[发明专利]具有旁路和混合器的废热锅炉

说明书

本发明致力于回收来自化学反应的废热。更具体地说，本发明涉及一种废热锅炉，其改善了离开废热锅炉的气流的混合。

废热锅炉大多数常用于通过从热工艺流回收的废热而产生蒸汽。通常，那些锅炉被设计为壳-管式交换器，其具有设置在圆筒形外壳中的多个热交换管道。

在工业中采用了两种基本类型的壳-管式交换器，即水/蒸汽混合物流过管道的水管类型，以及在管道内部具有加热工艺流的火管类型。

锅炉的特征构件是安装在管板中的管道，其位于外壳中的前端头部和后端头部。在火管锅炉中，蒸汽生产是在管道的外壳侧通过流经锅炉管道的热工艺流的间接热交换来实现的。外壳侧穿过连接在蒸汽鼓上的许多上升管和下降管，蒸汽鼓可能设置在锅炉外壳的上方或作为锅炉外壳的整体部分。

在壳-管式交换器类型的锅炉中，机械设计，且具体地说，热交换表面的定制尺寸出现了一些问题。火管锅炉应用涉及外壳侧或两侧的高压，以及在外壳侧和管道侧之间相当大的温差。对于工艺流的结垢和腐蚀特征必须给予特殊的考虑。

处理结垢和/或腐蚀性工艺流的锅炉必须设计成比清洁时所需更高的功效，从而容许在苛刻的结垢和/或腐蚀条件下达到满意的寿命。锅炉管道的热交换表面还必须适合于流中的预计的腐蚀和结垢因素。为了在锅炉的长期操作期间提供所需和基本恒定的冷却效应，需要恰当的热交换和温度控制。

常规设计的锅炉装备了相对大直径的管道的旁路(相对于热交换管道直径)，其可能位于锅炉外壳的内部或外部。旁路通常建造为隔离管道，其设有流量控制阀。在锅炉的初始操作期间，一部分热的工艺流旁通热交换管道，从而将热交换限制在所需的水平内。

在管道的流结垢和/或腐蚀增加一定的时间之后，导致热交换减少。旁通工艺流的量就被减少，其容许较高流量的工艺流穿过热交换管道，以保持所需的冷却效应。因此，通过相对于离开旁通管道的相对较热的工艺气体的流量而改变离开热交换管道的冷却的工艺气体的流量，从而实现了离开废热锅炉的工艺气体的温度控制。

然而，上面类型的已知锅炉的缺点是分别离开废热锅炉的热交换管道和旁通管道的冷却的工艺气体和相对较热的工艺气体的不良混合。已知废热锅炉的经验显示了在废热锅炉的工艺气体的下游存在大的温度变化。这是有问题的，例如下游工艺气体的相对较热的部分可能导致腐蚀，并且温度变化可能带来温度张力。

在EP0357907中公开了试图解决不良混合问题的已知技术的示例，其公开了一种热交换器，其带有在两个室之间延伸并且供流体流过且供另一流体反向流过的热交换管，以及可引导可变部分流量的流体以避免热交换的溢流管。溢流管设有用于改变其流动横截面的阀装置。这种阀装置包括阀盘和阀环，阀盘关闭了在阀装置的一个端位置的溢流管，并且离开溢流管的流体流过阀环，并且在阀装置的另一端位置关闭用于从热交换管流出的流体的出口开口。为了在对混合段极大减少的空间需求的条件下保证流体的部分流量的低损失和强的混合，在与阀环相互作用的收集圆锥中形成了出口开口。阀环设有圆锥形的出口区域，其设有大量的穿透开口，并且其相对于热交换器的纵向轴线的斜度大致对应于收集圆锥的斜度。

在WO2012/041344中公开了另一示例，其描述了一种废热锅炉，其具有用于相对较热的工艺气体和冷却介质的间接热交换的热交换管道，以及用于使一部分工艺气体旁通的旁通管道；工艺气体收集器，在混合物通过控制阀而与剩余的热交换的工艺气体一起引导至废热锅炉的工艺气体出口之前，收集并混合一部分热交换的工艺气体和至少一部分旁通工艺气体。

在US5452686A，US2007125317A，US4993367A，GB1303092A，US1918966A和EP0357907A中描述了废热锅炉的进一步的示例。

本发明的一个目的是通过提供壳-管式热交换器类型的锅炉来避免已知废热锅炉的缺点，其改善了离开气体的混合。

本发明的进一步的目的是实现从废热锅炉离开的工艺气体在短的混合长度内的有效混合，而不会造成过大的压力损失。