КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР Российский патент 1998 года по МПК C10J3/86 F23B1/14 

Изобретение относится к утилизации отходящего тепла химических реакций, в частности к котлу-утилизатору.

Известен котел-утилизатор, содержащий цилиндрический корпус с установленными в нем теплообменными трубами, имеющими впускной и выпускной концы, средство для подачи воды в окружающее трубы пространство корпуса, закрепленное на корпусе, средство для подачи горячего продукта в выпускные концы труб и пропускания его через них для обеспечения косвенного теплообмена с водой, имеющейся в окружающем трубы пространстве корпуса, средство для отвода получаемого в результате теплообмена потока воды и пара и средство для отвода охлажденного потока продукта, при этом котел далее содержит байпас в виде изолированной трубы большого диаметра, снабженной оснащенной клапанной трубой для регулирования расхода, размещенной или внутри корпуса котла, или же вне его (см., напр., Chemical Engineering, 13 августа 1979 г., с. 127 - 128, фиг. 13).

В начале работы котла часть горячего продукта подают мимо теплообменных труб через байпас с тем, чтобы держать теплообмен в желаемых пределах. После определенного времени эксплуатации в трубах в растущей степени образуются отложения и усиливается коррозия труб, что приводит к уменьшению эффективности теплообмена. Тогда снижают количество подаваемого по байпасу горячего продукта, вследствие чего последний подается в большем количестве через теплообменные трубы, благодаря чему сохраняется требуемый уровень охлаждения.

Главный недостаток известного котла заключается в сильной коррозии металлической поверхности байпаса и клапана для регулирования расхода, находящегося в контакте с потоком неохлажденного продукта, имеющего высокую температуру, лежащую, например, в пределах 900 - 1000^oC.

Главная задача изобретения заключается в предотвращении вышеуказанного недостатка известного котла-утилизатора, то есть, в создании котла указанного типа с улучшенными теплообменом и регулированием температуры.

Указанная задача решается в предлагаемом котле-утилизаторе, содержащем цилиндрический корпус с установленными в нем теплообменными трубами, имеющими впускной и выпускной концы, средство для подачи воды в окружающее трубы пространство корпуса, закрепленное на корпусе, средство для подачи горячего продукта в впускные концы труб и пропускания его через них для обеспечения косвенного теплобмена с водой, имеющейся в окружающем трубы пространстве корпуса, средство для регулирования расхода, средство для отвода получаемого в результате теплообмена потока воды и пара и средство для отвода охлажденного потока продукта, за счет того, что трубы установлены по меньшей мере в виде двух пучков, а средство для регулирования расхода выполнено в виде средств для распределения потока горячего продукта по пучкам и регулирования его расхода в них, причем каждый пучок снабжен указанным средством для распределения потока горячего продукта и регулирования его расхода.

В предлагаемом котле управление теплообменом осуществляется путем распределения количества потока горячего продукта между индивидуальными пучками труб. При уменьшенном количестве горячего продукта, подаваемого через трубы одного пучка, скорость потока в трубах другого пучка соответствующим образом повышается при постоянном количестве горячего продукта, подаваемого в котел. Повышенная скорость потока продукта приводит к увеличению теплообмена. Таким образом, путем соответствующего регулирования горячего продукта в отдельных пучках труб можно управлять теплообменом и температурой подаваемого горячего продукта и продукта, выходящего из котла при разных условиях образования отложений.

Распределение горячего продукта на пучки и их трубы можно осуществлять с помощью регулировочного клапана, размещенного в наружной камере, смежной с пучками на выпускной стороне труб.

В отличие от известного котла, имеющего изолированную байпасную трубу, в предлагаемом котле предотвращена сильная коррозия металлических поверхностей труб и клапанов, возникающая вследствие контакта с потоком неохлажденного продукта, имеющего высокую температуру. Согласно изобретению металлические поверхности труб и клапанов в котле входят в контакт с потоком охлажденного продукта при более низкой температуре вследствие теплообмена с водой и паром на обращенной к корпусе стороне труб.

Согласно предпочтительной форме выполнения предлагаемого котла пучки содержат разное количество труб, что позволяет регулировать скорость и теплообменную площадь, благодаря чему возможно более точное регулирование температуры в котле.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения изобретения пучки могут содержать трубы разного диаметра. При этом температура регулируется путем подачи разных количеств горячего продукта на пучки с трубами разного диаметра, причем с помощью труб с меньшим диаметром достигается более высокий коэффициент теплообмена, и, таким образом, и более эффективное охлаждение потока продукта при повышении количества продукта, пропускаемого через трубы меньшего диаметра.

Благодаря подаче на пучки горячего продукта и его пропусканию в разных количествах через теплообменные трубы теплообмен можно приспосабливать к изменениям условий образования отложений и нагрузки котла с тем, чтобы металлические поверхности труб и клапанов котла не подвергались воздействию высоких температур, приводящих к сильной коррозии в котле.

На приложенном чертеже схематически показана возможная форма выполнения главной секции предлагаемого котла. На чертеже не показаны известное средство для подачи воды в окружающее трубы пространство корпуса, закрепленное на корпусе, известное средство для подачи горячего продукта в впускные концы труб и пропускания его через них для обеспечения косвенного теплообмена с водой, имеющейся в окружающем трубы пространстве корпуса, известное средство для отвода получаемых при косвенном теплообмене воды и пара , известное средство для отвода охлажденного продукта и средство для регулирования расхода.

Согласно чертежу котел содержит цилиндрический корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 концами, имеющий первый пучок 4 с 150 трубами наружным диаметром, составляющим примерно 7,5 см, и длиной, составляющей 5,5 м, причем трубы пучка 4 размещены вокруг оси 5 корпуса 1. Последний далее содержит второй пучок 6 с 450 трубами наружным диаметром, составляющим примерно 5 см, и длиной, составляющей 5,5 м. Трубы второго пучка 6 установлены концентрично трубам первого пучка 4, а средство для регулирования расхода выполнено в виде средств распределения горячего продукта по пучкам и регулирования его расхода в них. Указанные средства выполнены в виде регулировочных клапанов 7, размещенных в наружной камере, смежной с пучками 4, 6 на выпускном конце труб.

При эксплуатации котла согласно представленной на чертеже форме выполнения с подачей в него 449,782 Нм³/ч газа процесса риформинга, имеющего температуру 950^oC. В нижеследующих таблицах 1, 2 приведены температура выходящих из каждого пучка труб потоков охлажденного продукта и температура объединенных охлажденных потоков при разном распределении горячего потока на оба пучка, которые должны соблюдаться при коэффициентах образования отложений, равных 0 и 6 • 10^-4, соответственно.

По данным, приведенным в таблицах 1 и 2 видно, что температура потока охлажденного продукта зависит от распределения количества горячего продукта, подаваемого в трубы первого и второго пучков. Например, для обеспечения желаемой выходной температуры 590^oC, 10% горячего продукта пропускают через трубы меньшего диаметра, а остаток - через трубы большего диаметра, если в котле не имеется отложений. В случае же наличия отложений, т.е., при коэффициенте образования отложений, составляющем 6 • 10^-4, для обеспечения выходной температуры охлажденного потока, составляющей 592^oC, через трубы меньшего диаметра необходимо пропускать 30% горячего продукта.

Таким образом, температура регулируется без воздействия высоких температур на металлические поверхности, которые вызывают заметную коррозию.

Согласно варианту предлагаемый котел-утилизатор может быть снабжен пучками, имеющими разное количество труб. Кроме того, трубы разных пучков могут иметь разный диаметр. Такой вариант также позволяет решать вышеуказанную задачу изобретения.

Котел-утилизатор содержит цилиндрический корпус с установленными в нем теплообменными трубами, имеющими впускной и выпускной концы, средство для подачи воды в окружающее трубы пространство корпуса и средство для подачи потока горячего продукта в впускные концы труб и пропускания его через них для обеспечения косвенного теплообменна с водой, имеющийся в окружающем трубы пространстве корпуса. Трубы установлены по меньшей мере в виде двух пучков, каждый из которых снабжен средством для регулирования расхода. Последнее выполнено в виде регулировачного клапана. Описываемый котел-утилизатор имеет улучшенный теплообмен и оперативное регулирование температуры. 4 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Котел-утилизатор, содержащий цилиндрический корпус с установленными в нем теплообменными трубами, имеющими впускной и выпускной концы, средство для подачи воды в окружающее трубы пространство корпуса, закрепленное на корпусе, средство для подачи горячего продукта в впускные концы труб и пропускания его через них для обеспечения косвенного теплообмена с водой, имеющейся в окружающем трубы пространстве корпуса, средство для регулирования расхода, средство для отвода получаемого в результате теплообмена пара и средство для отвода охлажденного продукта, отличающийся тем, что трубы установлены по меньшей мере в виде двух пучков, а средство для регулирования расхода выполнено в виде средств для распределения потока горячего продукта по пучкам и регулирования его расхода в них, причем каждый пучок снабжен указанным средством для распределения потока горячего продукта и регулирования его расхода. 2. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что средство для распределения потока горячего продукта выполнено в виде регулировочного клапана, размещенного в наружной камере, смежной с пучками на выпускном конце труб. 3. Котел-утилизатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пучки имеют разное количество труб. 4. Котел-утилизатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что трубы разных пучков имеют разный диаметр. 5. Котел-утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что пучки имеют разное количество труб, причем трубы разных пучков имеют разный диаметр.