换热效果差，要么温差应力大，要么承压能力有限，因此研发和应用一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种冷却效果好，管板承压能力强且换热管与管板焊接处应力小的用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉提供了一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，包括进口管箱、出口管箱和壳体，壳体内置有换热管，壳体的两端分别通过双管板结构连接进口管箱和出口管箱，双管板结构包括薄管板、厚管板和位于薄管板和厚管板之间的拉筋，拉筋的一端与薄管板固接，拉筋的另一端与厚管板固接，换热管的管头穿过厚管板与薄管板固接。

其中，拉筋有多条，换热管有多条，多条拉筋和多条换热管都为矩阵排布。

其中，多条拉筋和多条换热管都为正方矩阵排布，各个换热管位于每四个相邻拉筋所围成的正方形的中部。

其中，拉筋有多条，换热管有多条，多条拉筋和多条换热管都绕壳体的轴线呈环形排布。

其中，多条拉筋组成多个拉筋环，多条换热管组成多个换热管环，换热管环与拉筋环间隔均匀排布。

其中，拉筋的一端贯穿薄管板与其焊接，拉筋的另一端嵌入厚管板与其焊接。

其中，换热管与厚管板以深孔胀接的方式固接，换热管的管头穿过薄管板并与其焊接。

其中，位于进口管箱侧的薄管板开设有冷却介质下降管，位于出口管箱侧的薄管板开设有冷却介质上升管，厚管板开设有用于冷却介质在壳体内流通的通孔，通孔的流通面积不小于冷却介质下降管或者冷却介质上升管的流通面积。

其中，通孔有多个，多个通孔位于厚管板的边缘部且绕厚管板的中心成环形排布。

其中，双管板结构还包括筒节，筒节的一端与薄管板固接，筒节的另一端与厚管板固接，拉筋内置于筒节。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的双管板组合式急冷锅炉，其结构包括双管板结构，双管板结构包括薄管板、厚管板和拉筋，拉筋的一端与薄管板固接，拉筋的另一端与厚管板固接，换热管的管头穿过厚管板与薄管板固接。在急冷锅炉运行时，薄管板由于其弹性变形可以吸收部分热膨胀，且薄管板导热效果比较好，使得薄管板两侧的温差小，从而减小了管板在工作中的热应力，增强冷却效果；另外，拉筋将薄管板和厚管板连接成一个整体，薄管板得到了强化，在任何运行条件下薄管板都不易变形而保持为平面状态，使得薄管板与壳体的固接处不承受弯曲交变载荷，进而薄管板能够承受较大的压力，提高薄管板的承压能力，尤其对于大直径管板和高压冷却介质，效果更为显著；进一步的，冷却介质在壳体内流通时，壳体因承受压应力和温度变化而引起的伸长量与换热管热膨胀的伸长量几乎相同，且方向相同，这使得换热管不再受拉力作用，进而使得换热管与薄管板固接处应力很小，可以有效延长急冷锅炉的运行周期。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本实用新型的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉的结构示意图。

图2为图1中I处的局部放大结构示意图。

图3为图2中C-C剖面结构中拉筋呈矩阵分布的结构示意图。

图4为图3中II处的局部放大结构示意图。

图5为图2中C-C剖面结构中拉筋呈环形分布的结构示意图。

图6为图5中III处的局部放大结构示意图。

图7为换热管与厚管板深孔胀接的结构示意图。

在图1至图7中包括有：

1-进口管箱；

2-分布器；

3-薄管板；

4-拉筋；

5-厚管板；

6-换热管；

7-壳体；

8-出口管箱；

9-饱和蒸汽上升管；

10-筒节；

11-拉筋沉孔；

12-饱和蒸汽流通孔；

13-支持板；

14-饱和蒸汽下降管。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

本实用新型的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉的具体实施方式之一，该实施例的急冷锅炉主要应用在煤化工油气的急冷。如图1和图2所示，双管板组合式急冷锅炉的结构包括包括进口管箱1、出口管箱8和壳体7，壳体7内置有换热管6和支持板13，支持板13对换热管6起到支承和固定作，壳体7的两端分别通过双管板结构连接进口管箱1和出口管箱8，双管板结构包括薄管板3、厚管板5和筒节10，筒节10的一端与薄管板3焊接，筒节10的另一端与厚管板5焊接，拉筋4内置于筒节10，拉筋4的一端穿过薄管板3并与其焊接，拉筋4的另一端嵌入厚管板5并与其焊接，这样拉筋4就将薄管板3和厚管板5连接成一个整体，厚管板5通过拉筋4对薄管板3起到支承作用，进而可有效增强薄管板3的承压能力。

进一步的，厚管板5设有拉筋沉孔11，拉筋4的端部***拉筋沉孔11中再进行焊接，增强拉筋4和厚管板5焊接的牢固性和稳定性。

如图1和图2所示，换热管6的管头穿过厚管板5与薄管板3固接，位于进口管箱1侧的薄管板3开设有冷却介质下降管，位于出口管箱8侧的薄管板3开设有冷却介质上升管，厚管板5开设有用于冷却介质在壳体7内流通的通孔，本实施例中冷却介质为饱和蒸汽，冷却介质下降管可叫饱和蒸汽下降管14，冷却介质上升管可叫饱和蒸汽上升管9，厚管板5的通孔可叫饱和蒸汽流通孔12。这样急冷锅炉运行时，高温烟气从进口管箱1进入换热管6然后从出口管箱8流出（如图中箭头所示），饱和蒸汽依次通过蒸汽上升管、饱和蒸汽流通孔12和和蒸汽下降管在壳体7内流通（如图中箭头所示），进而实现对换热管6内高温烟气的冷却。

在急冷锅炉运行时，由于薄管板3具有较大的弹性变形，其可以吸收部分热膨胀，且由于薄管板3导热效果比较好，使得薄管板3两侧的温差小，不仅减小了管板在工作中的热应力，而且增强冷却效果；另外，由于拉筋4将薄管板3和厚管板5连接成一个整体，薄管板3因厚管板5的支承而得到强化，在任何运行条件下薄管板3都不易弯曲变形而保持为平面状态，使得薄管板3与壳体7的焊接处不承受弯曲交变载荷，进而使得薄管板3能够承受较大的压力，提高薄管板3的承压能力，尤其对于大直径管板和高压的饱和蒸汽，效果更为显著；进一步的，饱和蒸汽在壳体7内流通时，壳体7因承受压应力和温度变化而引起的伸长量与换热管6受热膨胀的伸长量几乎相同，且方向相同，两者可以相互抵消，这样使得换热管6不再受拉应力作用，进而使得换热管6与薄管板3焊接处应力很小，可以有效增加换热管6的长度，实现大尺寸急冷锅炉的生产。

进一步的，进口管箱1内安装有分布器2，高温烟气通过分布器2后，能够使得高温烟气的流速更加均匀,同时可以保护薄管板33不受高温烟气的冲蚀。

如图3和图4所示，拉筋4有多条，换热管6有多条，多条拉筋4和多条换热管6都为正方矩阵排布，各个换热管6都位于每四个相邻拉筋4所围成的正方形的中部，这样使得薄管板3受到的支承力更为均匀而使其不易变形，进而不仅能够有效减小薄管板3与壳体7焊接处的弯曲交变载荷，而且能够有效减小换热管6与薄管板3焊接处的应力。

本实施例中通孔有多个，多个通孔位于厚管板5的边缘部且绕厚管板5的中心成环形排布，而换热管6和拉筋4集中在厚管板5的中部。

如图7所示，换热管6贯穿厚管板5且与其以深孔胀接的方式进行固接，增加了换热管6承受应力的能力。

本实施例中急冷锅炉的具体运行过程如下，如图1和图2所示，高温烟气从管口A进入到进口管箱1中并流入分布器2，通过分布器2后高温烟气的流速更加均匀,同时可以保护薄管板3不受高温烟气的冲蚀，高温烟气流出分布器2后，进入换热管6，最后从出口管箱8的管口B流出。在高温烟气在换热管6内流动的过程中，饱和蒸汽从饱和蒸汽下降管14进入位于出口管箱8侧的筒节10，经过与该筒节10连接的厚管板5的饱和蒸汽流通孔12流入壳体7，然后从壳体7经由位于进口管箱1侧的厚管板5的饱和蒸汽流通孔12进入与该厚管板5连接筒节10内，最后从饱和蒸汽上升管9流出，这样饱和蒸汽能够充分与换热管6内的高温烟气进行热交换，从而实现高温烟气的急速冷却。

实施例2

实用新型的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉的具体实施方式之二，如图5和图6所示，本实施例与实施例1的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，多条拉筋4和多条换热管6都绕壳体7的轴线呈环形排布，其中多条拉筋4组成多个拉筋4环，多条换热管6组成多个换热管6环，换热管6环与拉筋4环间隔均匀排布，这样使得薄管板3受到的支承力更为均匀而使其不易变形，进而不仅能够有效减小薄管板3与壳体7焊接处的弯曲交变载荷，而且能够有效减小换热管6与薄管板3焊接处的应力，可有效延长急冷锅炉的运行周期。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，包括进口管箱、出口管箱和壳体，壳体内置有换热管，其特征在于：壳体的两端分别通过双管板结构连接进口管箱和出口管箱，其特征在于：双管板结构包括薄管板、厚管板和位于薄管板和厚管板之间的拉筋，拉筋的一端与薄管板固接，拉筋的另一端与厚管板固接，换热管的管头穿过厚管板与薄管板固接。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，其特征在于：拉筋有多条，换热管有多条，多条拉筋和多条换热管都为矩阵排布。

3.根据权利要求2所述的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，其特征在于：多条拉筋和多条换热管都为正方矩阵排布，各个换热管位于每四个相邻拉筋所围成的正方形的中部。

4.根据权利要求1所述的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，其特征在于：拉筋有多条，换热管有多条，多条拉筋和多条换热管都绕壳体的轴线呈环形排布。

5.根据权利要求4所述的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，其特征在于：多条拉筋组成多个拉筋环，多条换热管组成多个换热管环，换热管环与拉筋环间隔均匀排布。

6.根据权利要求1所述的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，其特征在于：拉筋的一端贯穿薄管板与其焊接，拉筋的另一端嵌入厚管板与其焊接。

7.根据权利要求1所述的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，其特征在于：换热管与厚管板以深孔胀接的方式固接，换热管的管头穿过薄管板并与其焊接。

8.根据权利要求1所述的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，其特征在于：位于进口管箱侧的薄管板开设有冷却介质下降管，位于出口管箱侧的薄管板开设有冷却介质上升管，厚管板开设有用于冷却介质在壳体内流通的通孔，通孔的流通面积不小于冷却介质下降管或者冷却介质上升管的流通面积。

9.根据权利要求8所述的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，其特征在于：通孔有多个，多个通孔位于厚管板的边缘部且绕厚管板的中心成环形排布。

10.根据权利要求1所述的一种用于煤化工的双管板组合式急冷锅炉，其特征在于：双管板结构还包括筒节，筒节的一端与薄管板固接，筒节的另一端与厚管板固接，拉筋内置于筒节。