[发明专利]废热锅炉

说明书

技术领域

本发明涉及来自化学反应的废热的回收。更具体而言，本发明涉及一种带有改善的冷却效果控制的废热锅炉。

背景技术

废热锅炉最常用于借助从热过程流回收的废热来产生蒸汽。通常，这些锅炉被设计为带有布置在圆柱形壳体内的多个热交换管的壳体-管交换器。

用于工业中的壳体-管交换器的两个基本类型是水-管类型和火-管类型，在水-管类型中，水/蒸汽混合物流过管，火-管类型在管中具有加热过程流。

锅炉特有的构件是在壳体内的前端盖和后端盖处安装在管板中的管。在火-管锅炉中，通过流过锅炉管的热过程流的间接热交换在管的壳体侧产生蒸汽。壳体侧通过连接到蒸汽包的多个上升管和下降管，该蒸汽包可以布置在锅炉壳体之上或者作为锅炉壳体的一体部分。

壳体-管交换器类型的锅炉的机械设计（尤其是确定热交换表面的尺寸）具有一些问题。火-管锅炉应用涉及到壳体侧或者两侧上的高压、以及在壳体侧和管侧之间的较大的温度差。必须特别注意过程流的污染和腐蚀特性。

处理污染和/或腐蚀性过程流的锅炉必须设计成比清洁时所要求的承载率更高，以便在严重的污染和/或腐蚀情况下获得令人满意的寿命。锅炉管的热传递表面还需要适应于流中的预期的腐蚀和污染因素。为了在长时间的锅炉操作中提供期望的和基本上恒定的冷却效果，需要适当的热传递和温度控制。

传统设计的锅炉装备有较大直径（与热交换管的直径相比）的旁通管，其可能在锅炉壳体之内或之外。该旁通管通常构造成设有流控制阀的绝热管。在锅炉的初始操作期间，热过程流的一部分旁通绕过热传递管，以便将热传递限制在所要求的水平。

在一段时间之后，因为流的污染和/或管的腐蚀增加，导致降低的热传递。然后旁通的过程流的量被减小，这允许通过热传递管的过程流的更高的流量，以维持所需的冷却效果。

上述类型的已知锅炉的主要缺点是在旁路上（尤其是在与温度高达1000℃或甚至更高的未冷却过程流相接触的旁通出口和流控制阀）的金属表面上的强力腐蚀。现有技术试图以各种方式解决该问题，诸如利用冷却流体来冷却控制阀，或者避免热旁通流，而是将热交换器分为带有不同热交换水平以及因此带有不同过程气体出口温度的不同的段。现有技术的例子公开在US5452686A、US2007125317A、US4993367A、GB1303092A、US1918966A和EP0357907A。

发明内容

本发明的一个目的是通过对壳体-管热交换类型的锅炉提供改善的热传递和温度控制而避免已知的废热锅炉的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种废热锅炉，其设计比现有技术的废热锅炉更简单并且更廉价。

本发明的另一个目的是提供带有过程气体旁通管和控制阀的废热锅炉，用于简单地控制旁通过程气体流以及过程气体出口温度，而不会使得控制阀暴露于过度的温度而导致腐蚀。

根据本发明的一个实施例，这通过用于使较热的过程气体与冷却介质进行热交换的废热锅炉来实现，其中，该废热锅炉包括至少一个壳体部分（热交换段第二壳体部分），和位于热交换段第二壳体部分的入口端和出口端中的至少两个管板，其中该第二壳体部分和两个管板包围废热锅炉的热交换段。多个热交换管和至少一个过程气体旁通管位于热交换段中并且固定在靠近每个管的第一端的第一管板中，并且固定在靠近每个管的第二端的第二管板中。至少一个冷却介质入口和至少一个冷却介质出口定位在废热锅炉上，以使得冷却介质能够流入和流出管的壳体侧上的热交换段。因此，冷却介质被第二壳体部分和第一及第二管板所包围。过程气体入口段定位在第一管板附近，与冷却介质处于相反侧。在过程气体入口端，入口段还可以被第一壳体部分所包围。过程气体出口段定位在第二管板附近，也与冷却介质处于相反侧。出口段也可以被第三壳体部分所包围。出口过程气体收集器定位在过程气体出口端的第三壳体部分中，使得其收集离开至少一个旁通管的过程气体的至少一部分，还收集离开热交换管的一部分的冷却的过程气体。