САМОАДАПТИРУЮЩАЯСЯ СИСТЕМА РЕКУПЕРАЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА С НУЛЕВОЙ МОЩНОСТЬЮ ПОТРЕБЛЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛЕНА Российский патент 2024 года по МПК F28D21/00 F28F27/02 F23L15/04 

[0001] Для настоящей заявки испрашивается приоритет по заявке на патент Китая №202210550861.1, «ZERO-POWER-CONSUMPTION SELF-ADAPTIVE DISTRIBUTED WASTE HEAT RECOVERY AND UTILIZATION SYSTEM FOR ETHYLENE DEVICE» («САМОАДАПТИРУЮЩАЯСЯ СИСТЕМА РЕКУПЕРАЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА С НУЛЕВОЙ МОЩНОСТЬЮ ПОТРЕБЛЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛЕНА»), поданной 18 мая 2022 г. в Национальное управление интеллектуальной собственности Китая, которая в полном объеме включена в настоящую заявку путем отсылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящая заявка относится к области технологии рекуперации отходящего тепла (далее рекуперации тепла) для устройства получения этилена и, в частности, к самоадаптирующейся распределенной системе рекуперации и утилизации тепла с нулевой мощностью потребления для устройства получения этилена.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Пространство расположения устройства получения этилена обычно содержит большие ресурсы низкотемпературного отходящего тепла, такие как циркулирующая охлаждающая вода, различные конденсаты, отработавший пар и технологическая горячая вода. Некоторые из ресурсов низкотемпературного отходящего тепла непосредственно сбрасываются, а некоторые нуждаются в переработке с расходом энергии вторичного источника перед рекуперацией. В этиленовой крекинг-печи, несколько сопел горелок распределено в одной топочной камере, и топочная камера находится под небольшим разрежением, при котором сложно применять обычный способ централизованного предварительного нагрева воздуха. Этиленовая крекинг-печь обычно использует воздух при нормальной температуре для поддержания горения, и температура воздуха является низкой, что не способствует повышению общей тепловой эффективности этиленовой крекинг-печи. Воздух может применяться как теплообменная среда для рекуперации и утилизации низкотемпературного отходящего тепла в пространстве расположения устройства. Этиленовая крекинг-печь предъявляет очень высокие требования к полю распределения температур в топочной камере, и режимы горения горелок в топочной камере должны быть, по существу одинаковыми, чтобы обеспечивать однородность поля распределения температур в топочной камере.

[0004] В настоящее время, для системы, которая использует воздух для горения горелки нижнего ряда этиленовой крекинг-печи в качестве среды для рекуперации и утилизации низкотемпературного отходящего тепла, вопрос обеспечения однородности поля распределения температур в топочной камере этиленовой крекинг-печи не рассматривался. Добавление устройства для рекуперации тепла изменяет рабочую среду топочной камеры и оказывает негативное воздействие на поле распределения температур в топочной камере. Кроме того, дополнительно вводятся электросиловое оборудование, такое как нагнетательный аппарат и водяной насос, и электронные приборы, такие как распределительный клапан, что усложняет систему и повышает энергопотребление системы и затраты на нее.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Технической проблемой, решение которой является целью настоящей заявки, является создание самоадаптирующейся распределенной системы рекуперации и утилизации тепла с нулевой мощностью потребления для устройства получения этилена, которая может адаптивно саморегулироваться, и в которой постоянство величин расхода в группах устройств для рекуперации тепла можно реализовать без регулировочного распределительного клапана, с обеспечением тем самым однородности поля распределения температур в топочной камере этиленовой крекинг-печи.

[0006] Кроме того, отходящее тепло группы этиленовых крекинг-печей можно полностью рекуперировать с исключением таких проблем, как гидравлический удар в трубопроводной сети системы, вызываемый пульсациями давления, и с решением проблемы накопления золы в устройстве для рекуперации тепла и повышением эффективности теплообмена.

[0007] Настоящая заявка предлагает следующие технические решения.

[0008] Самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла с нулевой мощностью потребления для устройства получения этилена включает в себя трубопроводную систему для сбора отходящего тепла, несколько устройств для рекуперации тепла, расположенных по группам, и трубопроводную систему возврата отходящего тепла. Трубопроводная система для сбора отходящего тепла выполнена с возможностью вывода рабочей среды, содержащей отходящее тепло, из источника отходящего тепла устройства получения этилена и распределения рабочей среды в несколько устройств для рекуперации тепла. Несколько устройств для рекуперации тепла выполнены с возможностью нагревания воздуха для горения горелки нижнего ряда этиленовой крекинг-печи отходящим теплом, и трубопроводная система возврата отходящего тепла выполнена с возможностью транспортировки рабочей среды, которая прошла процесс рекуперации и утилизации тепла, обратно в источник отходящего тепла. Трубопроводная система для сбора отходящего тепла оборудована элементами регулирования расхода в несколько ступеней, и величины расхода в трубопроводах дифференцированно распределяются элементами регулирования расхода, чтобы сделать возможным равномерное распределение величин расхода в группах устройств для рекуперации тепла.

[0009] В варианте осуществления множество устройств для рекуперации тепла расположены по группам, при этом каждая из групп содержит по меньшей мере два устройства для рекуперации тепла, и несколько устройств для рекуперации тепла соединены параллельно и работают независимо.

[0010] Трубопроводная система для сбора отходящего тепла включает в себя главную сборную трубу, основные сборные трубы и отводные сборные трубы.

[0011] Трубопроводная система возврата отходящего тепла включает в себя главную обратную трубу, основные обратные трубы и отводные обратные трубы.

[0012] Главная сборная труба выполнена с возможностью вывода рабочей среды, содержащей отходящее тепло, из источника отходящего тепла, и рабочая среда транспортируется в группы устройств для рекуперации тепла по основным сборным трубам, и далее транспортируется в каждое из устройств для рекуперации тепла в группе по соответствующим трубам из отводных сборных труб.

[0013] Рабочая среда, которая прошла процесс рекуперации и утилизации тепла каждым из устройств для рекуперации тепла в группе, возвращается по соответствующим трубам из отводных обратных труб в соответствующую трубу из основных обратных труб, соответствующих устройствам для рекуперации тепла в группе, и далее возвращается в источник отходящего тепла по главной обратной трубе.

[0014] Главная сборная труба оборудована элементом регулирования расхода главной трубы, каждая из основных сборных труб оборудована элементом регулирования расхода основной трубы, и каждая из отводных сборных труб оборудована элементом регулирования расхода отводной трубы.

[0015] В варианте осуществления величины расхода в группах устройств для рекуперации тепла распределяются равномерно, и перепады давлений в системе рекуперации и утилизации тепла удовлетворяют следующим условиям:

где означает суммарный перепад давления в системе рекуперации тепла, означает суммарный перепад давления главной сборной трубы, главной обратной трубы и элемента регулирования расхода главной трубы, означает суммарный перепад давления основных сборных труб, основных обратных труб и элементов регулирования расхода основных труб, и означает суммарный перепад давления устройств для рекуперации тепла, отводных сборных труб, отводных обратных труб и элементов регулирования расхода отводных труб; и означает число групп устройств для рекуперации тепла, означает суммарный перепад давления соответствующей трубы из основных сборных труб и соответствующей трубы из основных обратных труб, соответствующих устройствам для рекуперации тепла в группе , означает суммарный перепад давления устройств для рекуперации тепла в группе и соответствующих элементов из элементов регулирования расхода отводных труб, соответствующих устройствам для рекуперации тепла в группе , и означает суммарный перепад давления соответствующих труб из отводных сборных труб и соответствующих труб из отводных обратных труб, соответствующих устройствам для рекуперации тепла в группе , где =1, 2, 3,…, n.

[0016] В варианте осуществления рабочие параметры элемента регулирования расхода главной трубы, элементов регулирования расхода основных труб или элементов регулирования расхода отводных труб подчиняются следующему уравнению:

,

где означает величину расхода, означает показатель расхода, означает проходное сечение элемента регулирования расхода, означает потерю давления, и означает плотность источника отходящего тепла.

[0017] В варианте осуществления число устройств для рекуперации тепла в каждой из групп составляет 8-10.

[0018] В варианте осуществления трубопроводная система для сбора отходящего тепла оборудована устройством уменьшения перегрева и выравнивания давления, и устройство уменьшения перегрева и выравнивания давления включает в себя датчик давления, датчик температуры, регулирующий клапан, охлаждающую воду и охладитель для уменьшения перегрева.

[0019] Датчик давления и датчик температуры выполнены с возможностью контроля сигнала температуры и сигнала давления трубопроводной системы для сбора отходящего тепла, и регулирующий клапан выполнен с возможностью регулирования степени открывания по сигналу температуры и сигналу давления, чтобы управлять величиной расхода охлаждающей воды. Охладитель для уменьшения перегрева выполнен с возможностью распыления охлаждающей воды, чтобы охлаждать источник отходящего тепла и поддерживать стабильное давление в трубопроводной системе для сбора отходящего тепла.

[0020] В варианте осуществления каждое из устройств для рекуперации тепла включает в себя отверстие для впуска воздуха, отверстие для выпуска воздуха, соединительный воздушный канал, узел для впуска воды, узел для выпуска воды и теплообменный элемент. Узел для впуска воды подсоединен к трубопроводной системе для сбора отходящего тепла для подачи рабочей среды, содержащей отходящее тепло, и узел для выпуска воды подсоединен к трубопроводной системе возврата отходящего тепла для возврата рабочей среды, которая прошла процесс рекуперации и утилизации тепла. Отверстие для впуска воздуха выполнено с возможностью подачи холодного воздуха. Теплообменный элемент выполнен с возможностью теплообмена между рабочей средой, содержащей отходящее тепло, и холодным воздухом, и отверстие для выпуска воздуха соединено с соединительным воздушным каналом для транспортировки предварительно нагретого воздуха.

[0021] В варианте осуществления каждое из устройств для рекуперации тепла дополнительно включает в себя поточное устройство для самоочищения, которое включает в себя нагнетательный трубопровод и нагнетательные сопла. Каждое из нагнетательных сопел является веерообразным распыляющим соплом с углом распыления в диапазоне от 60 градусов до 120 градусов, и нагнетательные сопла располагаются противоположно друг другу в два яруса. Продувочная среда подается в нагнетательные сопла по нагнетательному трубопроводу, чтобы прочищать устройство для рекуперации тепла. Продувочная среда является сжатым воздухом или паром низкого давления.

[0022] В варианте осуществления теплообменный элемент является пучком ребристых труб круглого или эллиптического сечения.

[0023] В варианте осуществления, в пучке ребристых труб обеспечен узел спойлера.

[0024] По сравнению с традиционной технологией настоящая заявка предоставляет следующие преимущества.

[0025] (1) В самоадаптирующейся распределенной системе рекуперации и утилизации тепла с нулевой мощностью потребления для устройства получения этилена по настоящей заявке, механические элементы регулирования расхода располагаются в трубопроводной системе для сбора отходящего тепла, и величины расхода в трубопроводах системы могут распределяться благодаря дифференцированной конструкции элементов регулирования расхода. Система является самоадаптирующейся, и постоянство распределения потоков устройств для рекуперации тепла реализуется без добавления регулировочного распределительного клапана, что обеспечивает однородность поля распределения температур в топочной камере этиленовой крекинг-печи. Расхождение температур между разными группами устройств для рекуперации тепла можно точно регулировать в пределах ±3 градусов Цельсия.

[0026] (2) В самоадаптирующейся распределенной системе рекуперации и утилизации тепла с нулевой мощностью потребления для устройства получения этилена по настоящей заявке, в трубопроводной системе для сбора отходящего тепла располагается устройство уменьшения перегрева и выравнивания давления, чтобы контролировать пульсации давления в трубопроводной системе для сбора отходящего тепла в реальном времени и, при необходимости, выполнять уменьшение перегрева для устранения таких проблем, как гидравлический удар в трубопроводной сети системы, вызываемый пульсациями давления, таким образом, чтобы система работала безопасно и стабильно.

[0027] (3) В самоадаптирующейся распределенной системе рекуперации и утилизации тепла с нулевой мощностью потребления для устройства получения этилена по настоящей заявке, в каждом из устройств для рекуперации тепла располагается поточное устройство для самоочищения, и оперативная очистка от пыли, накапливаемой в устройстве, реализуется путем совместной работы многоступенчатых сопел, что гарантирует стабильную и эффективную работу устройства.

[0028] (4) В самоадаптирующейся распределенной системе рекуперации и утилизации тепла с нулевой мощностью потребления для устройства получения этилена по настоящей заявке, теплообменный элемент каждого из устройств для рекуперации тепла выполнен в виде ребристой трубы круглого или эллиптического сечения, и в ребристой трубе обеспечен эффективный узел спойлера, повышающий эффективность теплообмена.

[0029] (5) В самоадаптирующейся распределенной системе рекуперации и утилизации тепла с нулевой мощностью потребления для устройства получения этилена по настоящей заявке, устройства для рекуперации тепла расположены по группам, соединены параллельно и работают независимо. Устройства для рекуперации тепла соединены с трубопроводной системой для сбора отходящего тепла и трубопроводной системой возврата отходящего тепла, с формированием распределенной системы рекуперации тепла, которая может реализовать полную рекуперацию отходящего тепла группы этиленовых крекинг-печей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0030] Фиг. 1 - схематическое изображение системы рекуперации и утилизации тепла по настоящей заявке;

[0031] Фиг. 2 - схематическое изображение устройства для рекуперации тепла по настоящей заявке;

[0032] Фиг. 3 - схематическое изображение теплообменного элемента и узла спойлера по настоящей заявке; и

[0033] Фиг. 4 - схематическое изображение устройства для самоочищения по настоящей заявке.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0034] В настоящей заявке предлагается самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла с нулевой мощностью потребления для устройства получения этилена. Низкотемпературное отходящее тепло различного вида в пространстве расположения устройства получения этилена рекуперируется и повторно используется без дополнительного увеличения потребления мощности и без добавления регулировочного распределительного клапана и влияния на нормальную работу крекинг-печи. Система рекуперации и утилизации тепла преимущественно включает в себя: трубопроводную систему для сбора отходящего тепла, множество устройств для рекуперации тепла и трубопроводную систему возврата отходящего тепла. Трубопроводная система для сбора отходящего тепла выполнена с возможностью вывода и сбора рабочей среды, содержащей отходящее тепло, и распределения рабочей среды в несколько устройств для рекуперации тепла. Несколько устройств для рекуперации тепла выполнены с возможностью использования воздуха для горения горелки нижнего ряда этиленовой крекинг-печи в качестве теплообменной среды, чтобы утилизировать отходящее тепло. Охлажденная рабочая среда возвращается в исходную систему источников отходящего тепла по трубопроводной системе возврата отходящего тепла.

[0035] Проектирование распределения величин расхода системы выполнено посредством проектирования распределения перепадов давления системы. В частности, в трубопроводной системе для сбора отходящего тепла размещены механические элементы регулирования расхода, и элементы регулирования расхода устанавливаются дифференцированно, чтобы распределение величин расхода трубопроводов системы удовлетворяло проектным требованиям.

[0036] Высокоэффективный теплообменный элемент располагается в каждом из устройств для рекуперации тепла. Холодный воздух подается в среду с пониженным давлением этиленовой крекинг-печи, чтобы осуществить теплообмен с источником отходящего тепла и стать нагретым воздухом, и затем нагретый воздух поступает в горелку для поддержания горения. Тепло источника отходящего тепла извлекается и утилизируется.

[0037] Дополнительное описание представлено ниже в соответствии с вариантами осуществления.

[0038] Как показано на фиг. 1, в соответствии с вариантом осуществления предлагается самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла с нулевой мощностью потребления для устройства получения этилена. Система рекуперации и утилизации тепла включает в себя трубопроводную систему для сбора отходящего тепла, несколько устройств 9 для рекуперации тепла и трубопроводную систему возврата отходящего тепла.

[0039] Днище каждой этиленовой крекинг-печи оборудовано несколькими горелками нижнего ряда. В варианте осуществления предусмотрено несколько устройств 9 для рекуперации тепла. Устройства 9 для рекуперации тепла используются одной горелкой или несколькими горелками одновременно. Устройства 9 для рекуперации тепла расположены по группам. Несколько устройств 9 для рекуперации тепла соединены параллельно друг с другом и работают независимо, и соединены с трубопроводной системой для сбора отходящего тепла и трубопроводной системой возврата отходящего тепла, с формированием распределенной системы рекуперации тепла.

[0040] Трубопроводная система для сбора отходящего тепла включает в себя главную сборную трубу 16, основные сборные трубы 7 и отводные сборные трубы 12. Трубопроводная система возврата отходящего тепла включает в себя главную обратную трубу 5, основные обратные трубы 8 и отводные обратные трубы 13. Главная сборная труба 16 выполнена с возможностью вывода рабочей среды, содержащей отходящее тепло, из источника отходящего тепла. К главной сборной трубе 16 подсоединены основные сборные трубы 7, чтобы транспортировать рабочую среду, содержащую отходящее тепло, в группы устройств 9 для рекуперации тепла. К основным сборным трубам 7 подсоединены отводные сборные трубы 12, чтобы транспортировать рабочую среду, содержащую отходящее тепло, в каждое из устройств 9 для рекуперации тепла в группах. Трубопроводная система возврата отходящего тепла включает в себя главную обратную трубу 5, основные обратные трубы 8 и отводные обратные трубы 13. Отводные обратные трубы 13 соединены с основными обратными трубами 8, и отходящее тепло, рекуперированное каждым из устройств 9 для рекуперации тепла, транспортируется в соответствующую трубу из основных обратных труб 8. Основные обратные трубы 8 соединены с главной обратной трубой 5, и главная обратная труба 5 выполнена с возможностью транспортировки рабочей среды, которая прошла процесс рекуперации и утилизации тепла, обратно в систему источников отходящего тепла. Главная сборная труба 16 оборудована элементом 17 регулирования расхода главной трубы, каждая из основных сборных труб 7 оборудована элементом 6 регулирования расхода основной трубы, и каждая из отводных сборных труб 12 оборудована элементом 11 регулирования расхода отводной трубы. Постоянство потоков устройств 9 для рекуперации тепла реализуется посредством дифференцированного расположения элементов регулирования расхода.

[0041] При совместно работе элемента 17 регулирования расхода главной трубы, элементов 6 регулирования расхода основных труб и элементов 11 регулирования расхода отводных труб, величины расхода устройств 9 для рекуперации тепла во всей системе рекуперации и утилизации тепла являются постоянными, и потоки и перепады давлений устройств 9 для рекуперации тепла удовлетворяют следующим условиям:

[0042] где означает величину расхода рабочей среды, содержащей отходящее тепло, протекающей через устройства 9 для рекуперации тепла в группе i, , и означает число групп устройств 9 для рекуперации тепла. Для обеспечения согласованности повышений температур воздуха, протекающего через группы устройств 9 для рекуперации тепла, требуется, чтобы потоки рабочей среды, содержащей отходящее тепло, протекающей через группы устройств 9 для рекуперации тепла, были согласованными.

[0043] означает суммарный перепад давления во всей системе рекуперации тепла, означает суммарный перепад давления главной сборной трубы 16, главной обратной трубы 5 и элемента 17 регулирования расхода главной трубы системы рекуперации тепла, означает суммарный перепад давления основных сборных труб 7, основных обратных труб 8 и элементов 6 регулирования расхода основных труб системы рекуперации тепла, и означает сумму перепадов давлений устройств 9 для рекуперации тепла, отводных сборных труб 12, отводных обратных труб 13 и элементов 11 регулирования расхода отводных труб системы рекуперации тепла.

[0044] означает перепад давления рабочей среды, содержащей отходящее тепло, протекающей через устройства 9 для рекуперации тепла в группе , и . вычисляется по формуле . В формуле, означает суммарный перепад давления соответствующей трубы из основных сборных труб 7 и соответствующей трубы из основных обратных труб 8, соответствующих устройствам 9 для рекуперации тепла в группе , означает суммарный перепад давления устройств 9 для рекуперации тепла в группе и соответствующих элементов из элементов 11 регулирования расхода отводных труб, соответствующие устройствам 9 для рекуперации тепла в группе , и означает суммарный перепад давления соответствующих труб из отводных сборных труб 12 и соответствующих труб из отводных обратных труб 13, соответствующих устройствам 9 для рекуперации тепла в группе . При регулировке соотношений между , и в каждой из групп, , с обеспечением тем самым достаточного согласования повышений температур воздуха в группах устройств 9 для рекуперации тепла.

[0045] Рабочие параметры элемента 17 регулирования расхода главной трубы, элементов 6 регулирования расхода основных труб или элементов 11 регулирования расхода отводных труб подчиняются следующему уравнению:

[0046] В уравнении, означает величину расхода, означает показатель расхода, означает проходное сечение элемента регулирования расхода, означает потерю давления, и означает плотность источника отходящего тепла. Показатель расхода $$\mu$$ определяется по экспериментальным данным. .

[0047] Элементы регулирования расхода расположены по группам, с учетом расстояний между устройствами 9 для рекуперации тепла и источником отходящего тепла. Число устройств 9 для рекуперации тепла в каждой из групп составляет 8-10. Потоки в группах устройств 9 для рекуперации тепла распределяются посредством размещения элементов регулирования расхода, чтобы реализовать согласованность распределения величин расхода устройств 9 для рекуперации тепла, с обеспечением тем самым того, что поле распределения температур в топочной камере крекинг-печи распределяется равномерно и не подвержен влиянию системы по настоящей заявке. Расхождение температур разных групп устройств 9 для рекуперации тепла можно точно регулировать в пределах ±3 градусов Цельсия.

[0048] Система рекуперации тепла по настоящей заявке исполняет способ распределения величин расхода посредством элементов регулирования расхода, без добавления регулировочного распределительного клапана. Величина расхода в системе может быть адаптивно саморегулируемой в некотором диапазоне в случае, когда величина расхода в системе изменяется. Одновременно реализуется согласованность распределения величин расхода устройств 9 для рекуперации тепла, что обеспечивает однородность поля распределения температур в крекинг-печи.

[0049] В системе рекуперации и утилизации тепла по настоящей заявке, трубопроводная система для сбора отходящего тепла и трубопроводная система возврата отходящего тепла располагаются в соответствии с приоритетностью распределения источника отходящего тепла и формируют несколько входных и возвратных трубопроводов. Входные и возвратные трубопроводы работают независимо и переключаются для использования. В варианте осуществления обеспечены двухступенчатые входные и возвратные трубопроводы, и источником отходящего тепла является аккумуляторный бак 1. Реализуются двухступенчатые входные и возвратные трубопроводы. Трубопроводная система для сбора отходящего тепла входного и возвратного трубопровода первой ступени выполнена с возможностью вывода источника тепла спереди теплообменного аппарата 2 первой ступени, и трубопроводная система возврата отходящего тепла выполнена с возможностью транспортировки источника тепла обратно в точку возврата воды первой ступени позади теплообменного аппарата 2 первой ступени. Трубопроводная система для сбора отходящего тепла входного и возвратного трубопровода второй ступени выполнена с возможностью вывода источника тепла из точки между теплообменным аппаратом 2 первой ступени и теплообменным аппаратом 3 второй ступени. Трубопроводная система возврата отходящего тепла выполнена с возможностью с возможностью транспортировки источника тепла обратно в точку возврата воды второй ступени позади теплообменного аппарата 3 второй ступени. Двухступенчатые входные и возвратные трубопроводы работают независимо и переключаются для использования в соответствии с требованиями приоритетности распределения системы источников тепла, что совершенствует гибкость и адаптивность системы рекуперации тепла.

[0050] В варианте осуществления система рекуперации тепла дополнительно включает в себя устройство уменьшения перегрева и выравнивания давления. Устройство уменьшения перегрева и выравнивания давления включает в себя: датчик 15 давления, датчик 20 температуры, регулирующий клапан 19, охлаждающую воду 14 и охладитель 18 для уменьшения перегрева. Датчик 15 давления и датчик 20 температуры выполнены с возможностью контроля сигнала температуры и сигнала давления главной трубы 16 для сбора отходящего тепла. Когда сигнал температуры и сигнал давления превышают установленное значение, регулирующий клапан 19 открывается, чтобы пропустить охлаждающую воду 14 в охладитель 18 для уменьшения перегрева. Степень открывания регулирующего клапана 19 изменяется пропорционально сигналу разности давлений датчика 15 давления. Охладитель 18 для уменьшения перегрева состоит из сопел, расположенных по окружности главной сборной трубы 16. Охлаждающая вода 14 смешивается с источником отходящего тепла с помощью сопел, чтобы уменьшать перегрев источника отходящего тепла. Когда сигнал температуры и сигнал давления, соответственно контролируемые датчиком 15 давления и датчиком 20 температуры, имеют величины ниже установленного значения, регулирующий клапан 19 остается закрытым, и охлаждающая вода 14 не вытекают.

[0051] Устройство уменьшения перегрева и выравнивания давления выполнено с возможностью определения давления трубопроводной системы для сбора отходящего тепла и решает проблему защиты от гидравлического удара в трубопроводной сети системы, вызываемой сильными пульсациями давления, посредством уменьшения перегревания источника отходящего тепла.

[0052] Устройство 9 для рекуперации тепла в системе рекуперации тепла по настоящей заявке предварительно нагревает воздух для горения горелки нижнего ряда этиленовой крекинг-печи с помощью рекуперированного отходящего тепла и всасывает наружный холодный воздух благодаря запасу по разрежению в печи. В систему не требуется дополнительно включать электросиловое оборудование, такое как нагнетательные аппараты, вытяжные вентиляторы с искусственной тягой и насосы, и как следствие потребление мощности не возрастает.

[0053] Как показано на фиг. 2, каждое из устройств 9 для рекуперации тепла включает в себя: корпус 27, отверстие 28 для впуска воздуха, отверстие 32 для выпуска воздуха, соединительный воздушный канал 21, узел 24 для впуска воды, узел 26 для выпуска воды и теплообменный элемент 28. Отверстие 28 для впуска воздуха и отверстие 32 для выпуска воздуха располагаются на двух концах корпуса 27, и узел 24 для впуска воды и узел 26 для выпуска воды располагаются на боковой стороне корпуса 27. Узел 24 для впуска воды подсоединен к трубопроводной системе для сбора отходящего тепла. Рабочая среда, содержащая отходящее тепло, поступает в устройство 9 для рекуперации тепла через впускной узел 24. Холодный воздух поступает в устройство 9 для рекуперации тепла через отверстие 28 для впуска воздуха, осуществляет теплообмен с источником отходящего тепла при посредстве теплообменного элемента 30 в корпусе 27 и становится нагретым воздухом. Конец соединительного воздушного канала 21 соединен с корпусом 27, и другой конец соединяется с горелкой нижнего ряда этиленовой крекинг-печи через отверстие 32 для выпуска воздуха. Предварительно нагретый воздух поступает в горелку через отверстие 32 для выпуска воздуха для поддержания горения. Узел 26 для выпуска воды подсоединен к трубопроводной системе возврата отходящего тепла, чтобы транспортировать рабочую среду, которая прошла процесс рекуперации и утилизации тепла.

[0054] Как показано на фиг. 3, теплообменный элемент 30 устройства 9 для рекуперации тепла в варианте осуществления является пучком ребристых труб, и в пучке труб обеспечен спойлерный элемент 35 для дополнительного повышения эффективности теплообмена. Ребристая труба может иметь круглое или эллиптическое сечение.

[0055] В варианте осуществления отверстие 28 для впуска воздуха устройства 9 для рекуперации тепла дополнительно оборудовано пылеотталкивающим экраном 29 для уменьшения попадания взвешенных частиц пыли и грязи в оборудование. На боковой стороне корпуса 27 обеспечен смотровой люк 31 для осмотра устройства для рекуперации тепла. Соединительный воздушный канал 21 оборудован термометром 23 для контроля температуры предварительно нагретого воздуха. Соединительный воздушный канал 21 оборудован обводной заслонкой 22 для добавления лишнего воздуха.

[0056] В варианте осуществления устройство 9 для рекуперации тепла дополнительно оборудовано устройством 25 для самоочищения. Как показано на фиг. 4, устройство 25 для самоочищения включает в себя нагнетательный трубопровод 34 и несколько нагнетательных сопел 33, расположенных в два яруса. Каждое из нагнетательных сопел 33 является веерообразным распыляющим соплом с углом распыления в диапазоне от 60 градусов до 120 градусов. Нагнетательные сопла 33 располагаются противоположно друг другу в два яруса в вертикальном направлении и в шахматном порядке от теплообменного элемента 30. Продувочная среда подается в нагнетательные сопла 33 по нагнетательному трубопроводу 34, чтобы продувать теплообменный элемент 30 со стороны набегающего потока. Нагнетательный трубопровод 34 и нагнетательные сопла 33 соединяются продувочными стыкующими устройствами фланцевого типа. Продувочная среда является сжатым воздухом или паром низкого давления.

[0057] Настоящая заявка описана выше в связи с предпочтительными вариантами осуществления, но варианты осуществления являются только примерными и наглядными. Исходя из этого, в настоящую заявку можно вносить различные замены и усовершенствования, и все они находятся в объеме правовой охраны настоящей заявки.

[0058] Содержание, не изложенное подробно в описании настоящей заявки, относится к технологиям, хорошо известным специалистам в данной области техники.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в системах рекуперации и утилизации тепла. Система рекуперации и утилизации тепла включает в себя трубопроводную систему для сбора отходящего тепла, несколько устройств (9) для рекуперации тепла, расположенных по группам, и трубопроводную систему возврата отходящего тепла. Трубопроводная система для сбора отходящего тепла выполнена с возможностью вывода рабочей среды, содержащей отходящее тепло, из источника отходящего тепла устройства получения этилена и распределения рабочей среды в устройства (9) для рекуперации тепла. Устройства (9) для рекуперации тепла выполнены с возможностью нагревания воздуха для горения горелки нижнего ряда этиленовой крекинг-печи отходящим теплом. Трубопроводная система возврата отходящего тепла выполнена с возможностью транспортировки рабочей среды, которая прошла процесс рекуперации и утилизации тепла, обратно в источник отходящего тепла. Трубопроводная система для сбора отходящего тепла включает в себя главную сборную трубу (16), основные сборные трубы (7) и отводные сборные трубы (12). Главная сборная труба (16) оборудована элементом (17) регулирования расхода главной трубы, каждая из основных сборных труб (7) оборудована элементом (6) регулирования расхода основной трубы и каждая из отводных сборных труб (12) оборудована элементом (11) регулирования расхода отводной трубы, чтобы величины расхода в группах устройств (9) для рекуперации тепла распределялись равномерно. Величины расхода могут адаптивно саморегулироваться благодаря проектированию распределения потоков, и постоянство величин расхода в группах устройств (9) для рекуперации тепла может быть реализовано без добавления регулировочного распределительного клапана, с обеспечением тем самым однородности поля распределения температур в топочной камере этиленовой крекинг-печи. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла для устройства получения этилена, содержащая:

трубопроводную систему для сбора отходящего тепла, множество устройств (9) для рекуперации тепла, расположенных по группам, и трубопроводную систему возврата отходящего тепла, при этом

трубопроводная система для сбора отходящего тепла выполнена с возможностью вывода рабочей среды, содержащей отходящее тепло, из источника отходящего тепла устройства получения этилена и распределения рабочей среды во множество устройств (9) для рекуперации тепла, причем множество устройств (9) для рекуперации тепла выполнено с возможностью нагревания воздуха для горения горелок нижнего ряда этиленовой крекинг-печи отходящим теплом, и трубопроводная система возврата отходящего тепла выполнена с возможностью транспортировки рабочей среды, которая прошла процесс рекуперации и утилизации тепла, обратно в источник отходящего тепла; и

трубопроводная система для сбора отходящего тепла оборудована элементами регулирования расхода в несколько ступеней, и величины расхода в трубопроводах дифференцированно распределяются элементами регулирования расхода, чтобы сделать возможным равномерное распределение величин расхода в группах устройств (9) для рекуперации тепла;

причем множество устройств (9) для рекуперации тепла расположены по группам, при этом каждая из групп содержит по меньшей мере два устройства (9) для рекуперации тепла, и множество устройств (9) для рекуперации тепла соединены параллельно и работают независимо;

трубопроводная система для сбора отходящего тепла содержит главную сборную трубу (16), основные сборные трубы (7) и отводные сборные трубы (12);

трубопроводная система возврата отходящего тепла содержит главную обратную трубу (5), основные обратные трубы (8) и отводные обратные трубы (13);

главная сборная труба (16) выполнена с возможностью вывода рабочей среды, содержащей отходящее тепло, из источника отходящего тепла, рабочая среда транспортируется в группы устройств (9) для рекуперации тепла по основным сборным трубам (7), и далее транспортируется в каждое из устройств (9) для рекуперации тепла в группе по соответствующим трубам из отводных сборных труб (12);

рабочая среда, которая прошла процесс рекуперации и утилизации тепла каждым из устройств (9) для рекуперации тепла в группе, возвращается, по соответствующим трубам из отводных обратных труб (13), в соответствующую трубу из основных обратных труб (8), соответствующих устройствам (9) для рекуперации тепла в группе, и далее возвращается в источник отходящего тепла по главной обратной трубе (5); и

главная сборная труба (16) оборудована элементом (17) регулирования расхода главной трубы, каждая из основных сборных труб (7) оборудована элементом (6) регулирования расхода основной трубы, и каждая из отводных сборных труб (12) оборудована элементом (11) регулирования расхода отводной трубы;

причем величины расхода в группах устройств (9) для рекуперации тепла распределяются равномерно, и перепады давлений системы рекуперации и утилизации тепла удовлетворяют следующим условиям:

где означает суммарный перепад давления системы рекуперации тепла, означает суммарный перепад давления главной сборной трубы (16), главной обратной трубы (5) и элемента (17) регулирования расхода главной трубы, означает суммарный перепад давления основных сборных труб (7), основных обратных труб (8) и элементов (6) регулирования расхода основных труб, и означает суммарный перепад давления устройств (9) для рекуперации тепла, отводных сборных труб (12), отводных обратных труб (13) и элементов (11) регулирования расхода отводных труб; и n означает число групп устройств (9) для рекуперации тепла, означает суммарный перепад давления соответствующей трубы из основных сборных труб (7) и соответствующей трубы из основных обратных труб (8), соответствующий устройствам (9) для рекуперации тепла в группе i, означает суммарный перепад давления устройств (9) для рекуперации тепла в группе i и соответствующих элементов из элементов (11) регулирования расхода отводных труб, соответствующих устройствам (9) для рекуперации тепла в группе i, и означает суммарный перепад давления соответствующих труб из отводных сборных труб (12) и соответствующих труб из отводных обратных труб (13), соответствующих устройствам (9) для рекуперации тепла в группе i, где i=1, 2, 3, …, n.

2. Самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла для устройства получения этилена по п. 1, в которой рабочие параметры элемента (17) регулирования расхода главной трубы, элементов (6) регулирования расхода основных труб или элементов (11) регулирования расхода отводных труб подчиняются следующему уравнению:

где q означает величину расхода, μ означает показатель расхода, A означает проходное сечение элемента регулирования расхода, ΔP означает потерю давления, и ρ означает плотность источника отходящего тепла.

3. Самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла для устройства получения этилена по п. 1, в которой число устройств (9) для рекуперации тепла в каждой из групп составляет 8-10.

4. Самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла для устройства получения этилена по п. 1, в которой трубопроводная система для сбора отходящего тепла оборудована устройством уменьшения перегрева и выравнивания давления, и устройство уменьшения перегрева и выравнивания давления содержит датчик (15) давления, датчик (20) температуры, регулирующий клапан (19), охлаждающую воду (14) и охладитель (18) для уменьшения перегрева, при этом

датчик (15) давления и датчик (20) температуры выполнены с возможностью контроля сигнала температуры и сигнала давления трубопроводной системы для сбора отходящего тепла, регулирующий клапан (19) выполнен с возможностью регулирования степени открывания по сигналу температуры и сигналу давления, чтобы управлять величиной расхода охлаждающей воды (14), и охладитель (18) для уменьшения перегрева выполнен с возможностью распыления охлаждающей воды (14), чтобы охлаждать источник отходящего тепла и дополнительно поддерживать стабильное давление в трубопроводной системе для сбора отходящего тепла.

5. Самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла для устройства получения этилена по п. 1, в которой каждое из устройств (9) для рекуперации тепла содержит отверстие (28) для впуска воздуха, отверстие (32) для выпуска воздуха, соединительный воздушный канал (21), узел (24) для впуска воды, узел (26) для выпуска воды и теплообменный элемент (30), при этом

узел (24) для впуска воды подсоединен к трубопроводной системе для сбора отходящего тепла для подачи рабочей среды, содержащей отходящее тепло, узел (26) для выпуска воды подсоединен к трубопроводной системе возврата отходящего тепла для возврата рабочей среды, которая прошла процесс рекуперации и утилизации тепла, отверстие (28) для впуска воздуха выполнено с возможностью подачи холодного воздуха, теплообменный элемент (30) выполнен с возможностью теплообмена между рабочей средой, содержащей отходящее тепло, и холодным воздухом, и отверстие (32) для выпуска воздуха соединено с соединительным воздушным каналом (21) для транспортировки предварительно нагретого воздуха.

6. Самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла для устройства получения этилена по п. 5, в которой

каждое из устройств (9) для рекуперации тепла дополнительно содержит поточное устройство (25) для самоочищения, которое содержит нагнетательный трубопровод (34) и нагнетательные сопла (33),

при этом каждое из нагнетательных сопел (33) является веерообразным распыляющим соплом с углом распыления в диапазоне от 60 градусов до 120 градусов, и нагнетательные сопла располагаются противоположно друг другу в два яруса;

продувочная среда подается в нагнетательные сопла (33) по нагнетательному трубопроводу (34), чтобы прочищать устройство (9) для рекуперации тепла; и

продувочная среда является сжатым воздухом или паром низкого давления.

7. Самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла для устройства получения этилена по п. 5 или 6, в которой теплообменный элемент (30) является пучком ребристых труб круглого или эллиптического сечения.

8. Самоадаптирующаяся распределенная система рекуперации и утилизации тепла для устройства получения этилена по п. 7, в которой в пучке ребристых труб обеспечен узел (35) спойлера.