专利名称：大型两级式薄管板废热锅炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于能源回收利用装置，具体地说是一种可在大流量、高温、高压条件 下稳定运行的具有挠性薄管板结构和两级式设计的废热锅炉。
背景技术：
用天然气和焦炉气等制甲醇及合成氨的装置中，来自转化炉的转化气温度高达 850°C 1100°C，压力为2MPa 4MPa，按工艺要求必须将其冷却到340°C 550°C左右，以 进行下一步工艺过程，这部分余热量大，能量的品质较高，可回收利用，对于一个20万吨/ 年甲醇装置，可回收热量约160GJ/h。目前国内外采用废热锅炉回收这部分余热，副产中高 压蒸汽用于动力或发电，经济效益巨大。由于转化气温度很高，所产蒸汽压力在中压以上，采用传统厚管板转化气废热锅 炉会使管板的温差应力很高，以至造成管板开裂损坏。在中小型甲醇装置中，为了解决高温 高压下由于管板的温差应力引起的管板强度失效，转化气废热锅炉采用比厚管板稍薄的一 种简化结构形式，降低了管板的温差应力，减少了管板的破坏。但这种结构的废热锅炉多为 中小型设备，多用于以天然气和焦炉气制甲醇装置，其规模在10万吨/年以下。近几年甲醇 装置均向20 30万吨/年规模发展，所产蒸汽压力也在不断提高，随着设备大型化及工艺 参数的提高，原有结构的废热锅炉已难以满足生产的需要。另外，由于工艺气的流量增加， 采用传统的一级式废热锅炉需使换热管管束长度增加，这就会造成了管壳间应力过大及管 束稳定性降低，不利于设备稳定运行。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种可在高温、高压、大流量条件下稳定运行的采用 挠性薄管板结构和两级式设计的废热锅炉，以此解决传统的废热锅炉在大流量高温高压下 管板损坏等问题，提高设备运行的可靠性，以满足大型甲醇及合成氨等项目的需要。本实用新型的目的是通过以下措施来实现一种大型两级式薄管板废热锅炉，是由含肘节的挠性薄管板、前管箱、高温段筒 体、高温段换热管管束、中管箱、低温段筒体、低温段换热管管束、后管箱构成，各部件之间 均采用焊接连接。高温段换热管管束置于高温段筒体内，低温段换热管管束置于低温段筒 体内，含肘节的挠性薄管板分别置于高温段换热管管束两端和低温段换热管管束两端。上述挠性薄管板的厚度为20mm 30mm，薄管板与换热管管束采用全焊透的焊接 连接方式。肘节与管板、筒体及管箱采用等厚度对接，在管板与壳体连接的肘节上有挠性扳 边。两级指高温换热段和低温换热段，高温换热段包括高温段筒体和高温段换热管管 束；低温换热段包括低温段筒体和低温段换热管管束。两级均采用挠性薄管板结构。本实用新型的优点和产生的有益效果与原有技术相比，本实用新型开发研制的大型两级式薄管板废热锅炉解决了传统废热锅炉在大流量、高温、高压工艺气环境下换热管与筒体之间温差应力过大，管板难以承 受而易损坏的等问题。与原有固定管板结构相比，挠性薄管板将换热管管束当做管板的固定支撑，而管 板是受管束支撑着的平板。在换热管管束和壳体有温差时，管板与挠性扳边产生一定的弹 性变形，可部分地补偿壳体和换热管管束之间的热膨胀差，从而起到膨胀节的作用。由于有 挠性扳边，这种挠性薄管板结构减少了管板边缘的应力集中；同时可使管板可设计的很薄 (与厚管板相比)，从而使管板在热态情况下，沿厚度方向的温差应力较小。因此，从强度角 度看，操作更加安全可靠。薄管板与换热管之间的全焊透连接方式，保证了薄管板与换热管 连接处的可靠性，又解决了水侧的间隙腐蚀。由于工艺气流量较大，若按传统的一段设计，则换热管的长度较长，使管壳间的膨 胀应力过大，薄管板难以承受。为了运行更安全可靠，采用两级式设计，第一段为高温段，从 工艺上使温度由850°C 1100°C降低到450°C 650°C ；第二段为低温段，从工艺上使温度 由450°C 650°C降低到250°C 350°C。采用两级式设计，减小了每级的管长，降低了换热 管和筒体间的热膨胀差，提高了换热管与管板连接处的可靠性，保证了设备的安全使用。
图1是大型两级式薄管板废热锅炉设备简图。图2是图1含肘节的挠性薄管板结构示意图。
具体实施方式
实施例如图1所示，一种大型两级式薄管板废热锅炉，是由含肘节的挠性薄管板2、前管 箱1、高温段筒体3、高温段换热管管束4、中管箱5、低温段筒体6、低温段换热管管束7和后 管箱8构成。高温段换热管管束4置于高温段筒体3内，低温段换热管管束7置于低温段 筒体6内，各部件之间均采用焊接连接。含肘节挠性薄管板2分别置于高温段换热管管束 4两端和低温段换热管管束7两端。大型两级式薄管板废热锅炉采用两级式设计第一段为高温换热段，即高温段筒 体3和高温段换热管管束4 ；第二段为低温换热段，即低温段筒体6和低温段换热管管束7。 高温段换热管管束4置于高温段筒体3内，低温段换热管管束7置于低温段筒体6内。温 度850°C 1100°C，压力2 4MPa的高温高压工艺气由设备前端的工艺气入口经前管箱1 进入高温段，温度降低到450°C 650°C ；然后经中管箱5进入低温段，温度降低到250°C 3500C ；之后经后管箱8由工艺气出口进入下一步工艺流程。同时，高温段筒体3和低温段 筒体6中的水沸腾产生中高压过饱和蒸汽，供发电或动力用。每一级都采用挠性薄管板结 构，含肘节挠性薄管板2分别置于高温段换热管管束4两端和低温段换热管管束7两端。如图2所示，含肘节的挠性薄管板2为厚度20mm 30mm的薄管板13，在正常运行 时，薄管板13的强度主要依靠换热管管束12支撑。薄管板13与换热管管束12采用焊接 连接，管束对薄管板13起轴向支撑作用。肘节10与薄管板13、筒体11及管箱9采用等厚 度对接，在薄管板13与壳体连接的肘节10有挠性扳边，当换热管12和筒体11有温差时， 薄管板13与挠性扳边产生一定的弹性变形，可部分地补偿筒体11和换热管12之间的热膨胀差，从而起到膨胀节的作用。
权利要求一种大型两级式薄管板废热锅炉，是由含肘节的挠性薄管板(2)、前管箱(1)、高温段筒体(3)、高温段换热管管束(4)、中管箱(5)、低温段筒体(6)、低温段换热管管束(7)和后管箱(8)构成，高温段换热管管束(4)置于高温段筒体(3)内，低温段换热管管束(7)置于低温段筒体(6)内，各部件之间均采用焊接连接，其特征是含肘节的挠性薄管板(2)分别置于高温段换热管管束(4)两端和低温段换热管管束(7)两端。
2.根据权利要求1所述的一种大型两级式薄管板废热锅炉，其特征是含肘节的挠性薄 管板(2)为厚度20mm 30mm的薄管板(13)，薄管板(13)与换热管管束(12)采用全焊透的 焊接连接，肘节(10)与薄管板(13)、筒体(11)及管箱(9)采用等厚度对接，在薄管板(13) 与壳体连接的肘节(10)有挠性扳边。
专利摘要本实用新型涉及一种大型两级式薄管板废热锅炉，是由含肘节的挠性薄管板、前管箱，高温段筒体，高温段换热管管束、中管箱、低温段筒体、低温段换热管管束、后管箱构成，高温段换热管管束置于高温段筒体内，低温段换热管管束置于低温段筒体内，各部件之间均采用焊接连接。含肘节的挠性薄管板分别置于高温段换热管管束两端和低温段换热管管束两端。本实用新型解决了传统废热锅炉在大流量、高温、高压工艺气环境下换热管与筒体之间温差应力过大，管板难以承受而易损坏的等问题。保证了设备在高温、高压、大流量工艺条件下的安全使用。
文档编号F22B1/18GK201680350SQ201020191230
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者余伟邦, 安连想, 张合生, 张立燕, 沈文朋, 王普勋, 王波, 齐波 申请人:天华化工机械及自动化研究设计院