一種外置式流化床換熱器制造技術

本發明專利技術提供了一種外置式流化床換熱器，該外置式流化床換熱器包括上段的蒸發器、下段的氣固流化床以及熱管管束；所述熱管管束由若干垂直于蒸發器和氣固流化床設置的熱管組成，熱管的兩端分別位于蒸發器和流化床之中。蒸發器設置有冷凝液流入口和冷凝液流出口；氣固流化床設置有顆粒入口、顆粒出口、流化風入口、流化風出口和流化風分布器。本發明專利技術提供的外置式流化床換熱器與現有技術相比，具有換熱效率高、設備結構簡單、可靠性高、制造成本低、負荷調節簡單靈活等優點。

External fluidized bed heat exchanger

The invention provides an external circulating fluidized bed heat exchanger, the external circulating fluidized bed heat exchanger includes upper and lower segment of the evaporator in gas-solid fluidized bed, the heat pipe bundle; the heat pipe bundle is composed of a plurality of perpendicular to the evaporator and gas solid fluidized bed is composed of heat pipes, the two end of the heat pipe located in the evaporator and fluidized bed. The evaporator is provided with a condensing liquid inlet and a condensing liquid outlet; the gas-solid fluidized bed is provided with a particle inlet, a particle outlet, a fluidizing air inlet, a fluidizing air outlet and a fluidizing air distributor. Compared with the prior art, the external fluidized bed heat exchanger provided by the invention has the advantages of high heat exchange efficiency, simple equipment structure, high reliability, low manufacturing cost, simple and flexible load regulation, etc..

【技術實現步驟摘要】
一種外置式流化床換熱器
本專利技術屬于化工
，具體涉及一種外置式流化床換熱器。
技術介紹
流化床反應器在很多工業過程中應用廣泛，鑒于很多反應過程均存在熱效應，多數屬于放熱反應，常利用換熱元件取走反應釋放的過程熱量，以保持反應器的熱平衡。例如，在煉油廠催化裂化裝置的再生器中就常采用取熱器，當加工重質原料時，由于裝置生焦量提高，再生燒焦過程放出的熱量超過反應系統所需要的熱量，為維持裝置的熱平衡，就需要采取措施將過剩的熱量取走。工業中常采用的取熱器大體上分為內置式取熱器(簡稱內取熱器)和外置式取熱器(簡稱外取熱器)兩種，內取熱器是將取熱管設置在再生器中，外取熱器是在再生器外部設置一個流化床，流化床內設置有取熱管，通過連接再生器和流化床之間的循環管實現熱催化劑與換熱管之間的接觸。由于內取熱器換熱面積固定，傳熱系數和傳熱溫差都受反應器工業條件限制，取熱負荷調節范圍很小，而外取熱器可以通過調節循環管中的催化劑流量實現取熱負荷的大范圍調節，因而在工業裝置上得到了廣泛的應用。目前，最常見的催化裂化外取熱器一般采用帶有垂直換熱管束的密相流化床，流化床操作氣速一般較低，屬于鼓泡床和低氣速湍動床。為了提高設備的可靠性，每根換熱管一般采用單獨的進出管線與外取熱器汽包連接，其目的是當某一根換熱管出現泄漏時，可以單獨關閉，不會造成外取熱器的整體失效，因為剩余的換熱管仍可以繼續使用。另外，為了強化換熱管的傳熱效果，常在換熱管上焊接翅片等元件，以增加傳熱面積和傳熱負荷。現有工業裝置中使用的外取熱器雖然已有很多年的工業應用經驗，但常常存在如下問題：(1)工業上采用的外取熱器流化床一般水力學直徑較小(流化床橫截面流通面積與潤濕邊長總和之比)、壁效應很強，再加上床層高度較大，因此外取熱器內很難保持較高的流化質量，造成傳熱面上的傳熱系數較低和整個取熱器的換熱效率的降低。另外，流化質量較低還容易導致接觸到每根換熱管的催化劑溫度差異較大，致使各換熱管的傳熱負荷的不均勻，工業操作過程中個別傳熱負荷過高的換熱管很容易干燒而損壞。(2)由于每根換熱管均需要配備與汽包連接的單獨管路，為避免連接管路過于復雜，往往限制換熱管的根數不能太多，因此常采用直徑較粗的換熱管(通常管徑在150-400mm之間)，導致外取熱器內單位體積所能容納的總換熱面積較小。(3)即使采用較粗的換熱管束，由于每根換熱管都有一組獨立的連接管路與汽包連接，而通常工業外取熱器中的換熱管根數一般都在十多根至幾十根之間，因此外取熱器與汽包之間的連接管路非常復雜性，其結果是導致很難保證每根換熱管內水流量的均勻性，工業操作過程中常出現水流量較低的換熱管干燒損壞的現象。(4)即使每根換熱管都可以單獨關閉，但如果某一根換熱管出現爆管，實際工業操作過程中也需要一段時間才能找到這根損壞的換熱管并及時將其關閉，這段時間內水蒸汽會大量進入再生器，常造成裝置操作劇烈波動，同時高溫水蒸汽和熱催化劑接觸也會加劇催化劑的水熱失活。如果處理不及時，蒸汽泄漏過程中還容易造成其他換熱管及設備組件的沖蝕磨損損壞。此外，損壞換熱管關閉后，外取熱器總換熱負荷也有較大的降低。(5)由于一般采用的是較粗的換熱管束，工業上為了強化換熱管的傳熱效果，需要在換熱管上焊接翅片等元件，以增加傳熱面積，但這會進一步降低流化床的水力學直徑，增加流化床的壁效應，更容易導致外取熱器內流化質量和傳熱效果的下降。另外，焊接復雜的翅片結構還大幅度增加了換熱管的制造難度和成本，焊接缺陷或殘余應力集中等問題常造成換熱管使用壽命及長周期可靠性的下降，這將顯著影響裝置的開工周期和盈利能力。正是這些問題的存在，外取熱器往往是影響很多工業催化裂化裝置長周期運行的一個瓶頸因素，嚴重制約了裝置開工周期的延長，對日常裝置安全平穩運行也埋下了很大的隱患。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術的目的在于提供一種外置式流化床換熱器。為達到上述目的，本專利技術提供了一種外置式流化床換熱器，該外置式流化床換熱器包括上段的蒸發器、下段的氣固流化床以及垂直安裝的熱管管束；所述熱管管束由若干熱管組成，熱管的兩端分別位于蒸發器和流化床之中。在本專利技術提供的方案中，流化床到蒸發器間的熱量傳遞通過貫穿安裝在兩者之間的熱管完成，熱管利用內部傳熱工質在熱端(位于氣固流化床的一端)蒸發后，然后在冷端(位于蒸發器的一端)冷凝的相變過程實現熱量的高效傳遞。在實際應用中，進入底部流化床的熱顆粒和熱管下部的熱端接觸，使熱管內部的工質蒸發上升進入頂部蒸發器中的冷端，由于熱管冷端外部冷凝液(例如水)的存在，熱管中的傳熱介質蒸汽遇冷凝結為液相后又循環回到底部的熱端，從而把熱量進一步傳遞給蒸發器中冷凝液，使部分冷凝液蒸發形成冷凝液蒸汽。該方案與現有技術相比，具有換熱效率高、設備結構簡單、可靠性高、制造成本低、負荷調節簡單靈活等特點。在上述外置式流化床換熱器中，優選地，所述蒸發器和氣固流化床處于一個壓力容器中，并通過隔板進行分隔；或，所述蒸發器和氣固流化床為兩個獨立的壓力容器。在上述外置式流化床換熱器中，優選地，所述蒸發器設置有冷凝液進料泵、液位計以及冷凝液流量控制機構，以實現液位的調節控制。在上述外置式流化床換熱器中，優選地，所述蒸發器中設置有冷凝液流入口和冷凝液蒸汽流出口；所述氣固流化床設置有顆粒入口、顆粒出口、流化風入口、流化風出口和流化風分布器。在上述外置式流化床換熱器中，優選地，在氣固流化床中設置有用于減緩熱管震動的限位格柵。在上述外置式流化床換熱器中，優選地，所述冷凝液蒸汽流出口位于蒸發器的頂部，在冷凝液蒸汽流出口的下方設置有用于降低液滴夾帶量的絲網。在本專利技術提供的一種優選實施方式中，蒸發器內的冷凝液受熱部分變成飽和蒸汽，以氣泡形式上升離開液面，穿過絲網層以除去夾帶的液滴后再離開蒸發器回收利用；冷卻后的顆粒從底部出口離開流化床，穿過床層的流化氣體通過頂部設置的氣體出口離開流化床。在上述外置式流化床換熱器中，優選地，氣固流化床段的顆粒出口和顆粒入口設置于氣固流化床的側壁，且顆粒出口位于顆粒入口的下方。在上述外置式流化床換熱器中，優選地，位于氣固流化床和蒸發器中的熱管段，外壁均無翅片結構。在上述外置式流化床換熱器中，優選地，位于蒸發器中的熱管段外壁設置有增加換熱面積的翅片結構。在上述外置式流化床換熱器中，為了保證較好的傳熱效果以及流化床密相床內較好的流化質量，優選地，熱管間的間隙為30-150mm，熱管的直徑為30-150mm。本專利技術提供的外置式流化床換熱器具有以下優點：(1)整體結構更簡單，蒸發器作用本身就相當于現有外置式流化床換熱器的汽包，省掉了汽包和換熱管束之間復雜的連接管路，節約空間，設備成本低、設計和安裝難度也相應降低。(2)由于沒有安裝管路的限制，熱管直徑可以比現有換熱管更小，根數更多，相同水力學直徑的換熱器內單位體積可以容許設置的傳熱面積更大，再加上熱管內部更低的熱阻，因此單位體積的換熱負荷可以更高。(3)由于可以采用直徑更小的熱管代替現有換熱管，因此熱管傳熱面可以不用翅片結構增加傳熱面積，這一方面可以改善顆粒在熱管換熱表面的更新速率，即提高熱管表面的傳熱系數，同時也有助于提高流化床內的流化質量，改善設備操作的穩定性，提高各換熱管換熱負荷的均勻性。另外，由于熱管外表面可以不設置翅片的傳熱強本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種外置式流化床換熱器，其特征在于，該外置式流化床換熱器包括上段的蒸發器、下段的氣固流化床以及熱管管束；所述熱管束由若干垂直于蒸發器和氣固流化床設置的熱管組成，熱管的兩端分別位于蒸發器和氣固流化床之中。

【技術特征摘要】
1.一種外置式流化床換熱器，其特征在于，該外置式流化床換熱器包括上段的蒸發器、下段的氣固流化床以及熱管管束；所述熱管束由若干垂直于蒸發器和氣固流化床設置的熱管組成，熱管的兩端分別位于蒸發器和氣固流化床之中。2.根據權利要求1所述的外置式流化床換熱器，其特征在于，所述蒸發器和氣固流化床處于一個壓力容器中，并通過隔板進行分隔；或，所述蒸發器和氣固流化床為兩個獨立的壓力容器。3.根據權利要求1所述的外置式流化床換熱器，其特征在于，所述蒸發器設置有冷凝液進料泵、液位計以及冷凝液流量控制機構，以實現液位的調節控制。4.根據權利要求1所述的外置式流化床換熱器，其特征在于，所述蒸發器中設置有冷凝液流入口和冷凝液蒸汽流出口；所述氣固流化床設置有顆粒入口、顆粒出口、流化風入口、流...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林圣堯，張永民，
申請(專利權)人：中國石油大學北京，
類型：發明
國別省市：北京,11