一種高溫火管式廢熱鍋爐管板冷卻室的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種換熱器，具體地，涉及一種高溫火管式廢熱鍋爐的管板冷卻室。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣、頁巖氣、煤層氣、油田氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、熱解氣等氣態(tài)烴以甲烷為主要成分，是重要的基礎(chǔ)能源和化工原料。利用氣態(tài)烴生產(chǎn)合成氣(CCHH2)是能源化工中的重要工藝技術(shù)，合成氣可進(jìn)而合成氨、甲醇、油品等大宗化學(xué)品。實(shí)施氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化制合成氣的開發(fā)和應(yīng)用，對(duì)提高能源利用效率，促進(jìn)行業(yè)的節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。
[0003]目前成熟的氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化制合成氣工藝有蒸汽轉(zhuǎn)化串聯(lián)自熱轉(zhuǎn)化法(或稱蒸汽轉(zhuǎn)化法)、自熱轉(zhuǎn)化法和非催化部分氧化法三類。采用氣流床反應(yīng)器的氣態(tài)烴非催化部分氧化法具有工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、無需催化劑、得到的合成氣中合成中h2/co體積比接近于2，合成氣無需進(jìn)行變換反應(yīng)就可以直接用于甲醇合成、乙二醇合成和F-T合成等優(yōu)點(diǎn)。因此，氣態(tài)烴非催化部分氧化技術(shù)受到了越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。
[0004]通過氣態(tài)烴非催化部分氧化法實(shí)現(xiàn)氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化時(shí)，轉(zhuǎn)化爐內(nèi)氣體射流速度高、停留時(shí)間短、且沒有催化劑的存在。因此，要實(shí)現(xiàn)較高的甲烷轉(zhuǎn)化率，就必須要達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化溫度。轉(zhuǎn)化爐通常采用純氧作為氧化劑，為氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化提供能量，并使014與0)2和H2O等發(fā)生反應(yīng)，生成合成氣有效成分CO和H2。
[0005]轉(zhuǎn)化爐出口合成氣溫度一般在1200°C?1400°C，在這樣的高溫下，合成氣中含有大量的顯熱，對(duì)這部分顯熱進(jìn)行回收可以提高整個(gè)流程的能量利用效率，具有重要的價(jià)值。目前，高溫合成氣的顯熱回收主要有直接激冷和廢熱鍋爐回收兩種方法。直接激冷通過將高溫合成氣導(dǎo)入轉(zhuǎn)化爐爐膛下方的激冷室內(nèi)與激冷水直接接觸，使大量激冷水蒸發(fā)，提高合成氣中所含的水蒸氣量。廢熱鍋爐回收方法則通過導(dǎo)管將高溫合成氣導(dǎo)入與轉(zhuǎn)化爐連接的廢熱鍋爐中通過換熱的方式副產(chǎn)中高壓蒸汽。廢熱鍋爐大多采用火管式結(jié)構(gòu)，合成氣走管程、鍋爐水走殼程?；鸸苁綇U熱鍋爐相較于其它廢熱鍋爐型式，具有熱效率高、副產(chǎn)蒸汽壓力高和適用高溫氣體冷卻等優(yōu)勢(shì)。
[0006]火管式廢熱鍋爐是熱量回收式氣態(tài)烴非催化部分氧化裝置的關(guān)鍵設(shè)備(中國專利ZL201210462013.1)，其長周期穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)裝置來說至關(guān)重要。廢熱鍋爐管板冷卻室是高溫合成氣進(jìn)入換熱器管程的入口，主要起到合成氣管的固定和定位作用，同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)合成氣撓性管板的高效冷卻。廢熱鍋爐管板冷卻室是火管式廢熱鍋爐的關(guān)鍵部件。由于合成氣進(jìn)入廢熱鍋爐管板冷卻室時(shí)尚未經(jīng)冷卻，合成氣管撓性管板面臨著高溫、高熱應(yīng)力等問題，它是火管式廢熱鍋爐中工作條件最苛刻的部件。目前工業(yè)運(yùn)行的氣態(tài)烴非催化部分氧化裝置的合成氣管撓性管板常常由于冷卻不足和冷卻不均勻而導(dǎo)致燒穿，進(jìn)而導(dǎo)致裝置停車，極大地制約了整個(gè)氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化裝置的長周期運(yùn)行。因此，工業(yè)界希望開發(fā)出一種冷卻效果優(yōu)良的廢熱鍋爐管板冷卻室，實(shí)現(xiàn)火管式廢熱鍋爐的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]高溫火管式廢熱鍋爐管板冷卻室的合成氣管撓性管板常采用水冷方式冷卻，通過循環(huán)冷卻水在管板表面和合成氣管附近流動(dòng)導(dǎo)致的強(qiáng)制對(duì)流換熱來降低管板溫度。管板冷卻室結(jié)構(gòu)不合理，容易導(dǎo)致冷卻水分布不均勻、合成氣管撓性管板冷卻不均、合成氣管附近冷卻水燒干等問題。本發(fā)明提出一種高溫廢熱鍋爐管板冷卻室結(jié)構(gòu)，通過合理設(shè)計(jì)冷卻水管布置、冷卻水入合成氣管撓性管板進(jìn)口方向、在合成氣管內(nèi)設(shè)置隔熱套管來解決合成氣管燒性管板冷卻不足、冷卻不均勻的問題。
[0008]具體方案如下:
[0009]一種高溫火管式廢熱鍋爐管板冷卻室，所述冷卻室是由冷卻室管板和撓性管板組成的封閉空間，合成氣管通過所述冷卻室管板和撓性管板貫穿整個(gè)所述冷卻室，冷卻水管通過所述冷卻室管板接入所述冷卻室內(nèi)部；
[0010]其中，所述冷卻室管板上具有m個(gè)用于所述合成氣管通過的合成氣通道開孔以及η個(gè)用于所述冷卻水管通過的開孔，m彡3，η彡m+1 ;
[0011]所述撓性管板上具有m個(gè)用于所述合成氣管通過的開孔，并且與所述合成氣通道開孔對(duì)應(yīng)。
[0012]所述冷卻室管板與所述合成氣管的環(huán)隙為rl，rl = 5?20mm，所述環(huán)隙組成進(jìn)入所述冷卻室內(nèi)冷卻水的出口。
[0013]所述冷卻室管板與所述撓性管板的間距h為100?600mm。
[0014]所述撓性管板上的開孔以及所述合成氣通道開孔都均勻分布在以所述冷卻室軸線為中心的半徑為R的圓周上，R為200?2000mm。
[0015]所述冷卻室管板上用于所述冷卻水管通過的η個(gè)開孔中，有一個(gè)位于所述冷卻室管板的中心，即，接入該中心的冷卻水管為中心冷卻水出水管，用于強(qiáng)化所述撓性管板中心區(qū)域水的流動(dòng)，作為所述撓性管板中心區(qū)域的冷卻水出口；所述中心冷卻水出水管與所述燒性管板的間距SI為5?30mmο
[0016]所述冷卻室管板上除位于所述冷卻室管板的中心的開孔外，其余用于所述冷卻水管通過的開孔均勻分布在以所述冷卻室軸線為中心的I個(gè)或者多個(gè)圓周上；
[0017]合成氣管通過的開孔與冷卻水管通過的開孔的中心距為r2，r2是合成氣管通過的開孔直徑的I?5倍。
[0018]優(yōu)選地，η彡 3m+l;
[0019]當(dāng)n = 3m+l時(shí)，所述冷卻室管板上用于所述冷卻水管通過的開孔中，m個(gè)分布在所述合成氣通道開孔中間，m個(gè)分布在與所述合成氣管通道開孔同徑的外側(cè)圓周上，m個(gè)分布在與所述合成氣通道開孔同徑的內(nèi)側(cè)圓周上。
[0020]所述冷卻水管的端部與所述撓性管板的間距S2為5?30mm。
[0021]所述冷卻水管的端部側(cè)面具有兩個(gè)對(duì)稱的矩形開口，供冷卻水流入所述冷卻室內(nèi)；
[0022]所述矩形開口的法線方向指向所述合成氣管的中心，開口高度d為5?30mm，開口扇形角度a為30?180°。通過冷卻水管端部出口達(dá)到強(qiáng)化合成氣管壁附近流動(dòng)、消除流動(dòng)死區(qū)的作用。
[0023]所述合成氣管靠近所述撓性管板的一端內(nèi)部包含長度I為50?600mm的隔熱套管。通過靠近撓性管板入口的合成氣管內(nèi)設(shè)有隔熱套管，可增加局部熱阻、降低局部傳熱量、降低熱應(yīng)力和管壁附近溫度。
[0024]來自氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐的高溫合成氣流經(jīng)合成氣管，然后進(jìn)入冷卻室上部的合成氣廢熱鍋爐中回收熱量。
[0025]本發(fā)明的廢熱鍋爐管板冷卻室結(jié)構(gòu)具有冷卻室內(nèi)冷卻水分布均勻、高溫合成氣管附近冷卻充分、合成氣管與合成氣管撓性管板連接處熱流密度低、熱應(yīng)力小等特點(diǎn)，保證撓性管板附近冷卻水的均布、避免局部冷卻水分布較少導(dǎo)致?lián)闲怨馨暹^熱，可以顯著提高合成氣管撓性管板的使用壽命。冷卻室具有一定的高度，冷卻水從冷卻水管進(jìn)入冷卻室內(nèi)，通過冷卻水管端部出口流向設(shè)置達(dá)到強(qiáng)化合成氣管壁附近流動(dòng)、消除流動(dòng)死區(qū)的作用。靠近撓性管板入口的合成氣管內(nèi)設(shè)有隔熱套管，可增加局部熱阻、降低局部傳熱量、降低熱應(yīng)力和管壁附近溫度。
【附圖說明】
[0026]圖1是實(shí)施例的廢熱鍋爐管板冷卻室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是實(shí)施例的廢熱鍋爐管板冷卻室的A-A向剖面圖；
[0028]圖3是實(shí)施例的冷卻水管端部I的放大示意圖；
[0029]圖4是實(shí)施例的冷卻水管端部B-B向剖面圖；
[0030]圖5是實(shí)施例的入口合成氣管與廢熱鍋爐管板連接處II的放大示意圖。
[0031]符號(hào)說明
[0032]I冷卻室管板；2合成氣管撓性管板；3冷卻水進(jìn)水管；4隔熱套管；
[0033]5合成氣管；6合成氣入口管；7中心冷卻水出水管；8矩形開口。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035]實(shí)施例1
[0036]參見圖1，高溫火管式廢熱鍋爐的管板冷卻室結(jié)構(gòu)包括冷卻室管板、合成氣管撓性管板、合成氣管和冷卻水管四個(gè)部分，冷卻水管包括冷卻水進(jìn)水管和中心冷卻水出水管。中心冷卻水出水管與合成氣撓性管板的間距SI為5?30mm。冷卻室管板與合成氣撓性管板間距h為100?600mmo
[0037]參見圖2，冷卻室管板上共有8個(gè)用于合