(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ束間の熱ガス流の流れ分布および流速を調整する手段をそれぞれに備えている少なくとも２個のチューブ束をもつボイラーを使用することおよび熱ガス流の流れ分布を調整する上記手段が束中のチューブの出口端部で各チューブ束上に搭載された出口室中の制御弁からなることを特徴とする、シェル−チューブ型熱交換器ボイラーで熱移動を制御する方法。
【請求項２】
チューブ束が異なる数のチューブを含有する、請求項１の方法。
【請求項３】
異なる束におけるチューブが異なる直径を有する、請求項１の方法。
【請求項４】
チューブ束に異なる束において異なる直径を有する異なる数のチューブが付されている、請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、化学反応からの廃熱の回収に関する。より詳しくは、本発明は、冷却効果の制御が改良された廃熱ボイラーに関する。
【０００２】
【従来技術】
廃熱ボイラーは、熱プロセス流から回収された廃熱により水蒸気を発生させるのに最も一般的に使用されている。代表的には、これらのボイラーは、円筒形シェル内に配置された複数の熱交換チューブを有する円筒多管式交換器として設計されている。
【０００３】
２種類の基本的型の円筒多管式交換器、すなわち水／水蒸気混合物がチューブを通して流れる水管型およびチューブの内部に熱プロセス流を有する煙管型が工業的に利用されている。
【０００４】
ボイラーの特徴的構成要素は、シェル内で前端部および後端部でチューブシート中に搭載されたチューブである。煙管ボイラーにおいて、水蒸気製造がボイラーチューブを通じて流れる熱プロセス流の間接的熱交換によりチューブのシェル側上で達成される。シェル側は、ボイラーシュエルの頂部に配置してもよい水蒸気ドラムに接続された数多くの上昇管および下降管に通じている。
【０００５】
機械的設計および特に円筒形多管式熱交換器型ボイラーの熱交換表面の寸法取りが一定の問題を表す。ボイラー用途は、シェル側上での高い圧力およびシェル−チューブ側面間でのかなりの温度差を伴ってしまう。プロセス流の汚損および腐蝕特性を特に考慮しなければならない。
【０００６】
汚損および腐蝕を扱うボイラーは、プロセス流が重大な汚損および腐蝕条件下に寿命を満足させるために必要とされるよりも高い負荷に設計しなければならないと見なされる。更にボイラーチューブの熱移動表面は、流れ中での予測される腐蝕および汚損因子に適合しなければならない。ボイラーの長期間の運転の際の所望かつ実質的に一定の効果を得るために、適切な熱移動および温度制御が必要とされる。
【０００７】
従来設計されたボイラーは、大直径のチューブのバイパスが付されており、これはボイラーシェルに内蔵でも外付けでもよい。このバイパスは、流れ制御弁が付された絶縁チューブとして通常は構成される。ボイラーの初期操作の間に、熱プロセス流の一部が熱移動チューブをバイパスして必要なレベル内で熱移動を制限する。
【０００８】
流れ上で一定時間後、チューブの汚損および腐蝕が増加し、熱移動の減少を来してしまう。次いで、バイパスされたプロセス流の量が減少し、そして熱移動チューブを通じたプロセス流のより高い流れに対して必要とされる冷却効果を維持させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の型の公知のボイラーの主要な欠点は、１０００℃程の高温で冷却されていないプロセス流と接触するバイパスおよび流れ制御弁の金属表面上の激しい腐蝕である。
【００１０】
本発明の主目的は、公知の排熱ボイラーの上記欠点を回避すること、すなわち熱移動および温度制御が改良された円筒形多管式交換型のボイラーを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の広い態様は、円筒形シェル内に入口端部と出口端部を有する複数の熱交換チューブと；
該シェルに付着し、チューブのシェル側で水を導入する手段と；
チューブの入口端部に熱プロセス流を導入し、そしてチューブにプロセス流を通してチューブのシェルに面する側上の水で間接熱交換して水蒸気を製造しかつ導入されたプロセス流を冷却する手段と；
製造された水蒸気を抜き取る手段と、そして冷却されたガス流を抜き取る手段とからなる、廃熱ボイラーであって、
チューブが少なくとも２個のチューブ束に配置され、各チューブ束にはチューブ束間の熱ガス流の流れ分布および流速を調整して水蒸気の製造およびプロセス流の冷却を制御する手段が付されていることを特徴とする廃熱ボイラーに関する。
【００１２】
本発明ボイラー設計において、熱移動制御は、異なるチューブ束間の熱プロセス流の分布により実施される。１束のチューブ束におけるチューブを通じた熱プロセス流の低減した流れにおいて、別の束におけるチューブを通じた流速がボイラーを通じた熱プロセス流の一定の流れに対応して増加する。熱移動の増加に伴って、プロセス流の質量速度が増加する。従って、異なるチューブ束における熱プロセス流の流れの適性な調整によって、プロセス流および汚損条件でボイラーから離脱する水蒸気における熱移動および温度を制御することが可能である。
【００１３】
束間のそしてチューブを通過する入ってくるプロセス流の流れ分布制御は、チューブの出口側での束近傍に配列された出口室における制御弁により達成される。
【００１４】
絶縁バイパスチューブを有する従来のボイラーと比較して、高温下での冷却されていないプロセス流との接触によるチューブおよび弁の金属表面の過酷な腐蝕が回避される。本発明によるボイラーにおけるチューブおよび弁の金属表面は、チューブのシェル側での水／水蒸気での熱交換による低温度で冷却されたプロセ流に曝される。
【００１５】
本発明の好ましい態様において、ボイラーのチューブ束には更に速度および熱交換領域の両方を制御し、従ってボイラーにおける温度をより緊密に制御する異なる数のチューブが付されている。
【００１６】
この態様の変更態様としてまたはこの態様に加えて、チューブ束には更に異なる束において異なる直径を有するチューブが設けられている。
従って、温度制御は、異なる管径の数束へ異なる量の熱プロセス流を分配させることによって行われ、もって小さい直径のチューブにより高い熱移動係数を得、従って小さい直径のチューブにより増加する流れでプロセス流がより効率的な冷却となる。
【００１７】
異なる量の熱プロセス流を各束にそして熱交換チューブを通して分配させる場合、熱移動をボイラーにおいて過酷な腐蝕を惹起させる高温にチューブおよび弁の金属表面に曝すことなしにボイラーの汚損および負荷の変化に適合させることが可能である。
【００１８】
【実施例】
本発明の上記の特徴および利点は、本発明の特定の実施例の下記の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【００１９】
コンピュータモデルにおいて、各々のチューブにおいて異なる直径を有するチューブを持った二束のチューブ束およびチューブの出口端部において出口室に制御弁の形態で流れ制御システムが付された本発明による円筒形多管式熱交換型の排熱ボイラーを、９５０℃の入口温度を有する４４９，７８２Ｎｍ３  ／ｈのリフォームガスで操作する。このボイラーは、シェルの軸周辺に配列された円筒形シェル内で外径３インチおよび長さ５．５ｍを有する１５０個のチューブからなる第１のチューブ束と第１の束と同心状に搭載された外径２インチおよび長さ５．５ｍを有する４５０個のチューブを有する第２の束が付されている。
【００２０】
各束からの冷却プロセス流の出口温度および２つの束への異なる流れ分配での混合冷却流の出口温度を、各々表１および表２で異なる汚損因子０および６×１０−４について示す。
【００２１】
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これらの表から明らかな通り、冷却プロセス流における温度は、熱入口流の第１および第２束への異なった分配により制御される。一例として、冷却プロセス流における５９０℃の所望の出口温度において、１０％の熱流が小さい直径のチューブを通過し、そして残りがボイラーにおける汚損されない条件で大きい直径のチューブの間を通過する。汚損条件を変化させて、すなわち６×１０−４の汚損因子で、小さい直径のチューブへの流れは、５９０℃の所望の出口温度を得るために３０％まで増加させなければならない。
【００２２】
従って、温度制御は、ボイラーの金属表面を過酷な腐蝕が生じる高温に曝すことなしに得られる。