[发明专利]热交换装置及检测该装置压力状态的方法

说明书

本发明涉及一种热交换器结构，更确切地说，涉及一种合成气体冷却装置或余热锅炉，它装有隔热装置以防止运行时因疏忽而造成的损坏。制备热气体工艺过程中所用的燃料包括细磨的煤、焦炭或者甚至是在可控气氛下燃烧的液体燃料，出来的产物不仅包括合成气体，而且还包括一定量的粉尘或飞灰。

目前有很多不同结构的热交换器诸如用于各种场合和不同目的的余热锅炉之类。从气化器出来的热的合成气体以及飞灰或粉状炉渣之类的细碎固态物质，它们的冷却一向采用辐射式锅炉，而在该锅炉的水壁管内有蒸汽产生。采用这种锅炉或热交换器，固化的炉渣和冷却后的合成气体是在下游辐射式锅炉的底部排出。但是，大规模生产的工厂内，当热合成气体是以单一的夹带式的物料流流动时，这类辐射式锅炉的尺寸就成为一个限制因素。

此外还注意到，各种结构的热交换器（如辐射式余热锅炉）都是用来从待冷却的热气流将热量移走的。很多这类结构是不能用来处理大规模的合成气体的，而且已知的一些余热锅炉结构较复杂，美国专利4，377，132号所公开的就是其中之一。

当一些辅助设备出现操作故障时，上述的结构由于在过热的条件下运行而易受损。此外，该生产过程所采取的措施可能未曾考虑到产生的热气体中夹带有固体颗粒。

因此，本发明的一个目的是想提供一种合成气体冷却结构，用来安全地处理高温并夹带大量粒子的气流，其另一目的是提供一种涉及上述类型的一种装置，它在运行条件下（包括在高温环境下）能正常工作而不损坏，在该装置中的热气流带有大量固体粒子。

本发明还有一个目的是提供一种热交换器，当更换其内部零件时停工期较短。

简单地说，本发明涉及一种合成气体冷却器（如余热锅炉），它包括外壳，水壁和用来监测热交换器水壁两侧差压的装置。外壳的一端有接纳夹带固体颗粒的合成气体流的进口;水壁位于外壳内并与之隔开，水壁内含有循环液，与高温合成气体以辐射的形式进行热交换;水壁与外壳之间界定了一环形空间或长的环形室;监测装置的功能是用来检测出炉渣颗粒开始形成有害积聚，这些颗粒的有害积聚会构成潜在的危险环境。

换句话说，本发明关系到这样一种合成气体冷却器（余热锅炉），它包括一垂直的外壳，在外壳的顶部开有一轴向进口，用于引入夹带固体颗粒的热的合成气体。有一内水壁与所说的外壳同轴延伸，界定出一中央热交换通道（或称热交换室）。

在本发明的一个实施例中，水壁包括一系列平行并沿圆周布置的用来同热的合成气体进行辐射热交换的管子。水壁与外壳之间界定一环形空间或窄长的环形室。设有集管装置用来连接各个平行管的顶部和底部。所说的管子与水源相通，使水通过水壁循环，而水壁与一汽鼓连通。

报警或监测系统包括同中央气体通道和环形室相通的探测装置，它们连到压差测定器，后者装有报警装置，当水壁两侧的压差过高时给操作人员报警。

一般，水壁在正常工作且内部有蒸汽的条件下其设计值大约能承受10磅/平方英寸的压差，当压差超过此设计值时，由于容器外壳暴露在热气体之中，会造成严重损坏。

图1为本发明的热交换器的剖面正视图，其中还示意地给出了压差报警系统;

图2是沿图1中2-2线截取的剖面图;

图3是沿图1中3-3线截取的放大了的剖面图;

图4是沿图3中4-4线截取的放大了的剖面图。

当用粉煤、焦炭和其它类似燃料来制备合成气体时，总是需要对生产出的热气体进行冷却。一般这一冷却过程是在特定类型的气体冷却器中进行。从经济角度考虑，可用辐射式锅炉，使其水壁管内产生蒸汽来转移气体中的热量。高温合成气体所夹带的固状颗粒一般从锅炉的底部排除。

对大规模生产的工厂来说，合成气体流的流量会使得这种辐射式锅炉的尺寸大小成为一个限制因素。在任何情况下，由于合成气体中含有大小和重量各异的固体颗粒，这类固体颗粒将不可能统统在冷却器内除去。因此必须采取措施，防止颗粒在冷却器内积累到临界值，不这样的话，到某种程度就会导致热损坏或其它运行事故。

应该明白，这里所用的术语“水壁”对本技术领域的人来说其意义是周知的。具体地说，水壁结构具有众多的管状通道，用来容纳流体或使流体流动以吸收热量。在本发明的圆筒形热交换装置中采用常见的水壁结构。如图2所示，水壁由众多的平行的水管22和23组成，中介以肋片24和26或其它把管壁联接成单个圆筒形气密表面的装置。

上述的管子一般平行布置，它们的端部分别接在环形集管上，集管提供从各管子流入的液体及流出的蒸汽的公共通道。