一种管壳式高温换热器的制作方法

本发明涉及高温换热器技术领域，具体涉及管壳式高温换热器。

背景技术：

在石化及环保领域的焚烧单元中，通常需要将助燃空气预热到一定的温度后进入焚烧炉内焚烧。而助燃空气的预热则需要高温烟气通过管壳式气气换热器的加热来实现。例如：常见的废酸再生（简称sar）装置中，废硫酸的裂解温度需要控制在1050～1150℃的高温下进行。为了提高裂解炉炉膛温度，降低燃料气消耗量，并提高so2浓度，则需要采用400～700℃的预热空气与燃料气混合后进入裂解炉内进行焚烧。助燃空气由常温预热至700℃左右，则需要热源应为900℃左右的高温烟气。

目前的换热器的缺陷在于：一、高温烟气入口处的管板，容易出现管板开裂、管板与换热管连接焊缝拉裂等现象，最终导致设备高温应力疲劳失效，从而无法满足装置长期稳定运行的需求。二、高温烟气走管程、待加热气体走壳程，在换热过程中，待加热气体容易出现“换热死区”，即待加热气体受热不均匀，加热效果差。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种管壳式高温换热器，其能避免因高温而导致管板开裂、管板与换热管之间的焊缝拉裂等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种管壳式高温换热器，包括：设置有带进烟口的烟箱，烟箱的顶部设置有过渡段筒体，过渡段筒体外设置有带冷侧输出口的冷侧排出筒体，过渡段筒体的顶部设置有壳程筒体，壳程筒体内设置有换热管束，壳程筒体的顶部设置有烟囱，烟囱外设置有带冷侧输入口的冷侧输入筒体，烟囱的顶部伸出冷侧输入筒体，换热管束的上、下两端分别与冷侧输入筒体以及冷侧排出筒体相连通，壳程筒体的底部设置有底部管板，所述的底部管板包括上、下间隔设置的底部第一管板和底部第二管板，底部第一管板和底部第二管板之间的间隙形成环形的封闭的冷却空腔，壳程筒体向下延伸形成冷却空腔的外侧壁，过渡段筒体的内侧壁向上延伸形成冷却空腔的内侧壁；换热管束的下端依次穿设通过底部第一管板、冷却空腔以及底部第二管板，冷却空腔的外侧壁上设置有若干冷却风进口，冷却空腔的内侧壁上设置有若干冷却风出口，冷却风出口与过渡段筒体相连通；高温烟气经进烟口进入烟箱，然后经壳程筒体从烟囱排出；待加热气体经冷侧输入口依次通过冷侧输入筒体、换热管束，然后从冷侧排出筒体的冷侧输出口排出；冷却风不断从冷却风进口进入冷却空腔，然后从冷却风出口进入过渡段筒体。

进一步地，前述的一种管壳式高温换热器，其中，底部第一管板上设置有用于检测温度的温度检测元件，温度检测元件将检测到的信号实时反馈至plc控制器，plc控制器根据温度检测元件检测到的信号调整冷却风进口中的冷却风的进风量。

更进一步地，前述的一种管壳式高温换热器，其中，底部第一管板的顶部以及底部第二管板的底部分别设置有一层管板耐火纤维毡。

进一步地，前述的一种管壳式高温换热器，其中，换热管束中的每根换热管的下端均设置有金属保护套管。

更进一步地，前述的一种管壳式高温换热器，其中，壳程筒体内的换热管束绕壳程筒体呈环状布置，壳程筒体内间隔设置若干道折流板，折流板分为中间折流板和外侧折流板，每块中间折流板穿设均固定在换热管束上，每块中间折流板均阻挡在换热管束中以及换热管束内侧的壳程筒体中，每块外侧折流板也均穿设固定在换热管束上，每块外侧折流板均阻挡在换热管束中以及换热管束与壳程筒体的内壁之间，中间折流板和外侧折流板由下至上依次间隔设置，这使得进入壳程筒体内的烟气在换热管束内侧与换热管束外侧之间迂回运行。

再进一步地，前述的一种管壳式高温换热器，其中，位于壳程筒体内最下低位置的一块中间折流板的底部设置有一层折流板耐火纤维毡。

再进一步地，前述的一种管壳式高温换热器，其中，冷却风出口绕冷却空腔周向均匀间隔设置。

再进一步地，前述的一种管壳式高温换热器，其中，冷却风进口绕冷却空腔周向均匀间隔布置。

再进一步地，前述的一种管壳式高温换热器，其中，烟箱的内壁与过渡段筒体的内壁上均设置有耐火内衬层，耐火内衬层向上延伸至冷却空腔内侧壁位置，每个冷却风出口均伸出耐火内衬层。

本发明的优点是：一、底部管板采用双管板结构形成冷却空腔，冷却空腔中不断通入冷却气体，从而不断对壳程筒体下端部位置的换热管以及底部管板进行降温，这就能有效避免换热管与底部管板的连接位置在长期的高温状态的应力作用下出现管板开裂、焊缝拉裂、应力疲劳等问题，从而确保设备长期稳定工作，有效延长换热器使用寿命，降低设备维护成本。二、在换热过程中高温烟气走壳程，待加热烟气走管程，在折流板的引导下高温气体迂回运行，高温气体的运行路径有效延长，并且高温烟气对换热管束进行横向冲刷，从而使得高温烟气的热量充分释放，待加热烟气在管程中则均匀受热，相较于高温烟气走管程、待加热烟气走壳程的传统换热器，本发明所述的管壳式高温换热器的换热效果大大提高。

附图说明

图1是本发明所述的管壳式高温换热器的结构示意图。

图2是图1中a部分的放大结构示意图。

图3是图1中b-b的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2、图3所示，管壳式高温换热器，包括：设置有进烟口11的烟箱1，烟箱1的顶部设置有过渡段筒体2。本实施例中，烟箱1顶部为直径由下至上逐渐变小的锥形段烟箱12，所述的过渡段筒体2连接在锥形段烟箱12的顶部。为了提高烟箱1与过渡段筒体2内壁的耐高温能力以及抗冲刷能力，烟箱1与过渡段筒体2的内壁上均设置有耐火内衬层10。

过渡段筒体2外设置有带冷侧输出口31的冷侧排出筒体3，过渡段筒体的顶部设置有壳程筒体4，壳程筒体4内设置有换热管束5。壳程筒体4的顶部设置有烟囱6，烟囱6外设置有带冷侧输入口71的冷侧输入筒体7。烟囱6的顶部伸出冷侧输入筒体7。换热管束5的上、下两端分别与冷侧输入筒体7以及冷侧排出筒体3相连通。

本实施例中，壳程筒体4的底部设置有底部管板41，所述的底部管板41包括上、下间隔设置的底部第一管板411和底部第二管板412。底部第一管板411的顶部以及底部第二管板412的底部分别设置有一层管板耐火纤维毡413。底部第一管板411和底部第二管板412之间的间隙形成环形的封闭的冷却空腔40。壳程筒体4向下延伸形成冷却空腔40的外侧壁，过渡段筒体2的内侧壁向上延伸形成冷却空腔40的内侧壁。

换热管束5的下端均依次穿设通过底部第一管板411、冷却空腔40以及底部第二管板412，冷却空腔40的外侧壁上设置有冷却风进口401，冷却空腔40的内侧壁上设置有冷却风出口402，冷却风出口402与过渡段筒体2相连通。为了提高冷却效果，确保冷却空腔40内温度均匀，冷却风出口402绕冷却空腔40周向均匀间隔设置，本实施例中布置有四个，冷却风进口401绕冷却空腔40周向均匀间隔布置，本实施例中布置有十二个。本实施例中，底部第一管板4上设置有用于检测温度的温度检测元件，温度检测元件将检测到的信号实时发反馈至plc控制器，plc控制器根据温度检测元件检测到的信号调整冷却风进口中的冷却风的进风量。

所述的耐火内衬层10向上延伸至冷却空腔40的内侧壁位置，所述的冷却风出口402伸出耐火内衬层10，耐火内衬层10对冷却风出口402起到有效的保护作用。为了保护换热管，换热管束5中的每根换热管的下端均设置有金属保护套管51。

壳程筒体4内的换热管束5绕壳程筒体4呈环形布置，壳程筒体4内间隔设置若干道折流板，折流板分为中间折流板43和外侧折流板44，中间折流板43穿设固定在换热管束5上，并且阻挡在换热管束5中以及与换热管束5内侧的壳程筒体4中，外侧折流板44也穿设固定在换热管束5上，外侧折流板44阻挡在换热管束5中以及换热管束5与壳程筒体4的内壁之间，中间折流板43和外侧折流板44由下至上依次间隔设置，这使得进入壳程筒体4内的烟气在换热管束5的内侧与换热管束5的外侧之间迂回运行。由于壳程筒体4下端部温度很高，因此本实施例中，壳程筒体4内最下低位置的一块中间折流板431的底部设置有一层折流板耐火纤维毡4311，这能有效防护最低位置的一道中间折流板431。中间折流板43与外侧折流板44的设置，不仅有效延长了高温烟气的运行路径，还使得高温烟气来回横向冲刷管束5，从而大大提高换热效果。

工作原理：高温烟气从进烟口11进入烟箱1内，然后从过渡段筒体2进入至壳程筒体4内。在中间折流板43以及外侧折流板44的引导下，高温烟气向上运行、并在换热管束5内侧与换热管束5外侧之间迂回运行，从而将热量传递给换热管束5内的气体。壳程筒体4顶部的烟气经烟囱6向外排出。

需要被加热的气体从冷侧输入口71进入冷侧输入筒体7中，然后进入至换热管束5内，需要被加热的气体从在换热管束5中吸收高温烟气传递的热量后升温。加热完成的气体进入冷侧排出筒体3，然后从冷侧输出口31输出。

在上述的气体的热交换过程中，冷却风不断从冷却风进口401进入冷却空腔40内，从而不断对底部管板41位置进行降温。冷却空腔40中的气体进入壳程筒体4内。由于底部第一管板411上设置有用于检测温度的温度检测元件，温度检测元件将检测到的信号实时反馈至plc控制器，plc控制器根据温度检测元件检测到的信号调整冷却风进口401中的冷却风的进风量。具体地，当温度检测元件将检测到的信号反馈至plc控制器，plc控制器判定底部第一管板411处温度偏高，则plc控制器则控制冷却风进口401中的冷却风的进风量加大，；当plc控制器判定底部第一管板4处温度偏低，则plc控制器则控制冷却风进口401中的冷却风的进风量减小。plc控制器实时控制冷却风的风量，则能确保冷却效果，使得底部管板41处的工作温度恒定在一定温度范围。

本发明的优点在于：一、底部管板41采用双管板结构形成冷却空腔40，冷却空腔40中不断通入冷却气体，从而不断对壳程筒体4下端部位置的换热管以及底部管板41进行降温，这就能有效避免换热管与底部管板41的连接位置在长期的高温状态的应力作用下出现管板开裂、焊缝拉裂、应力疲劳等问题，从而确保设备长期稳定工作，有效延长换热器使用寿命，降低设备维护成本，极大提高了换热器的安全性。二、plc控制器实时控制冷却风的风量，不仅使得底部管板41处的工作温度恒定在一定温度范围，确保冷却效果，还能有效节约能耗。三、在换热过程中高温烟气依次经烟箱1、过渡段筒体2、壳程筒体4然后从烟囱6排出，待加热烟气则经冷侧输入筒体7、换热管束5从冷侧排出筒体3排出，即高温烟气走壳程，待加热烟气走管程，在折流板的引导下高温气体迂回运行，高温气体的运行路径有效延长，并且高温烟气对换热管束进行横向冲刷，从而使得高温烟气的热量充分释放，待加热烟气在管程中受热均匀，这相较于高温烟气走管程、待加热烟气走壳程的传统换热器，本发明所述的管壳式高温换热器的换热效果大大提高。