废热锅炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及废热锅炉，包括壳体(9)，在壳体(9)的前部和后部形成入口管箱(92)和出口管箱(93)，在入口管箱(92)和出口管箱(93)中间设有中间管(7)，以容许来自入口管箱(92)的气体经中间管(7)流入出口管箱(93)。在壳体(9)内还设有换热管(2)，换热管的至少一部分通过挠性管板(5)分别安装在入口管箱(92)和出口管箱(93)中。废热锅炉还包括在出口管箱(93)内的内置旁路装置(3)，其包括可移动的以便在遮挡位置遮挡换热管(2)的管口和在打开位置开放换热管的管口的至少一个挡板(31)以及包括用于控制中间管(7)通断的阀门(6)，其中阀门的通断操作与所述挡板的移动相关联。
【专利说明】废热锅炉
【技术领域】
[0001]本实用新型属于煤化工领域，尤其涉及废热锅炉。
【背景技术】
[0002]废热锅炉是利用工业生产过程中的余热来生产蒸汽的锅炉。它属于一种高温、高压的换热器。废热锅炉较早是用来生产一些低压蒸汽，回收的热量有限，只能作为生产的一般辅助性设备。随着生产技术的发展，废热锅炉的设计参数逐渐提高，废热锅炉由生产低压蒸汽的工艺锅炉转变为生产高压蒸汽的动力锅炉。
[0003]内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司的甲烷化工艺采用英国戴维工艺技术公司(即DPT)的高一氧化碳甲烷化(HICOM)工艺，其工艺特点是高温、高氢、高一氧化碳，其中氢气、一氧化碳在一定条件下会造成金属粉化腐蚀。在高温条件下，对废热锅炉内的管箱、管板、管板与换热管焊接材料的选择和设计方法都有很高的要求。在高氢、高一氧化碳的条件下，对废热锅炉工艺侧的金属耐腐蚀性能也有很高要求。
[0004]目前，我国国内的废热锅炉生产厂家在高温、高氢、高一氧化碳的工艺要求下缺乏处于上述生产环境下的相关设计经验。
[0005]举例说明，例如在合成甲烷时，气体通过催化剂反应后温度急剧升高，而且反应过程中CO含量很高。这就对废热锅炉工艺侧的耐高温的能力提出了很高的要求。目前国内制造的火管式废热锅炉设计温度偏低，尚不能满足合成甲烷时的工艺要求。
[0006]为了实现在这种工艺条件下通过换热而实现温度调控的目的，需要一种设置有内置旁路装置的耐高温的废热锅炉。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的是提供能够控制工艺气的流经途径以灵活地控制和调节炉内温度的耐高温的废热锅炉。
[0008]为此，本实用新型提供一种废热锅炉，其包括设有与汽包连通的多个蒸汽出口的壳体，其中在该壳体的前部和后部分别形成入口管箱和出口管箱。在该入口管箱和该出口管箱中间设有连通两者的中间管，以容许来自该入口管箱的气体经该中间管流入该出口管箱。在所述壳体内还设有至少一个换热管，该换热管的至少一部分通过挠性管板分别安装在所述入口管箱和所述出口管箱中。该废热锅炉还包括在该出口管箱内设置在该中间管的管口和该换热管的管口附近的内置旁路装置，该内置旁路装置包括可移动的以便在遮挡位置遮挡所述换热管的管口和在打开位置开放所述换热管的管口的至少一个挡板以及包括用于控制所述中间管通断的阀门，其中所述阀门的通断操作与所述挡板的移动相关联。
[0009]根据本实用新型的废热锅炉设置了内置旁路装置，从而能够控制工艺气的流经途径，以灵活地控制和调节废热锅炉内尤其是其侧出口的温度。
[0010]优选地，该阀门是蝶阀、板阀或球阀。
[0011]优选地，管板是挠性管板。采用挠性管板，能够使例如换热管等始终处于拉直状态，消除热胀应力。
[0012]更优选地，管板具有能够减小应力集中的圆弧状边缘。
[0013]优选地，在入口管箱内的换热管的管口和在出口管箱内的换热管的管口均设置有保护套管。
[0014]利用在废热锅炉的换热管端部设置特殊材质的保护套管能够避免金属粉化腐蚀。
[0015]更优选地，保护套管是陶瓷管或由耐金属粉化腐蚀的合金材料制成。
[0016]优选地，在入口管箱的内壁上浇铸有高密度耐火材料。
[0017]优选地，在出口管箱的内壁上浇铸有高密度耐火铝材料。
[0018]优选地，高密度耐火材料是高密度氧化铝，并且是双层结构。高密氧化铝材料能够保证良好的隔热效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是根据本实用新型的废热锅炉的整体结构的局部剖视示意图；
[0020]图2是图1中M范围内的局部放大图；
[0021]图3a是根据本实用新型的一个实施例的内置旁路装置中挡板位置处的截面图；
[0022]图3b为图3a的A-A向截面图；以及
[0023]图4是根据本实用新型的一个实施例中的内置旁路装置中的挡板和阀门联动关系的不意图。
【具体实施方式】
[0024]下面，结合图1-2具体描述根据本实施例的废热锅炉的结构。
[0025]要说明的是，文中任何表示相对方向的术语，例如“前”与“后”、“上”与“下”等，仅仅是为了清楚地描述与表达的需要，并不会对本实用新型产生任何限制作用。
[0026]参见图1，其是根据本实施例的废热锅炉的整体结构的局部剖视示意图，其中，以附图标记100表示废热锅炉。图中未示出的部分，是与已示出部分在位置或结构上相同或者类似的部分，不会影响本领域技术人员对于本实用新型的理解。
[0027]根据本实施例的废热锅炉100，包括设有与气泡(未示出)连通的多个蒸汽出口105的壳体9。在壳体9的前部和后部分别形成入口管箱92和出口管箱93，在入口管箱92和出口管箱93中间设有连通两者的中间管7，以容许来自入口管箱92的气体经中间管7流入出口管箱93。中间管7位于壳体9的中间段的内部并贯穿该中间段，壳体9的对应于中间段的外壁上还设置有锅炉水进口 104，壳体9的对应于入口管箱92的外壁上设有第一排放口 923，壳体9的对应于出口管箱93的外壁上设有第二排放口 932和放空口 933，在出口管箱93的远离入口管箱92的一端的端部设置有入孔931。在壳体9内还设有至少一个换热管2，该换热管的至少一部分管段通过挠性管板5分别安装在入口管箱92和出口管箱93中，在中间段的内部间隔设置有垂直于中间管7的多个隔板106。废热锅炉100还包括在出口管箱93内设置在中间管7的管口和换热管2的管口附近的内置旁路装置3，该内置旁路装置3包括可移动的以便在遮挡位置遮挡换热管2的管口和在打开位置开放换热管2的管口的至少一个挡板31以及包括用于控制中间管7通断的阀门6，其中阀门6的通断操作与挡板31的移动相关联。如图3a-4所示，在一个具体实施例中，阀门6与挡板31通过这样的结构彼此移动关联，即阀门6与两个挡板31共同装在一根阀杆101上，且阀门6的平面与两个挡板31的平面互相垂直。这样，当阀杆101转动时，阀门6和两个挡板31同时转动。当阀门6转动到垂直于水平面时，挡板31就转动到了平行于水平面，在这种情况下，中间管7的介质无法流通，换热管2的介质可以流通；当阀门6转动到平行于水平面时，挡板31就转动到了垂直于水平面，在这种情况下，中间管7的介质可以流通，换热管2的介质无法流通。阀杆101的转动可以通过气动调节来实现。
[0028]图1没有示出气泡，该气泡是现有技术中已知的与废热锅炉连接的机构。另外，常规废热锅炉的组成部分或机构、装置等，虽然未在本文中述及，但是它们仍然能够构成根据本实用新型的废热锅炉的一部分。这对于本领域普通技术人员而言是很容易理解和接受的。
[0029]以下，对涉及本实用新型废热锅炉100的改进点的组成部分做详细描述。
[0030]关于内置旁路装置3，如图3a_4所示，其应该具有这样的结构:包括可移动的以便在遮挡位置遮挡换热管2的管口和在打开位置开放换热管2的管口的挡板31以及包括用于控制中间管2通断的阀门6，其中，阀门6的通断操作与挡板31的移动相关联。
[0031]优选地，阀门6是蝶阀。除此之外，还可以使用例如球阀、板阀等作为阀门6。在这种结构中，整个内置旁路装置3相当于一个大的特殊的蝶阀。两个挡板31和阀门6都相当于蝶阀的阀瓣。当挡板31关闭时，阀门6就处于打开状态，介质从阀门6处通过。当挡板31打开时，阀门6就处于关闭状态，介质从挡板31处通过。优选地，在该阀门6的朝向出口管箱93的一侧罩设有防冲挡板107。
[0032]内置旁路装置3的优选的一种工作过程可以大致为:当蝶阀6打开时，挡板31会将位于出口管箱93内的换热管2的管口遮挡住，此处即是换热管2的管口的遮挡位置。此时，自工艺气进口端21进入废热锅炉100的绝大部分工艺气将从中间管7中流过，然后流出中间管7的出口端。在此过程中所述工艺气基本未进行换热。如图3a-4所示，当蝶阀3关闭时即挡板31可以转动一个角度，例如90°，而不再遮挡位于出口管箱93内的换热管2的管口，从而使绝大部分工艺气基本上仅从换热管2中流过，从而使所述工艺气的换热量达到最大值。
[0033]上述组成内置旁路装置3的阀门6(优选为蝶阀)和挡板31，例如可以是联动的，也可以通过比如控制设备(未示出)分别执行对阀门6和挡板31的操控。此处，本领域普通技术人员能够想到的任何一种控制阀门6和挡板31的方式均适用。
[0034]还可以想到，挡板31和阀门6可以各自开启一个角度，而不是完全打开或关闭地控制所述工艺气的流通。具体地，例如，控制阀门6开启约30°，此时，挡板31可以仅部分地遮挡位于出口管箱93内的换热管2的管口。这种情况下，所述工艺气可以部分由中间管7中通过，另一部分则可以同时由换热管2通过。与此类似地，阀门6、挡板31还可以有其它不同的开启角度，由此实现针对工艺气流动的各种控制方案，从而获得在各种使用工况下的不同效果。
[0035]根据本实施例的废热锅炉100由于设置了内置旁路装置3，因此能够控制所述工艺气的流经途径，进而灵活地控制和调节废热锅炉100内的温度。
[0036]关于管板，其是废热锅炉的重要承压部件之一。由于管板两侧压差、温差都很大，工况条件非常苛刻，因此也是废热锅炉工作过程中极容易损坏的结构。管板设计的可靠性直接关系到废热锅炉的安全性、经济性。以往，在火管式废热锅炉管板设计时一般都采用常规设计方法，计算过程繁琐，而且计算得出的管板厚度一般都偏厚。在较高压差条件下计算得出的管板厚度会很大。管板厚度的增加，一方面会给制造、检验等带来很大不便，另一方面还会导致管板的温差应力和热应力增大。这使废热锅炉在使用过程中，由于较高的内压与温差应力、热应力共同周期作用下而使管板容易产生塑性变形、诱发疲劳裂纹等。可见，管板与废热锅炉壳体的连接部位是废热锅炉强度设计的关键。因此，本实施例优选采用挠性管板5来代替常用的普通管板，如图1和图2所示。并对管板进行了应力分析，表明所采用的挠性管板结构符合设计要求。实际生产中，挠性管板5的薄厚是根据废锅的大小而设计的。优选地，挠性管板5是薄的挠性管板。在一个具体实施例中，挠性管板厚度为24mm，而尺寸相似的普通换热器的固定管板厚则高达300_左右。因此，采用本实施例中的挠性管板5大大地提高了其工艺性能，降低了温差应力和热应力，方便了制造、检验等。
[0037]优选地，如图2所示，挠性管板5具有能够减小应力集中的圆弧状边缘。
[0038]已知，多数废热锅炉的损坏都是发生在换热管与管板的连接处，所以换热管与管板连接方式的选择非常关键。尤其针对高温、高压的废热锅炉一般都不采用单一的胀接或焊接结构，而是采用胀、焊并用的结构。因为胀接法虽然可以承受高压，但当温度达到300?400°C时，蠕变造成残余应力的松弛，使胀口很快失效。所以，如果只采用强度焊接法，虽然可以承受较高压力和更高的温度，但在高温条件下，循环应力的作用极易导致焊接接头产生疲劳裂纹，而且缝隙腐蚀可加速焊接接头的破坏。因此，根据本实施例的废热锅炉100的挠性管板5与换热管2的连接采用了强度焊加贴胀的方式。
[0039]如图2所示，本实施例的废热锅炉100采用对靠近工艺气进口端21的换热管2的端部设置保护套管8。优选地，保护套管8的材料选用陶瓷管。此外，保护套管8还可以解决金属粉化腐蚀的问题。更具体地说，在靠近工艺气进口端21 —侧，管板5和换热管2的连接部位，由于会出现应力集中，再加上焊接残余应力等的影响以及受到高温工艺气冲蚀作用，该连接部位更加脆弱。因此，可以在换热管2进口端(即靠近工艺气进口端21的一端)套设刚玉材质的保护套管8或如上述的陶瓷管等，对该连接部位进行防护。由于刚玉、陶瓷等材料耐热温度高、隔热性能好，可以降低管板5的管孔及内孔焊接接头处的温度，起到良好的耐热防护作用。更加优选地，保护套管8采用耐金属粉化腐蚀的合金材料(如SB516UNSN06025)制成，以提高保护套管8的耐冲击性能。优选地，在保护套管8与换热管2之间套设有陶纤纸102。
[0040]可以想到，保护套管8的长度不宜过长，其伸长度超过管板5与换热管2的焊接接头区域即可。若保护套管8的长度过长，则在耐热层中的前端(即靠近工艺气进口端21的一侧)的保护套管8的温度比插入换热管2的末端(即相对远离工艺气进口端21的一侧)的保护套管8的温度要高很多，因此在热冲击的影响下，保护套管8很容易碎裂，从而丧失耐热防护作用。
[0041]此外，由于进入废热锅炉100管程内的工艺气含有S02和少量的S03等气体，具有高腐蚀性，因此可以对换热管2和中心管7采用热浸渗铝工艺进行渗铝处理。渗铝是提高金属材料在各种高温环境下抗腐蚀寿命的一种有效而经济的方法，铝和氧有非常强的亲和力，极易形成致密的A1203薄膜，这层薄膜的熔点很高，可以大大提高换热管2和中心管7的高温抗氧化能力和耐腐蚀能力，能很好地解决高温氧化和S02等气体的腐蚀问题，延长设备使用寿命，降低成本。
[0042]还可以想到，在入口管箱92的内壁上、不妨碍工艺气自工艺气进口端21进入进而流入中间管7的进口端72并从中间管7的出口端流出地浇铸有高密度耐火材料103和/或者在出口管箱93的内壁上、不妨碍工艺气自中间管7的出口端流出进而自工艺气出口端22流出地浇铸有高密度耐火铝材料。
[0043]优选地，所述高密度耐火材料103是高密度氧化铝，并且是双层结构。其中，每一层都有各自的作用:里面一层是耐磨层，作用是耐气体的冲刷。外面一层是隔热层，其隔热效果最好。本实施例通过采用高密氧化铝材料保证了良好的隔热效果，从而提高了废热锅炉100整体的耐高温性能。
[0044]尽管本实用新型是在具体实施例、特征、方案的背景下揭示，本领域技术人员应理解，本实用新型超越具体揭示的实施例而包含本实用新型的替代性实施例和/或用途及本实用新型的各种修改案及等效案。因此，应理解，所揭示的实施例的各种特征及方案可彼此组合或替代，以实现本实用新型的目的。因此，本文所揭示的本实用新型的保护范围不应由上述具体实施例或具体特征所限制。
【权利要求】
1.一种废热锅炉，包括设有与气泡连通的多个蒸汽出口(105)的壳体(9)，其中在该壳体(9)的前部和后部分别形成入口管箱(92)和出口管箱(93)，在该入口管箱(92)和该出口管箱(93)中间设有连通两者的中间管(7)，以容许来自该入口管箱(92)的气体经该中间管⑵流入该出口管箱(93)； 其特征在于，在所述壳体(9)内还设有至少一个换热管(2)，该换热管的至少一部分通过挠性管板(5)分别安装在所述入口管箱(92)和所述出口管箱(93)中；该废热锅炉还包括在该出口管箱(93)内设置在该中间管(7)的管口和该换热管的管口附近的内置旁路装置(3)，该内置旁路装置包括可移动的以便在遮挡位置遮挡所述换热管(2)的管口和在打开位置开放所述换热管的管口的至少一个挡板(31)以及包括用于控制所述中间管(7)通断的阀门(6)，其中所述阀门的通断操作与所述挡板的移动相关联。
2.根据权利要求1所述的废热锅炉，其特征在于，所述阀门(6)是蝶阀、板阀或球阀。
3.根据权利要求1或2所述的废热锅炉，其特征在于，所述管板(5)具有能够减小应力集中的圆弧状边缘。
4.根据权利要求1或2所述的废热锅炉，其特征在于，在所述入口管箱(92)内的所述换热管(2)的管口和在所述出口管箱(93)内的所述换热管(2)的管口均设置有保护套管⑶。
5.根据权利要求4所述的废热锅炉，其特征在于，所述保护套管(8)是陶瓷管或由耐金属粉化腐蚀的合金材料制成。
6.根据权利要求1所述的废热锅炉，其特征在于，在所述入口管箱(92)的内壁上浇铸有高密度耐火材料。
7.根据权利要求1所述的废热锅炉，其特征在于，在所述出口管箱(93)的内壁上浇铸有高密度耐火材料。
8.根据权利要求6或7所述的废热锅炉，其特征在于，所述高密度耐火材料是高密度氧化铝，并且是双层结构。
9.根据权利要求1或2所述的废热锅炉，其特征在于，所述换热管(2)对称地设置在所述中间管(7)的上下两侧。
【文档编号】F22B1/18GK203586173SQ201320672268
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】杨雪泉, 郑海波, 张治国 申请人:内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司