[发明专利]改良型废热锅炉

说明书

技术领域

本发明涉及管壳式废热锅炉的技术领域，特别涉及一种改良型废热锅炉。

背景技术

在一氧化碳变换、合成氨等工艺流程中，从反应器底部出口出来的变换气、合成气(以下统称反应气体)的温度通常在400℃～500℃之间、工作压力为中压或高压。高温变换气的主要成分为H₂、CO、CO₂、水蒸汽和少量特殊腐蚀介质；高温合成气的主要成分为H₂、N₂、NH₃等。介质氢分压高，易燃易爆，且存在高温特殊介质腐蚀环境，如高温合成气的渗氮腐蚀。

高温反应气体常常需要通过废热锅炉换热，降低温度后进入下一段流程，同时副产中压饱和蒸汽。反应气体走废热锅炉的管程。由于管程入口侧温度高，存在高温特殊介质腐蚀环境，管程须采用中温抗氢耐蚀材料。通过热量回收，管程出口侧的反应气体温度降到220～280℃左右，材料可以采用普通中温抗氢钢，且无须考虑渗氮和其它特殊介质的腐蚀。但是因为管程的中、高压和较高的管、壳程温差操作环境，废热锅炉多采用U型管结构，管程进出口侧需要采用同一种材料，造成了材料的浪费。

同时，由于普通U型管式废热锅炉的分程隔板沿管板直径方向设置，将管板和管箱分隔为对称的两个部分，一部分与入口高温反应气体接触，另一部分与出口低温反应气体接触，导致分程隔板两侧管箱和管板中在与分程隔板接触处存在较大的温差应力。当管程进出口气体温差超过80℃时，便会对管程的应力分布产生明显的影响。

当废热锅炉的换热管按照普通U型管式排列时(弯管中心在一条直线上)，较高的温差应力对管程的影响包括以下方面：

1、管板在分层隔板两侧因受热不均产生整体温差应力，并且由于温差应变的叠加产生较大的应力集中。

2、中高压废热锅炉的管箱筒体与管板往往采用焊接连接，焊接接头在分层隔板两侧附近产生温差应力。

较高的温差应力与介质压力在管箱、管板上产生的最大应力相叠加，使金属材料中的峰值应力更接近临界值，甚至超限。在高温氢腐蚀和渗氮腐蚀环境中，由于材料本身的脆性，焊接时在管板与换热管、管板与管箱的焊接接头处会产生细微的裂纹。在高温介质侧氢、氮腐蚀的影响下，较高的峰值应力容易引发裂纹扩展，从而引起设备局部甚至整体失效。

3、中高压废热锅炉往往采用管箱端部法兰平盖密封，进出口介质温差较大，将会造成分程隔板两侧管箱受热后轴向膨胀不均，破坏法兰端面和管箱轴线的垂直度，降低密封的可靠性，甚至引起密封失效。

发明内容

本发明的目的在于针对现有废热锅炉所存在的问题而提出一种改良型废热锅炉，本发明的改良型废热锅炉既适用于和反应器直接连接，也适用于通过管道和反应器连接。本发明涉及的改良型废热锅炉既可以放在蒸汽过热器的上游，也可以放在蒸汽过热器的下游。本发明适用于带汽包自然循环的废热锅炉，也适用于不带汽包的废热锅炉。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

改良型废热锅炉，包括管箱、若干根U形换热管以及将若干根U型换热管沿所述管箱的轴向固定于所述管箱内的承压管板，在所述的管箱一侧的承压壳体上设置有承压入口接管和承压出口接管，所述若干根U型换热管的入口端和出口端位于管箱设置有所述的承压入口接管和承压出口接管的一侧，其特征在于，所述的若干根U型换热管采用喷泉式换热管布置方式进行布置，所述的喷泉式换热管布置方式是：在所述的承压管板上设置有分层隔板槽，所述分层隔板槽为环状结构，将承压管板分隔成中心区域和外环区域，所述的若干根U型换热管的入口端集中位于中心区域内，若干根U型换热管的出口端分布于所述的外环区域，若干根U型换热管自承压管板的中心区域开始，沿U型换热管直边段轴向延伸至弯管段，弯管部分自中心呈“喷泉”状向周围均匀辐射到外环投影区，再经U型沿换热管的另一直边段轴向返回到承压管板的外环区域。高温高压反应气体从位于管板中心区域的U型换热管入口端进入，沿途将管外壳程锅炉给水汽化，使反应气体温度大幅降低，而后从位于承压管板外环区域的U型换热管出口端流出。因为承压管板在单纯介质压力作用下产生的应力主要沿环向和径向分布，这种喷泉式布管方式能有效消除管板环向温差应力。

或者：