用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，采用管殼式換熱結(jié)構(gòu)，包括殼體、設置在殼體內(nèi)的換熱管管束、設置在殼體上的殼程進出口，其特征在于：換熱管管束采用立式布置，在殼體上、下端與換熱管管束連通設置有上管箱和下管箱，在上管板上設置有隔熱結(jié)構(gòu)，各換熱管上端穿過所述隔熱結(jié)構(gòu)，與上管箱連通。本發(fā)明的高溫換熱器采用立式結(jié)構(gòu)，通過在上管板上設置隔熱層，能夠降低高溫對上管板的沖擊，從而可以應用于高溫煙氣換熱。
【專利說明】用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫換熱器，具體涉及一種用于尿素熱解工藝的利用高溫煙氣的換熱器。
【背景技術】
[0002]煙氣中的氮氧化物是主要的大氣污染物之一。為去除煙氣中的氮氧化物，通常采用的方法是，在350?600度溫度下，以氨水作為還原劑，在催化劑作用下，煙氣中的氮氧化物發(fā)生還原反應產(chǎn)生氮氣和水。其中，還原劑氨水通常采用尿素熱解工藝制備。常規(guī)的尿素熱解工藝采用天然氣、燃油后的煙氣或電能加熱空氣來熱解尿素，能耗大，運行成本高。
[0003]為了利用煙氣中的熱量，降低能耗，中國實用新型專利CN202609955U公開了一種脫硝用尿素熱解制氨工藝裝置，包括:風機、風管、空氣流量調(diào)節(jié)門、吹灰器、換熱器、煙氣流量調(diào)節(jié)門、煙氣管道、尿素噴槍、熱解室、引風機、煙囪、鍋爐；尿素溶液進入到尿素熱解室，被加熱分解成氨氣；在尿素熱解室內(nèi)用于加熱尿素溶液的熱源是利用鍋爐內(nèi)的高溫熱煙氣通過換熱器進行熱量交換后加熱的空氣；鍋爐內(nèi)的熱煙氣經(jīng)過煙氣管道和煙氣流量調(diào)節(jié)門進入換熱器，與換熱器內(nèi)的空氣換熱，換熱后的煙氣進入引風機入口 ；鍋爐風機出口的空氣經(jīng)過風管和空氣流量調(diào)節(jié)門進入換熱器，被煙氣加熱后送入分解室作為尿素熱解熱源使用。
[0004]然而，火力發(fā)電廠鍋爐爐膛內(nèi)的煙氣溫度可達800度以上，因此，需要尋求可適用于該煙氣溫度的高溫換熱器。而現(xiàn)有的高溫換熱器絕大部分采用臥式布局，從CN202609955U公開的附圖看，雖然該技術方案中未具體提及換熱器的結(jié)構(gòu)，但是，圖中高溫煙氣是水平方向進入換熱器的，即該換熱器很有可能是臥式布局。由于電廠產(chǎn)生的高溫煙氣中帶有大量粉塵，會積累在換熱器的換熱管壁上，該方案雖然在換熱器的煙氣側(cè)設置了吹灰器，試圖使用吹灰器來清除附著在換熱器上的粉塵，但實際使用效果不佳。
[0005]解決上述問題的一種考慮是采用立式的換熱器，然而，在高溫換熱器中，由于換熱量大，換熱管長度長，換熱管芯整體重量大，當采用立式布局時，支承難度大，容易造成換熱管與管板間開裂等各種問題。因此，現(xiàn)有的高溫換熱器基本上是臥式的，少量的立式換熱器也是采用兩段U形結(jié)構(gòu)等方式來縮短換熱器的長度，減少管板受力，但是，這種利用管箱連接的U形結(jié)構(gòu)同樣不能適用于高溫煙氣換熱。
[0006]因此，迫切需要一種能用于高溫煙氣換熱的新的高溫換熱器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，解決現(xiàn)有技術中換熱器易積灰、易損壞的問題。
[0008]為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，采用管殼式換熱結(jié)構(gòu)，包括殼體、設置在殼體內(nèi)的換熱管管束、設置在殼體上的殼程進出口，換熱管管束采用立式布置，在殼體上、下端與換熱管管束連通設置有上管箱和下管箱，在上管板上設置有隔熱結(jié)構(gòu)，各換熱管上端穿過所述隔熱結(jié)構(gòu)，與上管箱連通。
[0009]上述技術方案中，通過采用立式布置，高溫煙氣在管程中自上而下流動，空氣在殼程中流動，與高溫煙氣換熱，從而高溫煙氣中的粉塵不易積聚在換熱管上，保證了換熱效率；在上管板上設置隔熱結(jié)構(gòu)，進入上管箱的高溫煙氣不會直接沖擊在上管板上，避免了上管板的急劇溫升，減少上管板與換熱管管束間的應力。
[0010]上述技術方案中，所述隔熱結(jié)構(gòu)的厚度為30?300毫米，由單層或多層隔熱層構(gòu)成。
[0011]優(yōu)選的技術方案，所述隔熱結(jié)構(gòu)由2層隔熱層構(gòu)成，下層為陶瓷纖維填充層，上層為耐火材料澆注層。
[0012]優(yōu)選的技術方案，在上管箱和下管箱上分別固定連接有掛耳；所述殼體上設有殼體膨脹節(jié)，所述上管板與設置在上管箱上的掛耳之間設有第一膨脹節(jié)。
[0013]與換熱器配合，可以設置支架，換熱器通過掛耳掛接到支架上，配合膨脹節(jié)的設置，使換熱器獲得有效支承，并易于吸收溫度變化導致的應力。掛耳的設置應使換熱器能均勻受力，優(yōu)選地，所述掛耳設置在管箱相對的兩側(cè)，每側(cè)至少設置2個掛耳。
[0014]其中，將第一膨脹節(jié)設置在上管板和上管箱之間更易于實現(xiàn)。根據(jù)需要，可以在各進出口的連接管上設置膨脹節(jié)。例如，在上管箱和上封頭之間、下管箱上、殼程進口接管上、殼程出口接管上分別設置膨脹節(jié)，以吸收外界接管變化導致的應力沖擊。
[0015]進一步技術方案，所述下管板下方設有下管板支承結(jié)構(gòu)。由于換熱管管束重量大，導致下管板承重大，是換熱器損壞的一個重要因素，通過設置下管板支承結(jié)構(gòu)，分散下管板的受力，可以有效避免下管板受力彎曲、下管板與換熱管間脫離等問題，延長換熱器的使用壽命。所述下管板支承結(jié)構(gòu)可以為田字形支承、條狀支承或點式支承。
[0016]進一步的技術方案，所述上管箱內(nèi)側(cè)和上封頭內(nèi)側(cè)設有保溫層。
[0017]上述技術方案中，所述上管板與換熱管之間采用脹接結(jié)構(gòu)連接?？梢允菑姸让洠部梢允琴N脹。由于高溫煙氣進入換熱器時，在整個換熱管管束中的分布和流速不均勻，會導致?lián)Q熱管管束中位于中央的換熱管和位于外側(cè)的換熱管的膨脹程度不同，因此，如果采用常規(guī)的焊接連接，換熱管和管板連接處易產(chǎn)生開裂問題；而采用脹接結(jié)構(gòu)，當高溫煙氣進入時，溫度可能達到750°C以上，金屬材料達到流變狀態(tài)，可以吸收換熱管溫差導致的應力。
[0018]上述技術方案中，所述殼程進出口位于殼體的同一側(cè)，下方為殼程進口，上方為殼程出口，所述換熱管管束的中部設有折流板，折流板在遠離殼程進出口一側(cè)與殼體間存在空間，構(gòu)成流體通道。
[0019]或者，殼程進口與殼程出口位于殼體的兩側(cè)，所述換熱管管束上設有兩組折流板，殼程進口位于下折流板下方，殼程出口位于上折流板上方，下折流板在遠離殼程進口一側(cè)與殼體間存在空間，上折流板在靠近殼程進口一側(cè)存在空間，構(gòu)成兩次折彎的流體通道。
[0020]本發(fā)明同時提供一種脫硝用尿素熱解制氨裝置，包括煙氣運行管路、空氣運行管路、尿素熱解爐，設有換熱器，所述煙氣運行管路與空氣運行管路在換熱器處進行熱量交換，加熱后的空氣進入尿素熱解爐作為尿素熱解熱源，所述換熱器為上述高溫煙氣換熱器，所述煙氣運行管路連通高溫煙氣換熱器的管程，所述空氣運行管路連通高溫煙氣換熱器的殼程。
[0021]由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點: 1、本發(fā)明的高溫換熱器采用立式結(jié)構(gòu)，通過在上管板上設置隔熱層，能夠降低高溫對上管板的沖擊，從而可以應用于高溫煙氣換熱。
[0022]2、通過設置掛耳結(jié)構(gòu)、下管板支承結(jié)構(gòu)，使得換熱器承重分布合理，延長了使用壽命O
[0023]3、通過設置多個膨脹節(jié)，保證了在熱脹冷縮時，換熱器各部分件有足夠的相對運動空間，避免了各連接處的開裂問題。
[0024]4、本發(fā)明中，換熱管管束與上管板間采用脹接結(jié)構(gòu)連接，從而，通過殼體膨脹節(jié)和第一膨脹節(jié)的配合吸收換熱管管束的整體變形，由脹接結(jié)構(gòu)吸收內(nèi)外側(cè)換熱管管束間的相對變形，保證了在高溫煙氣沖擊下?lián)Q熱管管束與上管板之間的穩(wěn)定連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的俯視圖(去除上封頭和上管箱)；
圖3是實施例一中安裝在支架上的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
實施例一:參見圖1和圖2所示，一種用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，采用管殼式換熱結(jié)構(gòu)，包括殼體1、設置在殼體I內(nèi)的換熱管管束2、設置在殼體I上的殼程進口 11和殼程出口 12，換熱管管束2采用立式布置，在殼體I上、下端與換熱管管束2連通設置有上管箱3和下管箱4，在上管板31上設置有隔熱結(jié)構(gòu)5，各換熱管上端穿過所述隔熱結(jié)構(gòu)5，與上管箱3連通。上管箱3內(nèi)側(cè)和上封頭32內(nèi)側(cè)設有保溫層。所述殼程進出口位于殼體I的同一側(cè)，下方為殼程進口 11，上方為殼程出口 12，所述換熱管管束2的中部設有折流板21，折流板21在遠離殼程進出口一側(cè)與殼體I間存在空間，構(gòu)成流體通道。所述上管板與換熱管之間采用強度脹結(jié)構(gòu)連接。
[0027]本實施例中，所述上管板31及換熱管束2均采用耐熱不銹鋼(如3IOS材質(zhì))，從而提高高溫煙氣換熱器耐高溫性能。隔熱結(jié)構(gòu)5的厚度為200毫米，分為兩層，下層(靠管板偵D為陶瓷纖維填充層，厚150毫米，上層(表層)為耐火材料澆注層，厚50毫米。陶瓷纖維和耐火材料填充在上管板31上平面的管橋之間，將其填實后起到隔熱作用，克服了上管板長期處在高溫煙氣直接烘烤下導致變形、開裂等問題。根據(jù)情況，隔熱結(jié)構(gòu)也可以采用單層或更多層，厚度以能夠承受高溫煙氣烘烤為宜，采用多層結(jié)構(gòu)時，各層填充不同材料，可以起到復合隔熱的作用。
[0028]本實施例中，在殼體I的下端近下管板41處設置殼體膨脹節(jié)61，在上管板31與上管箱3之間設有第一膨脹節(jié)62，在下管箱40上設有第二膨脹節(jié)63，將下管箱分成兩段。通過膨脹節(jié)的設置，吸收熱脹冷縮時產(chǎn)生的應力。根據(jù)需要，可以在上管箱3和上封頭32之間加設管箱封頭膨脹節(jié)64，在殼程進口接管111和出口接管121上分別加設殼程進口接管膨脹節(jié)65和殼程出口接管膨脹節(jié)66。
[0029]為了保證下管板的承重能力，所述下管板41下側(cè)設有下管板支承結(jié)構(gòu)71。所述下管板支承結(jié)構(gòu)71為田字形支承、條狀支承或點式支承。[0030]本實施例的安裝采用懸掛方式。在上管箱3和下管箱4上分別固定連接有掛耳8，所述掛耳8設置在管箱相對的兩側(cè)，每側(cè)至少設置2個掛耳。制作時，可以在上管箱和下管箱上設置一圈環(huán)向筋72，掛耳焊接在環(huán)向筋上。參見附圖3所示，與換熱器配合，設置支架9，換熱器通過掛耳8掛接到支架9上，配合膨脹節(jié)的設置，使換熱器有效支承，并易于吸收溫度變化導致的應力。
[0031]本實施例通過采用立式布置，高溫煙氣在管程中自上而下流動，空氣在殼程中流動，與高溫煙氣換熱，從而高溫煙氣中的粉塵不易積聚在換熱管上，保證了換熱效率；在上管板上設置隔熱結(jié)構(gòu)，進入上管箱的高溫煙氣不會直接沖擊在上管板上，避免了上管板的急劇溫升，從而提高上管板剛度，減少上管板與換熱管管束間的應力。試驗表明，本實施例的換熱器在用于電廠高溫煙氣換熱時，工作狀態(tài)穩(wěn)定，未發(fā)生換熱管管束拉脫與管板開裂等問題。
[0032]實施例二: 一種脫硝用尿素熱解制氨裝置，包括煙氣運行管路、空氣運行管路、尿素熱解室，設有換熱器，所述煙氣運行管路內(nèi)的高溫煙氣與空氣運行管路內(nèi)的空氣在換熱器處進行熱量交換，加熱后的空氣進入尿素熱解室作為尿素熱解熱源，其中，所述換熱器采用實施例一的高溫煙氣換熱器，所述煙氣運行管路連通高溫煙氣換熱器的管程，所述空氣運行管路連通高溫煙氣換熱器的殼程。
[0033]根據(jù)需要，在空氣運行管路中設置風機、風管、空氣流量調(diào)節(jié)門；在煙氣運行管路中設置煙氣流量調(diào)節(jié)門、煙氣管道、引風機；在尿素熱解室中設置尿素噴槍。尿素溶液進入到尿素熱解室，被加熱分解成氨氣；在尿素熱解室內(nèi)用于加熱尿素溶液的熱源是利用鍋爐內(nèi)的高溫熱煙氣通過換熱器進行熱量交換后加熱的空氣；鍋爐內(nèi)的熱煙氣經(jīng)過煙氣管道和煙氣流量調(diào)節(jié)門進入換熱器，與換熱器內(nèi)的空氣換熱，換熱后的煙氣進入引風機入口 ；鍋爐風機出口的空氣經(jīng)過風管和空氣流量調(diào)節(jié)門進入換熱器，被煙氣加熱后送入分解室作為尿素熱解熱源使用。
[0034]實施例三:一種用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，采用管殼式換熱結(jié)構(gòu)，包括殼體、設置在殼體內(nèi)的換熱管管束、設置在殼體上的殼程進出口，換熱管管束采用立式布置，在殼體上、下端與換熱管管束連通設置有上管箱和下管箱，在上管板上設置有隔熱結(jié)構(gòu)，各換熱管上端穿過所述隔熱結(jié)構(gòu)，與上管箱連通。上管箱內(nèi)側(cè)和上封頭內(nèi)側(cè)設有保溫層。
[0035]本實施例中，殼程進口與殼程出口位于殼體的兩側(cè)，所述換熱管管束上設有兩組折流板，殼程進口位于下折流板下方，殼程出口位于上折流板上方，下折流板在遠離殼程進口一側(cè)與殼體間存在空間，上折流板在靠近殼程進口 一側(cè)存在空間，構(gòu)成兩次折彎的流體通道。所述上管板與換熱管之間采用貼脹結(jié)構(gòu)連接。
[0036]本實施例中，在上管箱和下管箱上分別固定連接有掛耳，所述掛耳設置在管箱相對的兩側(cè)，每側(cè)至少設置2個掛耳。與換熱器配合，設置有支架，換熱器通過掛耳掛接到支架上。
[0037]所述殼體上設有殼體膨脹節(jié)，所述上管板與設置在上管箱上的掛耳之間設有第一膨脹節(jié)；在上管箱和上封頭之間、下管箱上、殼程進口接管上、殼程出口接管上分別設置膨脹節(jié)，以吸收外界接管變化導致的應力沖擊。
【權利要求】
1.一種用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，采用管殼式換熱結(jié)構(gòu)，包括殼體、設置在殼體內(nèi)的換熱管管束、設置在殼體上的殼程進出口，其特征在于:換熱管管束采用立式布置，在殼體上、下端與換熱管管束連通設置有上管箱和下管箱，在上管板上設置有隔熱結(jié)構(gòu)，各換熱管上端穿過所述隔熱結(jié)構(gòu)，與上管箱連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，其特征在于:所述隔熱結(jié)構(gòu)的厚度為30?300毫米，由單層或多層隔熱層構(gòu)成。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，其特征在于:所述隔熱結(jié)構(gòu)由2層隔熱層構(gòu)成，下層為陶瓷纖維填充層，上層為耐火材料澆注層。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，其特征在于:在上管箱和下管箱上分別固定連接有掛耳；所述殼體上設有殼體膨脹節(jié)，所述上管板與設置在上管箱上的掛耳之間設有第一膨脹節(jié)。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，其特征在于:所述下管板下方設有下管板支承結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，其特征在于:所述上管箱內(nèi)側(cè)和上封頭內(nèi)側(cè)設有保溫層。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，其特征在于:所述上管板與換熱管之間采用脹接結(jié)構(gòu)連接。
8.根據(jù)權利要求1所述的用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，其特征在于:所述殼程進出口位于殼體的同一側(cè)，下方為殼程進口，上方為殼程出口，所述換熱管管束的中部設有折流板，折流板在遠離殼程進出口一側(cè)與殼體間存在空間，構(gòu)成流體通道。
9.根據(jù)權利要求1所述的用于尿素熱解工藝的高溫煙氣換熱器，其特征在于:殼程進口與殼程出口位于殼體的兩側(cè)，所述換熱管管束上設有兩組折流板，殼程進口位于下折流板下方，殼程出口位于上折流板上方，下折流板在遠離殼程進口一側(cè)與殼體間存在空間，上折流板在靠近殼程進口一側(cè)存在空間，構(gòu)成兩次折彎的流體通道。
10.一種脫硝用尿素熱解制氨裝置，包括煙氣運行管路、空氣運行管路、尿素熱解爐，設有換熱器，所述煙氣運行管路與空氣運行管路在換熱器處進行熱量交換，加熱后的空氣進入尿素熱解爐作為尿素熱解熱源，其特征在于:所述換熱器為權利要求1至9中任一高溫煙氣換熱器，所述煙氣運行管路連通高溫煙氣換熱器的管程，所述空氣運行管路連通高溫煙氣換熱器的殼程。
【文檔編號】F28D7/00GK103776279SQ201410037255
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權日:2014年1月26日
【發(fā)明者】顧安生, 唐亮, 陸華, 洪立新 申請人:昆山市三維換熱器有限公司