專利名稱：廢熱鍋爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種廢熱鍋爐，它在一圓柱形外殼內(nèi)包括大量傳熱管和一個設置在中央的旁路管，它們分別具有入口端和出口端并包括一調(diào)節(jié)裝置，以便將廢熱鍋爐排氣溫度保持在一定的溫度范圍內(nèi)。本發(fā)明特別是涉及一種廢熱鍋爐，為了控制廢熱鍋爐排氣溫度，其調(diào)節(jié)裝置裝在旁路管的出口端上。
背景技術：
對于許多化學和石油化學過程，廢熱鍋爐需要使不同的氣態(tài)和/或液態(tài)介質(zhì)流過管子及外殼面(通道側)。這里，通常將來自工作過程的高溫廢氣輸送給作為管束設置在廢熱鍋爐外殼內(nèi)的傳熱管以及旁路管。高溫廢氣在流過傳熱管時將其熱量輸送給外殼一側的冷卻介質(zhì)，通常是水，接著在冷卻狀態(tài)下從廢熱鍋爐中引出。為了能夠將廢熱鍋爐排氣溫度保持在一定的溫度范圍內(nèi)，必需借助于一受調(diào)節(jié)的旁路來控制排氣溫度。這例如可以借助于調(diào)節(jié)閥門或旋轉式可調(diào)節(jié)流閥或調(diào)節(jié)栓塞進行，它們裝在旁路管出口端上。由文獻DE AS 28 46 455或EP 0 356 648 A1已知這種調(diào)節(jié)裝置。
因為在廢熱鍋爐旁路管內(nèi)的廢氣具有非常高的溫度，并在大多數(shù)情況下還以很高的速度流過，設置在旁路管出口端上的調(diào)節(jié)機構，例如調(diào)節(jié)閥或調(diào)節(jié)栓塞，受到高的熱負荷。在目前所用的調(diào)節(jié)栓塞中存在這樣的缺點，即，從開啟的旁路管出口端流出的廢氣形成強的縷(Strhne)，從而造成在排氣室壁上產(chǎn)生熱斑的危險。一個或多個這種熱斑引起排氣室壁的熱損壞，這又導致不希望的維修周期縮短和廢熱鍋爐壽命的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種調(diào)節(jié)栓塞，它一方面可以承受高的廢氣溫度，另一方面避免在廢氣從旁路管出口端排出時形成高溫的縷。
上述目的通過權利要求1特征的總體實現(xiàn)。這里，本方案規(guī)定，栓塞可以通過冷卻介質(zhì)冷卻，并伸入沿廢氣流動方向看錐形擴大的旁路管出口端內(nèi)，并且，氣體流通橫截面在位于出口端內(nèi)輪廓和栓塞的外輪廓之間的氣體流通區(qū)內(nèi)沿廢氣流的流動方向看均勻或不均勻地擴大，與處于開啟狀態(tài)的栓塞的位置無關。
本發(fā)明有利的結構由各從屬權利要求得到。
通過本發(fā)明的方案提供了一種廢熱鍋爐，它具有以下優(yōu)點-通過在廢氣出口處避免高溫縷而使排氣室壁保持不損壞并提高廢熱鍋爐的使用壽命。由此也可以延長維護周期，-通過栓塞的冷卻避免了由熱引起的栓塞的腐蝕，并顯著改善和提高調(diào)節(jié)機構的功能及壽命。
栓塞以有利的方式沿廢氣流流動方向看在其位于下游的端部處設計有一相對于栓塞中部徑向突起的栓塞碟形板，以使廢氣流向基本完全徑向的方向偏轉。通過高溫廢氣流的偏轉，大致成直角地引出從傳熱管中流出并冷卻過的廢氣，使它形成渦流，并使在高溫廢氣流中可能存在的氣縷散開。為了實現(xiàn)使高溫廢氣流可靠地轉向約90°，栓塞碟形板的外徑Dt構造得至少為栓塞頂板外徑Dk的1.5倍。
在本發(fā)明的有利結構中，栓塞中部的外輪廓在其縱向長度上具有一至少局部圓柱形的區(qū)域。結合沿廢氣流動方向看旁路管的錐形擴大的出口端，栓塞的該圓柱形區(qū)域造成一種在流體力學方面有利的在氣體流通區(qū)內(nèi)的橫截面擴大，這帶來良好的擴散效果，同時造成氣流速度的急劇降低。
栓塞中部的外輪廓有利地在其縱向長度上至少局部具有一錐形區(qū)，其中，以特別有利的方式使栓塞中部的這個錐形區(qū)的錐度相當于旁路管的錐形出口端的錐度。在旁路管出口端內(nèi)輪廓和栓塞中部外輪廓錐形區(qū)大致平行的結構設計中，通過沿氣體流通方向看氣體流通橫截面的擴大(沿氣流方向圓環(huán)形橫截面的徑向尺寸加大，因此圓環(huán)橫截面本身也加大)同樣達到擴散效果，并降低廢氣速度。
使錐形的栓塞中部至少一個區(qū)域的錐度不同于錐形出口端的錐度，其中這個區(qū)域的錐度與旁路管出口端的錐度相比沿廢氣流流動方向看發(fā)散地分布，通過這種方式可以更加強化擴散效果，并從而降低廢氣速度。
一種有利的結構規(guī)定，與栓塞相連的栓塞柄可借助于冷卻介質(zhì)冷卻，并可通過栓塞柄將冷卻介質(zhì)輸送給栓塞。通過這個措施保證了栓塞柄不會遭受由熱引起的損壞，并且冷卻介質(zhì)以在結構和制造方面簡單的方式輸送給栓塞。這里，栓塞和/或栓塞柄可以設計為僅僅可以單通道冷卻，使得冷卻介質(zhì)在其穿過栓塞柄和/或栓塞之后從它里面流出并進入從旁邊流過的廢氣流中。這種結構得到一種設計和構造簡單的方案，其中，進入廢氣流的冷卻介質(zhì)進一步冷卻和同時清除高溫廢氣流。
為了避免在旁路管出口端處的過熱和腐蝕，旁路管的錐形的出口端最好在其內(nèi)側配備襯壁。在有利的結構中，旁路管與傳熱管相比具有較大的內(nèi)徑，以便在必要時可以流過相當高的廢氣量。
本發(fā)明一種有利的結構規(guī)定，引導冷卻介質(zhì)穿過栓塞和/或柄部的引導裝置與栓塞和/或栓塞柄的外壁匹配，使得在外壁和引導裝置之間形成一間隙，冷卻介質(zhì)可被引導通過該間隙。


下面借助于附圖和說明詳細解釋本發(fā)明的實施例，附圖表示圖1廢熱鍋爐的縱剖視圖，圖2廢熱鍋爐旁路管出口端的縱剖視圖，其排氣溫度借助于設置在旁路管出口端處的栓塞調(diào)節(jié)，圖3同圖2，但是栓塞的結構不同，圖4同圖2，但是另一種可供選擇的栓塞結構，
圖5同圖2，但是栓塞的結構不同。
具體實施例方式
圖1以縱剖視圖示意表示一廢熱鍋爐1。這種廢熱鍋爐是不同的化學和石油化學過程所需要的。廢熱鍋爐1具有一外殼2，它包裹著大量傳熱管3和一個設置在中央的旁路管4，其中管子3、4在其入口及出口端5、6處被管端板28包圍，使得在外殼2及端板28內(nèi)形成一個用來導通用于冷卻高溫廢氣流27的冷卻介質(zhì)31的空腔。最好具有比傳熱管3大的直徑的旁路管4可以在其長度上部分或完全隔熱，以便在旁路管4上有時溫度非常高的廢氣27可以不向冷卻介質(zhì)31傳輸過多的熱量流過廢熱鍋爐1。沿廢氣27流動方向看，亦即平行于廢熱鍋爐1縱軸，在管子3、4入口端5的上游設置一個用來引導高溫廢氣流27的裝置8，以及在管子3，4的出口端的下游設置一個用來引出冷卻的廢氣流27的裝置10，其中，相應的裝置8、10具有至少一個進氣室和一個排氣室29、30。在外殼一側，廢熱鍋爐1具有用來引入冷卻介質(zhì)尤其是水的裝置7、以及用來排出冷卻介質(zhì)31尤其是水/蒸汽的裝置9。在外殼內(nèi)部，亦即在傳熱管3區(qū)域內(nèi)，在通過傳熱管3引入的廢氣27和輸入的水或冷卻介質(zhì)31之間發(fā)生間接的熱交換，這時高溫廢氣27將熱量傳送給冷卻介質(zhì)31。
在旁路管4的出口端6處插入一可由調(diào)節(jié)裝置11軸向調(diào)整的栓塞12。調(diào)節(jié)裝置11包括一設置在廢熱鍋爐1之外的驅動裝置17，它借助于與栓塞12連接的栓塞柄16沿軸向調(diào)節(jié)栓塞12。為了氣體密封之目的，栓塞柄穿過排氣室30壁的通道口用一軸套18密封。借助于調(diào)節(jié)裝置11可以在旁路管4的出口端處這樣地調(diào)整栓塞12，即，使得在廢熱鍋爐1的出口處保持希望的廢氣27溫度或希望的溫度范圍。如果由于傳熱管3內(nèi)壁的污染使導熱系數(shù)變差并因此使出口處廢氣溫度升高，那么這種調(diào)節(jié)始終是必要的。在這種情況下，借助于旁路管4和位于其出口端6的調(diào)節(jié)栓塞12的介入，并通過流過旁路管4的廢氣流量的減少或加大，對廢熱鍋爐1的排氣溫度產(chǎn)生影響。通過栓塞12的軸向移動還造成在出口端6和栓塞12區(qū)域內(nèi)氣體速度的變化。
因為在旁路管4出口端6除了廢氣流的排氣速度非常高之外還出現(xiàn)氣縷，它們在排氣室30的壁上造成熱斑，按照本發(fā)明，為了避免氣縷，旁路管4的出口端6沿廢氣流27的流動方向看設計得錐形擴大。與這個措施相結合，按本發(fā)明，栓塞12設計得可通過冷卻介質(zhì)32冷卻，并且它伸入旁路管4的錐形擴大的出口端6內(nèi)，其中，由旁路管出口端6的內(nèi)輪廓19和栓塞12的外輪廓20形成的圓環(huán)形氣體流通橫截面22在氣體流通區(qū)域內(nèi)沿氣流方向看均勻或不均勻地擴大。這里，在氣體流通區(qū)域21內(nèi)圓環(huán)形氣體流通橫截面22的擴大與處于開啟狀態(tài)的栓塞12的位置無關。相對于旁路管4在軸向延伸的、其長度Ld由栓塞12在旁路管4出口端6內(nèi)的位置確定的、具有氣體流通橫截面22的氣體流通區(qū)21定義為這樣的區(qū)域21，在該區(qū)域內(nèi)，沿軸向或氣流方向看，旁路管出口端6的內(nèi)輪廓19和栓塞12的外輪廓20按圖2至5搭接或相交。栓塞12以強制的方式與旁路管4或其出口端6同心設置。如圖2至5中所示，旁路管4的錐形出口端6在其內(nèi)徑上可以設計一襯壁26，以保護旁路管出口端6免受由熱引起的腐蝕或侵蝕。
在旁路管4關閉時(未畫出)，栓塞12頂板13的邊緣與旁路管4或其出口端6的錐體接觸，這時栓塞12完全封閉旁路管4的氣體流通橫截面22或其出口端6。在通過栓塞12的軸向移動從旁路管4或其出口端6中移出而打開旁路管4時，如圖5所示，在栓塞12的頂板13或外輪廓20的邊緣和旁路管4出口端6的圓錐形內(nèi)輪廓19之間形成一氣體流通橫截面22，高溫廢氣通過它以高的速度流出。栓塞12的外輪廓20在栓塞中部14內(nèi)具有一錐形區(qū)24，它相當于旁路管4圓錐形出口端6的錐度。通過沿氣體流動方向看旁路管出口端6和栓塞中部14的錐形擴大同時使得它們擴大其橫截面的徑向尺寸，這就造成了沿氣體流動方向看氣體流通橫截面的連續(xù)增加。這與在旁路管出口端6和栓塞12之間的氣體流通區(qū)21內(nèi)的擴散效果是意義相同的一因為橫截面變大。因此，按照本發(fā)明實現(xiàn)了流過氣體流通區(qū)21的廢氣27的高的速度的降低和卸荷。同時存在的氣縷也卸荷和散開。
圖4表示按本發(fā)明設計的栓塞12的另一種方案，其栓塞中部14做成錐形。這里，沿氣體流動方向看上游的栓塞中部14的錐形區(qū)24相應于旁路管出口端6的錐體，而下游的栓塞中部14的錐形區(qū)25則與旁路管出口端6的錐體不同，其中，沿氣流方向看，區(qū)域25的錐度與旁路管4出口端6的錐度相比發(fā)散地分布。在這種結構設計中，氣體流通橫截面22在氣體流通區(qū)21內(nèi)不均勻地擴大，因為橫截面22在錐形區(qū)25內(nèi)比在錐形區(qū)24內(nèi)更急劇地擴大，因此在錐形區(qū)25內(nèi)擴散效果加強，在氣體流通區(qū)21內(nèi)廢氣速度可以更急劇地消減。作為按圖4的結構的另一種選擇，栓塞中部23的錐形區(qū)25相對于栓塞中部23的錐形區(qū)24可以設置在上游。按圖2、3和5，氣體流通橫截面22在氣體流通區(qū)21內(nèi)均勻地擴大。
圖2表示按本發(fā)明設計的栓塞12的另一種方案，其中，栓塞中部具有一圓柱形區(qū)23。這種方案的特點是，在氣體流通區(qū)21內(nèi)有高的擴散效果，因為由于沿氣流方向看氣體流通橫截面急劇加大，氣體速度會急劇下降。
在從旁路管4的出口端6流出時可能殘存的在高溫廢氣流中的氣縷可以通過使該氣流轉向約90°和通過基本上直角地引入從傳熱管3的出口端6流出的冷卻的廢氣流而消解。所述轉向可以借助于一沿氣體流動方向看設置在栓塞12下游端部的栓塞碟形板15實現(xiàn)。作用方式是，在旁路管出口端6和栓塞12之間流出的朝向碟形板15的廢氣流被它偏轉約90°，沿徑向流出。通過將來自旁路管4的高溫廢氣引入從傳熱管3出口端6流出的冷卻的廢氣，而使冷熱廢氣產(chǎn)生劇烈的混合，這時可能存在的氣縷被消解。按圖2、3和4，栓塞碟形板15具有最好至少相當于栓塞頂板13外徑Dk1.5倍的外徑Dt。
除了栓塞12外，與栓塞12連接的栓塞柄16最好也通過冷卻介質(zhì)或者說流體32，通常是水，進行冷卻，其中，輸送給栓塞12的冷卻介質(zhì)32首先經(jīng)過柄部16，并在流過栓塞12后重新通過柄部16按圖2中所示的箭頭引出。借助于一導引裝置33，冷卻介質(zhì)32例如可以如圖2所示從中央亦即導引裝置33內(nèi)部輸入，在栓塞12內(nèi)轉向，接著在由導引裝置33和柄部16的外壁形成的同心環(huán)形橫截面內(nèi)重新經(jīng)由柄部16輸出。
圖3表示栓塞12和栓塞柄16通過冷卻介質(zhì)32的單通道冷卻，這里，單通道指的是，冷卻介質(zhì)32雖然是在柄部16內(nèi)部輸送給栓塞12，但不再經(jīng)由柄部16輸出。冷卻通過使冷卻介質(zhì)32例如在栓塞12頂板13的一開口34處流出來進行，這時冷卻介質(zhì)32被引入從旁邊流過的廢氣流中。引導冷卻介質(zhì)32穿過栓塞12和柄部16的導引裝置33可以與栓塞12的外輪廓20或柄部16的外壁匹配，使得在外壁和導引裝置33之間形成一間隙，冷卻介質(zhì)32，通常是水，可以流過此間隙。
附圖標記表1廢熱鍋爐 27廢氣2外殼 28管端板3傳熱管29進氣室4旁路管30排氣室5管3、4的入口端31廢熱鍋爐內(nèi)的冷卻介質(zhì)6管3、4的出口端32栓塞/柄部內(nèi)的冷卻介質(zhì)7水引入裝置33導引裝置8高溫廢氣流引入裝置34開口9水/蒸汽引出裝置10冷卻廢氣流引出裝置11調(diào)節(jié)裝置12栓塞13栓塞頂板14栓塞中部15栓塞碟形板16栓塞柄17調(diào)節(jié)裝置的驅動裝置18軸套19旁路管出口端內(nèi)輪廓20栓塞外輪廓21旁路管出口端和栓塞間的氣體流通區(qū)22氣體流通橫截面23栓塞中部上的圓柱形區(qū)24栓塞中部的錐形區(qū)25栓塞中部的錐形區(qū)26襯壁
權利要求
1.廢熱鍋爐，所述廢熱鍋爐在一圓柱形外殼(2)內(nèi)包括大量傳熱管(3)和一個設置在中央的旁路管(4)，它們分別具有入口端(5)和出口端(6)；所述廢熱鍋爐包括一與外殼(2)固定在一起的裝置(7)，用于在管子(3、4)的外殼面上引入水(31)；所述廢熱鍋爐包括一用于將高溫廢氣流(27)引入管子(3，4)的入口端(5)并使廢氣流(27)穿過管子(3，4)在管子外殼面上與水(31)進行間接熱交換的裝置(8)，以便產(chǎn)生蒸汽和冷卻所引入的廢氣流(27)；所述廢熱鍋爐包括一用來引出所產(chǎn)生的水/蒸汽(31)的裝置(9)和一用來引出經(jīng)冷卻的廢氣流(27)的裝置(10)；所述廢熱鍋爐包括一調(diào)節(jié)裝置(11)，以使廢熱鍋爐排氣溫度保持在一定的溫度范圍內(nèi)，其中，可通過一設置在旁路管(4)出口端(6)處的并可借助于調(diào)節(jié)裝置(11)軸向調(diào)整的栓塞(12)來調(diào)節(jié)在旁路管(4)內(nèi)的氣體流通速度和流量；其中，所述栓塞(12)可通過冷卻介質(zhì)(32)冷卻，并伸入沿廢氣流(27)的流動方向看呈錐形擴大的旁路管(4)出口端(6)內(nèi)，并且，氣體流通橫截面(22)在由出口端(6)的內(nèi)輪廓(19)和栓塞(12)的外輪廓(20)相互搭接的氣體流通區(qū)(21)內(nèi)與開啟的栓塞(12)的位置無關地沿廢氣流(27)的流動方向看均勻或不均勻地擴大。
2.按權利要求1的廢熱鍋爐，其特征為栓塞(12)沿廢氣流(27)的流動方向看在其位于下游的端部上設計有一碟形板(15)，用以使廢氣流(27)在栓塞(12)處向基本完全徑向的方向偏轉。
3.按權利要求1的廢熱鍋爐，其特征為栓塞中部(14)的外輪廓(20)在其縱向長度上至少局部具有一圓柱形區(qū)(23)。
4.按權利要求1的廢熱鍋爐，其特征為栓塞中部(14)的外輪廓(20)在其縱向長度上至少局部具有一錐形區(qū)(24，25)。
5.按權利要求4的廢熱鍋爐，其特征為栓塞中部(14)的錐形區(qū)(24)的錐度相當于旁路(4)的錐形出口端(6)的錐度。
6.按權利要求4的廢熱鍋爐，其特征為圓錐形栓塞中部(14)的至少一個區(qū)域(25)的錐度與旁路管(4)的錐形出口端(6)的錐度不同，其中，這個區(qū)(25)的錐度與旁路管(4)出口端(6)的錐度相比沿廢氣流(27)的流動方向看發(fā)散地分布。
7.按權利要求1的廢熱鍋爐，其特征為與栓塞(12)相連的栓塞柄(16)可借助于冷卻介質(zhì)(32)冷卻，冷卻介質(zhì)(32)可通過栓塞柄(16)輸送給栓塞(12)。
8.按權利要求1或7的廢熱鍋爐，其特征為栓塞(12)和/或栓塞柄(16)設計為僅僅可以單通道冷卻，冷卻介質(zhì)(32)在其流過柄部(16)和/或栓塞(12)之后從它里面流出并進入廢氣流(27)中。
9.按權利要求2的廢熱鍋爐，其特征為栓塞碟形板(15)的外徑(Dt)至少相當于栓塞頂板(13)的外徑(Dk)的1.5倍。
10.按權利要求1的廢熱鍋爐，其特征為旁路管(4)的錐形出口端(6)在其內(nèi)側上設計有襯壁(26)。
11.按權利要求1至10之任一項的廢熱鍋爐，其特征為旁路管(4)與各傳熱管(3)相比具有較大的內(nèi)徑。
12.按權利要求1至11之任一項的廢熱鍋爐，其特征為引導冷卻介質(zhì)(32)穿過栓塞(12)和/或柄部(16)的引導裝置(33)與栓塞(12)和/或栓塞柄(16)的外壁匹配，使得在外壁和引導裝置(33)之間形成一間隙，冷卻介質(zhì)可被引導通過該間隙。
全文摘要
廢熱鍋爐，包括大量傳熱管(3)和設置在中央的旁路管(4)，它們分別具有入口端(5)和出口端(6)；包括用來在管子(3，4)外殼面上引入水(31)的裝置(7)；包括用來將高溫廢氣流(27)引入管子入口端(5)并使廢氣流(27)穿過管子的裝置(8)；包括用來引出水/蒸汽的裝置(9)和用來引出冷卻的廢氣流的裝置(10)；包括調(diào)節(jié)裝置(11)，其中可通過設置在旁路管出口端上的并可借助于調(diào)節(jié)裝置軸向調(diào)整的栓塞(12)調(diào)節(jié)旁路管內(nèi)的氣體流通速度和流量；栓塞可通過冷卻介質(zhì)(32)冷卻，并伸入旁路管的錐形擴大的出口端內(nèi)，氣體流通橫截面(22)在氣體流通區(qū)(21)內(nèi)與開啟的栓塞(12)的位置無關地均勻或不均勻地擴大。
文檔編號F24H1/40GK1982802SQ20061016306
公開日2007年6月20日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權日2005年12月1日
發(fā)明者J·耶克勒, H·奧爾曼, K·羅滕皮勒 申請人:阿爾斯通技術有限公司