[发明专利]用于尿素热解工艺的高温烟气换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温换热器，具体涉及一种用于尿素热解工艺的利用高温烟气的换热器。

背景技术

烟气中的氮氧化物是主要的大气污染物之一。为去除烟气中的氮氧化物，通常采用的方法是，在350～600度温度下，以氨水作为还原剂，在催化剂作用下，烟气中的氮氧化物发生还原反应产生氮气和水。其中，还原剂氨水通常采用尿素热解工艺制备。常规的尿素热解工艺采用天然气、燃油后的烟气或电能加热空气来热解尿素，能耗大，运行成本高。

为了利用烟气中的热量，降低能耗，中国实用新型专利CN202609955U公开了一种脱硝用尿素热解制氨工艺装置，包括：风机、风管、空气流量调节门、吹灰器、换热器、烟气流量调节门、烟气管道、尿素喷枪、热解室、引风机、烟囱、锅炉；尿素溶液进入到尿素热解室，被加热分解成氨气；在尿素热解室内用于加热尿素溶液的热源是利用锅炉内的高温热烟气通过换热器进行热量交换后加热的空气；锅炉内的热烟气经过烟气管道和烟气流量调节门进入换热器，与换热器内的空气换热，换热后的烟气进入引风机入口；锅炉风机出口的空气经过风管和空气流量调节门进入换热器，被烟气加热后送入分解室作为尿素热解热源使用。

然而，火力发电厂锅炉炉膛内的烟气温度可达800度以上，因此，需要寻求可适用于该烟气温度的高温换热器。而现有的高温换热器绝大部分采用卧式布局，从CN202609955U公开的附图看，虽然该技术方案中未具体提及换热器的结构，但是，图中高温烟气是水平方向进入换热器的，即该换热器很有可能是卧式布局。由于电厂产生的高温烟气中带有大量粉尘，会积累在换热器的换热管壁上，该方案虽然在换热器的烟气侧设置了吹灰器，试图使用吹灰器来清除附着在换热器上的粉尘，但实际使用效果不佳。

解决上述问题的一种考虑是采用立式的换热器，然而，在高温换热器中，由于换热量大，换热管长度长，换热管芯整体重量大，当采用立式布局时，支承难度大，容易造成换热管与管板间开裂等各种问题。因此，现有的高温换热器基本上是卧式的，少量的立式换热器也是采用两段U形结构等方式来缩短换热器的长度，减少管板受力，但是，这种利用管箱连接的U形结构同样不能适用于高温烟气换热。

因此，迫切需要一种能用于高温烟气换热的新的高温换热器。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种用于尿素热解工艺的高温烟气换热器，解决现有技术中换热器易积灰、易损坏的问题。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种用于尿素热解工艺的高温烟气换热器，采用管壳式换热结构，包括壳体、设置在壳体内的换热管管束、设置在壳体上的壳程进出口，换热管管束采用立式布置，在壳体上、下端与换热管管束连通设置有上管箱和下管箱，在上管板上设置有隔热结构，各换热管上端穿过所述隔热结构，与上管箱连通。

上述技术方案中，通过采用立式布置，高温烟气在管程中自上而下流动，空气在壳程中流动，与高温烟气换热，从而高温烟气中的粉尘不易积聚在换热管上，保证了换热效率；在上管板上设置隔热结构，进入上管箱的高温烟气不会直接冲击在上管板上，避免了上管板的急剧温升，减少上管板与换热管管束间的应力。

上述技术方案中，所述隔热结构的厚度为30～300毫米，由单层或多层隔热层构成。

优选的技术方案，所述隔热结构由2层隔热层构成，下层为陶瓷纤维填充层，上层为耐火材料浇注层。

优选的技术方案，在上管箱和下管箱上分别固定连接有挂耳；所述壳体上设有壳体膨胀节，所述上管板与设置在上管箱上的挂耳之间设有第一膨胀节。

与换热器配合，可以设置支架，换热器通过挂耳挂接到支架上，配合膨胀节的设置，使换热器获得有效支承，并易于吸收温度变化导致的应力。挂耳的设置应使换热器能均匀受力，优选地，所述挂耳设置在管箱相对的两侧，每侧至少设置2个挂耳。

其中，将第一膨胀节设置在上管板和上管箱之间更易于实现。根据需要，可以在各进出口的连接管上设置膨胀节。例如，在上管箱和上封头之间、下管箱上、壳程进口接管上、壳程出口接管上分别设置膨胀节，以吸收外界接管变化导致的应力冲击。

进一步技术方案，所述下管板下方设有下管板支承结构。由于换热管管束重量大，导致下管板承重大，是换热器损坏的一个重要因素，通过设置下管板支承结构，分散下管板的受力，可以有效避免下管板受力弯曲、下管板与换热管间脱离等问题，延长换热器的使用寿命。所述下管板支承结构可以为田字形支承、条状支承或点式支承。

进一步的技术方案，所述上管箱内侧和上封头内侧设有保温层。