向工作介質間接傳熱的設備的製作方法

2023-05-07 03:20:16 1

專利名稱：向工作介質間接傳熱的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1前序所述的、向工作介質間接傳熱的設備，特別是一種用於碳氫化合物的蒸汽重整設備。
為實現碳氫化合物的蒸汽重整而採用了許多設備，這些設備的實施例如在圖5-圖7中以不同的視圖和局剖圖方式表示。這些設備具有大致呈長方體形的加熱室1，所述加熱室可通過許多燒嘴2加熱，所述燒嘴以組成燒嘴排的方式設置在加熱室頂部並以其火焰方向豎直向下對準。在燒嘴排之間分別垂直地裝有熱交換管排3，通過這些熱交換管導入了用於吸熱型化學反應的工作介質。加熱工作介質主要是通過在燃燒中產生的輻射熱完成的，但一部分加熱工作是以對流方式完成的。為了能使燃燒廢氣從加熱室1中流出，在加熱室1的底部設置了平行於熱交換管排3和燒嘴排2的、且上端封閉的廢氣道4。這些廢氣道4具有大致呈矩形的橫截面並由耐火材料(如耐火磚)製成。在廢氣道4側壁的下部，在整個縱向段上開設了許多開口5，廢氣可通過這些孔從加熱室1中流入廢氣道4內。隨後，廢氣經廢氣道4從一側流出加熱室1，再流入一條所有廢氣道都與之相通的集汽道8中，在此集汽道內進行廢氣餘熱利用處理，最後將氣體排到大氣中。
在實際操作這些設備時，人們發現對這些熱交換管傳熱時的傳熱不均勻。這就加重了這些裝置的維修負擔。當一些熱交換管受到較強熱作用時，這些熱交換管衰化很快而不得不相應地提前更換。在這種情況下，人們必須選擇，是替換包括那些還不必進行交換的熱交換管在內的所有熱交換管，還是只替換一部分熱交換管。後一種選擇導致了經常的生產中斷以便進行維修。
因為熱交換管的加熱大部分是通過輻射熱完成的，所以熱交換管的下列布置方式具有重大意義，即所有熱交換管對受熱輻射源影響而言是處於同等條件下的。在廢氣道的橫截面形狀呈矩形的情況下，理論上會出現上述情況。在圖8中，由加熱室1的片狀斷面進一步示意地示出了這種矩形通道。用於使廢氣進入廢氣道4側壁中的開口由標記5表示。圖9中畫出了廢氣道4a所採用的另一種已知形狀。此廢氣道4a的橫截面形狀近似於矩形，但此橫截面在朝廢氣收集側(集汽道8)的方向上連續變化。廢氣道4a的階梯形頂部這樣傾斜，即使上述橫截面一直變大直到集汽道8為止。在如此設計廢氣道4a的情況下，應可以在廢氣道的整個軸向段看實現均勻的廢氣收集。換句話說，在圖8所示的、成矩形結構的廢氣道4的情況下，因壓力損失的緣故而不會出現這種結果。但就此而論，廢氣道4a的形狀並沒有帶來有效的改進。在這兩種情況下，都導致了熱交換管的不均勻加熱。
如果要確保熱量在對熱交換管的傳熱的過程中得到儘可能均勻的分配，那麼就可以將熱交換管設計成薄壁管，這是因為不必顧及如在不均勻熱分配時出現的某些管壁溫度較高的問題。精確的工作參數與此相應地可用到操作中，或者在正常操作中延長了熱交換管的壽命。
本發明的目的在於如下地進一步改進如權利要求1前序所述類型的設備，從而確保在對熱交換管的傳熱過程中儘可能均勻地分配熱量。
根據本發明，上述目的是通過權利要求1特徵部分的特徵而實現的。在從屬權利要求2-4中給出了本發明的其它有利結構。
以下將根據附圖來進一步描述本發明。其中

圖1示出了帶有本發明的廢氣道的加熱室的片狀斷面結構；圖2示出了圖1所述實施方式的變型結構；圖3示出了在熱交換管排附近的廢氣流速的垂直分量的剖面，其中橫坐標為廢氣道，縱坐標為距離本發明設備的加熱室底部的高度；圖4是(圖3)與帶有常見廢氣道的設備的比較圖；作為現有技術的是圖5是蒸汽重整設備的側視圖(局剖視圖)；圖6是圖5所示設備的俯視圖(局剖視圖)；圖7是圖5所示設備的主視圖(局剖視圖)；]圖8是穿過帶有矩形廢氣道的加熱室的片狀示意斷面圖；圖9是穿過帶有傾斜廢氣道的加熱室的片狀斷面圖。
可用令人驚奇的簡單的方法實現了上述目的。在圖1中，以沿廢氣道4穿過加熱室的片狀斷面的方式示意地示出了一種很簡單的本發明實施方式。在廢氣道4內僅裝有一排導流片6式的導流體。導流片6是平行於廢氣道4縱向的(流動方向)、且其壁厚小於廢氣道橫截面的扁平物。所述導流片在廢氣道4的縱向槽壁之間分布在廢氣道的整個寬度內。導流片由根據使用情況而定的耐高溫材料如耐火材料或耐熱金屬材料製成。在這裡，概念型導流片並不一定只包括金屬材料。確切地說，只要能使在廢氣道4內的廢氣流在軸向均勻地受影響。導流片6的長度只等於整個廢氣道4整個縱長的小部分的長度。以整體呈階梯的方式排列各導流片6，其中梯度向下指向集汽道8。緊鄰的各導流片6適當地略微重疊。廢氣經按圖5所示方式布置的、且靠近加熱室1底部的廢氣流出孔5進入廢氣道4內。在那裡，廢氣轉向上並通過分別位於流出開口區內的導流片6轉到水平方向。按照這種方式，在廢氣道4內沿指向集汽道8的方向形成了遍布橫截面的較均勻的水平氣流。
在圖2中示出了圖1所示實施例的變型結構。此變型結構的不同點僅在於，各導流片6a在遠離集汽道8的頂側處與約成豎直的擋流片6b相連。此擋流片6b向下直達廢氣道4底部。通過這種方式就可以實現廢氣流的強制定向調節，這是因為在兩個緊鄰的擋流片6b之間流動的廢氣完全被廢氣道4的壁和這兩個擋流片6b圍住，所以廢氣只能通過位於配屬於這兩個擋流片6b的兩個導流片6a之間的軸向開口流出，即不得不採取水平流動。圖2的實施方式與圖1的實施方式相比沒有帶來重大改進。作為本發明的極端情況，可能會出現廢氣道是由許多獨立導管組接而成的情況，上述導管分別由其中一個廢氣流出孔通向集汽道。儘管由於連接結構費用的原因而不優先考慮上述極端情況，但導流體的概念在本發明的範圍內也包括這種導管連接實施方式。
通過本發明消除了到目前為止在如圖8所示那樣設計廢氣道4(或圖9所示的廢氣道4a結構)時所強調指出的、廢氣不均勻地流出加熱室1內腔的現象。在過去的設計中，在廢氣道4或4a內出現的壓力損失在加熱室1的局部即靠近集汽道8處導致廢氣流動明顯較強。在遠離集汽道的部位，廢氣流動明顯較弱，結果導致熱量分配的不均勻性。
根據本發明而將導流體裝入廢氣道這一措施的生效原理如圖3所示，它以流動剖面的方式示出了對廢氣流動的分析。在此圖形中，以平行於熱交換管排3的橫截面圖的方式示出了在緊鄰熱交換管3的區域內的廢氣流速的垂直分量(作為參數值)。根據沿廢氣道長度L1的位置L和根據距離加熱室(總體高度H1)底部的高度H作出了等流速線。
負流速值表示，燃燒廢氣在加熱室的上半部內在緊鄰熱交換管的地方由下向上流動，這是因為在兩排熱交換管之間形成了在中央部(在燒嘴平面區內)朝下的筒形流動。只是到了加熱室的下半部燃燒廢氣才沿熱交換管排一直向下流到各廢氣道側壁中的流出開處。人們可以清楚地看到，當距離加熱室底部的高度不變時，流速垂直分量在廢氣道方向上相差無幾，所示流速是衡量通過對流產生的熱傳遞的強度的標準。
與此相反，如圖4的比較圖形所示的那樣很明顯地產生了上述差異，其中圖4描述了相應地利用帶有通常根據圖8而製成的廢氣道的加熱室的情況。此圖的右下部表示具有大很多的正的流速垂直分量的區域。這意味著，在加熱室橫截面的所述位置上即在加熱室廢氣道出口附近存在最強的燃燒廢氣流，而因此在此區域內，必須通過比在其它區域要強的對流方式對熱交換管進行明顯的強化加熱。
權利要求
1.一種向流動的工作介質間接傳熱的設備，特別是用於碳氫化合物的蒸汽重整設備，它具有一個通過許多排燒嘴中的燒嘴從上方進行加熱的、且由其中流有所述工作介質的許多排熱交換管(3)在垂直的縱向平面內穿過的加熱室(1)，其中燒嘴(2)的燃燒廢氣通過彼此平行且平行於位於加熱室(1)底部的熱交換管(3)排的、由耐火材料製成的廢氣道(4)而從一側流出此加熱室(1)，該廢氣道(4)具有大致呈矩形的、且沿軸向不變的橫截面，所述廢氣道在其縱向側且靠近底部的區域內開有遍布整個軸向段的、用於使從加熱室(1)流出的廢氣轉入各條廢氣道(4)內的開口(5)，其特徵在於，為使廢氣流動均勻，在廢氣道(4)內的熱交換管(3)排的下部的區域內設置了導流體。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述導流體具有以分段方式基本水平延伸的導流片(6，6a)；並相互按階梯形狀順序排列，其中所述階梯形逐漸向下地指向廢氣道(4)的側出口。
3.如權利要求2所述的設備，其特徵在於，每個緊換的導流片(6，6a)部分重疊。
4.如權利要求2或3所述的設備，其特徵在於，所述導流體分別具有一個大致橫向於廢氣道(4)縱向從底部伸起的擋流片(6b)，該擋流片在遠離廢氣道側的那一側與各導流片(6a)相連。
全文摘要
本發明涉及一種向流動的工作介質間接傳熱的設備,特別是一種用於碳氫化合物的蒸汽重整設備,它具有一個通過許多排燒嘴中的燒嘴從上方加熱的、且由其中流有所述工作介質的許多排熱交換管(3)在垂直的縱向面內穿過的加熱室(1),其中燒嘴(2)的燃燒廢氣通過彼此平行且配屬於位於加熱室(1)底部的熱交換管排(3)的、由耐火材料製成的廢氣道(4)而從一側流出此加熱室(1),該廢氣道具有大致呈矩形的、且沿軸向不變的橫截面,所述廢氣道在其縱向側且靠近底部的區域內開有遍布整個軸向段的、用於使從加熱室(1)流出的廢氣轉入各條廢氣道(4)內的開口(5)。根據本發明,為了使廢氣流動均勻,在位於廢氣道(4)內的熱交換管(3)排的下部區域內設置了導流體。
文檔編號F28F27/02GK1179208SQ96192733
公開日1998年4月15日 申請日期1996年3月7日 優先權日1995年3月22日
發明者弗朗西斯卡斯·彼德魯斯·瑪麗·瓦特魯斯, 簡·弗萊德裡克·諾姆登, 威廉·范德·普拉斯 申請人:曼內斯曼股份公司, K·T·I·集團公司