一种自动化丙烯氧化法制丙烯酸产线中的热能回收装置的制作方法

1.本发明涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种自动化丙烯氧化法制丙烯酸产线中的热能回收装置。


背景技术：

2.利用(甲基)丙烯二步氧化生产丙烯酸或甲基丙烯酸已经是成熟的工艺，成熟的工艺提高装置经济效益的关键就是降低装置能耗与减少人力资本投入。充分利用丙烯氧化反应热与氧化尾气焚烧余热是丙烯二步氧化生产丙烯酸或甲基丙烯酸节能降耗的共识。丙烯氧化反应热通过反应器内熔盐取热，冷却水经过冷却器受热产生蒸汽给熔盐降温，以维持反应器反应温度，热交换产生的蒸汽驱动汽轮机做功实现反应热能量回收再利用的目标。为了保证蒸汽的稳定，通常通过装置废液焚烧炉对蒸汽进行过热。在实际应用中，由于废液焚烧炉间断运行就可以满足装置废液处理要求，而蒸汽过热稳定需要过热装置持续进行，就不能停焚烧炉，造成焚烧炉燃料的浪费，降低了系统热能回收利用的整体经济效益，同时焚烧炉过热装置投资也比较大，需要定期更换，也造成装置投资的增加，还有以前装置操作自动化程度低，工人劳动强度高，不适应现在环保、安全对工人工作环境及劳动保护要求越来越高的政策要求。
3.因此，为了解决丙烯氧化反应热再利用系统蒸汽稳定过热能源再浪费，系统自动化操作程度低、劳动强度大的问题，需要提供一种自动化丙烯氧化法制丙烯酸产线中的热能回收装置。


技术实现要素：

4.（一）要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是解决现有的蒸汽热能回收装置，回收效率低的问题。
5.（二）技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自动化丙烯氧化法制丙烯酸产线中的热能回收装置，包括罐体、环架、红外线加热管、控制盒和连接台，罐体底部设有主进气管口和副进气管口以使蒸汽进入罐体内；罐体顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口外连接有减压阀；若干个环架间隔嵌入在罐体内，若干根红外线加热管间隔分布在环架中部，红外线加热管长度方向与罐体长度方向相同，控制盒固连在红外线加热管一端，连接台固连在控制盒一侧；其中，红外线加热管使用数量满足：红外线加热管分布间距满足：式中，m为红外线加热管使用数量，取小数点前的整数；
π取3.14；r为罐体内腔半径，单位为m；k为红外线加热管分布间距，单位为m；为计算m时小数点后一位的整数。
6.作为对本发明的进一步说明，优选地，罐体内腔半径不小于1m，红外线加热管长度小于罐体长度的一半。
7.作为对本发明的进一步说明，优选地，环架中部固连有支柱，支柱两侧固连有半环形的支撑环，红外线加热管间隔穿入支撑环内，以使红外线加热管呈环状间隔分布；一根支柱上固连有若干片半径不同的支撑环，若干个半径不同的支撑环轴线重合。
8.作为对本发明的进一步说明，优选地，支撑环采用不锈钢制成的喇叭状半环，支撑环母线与垂直罐体轴线的截面夹角小于20
°
，支撑环喇叭口朝向远离控制盒。
9.作为对本发明的进一步说明，优选地，环架底部向环架轴线弯折形成几字形的凸架，支柱固连在凸架与环架顶部之间，支撑环轴线位于罐体轴线上方。
10.作为对本发明的进一步说明，优选地，罐体内腔壁上装填有保温层，保温层采用隔温板拼接制成，保温层与罐体内壁贴合。
11.作为对本发明的进一步说明，优选地，保温层内壁腔上贴有散射层，散射层采用不锈钢薄板制成，散射层内表面通过敲击形成粗糙面。
12.作为对本发明的进一步说明，优选地，环架之间固连有连接杆，控制盒固连在连接杆上，控制盒为隔热材料制成的盘形外壳，控制盒内装有电路板件，红外线加热管电源线与控制盒内的电路板件电性连接。
13.作为对本发明的进一步说明，优选地，连接器为管状结构，连接器内设有电极插头；连接器顶部通过螺栓固连有连接台，连接台顶部开设有插孔；罐体顶部一侧设有线缆接口，线缆接口内插有变压器接头，变压器接头设有导线管，导线管穿过插孔伸入连接器内，插孔口径大于线缆接口口径。
14.作为对本发明的进一步说明，优选地，连接台顶部设有凸台，凸台顶部设有弧面，凸台顶部的弧面半径与罐体内腔半径相同，凸台顶部与罐体内腔端面抵接。
15.（三）有益效果本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明通过在闪蒸罐内设置红外线加热管，在蒸汽温度有所下降时启动加热，降低蒸汽液化量，保障闪蒸罐输出的蒸汽保持低压高温状态进而能够推动汽轮机正常运转，无需将蒸汽再导入过热器中进行额外加热，提高热效率。此外通过合理的红外线加热管布置方式以及自动化控制，既能减少用料成本，又能最大化加热效率，减少电能消耗的同时提高能源利用率，相比现有的通过过热器进行二次升温，热能利用率最高可提升44%，电能消耗减少约30%。
附图说明
16.图1是本发明的内部结构图；图2是本发明的侧视图；图3是图2中a的放大图；
图4是图2中b的放大图；图5是本发明的仰视图；图6是本发明的俯视图；图7是本发明的支撑环结构图。
17.图中：1、罐体；11、主进气管口；12、副进气管口；13、监测管口；14、线缆接口；15、蒸汽出口；16、保温层；17、散射层；18、环形倒角；2、环架；21、连接杆；22、支柱；23、支撑环；24、凸架；25、支撑管；3、红外线加热管；31、加热管接头；4、控制盒；41、支腿；42、连接部；5、连接器；51、连接台；52、插孔；53、凸台；6、变压器接头；61、导线管。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.一种自动化丙烯氧化法制丙烯酸产线中的热能回收装置，结合图1、图2，包括罐体1、环架2、红外线加热管3、控制盒4和连接台5，若干个环架2间隔嵌入在罐体1内，若干根红外线加热管3间隔分布在环架2中部，红外线加热管3长度方向与罐体1长度方向相同，控制盒4固连在红外线加热管3一端，连接台4固连在控制盒4一侧。
20.结合图5、图6，罐体1为不锈钢圆柱罐，可根据实际需要制作成立式罐或卧式罐，本发明优先采用卧式罐。罐体1底部设有主进气管口11和副进气管口12，主进气管口11通过法兰和螺栓与主反应器的冷却器出水管道相连。副进气管口12通过法兰和螺栓与副反应器的冷却器出水管道相连。通过设置主进气管口11和副进气管口12以使进行完冷却工作的蒸汽能够进入罐体1内。罐体1顶端中部设有监测管口13，监测管口13上通过法兰和螺栓连接有电子压力计以及测温器和湿度仪等电子仪器，用于监控罐体1内各项指标的变化情况。罐体1顶部一侧设有线缆接口14，线缆接口14内插有变压器接头6，变压器接头6设有导线管61，导线管61内为电源线和信号线，导线管61穿过线缆接口14伸入连接器5内，以通过连接器5对控制盒4内电子设施和红外线加热管3进行供电。罐体1顶部一侧设有蒸汽出口15，蒸汽出口15外连接有减压阀，以使罐体1内外形成压力差，进而实现闪蒸的作用。
21.主反应器和副反应器内分别进行丙烯的两步氧化反应，其中主反应器内的反应温度达到310～340℃，副反应器内的温度达到275～310℃，因此通过冷却器对主反应器和副反应器进行冷却后冷却水温度也不低于100℃。待蒸汽通过管道进入罐体1内后，在减压阀的作用下，蒸汽出口15端的气压降低，罐体1内气压较高，则使罐体1内的已液化的蒸汽再次蒸发成气态，并通过管道流向汽轮机，汽轮机可选用背压式反动汽轮机，具有低进气压，高转速的性质。其进汽压力只需1.8～2.0mpa(a)，温度300℃，流量24～26t/h，排汽压力0.25～0.28mpa(a)，机组额定转速12500～13500r/min。
22.结合图2、图4，罐体1内腔壁上装填有保温层16，保温层16采用隔温板拼接制成，优选硅酸铝软板，其具有优良的耐高温以及隔热效果。保温层16与罐体1内壁贴合，用于避免罐体1内蒸汽热量散发，确保后续二次加热至目标温度时相比从低温加热至目标温度所消耗的能源量少。保温层16内壁腔上贴有散射层17，散射层17采用不锈钢薄板制成，散射层17
内表面通过敲击形成粗糙面，设置散射层17不仅可以为保温层16阻水，而且配合保温层16能够进一步提高罐体1的结构强度，避免内外压差过大造成罐体1结构破坏；还能通过凹凸不平的粗糙面散射红外线加热管3产生的红外线，使罐体1内各部分能够均匀受热，解决蒸汽自身热传导效率低下的问题，保障进入汽轮机内的蒸汽温度保持平衡，使汽轮机能够稳定运行。
23.结合图1、图2，环架2采用环形的金属杆件制成，环架2外径等于罐体1内径，以使环架2能够支撑罐体1内的各个部件。罐体1内使用的环架2数量根据罐体1的长度决定，一般在罐体1内至少放置两个环架2，环架2之间通过螺栓固定或焊接固连有连接杆21，以使各个环架2形成一个整体，便于一同安装到罐体1内。环架2中部固连有支柱22，支柱22为圆柱杆，支柱22长度方向竖直，支柱22两侧固连有半环形的支撑环23，红外线加热管3间隔穿入支撑环23内，以使红外线加热管3呈环状间隔分布；一根支柱22上固连有若干片半径不同的支撑环23，若干个半径不同的支撑环23轴线重合，以使多根红外线加热管3能够均匀分布。结合图3，支撑环23与红外线加热器3相接处设有支撑管25，支撑管25长度大于支撑环23厚度，以增大支撑环23与红外线加热器3的接触面积，使支撑环23能够稳定支撑红外线加热器3。
24.结合图1、图2，红外线加热管3选用hrtd
‑
m型红外加热管，其最高工作温度可达800℃，通用管径为18mm，且耐高压。为使红外线加热管3使用成本低，且最大化利用红外线加热管3产生的热量，则需要合理布置红外线加热管3。其中，红外线加热管3使用数量满足：红外线加热管3分布间距满足：式中，m为红外线加热管3使用数量，取小数点前的整数；π取3.14；r为罐体1内腔半径，单位为m，罐体1内腔半径不小于1m；k为红外线加热管3分布间距，单位为m；为计算m时小数点后一位的整数。
25.且红外线加热管3长度应小于罐体1长度的一半，用于减少红外线加热管3的定制成本和环架2的使用数量。
26.通过上述计算方式，利用简单的公式能够快速计算出红外线加热管3的分布数量和分布位置，进而能使热能回收装置在使用最少的红外线加热管3又能发挥最大化的能源利用率。以半径3m的罐体1为例，代入公式可计算出所需要8根红外线加热管3，红外线加热管3之间间距应为0.7m。同时令罐体1内蒸汽的输出量保持在24～26t/h，输出温度达到300℃及以上，以保证汽轮机正常运转，此时对比本发明和常规在闪蒸罐外加装过热器对蒸汽进行二次加热的效果，同样使汽轮机稳定运行1小时后，本发明的电能消耗相比减少约30%，而且通过计算，本发明的热能利用率比过热器加热高44%，而且相比不加保温层16的罐体1，电能消耗也能减少约10%，避免了原热能流失，因此能够在使用更少的电量实现蒸汽的热能回收。
27.此外，为了进一步提高较短的红外线加热管3散热范围，结合图7，支撑环23可采用
不锈钢制成的喇叭状半环结构，支撑环23母线与垂直罐体1轴线的截面夹角小于20
°
，支撑环23喇叭口朝向远离控制盒4。通过设置喇叭状的支撑环23，位于喇叭口内的红外线加热管3散发的红外线照射到支撑环23表面时，由支撑环23表面将红外线尽可能集中向罐体1另一端反射，使得远离红外线加热管3一侧的蒸汽也能更好地得到加热，相比蒸汽自身的热传导，采用该种方式传热速度更快。而位于喇叭口外的红外线加热管3散发的红外线照射到支撑环23表面，则向罐体1内壁面反射，此时在散射层17的作用下，进一步使红外线向红外线加热管3外部散发，提高传热效率，避免为了提高传热效率而直接增加红外线加热管3的加热温度，起到一定节约能源的作用。
28.结合图1、图2，环架2底部向环架2轴线弯折形成几字形的凸架24，支柱22固连在凸架24与环架2顶部之间，支撑环23轴线位于罐体1轴线上方，设置凸架24不仅能够起到支撑支柱22的作用，还能在未来清洗罐体1时，使环架2不会阻挡住罐体1内杂质，保障清洁水能够将罐体1内杂质冲刷掉并带出罐体1外。而且凸架24还将红外线加热管3以及控制盒4等电子器件抬高，避免与清洁水接触而腐蚀电子设备，一举两得。结合图6，罐体1位于主进气管口11和副进气管口12内腔口处开设环形倒角18，以避免在焊接主进气管口11和副进气管口12时产生毛边，导致后期毛边阻挡住杂质，使混有杂质的清洁水不能完全将杂质冲出的问题出现，保障清洁效率。
29.结合图1、图3，控制盒4为隔热材料制成的盘形外壳，控制盒4底部固连有支腿41，支腿41固连在连接杆21上，以起到支撑控制盒4的作用。控制盒4内装有电路板件，红外线加热管3电源线与控制盒4内的电路板件电性连接，设置控制盒4用于控制红外线加热管3启闭以及加热温度，通过监测管口13处各个检测仪器的数据反馈，能使工控机通过数据线远程控制红外线加热管3的工作，实现自动化控制。而且控制盒4隔温抗高压，保障电子仪器能够正常工作。。
30.结合图4、图6，控制盒4一侧固连有连接部42，连接部42与连接器5固连，以起到固定连接器5的作用。连接器5为管状结构，连接器5内设有电极插头，用于和导线管61相连；连接器5顶部通过螺栓固连有连接台51，连接台51顶部开设有插孔52，插孔52口径大于线缆接口14口径。连接台51顶部设有凸台53，凸台53顶部设有弧面，凸台53顶部的弧面半径与罐体1内腔半径相同，凸台53顶部与罐体1内腔端面抵接。在进行安装时，先将环架2等伸入罐体1内，随后使连接台51的插孔52对向线缆接口14，因插孔52口径大于线缆接口14口径，则使环架2等安装精度有所降低，装配难度降低，随后将环架2和凸台53焊接在散射层17上，实现永久固定。设置凸台53可用于辅助固定连接器5，起到安装定位的作用，设置连接台51以降低连接器5的制造难度，节约制造成本。待环架2等安装完毕后，再将罐体1两侧的弧面焊接，完成热能回收装置的生产，其装配过程也十分简单方便，工作难度低。
31.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。