防止鹽堵塞換熱器管程的防堵塞裝置的製作方法

2023-07-07 14:04:41

專利名稱：防止鹽堵塞換熱器管程的防堵塞裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種防止物料堵塞管路的裝置，更具體地，涉及一種用於防止鹽堵塞換熱器管程的防堵塞裝置。
背景技術：
在以超臨界水對煤進行氣化的工藝中，常常需要將處於水的亞臨界狀態的包含鹽 (催化劑和煤等含碳物質中溶於水的物質)和水的物料預熱至水的超臨界狀態後再通入反應器中以與煤等含碳物質進行氣化反應。這種預熱一般在換熱器中進行。所使用的換熱器可以是任何通過固體壁使冷熱流體間接換熱的換熱器，例如列管式換熱器、翅片式換熱器等等。這類換熱器可具有管程和殼程，冷熱流體各走一程。所述管程和殼程均可以是單程的或多程的。這類換熱器包括至少一根、優選很多根並行排列的管道，以及包圍這些管道的外殼。其中一股物流從這些管道中流過，管道內的空間可被稱為管程，而另一股物流從這些管道與外殼之間的空間(該空間被稱為殼程)流過，兩股物流通過管道壁進行換熱。在使用換熱器將包含煤和鹽的物料預熱至水的超臨界狀態的過程中，由於該物料從換熱器管程內流過且邊流動邊被換熱器殼程中的加熱介質加熱，故物料在管程內的某個位置處會發生從水的亞臨界狀態向水的超臨界狀態的轉變。由於催化劑和煤等含碳物質中溶於水的鹽類物質易溶於亞臨界水而難溶於超臨界水，故溶於水的鹽類物質會快速從物料中析出。這類鹽析出的現象在整個工藝中的其它較粗的管路中不會造成太大問題，但為了提高換熱器的換熱效率，換熱器管程所使用的管道通常是很多並行的較細的管道，而物料在換熱器管程中的某一位置持續析出的鹽必定會堵塞換熱器管程，這是困擾本領域的巨大難題。為了解決這個技術問題，專利JP02806085公開了使用由氣缸和與該氣缸匹配的活塞組成的反應器，使活塞在氣缸內反覆運動，通過控制反應器內的壓力來實現流體的亞臨界狀態向超臨界狀態的轉變，進而周期性地使物料完成反應，使析出的鹽能夠得到及時的清理；專利CN101698517公開了一種具有堵塞清理功能的超臨界水處理系統及其堵塞的清理方法，其利用了原有的超臨界水處理系統的主體設備，通過添加壓差變送器和閥門，實現管路堵塞後用外加的水對管路進行衝洗，進而達到清理堵塞物的目的，解決了堵塞的問題。可見，現有技術提供的均是在上述管路堵塞後，如何清理堵塞物的技術方案。然而，現有技術的方案需要將反應系統停止來清理堵塞物，這迫使反應不能連續進行。實用新型的內容為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種用於防止鹽堵塞換熱器管程的防堵塞裝置，所述換熱器包括用於使物料流動通過並被加熱介質加熱的換熱器管程和用於使加熱介質流動通過並加熱所述物料的換熱器殼程；所述物料由上遊設備供應，流經換熱器管程而進入位於熱器管程下遊的第一下遊設備；當所述物料在所述換熱器管程內受熱而由水的亞臨界狀態向水的超臨界狀態轉變時，所述鹽從所述物料中析出；其特徵在於，所述防堵塞裝置設置在所述上遊設備和第一下遊設備之間，用於每隔一定時間改變物料在所述換熱器管程中的流動方向，從而改變所述鹽在所述換熱器管程中的析出位置。[0006]優選地，所述防堵塞裝置是至少兩段設有閥的管道。優選地，所述第一下遊設備是反應器，且利用來自該反應器的反應後物料的至少一部分作為所述加熱介質。優選地，所述加熱介質在換熱器殼程中的流動方向與所述物料在加熱器管程中的流動方向呈逆流或錯流。根據本實用新型的防堵塞裝置具有下述優點無需象常規的防止換熱器管程堵塞方法那樣，要先使換熱器停車或脫離上下遊設備，然後再通入外加清洗流體來衝洗管路以清除在換熱器某處累積的鹽(即離線清理)， 本實用新型通過在所述上遊設備和第一下遊設備之間設置防止鹽堵塞的裝置可在線周期性地改變物料的流動方向，從而改變鹽析出位置而且還使已經析出的鹽能夠有機會與亞臨界水接觸而使其再次溶解和/或被物料所衝走，而並非待鹽堵塞了管路後再解決堵塞的問題。本實用新型無需另外利用外加的清洗流體，省略了清洗堵塞系統的步驟，從而簡化了工藝操作程序。根據本實用新型的防堵塞裝置在線改變鹽的析出位置，即在系統設備運行時即可防止鹽堵塞，這確保了物料的連續運行和換熱器及其上下遊設備的連續運轉。

下面將參照附圖以舉例的方式描述本實用新型，附圖中圖1是根據本實用新型的防堵塞裝置的一個實施例的示意圖；以及圖2是根據本實用新型的防堵塞裝置的另一個實施例的示意圖。應理解的是，附圖僅僅是說明性的，不打算以任何方式限制本實用新型的範圍。
具體實施方式
本實用新型中的物料包含鹽和水，還可包含煤粉。其中所述鹽包括鹼金屬鹽或鹼土金屬鹽。所述物料由換熱器的上遊設備供應，流經換熱器後進入位於換熱器下遊的第一下遊設備。除非另有單獨聲明，本文中所述上遊和下遊是以所述物料的流向為基準來確定的。其中所述上遊設備可以是泵。所述第一下遊設備可以是反應器。本實用新型中的換熱器包括用於使物料流動通過並被加熱介質加熱的換熱器管程和用於使加熱介質流動通過並加熱所述物料的換熱器殼程。其中所述加熱介質可以來自單獨的加熱介質供應設備， 也可以是來自反應器的反應後的物料。其中所述水的亞臨界狀態是指溫度在100°C以上且在水的臨界溫度374°c以下，並且壓力為仍使水處於液態的壓力；所述水的超臨界狀態是指溫度高於水的臨界溫度374°C且壓力高於水的臨界壓力22. IMPa的狀態。其中所述換熱器管程包括至少一根、優選很多根管道。如前所述，物料從換熱器管程內流過且邊流動邊被換熱器殼程中的加熱介質加熱，故物料在管程內的某個位置處會發生從水的亞臨界狀態向水的超臨界狀態的轉變，這種轉變導致鹽的析出，鹽的持續析出必定會堵塞換熱器管程。為了防止析出的鹽堵塞換熱器管程，本實用新型採取的措施是每隔一定時間改變所述鹽在所述換熱器管程中的析出位置。其中所述一定時間是常量或變量。所述一定時間還要小於且優選顯著小於未採取本實用新型的方法時析出的鹽完全堵塞換熱器管程所花費的時間。在具體實踐中，本領域技術人員很容易根據公知技術測得未採取本實用新型的方法時在所使用的具體的換熱器中析出的鹽完全堵塞換熱器管程所花費的時間。為了簡化起見，如圖1所示，以僅有一根換熱管道的直管單程換熱器來舉例說明。 圖1示出了根據本實用新型的換熱器是直管單程換熱器時防堵塞裝置的布置方式。所述物料由上遊設備(比如泵)供應，流經換熱器管程後進入第一下遊設備(比如反應器)。設有第一閥al的第一管道Pl位於上遊設備與換熱器管程的第一端M之間，設有第二閥a2的第二管道P2位於換熱器管程的第二端N與第一下遊設備入口之間。還包括設有第三閥bl的第三管道P3和設有第四閥Μ的第四管道P4。其中，第三管道P3的一端A與第一管道Pl 連通且連通處位於上遊設備與第一閥al之間，第三管道P3的另一端C與第二管道P2連通且連通處位於換熱器第二端N與第二閥a2之間。其中，第四管道P4的一端B與第一管道 Pl連通且連通處位於第一閥al與換熱器管程的第一端M之間，第四管道P4的另一端D與第二管道P2連通且連通處位於第二閥a2第一下遊設備入口之間。使用時，當打開第一閥 al和第二閥a2並關閉第三閥bl和第四閥1^2，物料由換熱器管程的第一端M流向換熱器管程的第二端N ；而當打開第三閥bl和第四閥1^2並關閉第一閥al和第二閥a2，物料的流動方向改變成由換熱器管程的第二端N流向換熱器管程的第一端M。通過以上管道配置和閥的操作，可以實現換熱器管程中流動方向的改變。在具體實施過程中，在鹽的析出量尚未堵塞管程的時候，通過每隔一定時間按照上述方式控制閥門，即可改變所述物料在換熱器管程中的流動方向，使已經析出的鹽在尚未堵塞換熱器管程的時候就能夠有機會與亞臨界水接觸而使其再次溶解和/或被物料所衝刷，可有效防止鹽在某一點處持續析出而堵死換熱器管程。本文所說的改變流動方向即顛倒流動方向。例如原本物料從換熱器管程的第一端流向第二端，改變成從換熱器管程的第二端流向第一端，反之亦然。這樣做的好處是不僅在於使鹽的析出位置發生變化，而且還使已經析出的鹽能夠有機會與亞臨界水接觸而使其再次溶解和/或被物料所衝刷，可有效防止鹽在某一點處持續析出而堵死換熱器管程。在一個優選實施例中，所述的第一下遊設備是反應器，且用來自該反應器的反應後物料的至少一部分作為所述加熱介質，這可以充分利用反應後物料的餘熱。所述加熱介質在換熱器殼程中的流動方向與所述物料在加熱器管程中的流動方向之間的關係可以是順流、逆流、折流或錯流，優選逆流或錯流，以提高換熱效率。在本實用新型的一種優選實施方案中，以反應後物料的至少一部分來作為所述加熱介質且使所述物料的流動方向與該加熱介質的流動方向之間呈逆流關係，這種實施方案可通過如下管道和閥的配置來實現，參照圖2，仍以換熱器是僅有一根直管的單程換熱器來舉例說明本實用新型的防堵塞裝置的布置方式設有第一閥al的第一管道Pl位於上遊設備與換熱器管程的第一端M之間，設有第二閥a2的第二管道P2位於換熱器管程的第二端 N與反應器入口之間。還包括設有第三閥bl的第三管道P3和設有第四閥1^2的第四管道 P4。其中，第三管道P3的一端A與第一管道Pl連通且連通處位於上遊設備與第一閥al之間，第三管道P3的另一端C與第二管道P2連通且連通處位於換熱器第二端N與第二閥a2 之間。其中，第四管道P4的一端B與第一管道Pl連通且連通處位於第一閥al與換熱器管程的第一端M之間，第四管道P4的另一端D與第二管道P2連通且連通處位於第二閥a2與反應器入口之間。所述防堵塞裝置還包括設有第五閥a3的第五管道P5，設有第六閥a4的第六管道P6，設有第七閥b3的第七管道P7，和設有第八閥b4的第八管道P8 ；其中，第五管道P5位於反應器出口與換熱器殼程的第一端R之間，第六管道P6位於換熱器殼程的第二端S和相對於換熱器殼程而言處於下遊的第二下遊設備之間；其中，第七管道P7的一端 T與第五管道P5連通且連通處位於反應器出口與第五閥a3之間，第七管道P7的另一端U 與第六管道P6連通且連通處位於第六閥a4與換熱器殼程的第二端S之間；其中，第八管道 P8的一端V與第五管道P5連通且連通處位於第五閥a3與換熱器殼程的第一端R之間，第八管道P8的另一端W與第六管道P6連通且連通處位於第六閥a4與所述第二下遊設備之間。使用時，當打開第一閥al、第二閥a2、第五閥a3和第六閥a4並關閉第三閥bl、第四閥 1^2、第七閥b3和第八閥b4時，物料由換熱器管程的第一端M流向換熱器管程的第二端N且反應後物料從換熱器殼程的第一端R流向第二端S ；而當打開第三閥bl、第四閥1^2、第七閥 b3和第八閥b4並關閉第一閥al、第二閥a2、第五閥a3和第六閥a4時，物料的流動方向改變成由換熱器管程的第二端N流向換熱器管程的第一端M且反應後物料從換熱器殼程的第二端S流向換熱器殼程的第一端R。本實用新型利用經過第一下遊設備(例如反應器)反應後的物料返回換熱器的殼程充當加熱介質，並且通過對反應後物料的溫度的控制，可以改變鹽在所述換熱器管程中的析出位置，同時達到了系統能量的耦合利用，降低成本。本實用新型所述的第二下遊設備是指相對於換熱器殼程處於下遊的任何設備，例如可以是固氣/固液/氣體分離裝置。另外，本領域的技術人員熟知閥的形式和作用，在此不再贅述。以上所述的閥可以是任何類型的閥。雖然以上僅以有一根管道的直管單程換熱器來舉例說明本實用新型的優選實施方式，但本領域的技術人員可以理解，本實用新型的技術方案顯然也能適用於具有很多根換熱管道的多程換熱器，也能夠採用其它形式的換熱器(例如彎管換熱器)。另外，在不脫離本實用新型權利要求書的保護範圍的情況下，可以對上述實施例進行修改或改變。所附權利要求書的範圍不應該局限於在此所包含的優選實施例的說明，而是涵蓋了落入權利要求的字面含義或等同含義內的所有實施例。
權利要求1.一種用於防止鹽堵塞換熱器管程的防堵塞裝置，所述換熱器包括用於使物料流動通過並被加熱介質加熱的換熱器管程和用於使加熱介質流動通過並加熱所述物料的換熱器殼程；所述物料由上遊設備供應，流經換熱器管程而進入位於換熱器管程下遊的第一下遊設備；當所述物料在所述換熱器管程內受熱而由水的亞臨界狀態向水的超臨界狀態轉變時， 所述鹽從所述物料中析出；其特徵在於，所述防堵塞裝置設置在所述上遊設備和第一下遊設備之間，用於每隔一定時間改變物料在所述換熱器管程中的流動方向，從而改變所述鹽在所述換熱器管程中的析出位置。
2.如權利要求1所述的防堵塞裝置，其特徵在於，所述防堵塞裝置是至少兩段設有閥的管道。
3.如權利要求2所述的防堵塞裝置，其特徵在於，所述防堵塞裝置是以下述方式設置的設有第一閥(al)的第一管道(Pl)位於上遊設備與換熱器管程的第一端(M)之間，設有第二閥(^)的第二管道(P》位於換熱器管程的第二端(N)與第一下遊設備入口之間； 還包括設有第三閥(bl)的第三管道(P； )和設有第四閥( )的第四管道(P4)； 其中，第三管道的一端(A)與第一管道(Pl)連通且連通處位於所述上遊設備與第一閥 (al)之間，第三管道的另一端(C)與第二管道(P》連通且連通處位於換熱器管程的第二端 (N)與第二閥(a2)之間；其中，第四管道的一端(B)與第一管道(Pl)連通且連通處位於第一閥(al)與換熱器管程的第一端(M)之間，第四管道的另一端(D)與第二管道(P》連通且連通處位於第二閥 (a2)與第一下遊設備入口之間；其中，當打開第一閥(al)和第二閥(a2)並關閉第三閥(bl)和第四閥0^2)，物料由換熱器管程的第一端(M)流向換熱器管程的第二端(N)；而當打開第三閥(bl)和第四閥(b2) 並關閉第一閥(al)和第二閥(a2)，物料的流動方向改變成由換熱器管程的第二端(N)流向換熱器管程的第一端(M)。
4.如權利要求1所述的防堵塞裝置，其特徵在於，所述第一下遊設備是反應器，且利用來自該反應器的反應後物料的至少一部分作為所述加熱介質。
5.如權利要求1所述的防堵塞裝置，其特徵在於，所述加熱介質在換熱器殼程中的流動方向與所述物料在加熱器管程中的流動方向呈逆流或錯流。
6.如權利要求3所述的防堵塞裝置，其特徵在於，所述防堵塞裝置還包括設有第五閥(U)的第五管道(P5)，設有第六閥(a4)的第六管道(P6)，設有第七閥 (b3)的第七管道(P7)，和設有第八閥(b4)的第八管道(P8)；其中，第五管道(PO位於反應器出口與換熱器殼程的第一端(R)之間，第六管道(P6) 位於換熱器殼程的第二端(S)和相對於換熱器殼程而言處於下遊的第二下遊設備之間；其中，第七管道(P7)的一端(T)與第五管道(PO連通且連通處位於反應器出口與第五閥(U)之間，第七管道(P7)的另一端(U)與第六管道(P6)連通且連通處位於第六閥 (a4)與換熱器殼程的第二端(S)之間；其中，第八管道(P8)的一端(V)與第五管道(PO連通且連通處位於第五閥(U)與換熱器殼程的第一端(R)之間，第八管道(P8)的另一端(W)與第六管道(P6)連通且連通處位於第六閥(a4)與所述第二下遊設備之間，其中，當打開第一閥(al)、第二閥(a2)、第五閥(a3)和第六閥(a4)並關閉第三閥 (bl)、第四閥化2)、第七閥(b!3)和第八閥(b4)時，物料由換熱器管程的第一端(M)流向換熱器管程的第二端(N)且反應後物料從換熱器殼程的第一端(R)流向第二端(S)；而當打開第三閥(bl)、第四閥(W)、第七閥(b3)和第八閥(b4)並關閉第一閥(al)、第二閥(a2)、 第五閥(M)和第六閥(a4)時，物料的流動方向改變成由換熱器管程的第二端(N)流向換熱器管程的第一端(M)且反應後物料從換熱器殼程的第二端( 流向換熱器殼程的第一端 ㈨。
專利摘要本實用新型涉及一種用於防止鹽堵塞換熱器管程的防堵塞裝置，換熱器包括用於使物料流動通過並被加熱介質加熱的換熱器管程和用於使加熱介質流動通過並加熱物料的換熱器殼程；物料包含鹽和水，物料由上遊設備供應，流經換熱器管程而進入位於換熱器管程下遊的第一下遊設備；當物料在所述換熱器管程內受熱而由水的亞臨界狀態向水的超臨界狀態轉變時，鹽從所述物料中析出；其特徵在於，防堵塞裝置設置在上遊設備和第一下遊設備之間，用於每隔一定時間改變物料在換熱器管程中的流動方向，從而改變所述鹽在所述換熱器管程中的析出位置。該防堵塞裝置可在線操作以簡化工藝操作流程，確保了物料的連續運行和換熱器及其上下遊設備的連續運轉。
文檔編號F28F19/00GK201993026SQ20102067424
公開日2011年9月28日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者宋慶峰, 李成學, 谷俊傑, 趙曉 申請人:新奧科技發展有限公司