КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР Российский патент 1999 года по МПК F22B9/10 F22B31/02 

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 потока горячего продукта в впускной конец 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 потока охлажденного продукта, при этом котел далее содержит байпас в виде изолированной трубы большого диаметра, снабженной клапаном для регулирования количества пропускаемого через трубы горячего продукта, размещенный или внутри корпуса котла, или же вне его (см., напр., Chemical Engineering, 13-го августа 1979 г., стр. 127 -128, фиг. 13).

В начале работы котла часть потока горячего продукта подают мимо теплообменных труб через байпас с тем, чтобы держать теплообмен на желаемом уровне. 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 требуемое охлаждающее действие.

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

Основная задача изобретения заключается в устранении вышеуказанного недостатка известного котла-утилизатора, то есть в создании котла указанного типа с улучшенными характеристиками по теплообмену и регулированию 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 потока горячего продукта в впускной конец труб и пропускания его через них для обеспечения косвенного теплообмена с водой, имеющейся в окружающем трубы пространстве корпуса, внутреннюю изолированную байпасную трубу, средство для регулирования количества пропускаемого через трубы горячего продукта, средство для отвода получаемого в результате теплообмена потока воды и пара, и средство для отвода потока охлажденного продукта, за счет того, что средство для регулирования количества пропускаемого через трубы горячего продукта выполнено в качестве сопла для впрыскивания среды в выпускной конец внутренней изолированной байпасной трубы, размещенного в пространстве, выполненном в цилиндрическом корпусе над выпускным концом труб и снабженном средством для отвода потока охлажденного продукта.

Внутренняя изолированная байпасная труба предпочтительно размещена центрально в цилиндрическом корпусе.

Указанное впрыскивающее сопло предпочтительно установлено в выполненном в цилиндрическом корпусе пространстве над выпускным концом труб по центральной линии байпасной трубы на расстоянии от ее выпускного конца, при этом выпускное отверстие сопла направлено в сторону выпускного конца байпасной трубы.

Сопло может быть выполнено из любого материала, который является устойчивым к воздействию атмосферы в пространстве, выполненном над выпускным концом труб. Пригодными материалами являются, например, сплавы металлов и керамика.

В случае очень высоких температур целесообразно снабжать сопло огнеупорной оболочкой, выполненной, например, из огнеупорного бетона или окиси алюминия. Такая оболочка защищает поверхность сопла от разрушения.

Количество подаваемого по байпасной трубе потока регулируют согласно изобретению с помощью потока некоррозирующей среды, которая впрыскивается в пропускаемый по байпасной трубе поток у ее выпускного конца. При этом давление у выпускного конца байпасной трубы регулируют количеством впрыскиваемой среды, зависящим от количества потока горячего продукта, пропускаемого через байпасную трубу. Таким образом, подходящее регулирование количества впрыскиваемой среды позволяет согласовать теплопередачу с изменениями в процессе образования отложений и эксплуатировать котел-утилизатор без серьезной коррозии регулировочного оборудования.

Используемая для регулирования потока горячего продукта среда может представлять собой охлажденный продукт, отводимый из котла-утилизатора, пар или инертный газ, такой, как, например, азот, или же отходящий газ другой производственной установки, который подают в впрыскивающее сопло. Вид применяемой для регулирования потока горячего газа среды зависит от дальнейшего назначения потока охлажденного продукта.

На приложенном чертеже представлен пример выполнения предлагаемого котла-утилизатора.

Котел-утилизатор содержит цилиндрический корпус 1, снабженный средством 2 для подачи воды в котел-утилизатор в пространство между теплообменными трубами 3 и изолированной байпасной трубой 4, установленной центрально в котле-утилизаторе, и средством 5 для отвода пара, образующегося в котле-утилизаторе. Теплообменные трубы 3 и байпасная труба 4 размещены в котле-утилизаторе между его впускным концом 6 и выпускным концом 7. Впускной конец 6 снабжен средством 8 для подачи потока горячего продукта в трубы 3 и 4, а выпускной конец 7 имеет пространство 9 для вывода потока охлажденного продукта из котла-утилизатора, снабженное выпуском 10.

Пространство 9 оснащено впрыскивающим соплом 11, установленным на расстоянии от выпускного конца 12 байпасной трубы 4 по ее центральной линии 13. Поступающий в выпускной конец 6 горячий газ проходит по трубам и выходит из них через выпускной конец 7. Поток горячего продукта через байпасную трубу 4 регулируют путем впрыскивания среды при помощи сопла 11 в выпускной конец 12 байпасной трубы 4.

Так, например, в случае применения пара в качестве регулировочной среды количество пара, подлежащее впрыскиванию в выпускной конец 12 байпасной трубы 4 для обеспечения регулирования потока горячего продукта по байпасной трубе в пределах от 0 до неограниченного количества, определяют по следующему уравнению:

При перепаде давления Δp в котле-утилизаторе, равном 0,03 кг/см², радиусе r байпасной трубы, равном 10 см, и скорости V впрыскиваемого пара, равной 200 м/сек, в байпасную трубу следует впрыскивать 0,46 кг/сек пара с тем, чтобы уменьшить до 0 поток горячего продукта, пропускаемого по байпасной трубе.

Таким образом, в вышеуказанных условиях поток подаваемого по байпасной трубе горячего продукта можно устанавливать в пределах от 0 до максимальной величины путем впрыскивания пара в количествах от 0 до 0,46 кг/сек.

Изобретением является котел-утилизатор, содержащий цилиндрический корпус 1 с установленными в нем теплообменными трубами 3, имеющими впускной и выпускной концы, средство 2 для подачи воды в окружающее трубы 3 пространство корпуса 1, закрепленное на корпусе 1, средство 8 для подачи потока горячего продукта в впускной конец труб 3 и пропускания его через них для обеспечения косвенного теплообмена с водой, имеющейся в окружающем трубы пространстве корпуса 1, внутреннюю изолированную байпасную трубу 4, средство для регулирования количества пропускаемого через трубы 3 горячего продукта, средство 11 для отвода получаемого в результате теплообмена потока воды и пара и средство 10 для отвода потока охлажденного продукта, при этом средство 11 для регулирования количества пропускаемого через трубы горячего продукта выполнено в виде сопла для впрыскивания среды в выпускной конец 12 внутренней изолированной байпасной трубы 4, размещенного в пространстве 9, выполненном в цилиндрическом корпусе 1 над выпускным концом труб 3 и снабженном средством 10 для отвода потока охлажденного продукта. Изобретение позволяет снизить коррозию металлической поверхности байпасной трубы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

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 потока горячего продукта в впускной конец труб и пропускания его через них для обеспечения косвенного теплообмена с водой, имеющейся в окружающем трубы пространстве корпуса, внутреннюю изолированную байпасную трубу, средство для регулирования количества пропускаемого через трубы горячего продукта, средство для отвода получаемого в результате теплообмена потока воды и пара, и средство для отвода потока охлажденного продукта, отличающийся тем, что средство для регулирования количества пропускаемого через трубы горячего продукта выполнено в качестве сопла для впрыскивания среды в выпускной конец внутренней изолированной байпасной трубы, размещенного в пространстве, выполненном в цилиндрическом корпусе над выпускным концом труб и снабженном средством для отвода потока охлажденного продукта. 2. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что изолированная байпасная труба центрально расположена в цилиндрическом корпусе. 3. Котел-улитизатор по п.1, отличающийся тем, что сопло установлено в выполненном в цилиндрическом корпусе над выпускным концом труб пространстве по центральной линии байпасной трубы на расстоянии от ее выпускного конца, при этом выпускное отверстие сопла направлено в сторону выпускного конца байпасной трубы. 4. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что сопло снабжено огнеупорной оболочкой.