專利名稱：高溫高含塵爐氣急冷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油、化工、建材等行業(yè)加熱爐高溫爐氣余熱回收裝置。特別適用于各 種高溫裂解爐高含塵爐氣相配套的急冷器，具體地說是一種利用高效換熱器來實(shí)現(xiàn)余熱回 收的高溫高含塵爐氣急冷器。本發(fā)明不僅僅適用于炭黑裂解爐，可以適用于各種高溫高含 塵爐窯的爐氣余熱回收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在乙烯裂解裝置中，普遍使用余熱鍋爐對裂解爐裂解過程中產(chǎn)生的高溫爐氣余熱 進(jìn)行回收利用，以降低成本，同時(shí)滿足下一個(gè)工藝裝置對溫度要求，減少其對環(huán)境的污染。 在炭黑生產(chǎn)裝置中，為得到各種性能的炭黑產(chǎn)品，需要對炭黑裂解爐爐氣進(jìn)行快速冷卻，目 前國內(nèi)一般用水來急冷，不僅要消耗大量的水，浪費(fèi)大量的高品位熱能，而且對后面炭黑的 收集和尾氣處理帶來困難，如果使用耐高溫高效急冷器，不僅能獲得各種高性能炭黑，而且 使得系統(tǒng)能耗大大降低。乙烯裂解余熱鍋爐設(shè)計(jì)的進(jìn)口工作溫度一般都在800°C以下，近年來，隨著各種余 熱鍋爐制造技術(shù)的不斷提高，它們的關(guān)鍵部件都能滿足要求，但是在某些特殊工藝條件下， 例如炭黑裂解，從炭黑裂解爐出來的炭黑爐氣溫度達(dá)到了 1500°C，含塵量達(dá)到了 300 600 克/立方米，溫度將近是乙烯裂解爐爐氣溫度的兩倍，含塵量是一般含塵煙氣100 150克 /立方米的兩倍以上，而且炭黑爐氣需要急速冷卻，以前的余熱鍋爐設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)滿足不了 這種超高溫高含塵爐氣的工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的余熱鍋爐換熱管因?yàn)楦邷責(zé)崤蛎泴馨瀹a(chǎn)生巨大的 溫差應(yīng)力而造成嚴(yán)重破壞，高含塵爐氣特殊物理特性造成換熱管堵塞，從而使得換熱管換 熱不均勻等原因造成停車事故而設(shè)計(jì)的一種不僅在超高溫下能正常工作，且又具有在線脈 沖除垢配套系統(tǒng)的高溫高含塵爐氣急冷器。本發(fā)明的技術(shù)方案是由三大部分組成。一種高溫高含塵爐氣急冷器，包括急冷器進(jìn)口管道、出口導(dǎo)管、爐氣出口管道和冷 空氣進(jìn)口導(dǎo)管，高溫高含塵爐氣急冷器由雙套管水/蒸汽自然循環(huán)一次冷卻結(jié)構(gòu)和管殼空 氣二次冷卻結(jié)構(gòu)構(gòu)成，雙套管由雙套管外管和傳熱內(nèi)管組成，雙套管分別與兩個(gè)反方向設(shè) 置的橢圓形管板連接，雙套管兩端分別置于熱端腰形集流管和冷端腰形集流管內(nèi)，雙套管 中部設(shè)有外筒體膨脹節(jié)。所述急冷器進(jìn)口管道與熱端腰形集流管之間用U形薄板連接；爐氣出口管道與冷 端腰形集流管之間用U形薄板連接。與所述傳熱內(nèi)管連接的橢圓形管板表面覆蓋一層鈷質(zhì)耐火澆注料耐磨層，雙套管 傳熱內(nèi)管管端安裝有管端熱防磨保護(hù)管套。所述熱端腰形集流管和冷端腰形集流管之間部分為管殼式空氣冷卻結(jié)構(gòu)，換熱介質(zhì)分別與兩端的熱端腰形集流管和冷端腰形集流管之間用一個(gè)起密封作用的柔性薄板隔 開。所述爐氣出口管道設(shè)有爐氣出口管道保溫層和脈沖除垢系統(tǒng)。所述脈沖除垢系統(tǒng)的蒸汽導(dǎo)管呈環(huán)形結(jié)構(gòu)，由一整根管子構(gòu)成的內(nèi)環(huán)管和外環(huán)管 分別在兩個(gè)平面內(nèi)，內(nèi)環(huán)管與外環(huán)管之間連接著多根支管，支管連接蒸汽分配管，蒸汽分配 管上設(shè)有高壓噴咀，高壓噴咀對著傳熱內(nèi)管的傳熱內(nèi)管入口端。所述熱端腰形集流管外部設(shè)有波紋管，熱端腰形集流管上連接熱端水/蒸汽聯(lián) 箱；冷端腰形集流管外部設(shè)有波紋管，冷端腰形集流管上連接下降聯(lián)箱。所述急冷器本體與汽包通過上升管、下降管連接組成水/蒸汽自然循環(huán)系統(tǒng)。1、雙套管式一次換熱急冷器主要由爐氣進(jìn)/出口管道、腰形集流管、雙套管、蒸汽聯(lián)箱、冷卻水聯(lián)箱和 脈沖除垢系統(tǒng)組成，爐氣進(jìn)口管道澆注著隔熱材料和鈷質(zhì)耐火澆注料耐磨層。與進(jìn)口管道 活動連接的是腰形集流管，腰形集流管可以沿著軸線方向移動，它們之間在沒有開車前有 一段的距離。為了防止炭黑泄露出，進(jìn)口管道和腰形集流管用U形薄板連接，U形薄板可以 沿軸線方向自由變形。急冷器最重要的部件是腰形集流管，它由兩個(gè)反方向的橢圓形管板、 膨脹節(jié)、整體加強(qiáng)環(huán)、內(nèi)襯套、部分加強(qiáng)環(huán)和支持環(huán)組成。靠近炭黑煙氣進(jìn)口一側(cè)的管板表 面也附著一層鈷質(zhì)耐火澆注料耐磨層，貫穿腰形集流管的是換熱管的內(nèi)套管，內(nèi)管的內(nèi)壁 安裝著管端熱防磨保護(hù)管套，借此來保護(hù)管頭。膨脹節(jié)經(jīng)過整體加強(qiáng)環(huán)和部分加強(qiáng)環(huán)的加 固，不僅能保證軸線方向大的位移量，而且能夠承受很高的周向壓力。內(nèi)襯套是為了防止流 體進(jìn)入膨脹節(jié)的波峰部位造成不必要死區(qū)而引起腐蝕破壞。集流管外管壁的支持環(huán)顧名思 義，起到支撐腰形集流管的作用，它和保護(hù)筒節(jié)并沒有焊接在一起，而是支持環(huán)支撐著腰形 集流管沿著軸向方向自由活動，同時(shí)它可以作為支撐桿的固定部件。與集流管相連接的是 冷卻水聯(lián)箱，它由兩個(gè)半圓形管道組成，連接集流管和聯(lián)箱的是數(shù)根直徑稍微小一點(diǎn)的導(dǎo) 管，從外部進(jìn)來的冷卻水首先通過聯(lián)箱的匯總，然后再由小導(dǎo)管均勻分布到腰形集流管中。 為了防止冷卻水直接沖刷換熱管，在冷端集流管冷卻水進(jìn)口的地方設(shè)置了防沖擋板，減少 急冷器的震動破壞。2、管殼式二次換熱急冷器的中間部分是管殼式換熱，換熱介質(zhì)用一個(gè)柔性薄板隔開，它僅僅起到密 封作用，不起承壓作用，所以它很薄，柔性很大，沿軸線方向可以自由活動，配合了第一部分 換熱系統(tǒng)工作時(shí)造成的反應(yīng)動作。冷空氣進(jìn)口管安置在腰形集流管右邊，目的是使得冷空 氣介質(zhì)可以和熱蒸汽呈逆流換熱。之所以急冷器增加管殼式換熱是因?yàn)榻?jīng)過套管式換熱后 熱蒸汽的溫度達(dá)到200°C以上，這部分熱量不能白白散發(fā)到空氣中去，所以為了充分利用這 部分的熱能，采取了急冷器的二次換熱，二次換熱加熱的熱空氣進(jìn)裂解爐助燃，同時(shí)管殼式 換熱也充當(dāng)了保溫層的作用，起到了一舉兩得的效果。急冷器管殼式換熱部分中的折流板 采用傳統(tǒng)的弓形結(jié)構(gòu)，由于折流板的作用，使得冷空氣在換熱套管的管束表面折流，充分和 熱蒸汽換熱。經(jīng)過換熱后的熱空氣從出口管流出輸送到裂解爐去助燃。3、脈沖除垢系統(tǒng)。炭黑脈沖除垢系統(tǒng)的蒸汽導(dǎo)管呈環(huán)形結(jié)構(gòu)，但是它是由一根管子構(gòu)成，內(nèi)環(huán)和外 環(huán)分別在兩個(gè)平面內(nèi)。這樣的構(gòu)造有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)一方面內(nèi)環(huán)和外環(huán)構(gòu)成弓形的曲線結(jié)構(gòu)，可
4以減少所占的空間，另一方面簡單化熱保護(hù)措施，防止凝結(jié)水在蒸汽管里形成。內(nèi)環(huán)管與外 環(huán)管連接著很多根支管，每一排換熱套管對應(yīng)著上、下兩根支管，支管上分布著很多高壓噴 咀，這些高壓噴咀也對應(yīng)著每一根的換熱套管的內(nèi)管出口。內(nèi)環(huán)的支管是斷開的，它們是用 一種連接套筒把它們連接在一起，而且套筒是可以活動的。每一根支管的直徑相同，保證了 它們的介質(zhì)速度一樣。外環(huán)那一層支管中間有一個(gè)圓形缺口，它是為了不擋住內(nèi)環(huán)的支管 的高壓噴咀。這樣，形成外環(huán)的噴咀對應(yīng)于急冷器外圈套管內(nèi)管出口，內(nèi)環(huán)的噴咀對應(yīng)急冷 器內(nèi)圈的套管內(nèi)管，但高壓噴咀的末端必須保持在同一個(gè)平面上。急冷器開車時(shí)，間歇性噴射不燃性流體除垢是由安裝在導(dǎo)管入口而且用電磁閥 (EB)控制的文丘里管進(jìn)入，而電磁閥連接著計(jì)算機(jī)(圖中沒有畫出)，計(jì)算機(jī)里安裝著一套 專業(yè)的軟件控制系統(tǒng)。關(guān)閉元件的作用是控制清潔氣體的進(jìn)出，讓不燃性流體產(chǎn)生高壓，使 得氣體有一個(gè)突然的加速作用，這樣的氣體通過高壓噴咀噴射出來速度快，壓力大，能很快 除掉粘在傳熱管內(nèi)壁的炭黑。手動閥是供維護(hù)時(shí)使用的。在清掃通流管時(shí)，手動關(guān)閉閥MB， 可使高壓水蒸汽不致再回流到正在清掃的通流管內(nèi)。換熱管出口的一個(gè)重要的元件——錐 形擴(kuò)大器，漸增大部分和恒定內(nèi)徑部分的結(jié)合處，有效地產(chǎn)生文丘里效應(yīng)，從而增大引入的 氣體量，增大除垢效率。高壓噴咀是脈沖除垢系統(tǒng)中最重要的元件，它的出口內(nèi)徑和換熱套 管內(nèi)徑比例是1 9.4。除垢脈沖系統(tǒng)用高壓噴咀間歇性噴射是指每隔數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)噴射一次，或一天 中噴射數(shù)次。因?yàn)槲酃刚吃趽Q熱管的內(nèi)壁上以后，容易結(jié)焦不容易吹掉，所以要在污垢粘附 之后、結(jié)焦之前將其清除掉。噴射次數(shù)必須設(shè)定得能達(dá)到這一目的才行。間歇噴射時(shí)間可 以通過計(jì)算機(jī)精確控制。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明有四大優(yōu)點(diǎn)一、通過使用雙套管式高效換熱管提高換熱效率。二、新型的 腰形集流管可以抵消因?yàn)樘馗邷厥沟脫Q熱管伸長所帶來的膨脹量，減小管板的熱應(yīng)力。同 時(shí)腰形集流管采用橢圓形柔性管板，大大減小管板厚度，使得熱應(yīng)力可以沿著橢圓形管板 的弧形邊緣均勻分布，避免了管板和筒體的連接部位因?yàn)楦邞?yīng)力而變形撕裂。三、采用雙套 管內(nèi)水/蒸汽一次冷卻和管殼內(nèi)空氣二次冷卻，結(jié)構(gòu)緊湊，高效節(jié)能。四、全自動控制脈沖 除垢系統(tǒng)可以在線除垢，避免了停車除垢而造成生產(chǎn)效率降低和經(jīng)濟(jì)的損失。


圖1是本發(fā)明的管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1的B-B向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的熱端腰形集流管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的傳熱內(nèi)管的管端熱防護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明的的傳熱內(nèi)出口端與高壓噴咀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是圖7的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1為急冷器進(jìn)口管道、2為鈷質(zhì)耐火澆注料耐磨層、201為肋板、202為外導(dǎo) 管、203為外筒體、204為支撐環(huán)、205為內(nèi)導(dǎo)管、3為管端熱防磨保護(hù)管套、303為蒸汽導(dǎo)管、3030為內(nèi)環(huán)管、3031為外環(huán)管、304為關(guān)閉元件、305為支管、306為文丘里管、4為橢圓形管 板、401為環(huán)板、402為導(dǎo)向桿、403為加強(qiáng)環(huán)、404為導(dǎo)流管、5為傳熱內(nèi)管、501為剛玉定位 套、502為隔熱層、503為管套、6為波紋管、601為傳熱內(nèi)管入口端、602為高壓噴咀、603為 蒸汽分配管、7為熱端水/蒸汽聯(lián)箱、701為急冷器進(jìn)口、702為上升聯(lián)箱、703為冷空氣進(jìn) 口、704為平臺、705為上升管進(jìn)口、706為下降管出口、707為汽包蒸汽出口、708為汽包、709 為軟水進(jìn)口、710為熱空氣出口、711為冷端下降聯(lián)箱、712為爐氣出口、713為上升管、714為 下降管、8為熱端腰形集流管、9為出口導(dǎo)管、10為下降聯(lián)箱、11為脈沖除垢系統(tǒng)、12為爐氣 出口管道保溫層、13為爐氣出口管道、14為冷端腰形集流管、15為柔性薄板、16為外筒體膨 脹節(jié)、17為冷空氣進(jìn)口導(dǎo)管、18為雙套管外管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述一種高溫高含塵爐氣急冷器，包括急冷器進(jìn)口管道1、出口導(dǎo)管9、爐氣出口管道 13和冷空氣進(jìn)口導(dǎo)管17，高溫高含塵爐氣急冷器由雙套管水/蒸汽自然循環(huán)一次冷卻結(jié)構(gòu) 和管殼空氣二次冷卻結(jié)構(gòu)構(gòu)成，雙套管由雙套管外管18和傳熱內(nèi)管5組成，雙套管分別與 兩個(gè)反方向設(shè)置的橢圓形管板4連接，雙套管兩端分別置于熱端腰形集流管8和冷端腰形 集流管14內(nèi)，雙套管中部設(shè)有外筒體膨脹節(jié)16。急冷器進(jìn)口管道1與熱端腰形集流管8之 間用U形薄板連接；爐氣出口管道13與冷端腰形集流管14之間用U形薄板連接。傳熱內(nèi)管5連接的橢圓形管板4表面覆蓋一層鈷質(zhì)耐火澆注料耐磨層2，雙套管傳 熱內(nèi)管5管端安裝有管端熱防磨保護(hù)管套3。熱端腰形集流管8和冷端腰形集流管14之間部分為管殼式空氣冷卻結(jié)構(gòu)，換熱介 質(zhì)分別與兩端的熱端腰形集流管8和冷端腰形集流管14之間用一個(gè)起密封作用的柔性薄 板15隔開。爐氣出口管道13設(shè)有爐氣出口管道保溫層12和脈沖除垢系統(tǒng)11。脈沖除垢系統(tǒng)11的蒸汽導(dǎo)管303呈環(huán)形結(jié)構(gòu)，由一整根管子構(gòu)成的內(nèi)環(huán)管3030 和外環(huán)管3031分別在兩個(gè)平面內(nèi)，內(nèi)環(huán)管3030與外環(huán)管3031之間連接著多根支管305，支 管305連接蒸汽分配管603，蒸汽分配管603上設(shè)有高壓噴咀602，高壓噴咀602對著傳熱 內(nèi)管5的傳熱內(nèi)管入口端601。熱端腰形集流管8外部設(shè)有波紋管6，熱端腰形集流管8上連接熱端水/蒸汽聯(lián)箱 7 ；冷端腰形集流管14外部設(shè)有波紋管6，冷端腰形集流管14上連接下降聯(lián)箱10。急冷器 本體與汽包708通過上升管713、下降管714連接組成水/蒸汽自然循環(huán)系統(tǒng)。下面結(jié)合結(jié)構(gòu)附圖和實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明。可根據(jù)工藝要求和安裝的場 合合理選擇本發(fā)明的結(jié)構(gòu)使用形式。如圖1所示，從炭黑裂解爐出來的炭黑煙氣出來后直接進(jìn)入急冷器進(jìn)口管道1，然 后進(jìn)入到每一根雙套管的傳熱內(nèi)管5，因?yàn)樘亢跓煔獾臏囟确浅８?500°C，為了避免炭黑 煙氣直接沖刷熱端腰形集流管8和冷端腰形集流管14的橢圓形管板4，必須在裸露在炭黑 煙氣中的金屬表面覆蓋一層鈷質(zhì)耐火澆注料耐磨層2，使得炭黑煙氣不能直接沖刷金屬板 而產(chǎn)生高溫變形失效。特別是管板與雙套管內(nèi)管的連接處很容易產(chǎn)生熱應(yīng)力、熱疲勞和高 溫腐蝕。因?yàn)楦邷貍?cè)腰形集流管的橢圓形管板4 一邊是高溫流體，一邊則是冷流體，高溫炭黑煙氣到達(dá)雙套管的傳熱內(nèi)管5入口的時(shí)候流速因?yàn)闄M面的變小而突然急劇升高，熱流量 也就相應(yīng)增大。同時(shí)在橢圓形管板4和傳熱內(nèi)管5焊接處是冷/熱流體的分界線，造成這 個(gè)地方出現(xiàn)一個(gè)溫度最低的“溫谷”區(qū)，在這個(gè)“溫谷”區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)最大的溫差應(yīng)力，并有把 該處傳熱內(nèi)管5 “剪斷”的趨勢。為了避免以上這些現(xiàn)象，在傳熱內(nèi)管5管頭的采用管端熱 防磨保護(hù)結(jié)構(gòu)——設(shè)置一個(gè)管端熱防磨保護(hù)管套3。如圖3，管端熱防磨保護(hù)管套3是由奧 氏體耐熱不銹鋼Cr25M20制成，在管端熱防磨保護(hù)管套3端部還連接著剛玉定位套501，它 嵌入保護(hù)管板材料——鈷質(zhì)耐火澆注料耐磨層2中，這樣就可以防止高溫直接沖刷管端熱 防磨保護(hù)管套3端部。管端熱防磨保護(hù)管套3與傳熱內(nèi)管5之間的隔熱層502。當(dāng)炭黑煙 氣沿著內(nèi)管流動的時(shí)候，傳熱內(nèi)管5和雙套管外管18因?yàn)闇夭顭崤蛎浂扉L而驅(qū)使兩個(gè)腰 形集流管向兩邊沿軸線方向運(yùn)動，所以在腰形集流管兩邊必須預(yù)留一定的空間。而內(nèi)/外 管之間膨脹伸長之差通過波紋管6位移量來補(bǔ)償。整個(gè)熱流體工藝流程是從急冷器進(jìn)口 管道1進(jìn)來的炭黑煙氣沿著傳熱內(nèi)管5由熱端腰形集流管8流向了冷端腰形集流管14，然 后從爐氣出口管道13流出急冷器進(jìn)入下一個(gè)工藝裝置。而整個(gè)冷流體的工藝流程是來自 汽包708的冷卻水，它由冷端的下降聯(lián)箱10通過導(dǎo)管進(jìn)入到了冷端腰形集流管14，然后沿 著雙套管的環(huán)隙流到熱端腰形集流管8。同樣再通過導(dǎo)管進(jìn)入熱端水/蒸汽聯(lián)箱7，匯總后 通過導(dǎo)管流向汽包708。為了充分利用熱能，急冷器中間段采用管殼換熱的方式。它相當(dāng)于 急冷器的二次換熱，與雙套管不同的是，二次換熱是利用傳統(tǒng)的管殼式換熱方式。來自外系 統(tǒng)的冷空氣由冷空氣進(jìn)口導(dǎo)管17，再經(jīng)過折流板的作用，曲折橫掠過雙套管管束，最后由出 口導(dǎo)管9流出。急冷器中間段是由兩個(gè)圓形柔性薄板15隔斷，形成一個(gè)單獨(dú)的換熱單元。急冷 器雙套管中的兩種流體——冷卻水和炭黑煙氣呈逆流流動。同時(shí)冷空氣和熱蒸汽呈錯流流 動，目的是為了提高換熱效率。急冷器的二次換熱既可充分利用能量，又可對雙套管起到絕 熱作用。圖2是圖1中A-A向的剖視圖，可以清楚地反映了急冷器冷端的下降聯(lián)箱10。它 的工作原理是這樣的來自汽包的冷卻水從8根導(dǎo)管202進(jìn)入了下降聯(lián)箱10，經(jīng)過匯總后 再通過10根外導(dǎo)管202進(jìn)入冷端腰形集流管14，經(jīng)過冷端腰形集流管14再次匯總后進(jìn)入 各根雙套管環(huán)隙中流向熱端腰形集流管8。下降聯(lián)箱10是由半圓形的導(dǎo)管組成，它們通過 肋板201固定在急冷器筒體的上下兩端。支撐環(huán)204是一個(gè)環(huán)形板，它不僅起著支撐冷端 腰形集流管14的作用，使得冷端腰形集流管14可以沿著急冷器的軸線方向移動，而且還可 以作為集流管上面波紋管6的導(dǎo)向桿402的支撐體。圖3是圖1中B-B向剖面圖，它反映了脈沖除垢系統(tǒng)11的構(gòu)造。急冷器的脈沖除 垢系統(tǒng)11是由數(shù)根的小口徑蒸汽導(dǎo)管303組成。急冷器內(nèi)部每根傳熱管出口端附近都配 置一個(gè)高壓噴咀602，高壓噴咀602面對傳熱內(nèi)管5的出口端。高壓流體水蒸汽從高壓噴 咀602高速噴出后，在其高速流動產(chǎn)生的吸引作用下，其周圍的煙氣被吸引過來，在傳熱內(nèi) 管5內(nèi)形成與炭黑煙氣流動相反的反向氣流。這一氣流一邊在傳熱內(nèi)管5內(nèi)高速流動，一 邊吹掉傳熱內(nèi)管5內(nèi)壁上附著而尚未固結(jié)成的炭黑污垢。如上所述，當(dāng)在傳熱內(nèi)管5內(nèi)引入反向氣流時(shí)，傳熱內(nèi)管5仍在排出煙氣。這就是 急冷器在線除垢一大優(yōu)勢，避免了停車除垢造成產(chǎn)量降低的后果。為了有更好的除垢效果， 急冷器的傳熱內(nèi)管5的傳熱內(nèi)管入口端601在整流室一側(cè)制造成撇開狀，因此，傳熱內(nèi)管5內(nèi)反向氣流的壓力在整流室內(nèi)減小，但是另一方面，反向的清潔蒸汽氣流一邊推擠傳熱內(nèi) 管5內(nèi)從上游流向下游的煙氣，在煙氣流的阻擋壓力下能保持高壓狀態(tài)向急冷器熱端方向 流動。因此反向氣流吹掉附著炭黑的風(fēng)壓衰減不大，在整個(gè)傳熱管長度范圍內(nèi)保持很高的 風(fēng)壓，以保證徹底地吹掉附著在傳熱內(nèi)管5內(nèi)壁的炭黑污垢。脈沖除垢系統(tǒng)11由供給高壓噴咀601、高壓不燃性流體的蒸汽導(dǎo)管303和支管 (305)構(gòu)成，因?yàn)樗鼈兊墓軓胶苄?，所以不妨礙從急冷器出來流向收集裝置一側(cè)的煙氣的自 然流動。蒸汽導(dǎo)管303是由內(nèi)環(huán)管3030和外環(huán)管3031組成，但它們不在同一個(gè)平面，這是 為了方便支管305的空間布置。在每根支管305上都裝著一個(gè)關(guān)閉元件304，它控制著高壓 不燃流體的進(jìn)出噴咀。電磁閥EB是由驅(qū)動器EMB控制的，而電磁閥EB控制文丘里管306 從而控制著整個(gè)脈沖除垢系統(tǒng)不燃流體的進(jìn)出。圖4是熱端腰形集流管8的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。它是由兩個(gè)相同大小的橢圓形管板4、筒 體和波紋管6構(gòu)成。整個(gè)熱端腰形集流管8由環(huán)板401支撐在外筒體的內(nèi)表面，且沒有和 外筒體連接在一起，這是為了熱端腰形集流管8能沿著急冷器的軸線方向移動來抵消雙套 管因?yàn)闇夭疃蛎浀呐蛎浟?。環(huán)板401安裝在導(dǎo)向桿402上是為了在急冷器開車前保護(hù)波 紋管6不損壞。為了保護(hù)橢圓形管板4，在橢圓形管板4的表面覆蓋著一層鈷質(zhì)耐火澆注 料耐磨層2，且在每根換傳熱內(nèi)管5的進(jìn)口處采用管端熱防磨保護(hù)管套3保護(hù)橢圓形管板4 與傳熱內(nèi)管5的連接處。波紋管6的作用是補(bǔ)償雙套管的傳熱內(nèi)管5與雙套管外管18之 間的膨脹差，在波紋管6的的“谷”加上加強(qiáng)環(huán)403是為了提高波紋管6的徑向承壓能力， 但不影響波紋管6的軸向位移量。在波紋管6內(nèi)表面采用導(dǎo)流管404，它的作用是對流體有 導(dǎo)向作用，使得流體不至于流進(jìn)波紋管6而造成“死區(qū)”，從而防止對波紋管6造成腐蝕的后^ o圖5是橢圓形管板4與傳熱內(nèi)管5連接處詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。為了防止連接處熱應(yīng)力過 大造成連接處撕裂，在傳熱內(nèi)管5進(jìn)口處采用管端熱防磨保護(hù)管套3保護(hù)。管端熱防磨保 護(hù)管套3分為兩部分，在橢圓形管板4與傳熱內(nèi)管5連接地方采用奧氏體不銹鋼管套503， 它不容易斷裂。而容易斷裂的剛玉定位套501嵌入鈷質(zhì)耐火澆注料耐磨層2與不銹鋼管套 503端面接觸。這樣，既可有效地減少傳入管端的熱量，又可對套管起到定位作用。管套503 與傳熱內(nèi)管5之間留有環(huán)隙，在環(huán)隙內(nèi)填充隔熱材料硅酸鋁隔熱層502，有效阻止了熱量向 換熱內(nèi)管傳遞。如圖7、圖8，急冷器的整個(gè)系統(tǒng)圖，它表現(xiàn)出急冷器與輔助設(shè)備——汽包708之間 的工作關(guān)系。系統(tǒng)圖中的汽包是由建造在急冷器上方的平臺704支撐著，這樣的布置是為 了更好布置系統(tǒng)中各種管道。如上升管713與下降管714。操作工可以通過爬梯爬到平臺 觀察汽包的工作參數(shù)或者進(jìn)行維修工作。汽包708工作介質(zhì)是由系統(tǒng)外通過軟水進(jìn)口 709 輸送軟水，然后工作軟水由多個(gè)下降管出口 706進(jìn)入急冷器的冷端下降聯(lián)箱711，經(jīng)過匯總 后的軟水通過了冷端腰形集流管14，再經(jīng)過換熱流向熱端腰形集流管8。換熱后的大部分 軟水變成水蒸汽和小部分軟水由熱端集流管的上升聯(lián)箱702匯總后通過上升管進(jìn)口 705重 新回到汽包708。經(jīng)過水汽分離器后，水蒸汽通過汽包蒸汽出口 707送到系統(tǒng)外的其它設(shè) 備，而剩下的軟水重新投入水系統(tǒng)循環(huán)。從裂解爐出來的炭黑煙氣由急冷器進(jìn)口 701進(jìn)入 急冷器的換熱系統(tǒng)，換熱后由爐氣出口 712送到系統(tǒng)外的設(shè)備。同樣，來自系統(tǒng)外的冷空氣 由冷空氣進(jìn)口 703進(jìn)入急冷器的換熱系統(tǒng)，換熱后由熱空氣出口 710送到系統(tǒng)外。簡單來
8說，整個(gè)換熱系統(tǒng)是由一種熱流體炭黑煙氣和兩種冷流體軟水與冷空氣構(gòu)成了換熱系統(tǒng)， 而整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)主要是由急冷器和汽包構(gòu)成的。
權(quán)利要求
一種高溫高含塵爐氣急冷器，包括急冷器進(jìn)口管道(1)、出口導(dǎo)管(9)、爐氣出口管道(13)和冷空氣進(jìn)口導(dǎo)管(17)，其特征是高溫高含塵爐氣急冷器由雙套管水/蒸汽自然循環(huán)一次冷卻結(jié)構(gòu)和管殼空氣二次冷卻結(jié)構(gòu)構(gòu)成，雙套管由雙套管外管(18)和傳熱內(nèi)管(5)組成，雙套管分別與兩個(gè)反方向設(shè)置的橢圓形管板(4)連接，雙套管兩端分別置于熱端腰形集流管(8)和冷端腰形集流管(14)內(nèi)，雙套管中部設(shè)有外筒體膨脹節(jié)(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫高含塵爐氣急冷器，其特征是所述急冷器進(jìn)口管道(1)與 熱端腰形集流管(8)之間用U形薄板連接；爐氣出口管道(13)與冷端腰形集流管(14)之 間用U形薄板連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫高含塵爐氣急冷器，其特征是與所述傳熱內(nèi)管(5)連接的 橢圓形管板(4)表面覆蓋一層鈷質(zhì)耐火澆注料耐磨層(2)，雙套管傳熱內(nèi)管(5)管端安裝有 管端熱防磨保護(hù)管套(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫高含塵爐氣急冷器，其特征是所述熱端腰形集流管(8)和 冷端腰形集流管(14)之間部分為管殼式空氣冷卻結(jié)構(gòu)，換熱介質(zhì)分別與兩端的熱端腰形 集流管(8)和冷端腰形集流管(14)之間用一個(gè)起密封作用的柔性薄板(15)隔開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫高含塵爐氣急冷器，其特征是所述爐氣出口管道(13)設(shè)有 爐氣出口管道保溫層(12)和脈沖除垢系統(tǒng)(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述高溫高含塵爐氣急冷器，其特征是所述脈沖除垢系統(tǒng)(11)的蒸 汽導(dǎo)管(303)呈環(huán)形結(jié)構(gòu)，由一整根管子構(gòu)成的內(nèi)環(huán)管(3030)和外環(huán)管(3031)分別在兩 個(gè)平面內(nèi)，內(nèi)環(huán)管(3030)與外環(huán)管(3031)之間連接著多根支管(305)，支管(305)連接蒸 汽分配管(603)，蒸汽分配管(603)上設(shè)有高壓噴咀(602)，高壓噴咀(602)對著傳熱內(nèi)管 (5)的傳熱內(nèi)管入口端(601)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫高含塵爐氣急冷器，其特征是所述熱端腰形集流管(8)外 部設(shè)有波紋管(6)，熱端腰形集流管(8)上連接熱端水/蒸汽聯(lián)箱(7)；冷端腰形集流管 (14)外部設(shè)有波紋管(6)，冷端腰形集流管(14)上連接下降聯(lián)箱(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫高含塵爐氣急冷器，其特征是所述急冷器本體與汽包 (708)通過上升管(713)、下降管(714)連接組成水/蒸汽自然循環(huán)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明的高溫高含塵爐氣急冷器涉及的是一種新型的熱交換器，是各種工業(yè)爐窯高溫高含塵爐氣余熱回收的重要裝置。急冷器本體結(jié)構(gòu)由雙套管水/蒸汽自然循環(huán)一次冷卻和管殼空氣二次冷卻結(jié)構(gòu)組成，其中雙套管分別與兩個(gè)反方向的橢圓形管板連接，與膨脹節(jié)、整體加強(qiáng)環(huán)、內(nèi)襯套等一起組成腰形集流管箱。與內(nèi)管連接的橢圓形管板表面覆蓋一層鈷質(zhì)耐火澆注料，雙套管內(nèi)管安裝有管端耐熱防磨內(nèi)襯套管。急冷器本體與汽包通過上升管、下降管連接組成水/蒸汽自然循環(huán)系統(tǒng)。
文檔編號F27D17/00GK101852556SQ201010194938
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者涂善東, 莫遜, 虞斌 申請人:南京工業(yè)大學(xué);華東理工大學(xué)