成氣管通過(guò)的管孔，均勻分布于半徑R的以所述冷卻室軸線為中心的圓周上。冷卻室管板與合成氣管之間環(huán)隙rl, rl = 5?20mm，作為進(jìn)入冷卻室內(nèi)冷卻水的出口。冷卻室管板上共有25個(gè)用于冷卻水管通過(guò)的管孔，其中一個(gè)位于冷卻室管板中心，其余均勻分布在以冷卻室軸線為中心的3個(gè)圓周上。位于合成管之間的冷卻水管通過(guò)的開(kāi)孔位于相鄰的兩個(gè)合成管中間；位于合成管兩側(cè)的合成氣管通過(guò)的開(kāi)孔與冷卻水管通過(guò)的開(kāi)孔的中心距r2，r2為合成氣管通過(guò)的開(kāi)孔直徑的I?5倍。
[0038]參見(jiàn)圖3，冷卻水管端部與合成氣撓性管板間距S2為5?30mm。冷卻水管端部側(cè)面具有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的矩形開(kāi)口，供冷卻水流入冷卻室內(nèi)。矩形開(kāi)口法線方向指向合成氣管的中心，開(kāi)口高度d為5?30mmo
[0039]參見(jiàn)圖4，冷卻水管端部側(cè)面矩形開(kāi)口扇形角度a為30?180°。
[0040]參見(jiàn)圖5，合成氣管靠近合成氣管撓性管板一端內(nèi)部包含一段長(zhǎng)度I為50?600mm的隔熱套管。
[0041]天然氣、焦?fàn)t氣等氣態(tài)烴通過(guò)非催化部分氧化法生產(chǎn)合成氣(CCHH2)，轉(zhuǎn)化爐出口的溫度一般在1200°C?1400°C，合成氣中大量的顯熱通過(guò)火管式廢熱鍋爐得以回收。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，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(wèn)題，它是火管式廢熱鍋爐中工作條件最苛刻的部件。一種冷卻效果優(yōu)良的廢熱鍋爐管板冷卻室，是實(shí)現(xiàn)火管式廢熱鍋爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)鍵因素。
[0042]本發(fā)明的廢熱鍋爐管板冷卻室，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括冷卻室管板1、合成氣管撓性管板2、冷卻水進(jìn)水管3、隔熱套管4、合成氣管5、合成氣入口管6、中心冷卻水出水管7、矩形開(kāi)口 8。以下是具體實(shí)例介紹管板冷卻室結(jié)構(gòu)和冷卻效果。冷卻室管板I和合成氣管撓性管板2組成冷卻水室，其高度為h = 124mm,半徑為650_。圖1中的橫截面A-A的管道分布如圖2所示，冷卻室管板I上共有8個(gè)用于合成氣管5通過(guò)的管孔，管孔均勻分布于半徑R = 35Omn的以冷卻室軸線為中心的圓周上。冷卻室管板I與合成氣管5之間環(huán)隙寬度為rl = 10mm，是進(jìn)入冷卻室內(nèi)冷卻水的出口。冷卻室管板I上共有25個(gè)用于冷卻水進(jìn)水管通過(guò)的管孔，其中I個(gè)位于冷卻室管板I的中心，安裝中心冷卻水出水管7，其中8個(gè)管孔位于合成管5所在的圓周上，分布在相鄰的兩個(gè)合成管中間；其余16根冷卻水進(jìn)水管3均勻分布在以冷卻室軸線為中心的2個(gè)圓周上。這2個(gè)圓周分別位于合成氣管5兩側(cè)，合成氣管5通過(guò)的開(kāi)孔與冷卻水管3通過(guò)的開(kāi)孔的中心距r2 = 200_。各冷卻水進(jìn)水管3的出水方向如圖2冷卻水進(jìn)水管3上的箭頭所示。矩形開(kāi)口 8是冷卻水進(jìn)入冷卻室的入口，其位于冷卻水進(jìn)口管3端部側(cè)面，矩形開(kāi)口 8如圖3所示，其法線方向指向合成氣管的中心，開(kāi)口高度為d = 20mm。矩形開(kāi)口 8的扇形角度如圖4所示，角度大小為120°。為了避免局部高溫，在合成氣入口管6和合成氣管5的結(jié)合處裝有隔熱套管4，其長(zhǎng)度為70_。合成氣管道5半徑為84mm，冷卻水進(jìn)口管3半徑為60mm。
[0043]溫度為1300°C，壓力為3.6MPa，摩爾流量為5000kmol/h的高溫合成氣(H2、C0、H20、0)2體積分?jǐn)?shù)分別為58.29%,23.79%,15.79%,2.13% )從合成氣入口管6進(jìn)入合成氣管5，合成氣再流入廢熱鍋爐的冷卻盤(pán)管。質(zhì)量流量為192t/h，初始溫度為239°C，壓力為4.SMPa的冷卻水從冷卻水進(jìn)口管3端部側(cè)面的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的矩形開(kāi)口 8流入冷卻室內(nèi)。冷卻水在冷卻室內(nèi)流動(dòng)，對(duì)合成氣管撓性管板2和冷卻合成氣管5進(jìn)行冷卻，然后從冷卻室管板I與合成氣管5之間的環(huán)隙流入廢熱鍋爐的水側(cè)。本發(fā)明中冷卻水從冷卻水管3進(jìn)入冷卻室內(nèi)，通過(guò)冷卻水管3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。合成氣入口管6和合成氣管5的結(jié)合處設(shè)有隔熱套管4，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，有效的保護(hù)了合成氣管道5和合成氣撓性管板2。冷卻室管道分布增強(qiáng)了冷卻水的湍流程度，從而有效提高了傳熱系數(shù)，增強(qiáng)了傳熱；冷卻室的管道分布使得冷卻水流場(chǎng)均勻，對(duì)合成氣管道5和合成氣管撓性管板2的冷卻均勻，避免了局部傳熱惡化。合成氣管撓性管板2與合成氣管道5的連接處是管板冷卻室中最苛刻的部位，通過(guò)本設(shè)置，使其表面最高溫度降低到了 600K以下，從而保證了火管式廢熱鍋爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高溫火管式廢熱鍋爐管板冷卻室，其特征在于，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(guò)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(guò)所述冷卻室管板接入所述冷卻室內(nèi)部； 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(guò)的合成氣通道開(kāi)孔以及η個(gè)用于所述冷卻水管通過(guò)的開(kāi)孔，m彡3，η彡m+1 ; 所述撓性管板上具有m個(gè)用于所述合成氣管通過(guò)的開(kāi)孔，并且與所述合成氣通道開(kāi)孔對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管板冷卻室，其特征在于，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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管板冷卻室，其特征在于，所述冷卻室管板與所述撓性管板的間距h為100?60Ctamo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的管板冷卻室，其特征在于，所述撓性管板上的開(kāi)孔以及所述合成氣通道開(kāi)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?2000mmo
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管板冷卻室，其特征在于，所述冷卻室管板上用于所述冷卻水管通過(guò)的η個(gè)開(kāi)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撓性管板的間距SI為5?30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管板冷卻室，其特征在于，所述冷卻室管板上除位于所述冷卻室管板的中心的開(kāi)孔外，其余用于所述冷卻水管通過(guò)的開(kāi)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； 合成氣管通過(guò)的開(kāi)孔與冷卻水管通過(guò)的開(kāi)孔的中心距為r2，r2是合成氣管通過(guò)的開(kāi)孔直徑的I?5倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的管板冷卻室，其特征在于，n^ 3m+l ; 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(guò)的開(kāi)孔中，m個(gè)分布在所述合成氣通道開(kāi)孔中間，m個(gè)分布在與所述合成氣管通道開(kāi)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(kāi)孔同徑的內(nèi)側(cè)圓周上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管板冷卻室，其特征在于，所述冷卻水管的端部與所述撓性管板的間距S2為5?30mmο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管板冷卻室，其特征在于，所述冷卻水管的端部側(cè)面具有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的矩形開(kāi)口，供冷卻水流入所述冷卻室內(nèi)； 所述矩形開(kāi)口的法線方向指向所述合成氣管的中心，開(kāi)口高度d為5?30mm，開(kāi)口扇形角度a為30?180°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管板冷卻室，其特征在于，所述合成氣管靠近所述撓性管板的一端內(nèi)部包含長(zhǎng)度I為50?600mm的隔熱套管。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種高溫火管式廢熱鍋爐管板冷卻室，包括冷卻室管板、合成氣管撓性管板、合成氣管和冷卻水管共四個(gè)部分。冷卻室是由冷卻室管板和合成氣撓性管板組成的封閉空間，合成氣管通過(guò)撓性管板和冷卻室管板貫穿整個(gè)冷卻室，冷卻水管通過(guò)冷卻室管板接入冷卻室內(nèi)。冷卻室具有一定的高度，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^(guò)熱。冷卻水從冷卻水管進(jìn)入冷卻室內(nèi)，通過(guò)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?？拷鼡闲怨馨迦肟诘暮铣蓺夤軆?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。
【IPC分類(lèi)】F22B9-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104791747
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510133353
【發(fā)明人】李超, 代正華, 王輔臣, 龔欣, 于廣鎖, 劉海峰, 王亦飛, 周志杰, 陳雪莉, 梁欽鋒, 許建良, 郭慶華, 郭曉鐳, 李偉鋒, 王興軍, 陸海峰, 趙輝, 龔巖, 劉霞, 王立
【申請(qǐng)人】華東理工大學(xué), 上海熠能燃?xì)饪萍加邢薰?br>【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日