蒸汽直接接觸加熱法分離系統的熱負荷分配裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種蒸汽直接接觸加熱法分離系統的熱負荷分配裝置，包括分離器、初級再沸器、次級再沸器、蒸汽再壓縮設備及其旁路、冷卻器。通過初級再沸器、次級再沸器的流量及換熱量的合理分配，能夠保障分離產品的質量和產量；搭配蒸汽再壓縮設備的旁路后，還能很好的適應系統不同工況下的設計需求。采用本實用新型所述的裝置，解決了帶蒸汽再壓縮設備的蒸汽直接接觸法分離系統中關于熱負荷分配的核心問題，能簡單高效地達成工藝目標，不凝蒸汽利用率高、所需消耗蒸汽量少、大大降低生產成本，帶來可觀的經濟效益。
【專利說明】
蒸汽直接接觸加熱法分離系統的熱負荷分配裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及火電、鋼鐵、制藥、冶金、水泥和石油化工等行業多相傳質與分離技術領域中多相介質接觸、換熱、反應及分離的工藝及其設備，具體地涉及一種蒸汽直接接觸加熱法分離系統的熱負荷分配裝置。
【背景技術】
[0002]蒸汽直接接觸加熱法簡稱蒸汽直接加熱法，蒸汽直接接觸加熱法的分離技術是一類通過蒸汽與介質直接接觸、持續提供反應熱或改變氣液平衡來推動分離過程有效進行、從而實現分離目的產物或維持系統物料平衡等目標的常規技術，該方法具備原理清晰，設備制造、運行經驗充足等優點。通過在蒸汽直接加熱法分離系統中加入蒸汽壓縮機等設備，經過機械再壓縮提升分離系統乏汽的品質，能大幅減少系統所需生蒸汽量，降低運行成本，使此項分離技術具備在更多領域推廣應用的前景。
[0003]但具體蒸汽直接加熱分離系統中換熱設備的熱負荷分配也是核算經濟生產成本的一大重要關鍵因素，此分離技術如果熱負荷分配不當，會導致乏汽品質較低，所需消耗蒸汽量較大，分離同樣產量和質量的產品消耗的生產成本也會相應大幅提升，難以進行大規模工業化生產。另外，如果分離的多相產品要求汽液分離度較高，液相產品深度反應的變質可能引發系統設備事故的隱患。
【實用新型內容】
[0004]為了解決上述問題，本實用新型提供一種蒸汽直接接觸加熱法分離系統的熱負荷分配裝置，該分離系統的熱負荷分配裝置包括分離器、初級再沸器、次級再沸器、蒸汽再壓縮設備及其旁路、冷卻器，各設備間通過管路和閥門連接;蒸汽再壓縮設備為蒸汽壓縮機，其設有旁路，用來通過分離器頂部剩余的不凝蒸汽;初級再沸器的熱側介質入口連接生蒸汽通入管路，初級再沸器的熱側介質出口連接冷凝水排出管路，分離器左側連接初級再沸器的冷側介質入口和冷側介質出口，分離器右側連接次級再沸器的冷側介質入口和冷側介質出口，分離器底部連接液相出口，分離器頂部的氣相出口連接蒸汽壓縮機及其旁路的入口，蒸汽壓縮機的出口連接次級再沸器的熱側介質入口，旁路的出口和次級再沸器的熱側介質出口都連接到冷卻器的入口，分離器通過旁路與冷卻器的入口連接;冷卻器的出口連接分離產物的產品出口。
[0005]其中，分離器與蒸汽壓縮機連接的管路以及與冷卻器連接的旁路上連接有控制開閉的控制閥門；次級再沸器與冷卻器連接的管路上連接有控制開閉的控制閥門。
[0006]其中，初級再沸器可以是一臺或者多臺，優選為兩臺；次級再沸器可以是一臺、兩臺或者三臺以上，優選為兩臺；蒸汽壓縮機可以是一臺、兩臺或者三臺以上，優選為兩臺；與蒸汽壓縮機對應的旁路可以是一條、兩條或者三條以上，優選為兩條;冷卻器可以是一臺、兩臺或者三臺以上，優選為兩臺。
[0007]其中，分離器是多相物流直接接觸并反應分離的場所，只要控制好分離器的溫度、壓力等操作參數，就可以達到理想的分離效果。分離器內反應后的不凝蒸汽經由蒸汽再壓縮設備進入次級再沸器而成為次級再沸器的熱源。
[0008]其中，該分離系統的換熱核心設備是初級再沸器和次級再沸器;初級再沸器和次級再沸器通過加熱分離器內的液相而生成蒸汽，是分離器中反應蒸汽的來源，既是分離器正常運行的前提，也是控制分離出的液相產品濃度的主要設備。初級再沸器的熱側介質為生蒸汽，冷側介質為分離器內經分離后產出的液相;次級再沸器的熱側介質為分離器頂部的內含分離產物的不凝蒸汽經蒸汽再壓縮設備產生的再壓縮蒸汽，冷側介質也是分離器內經分離后產出的液相。如果初級再沸器、次級再沸器運行失常或是換熱效果不達標，就會直接影響到產品的質量和產量，所以，初級再沸器和次級再沸器的重要性甚至超過分離器。
[0009]各級再沸器有換熱量和熱側流量的要求。當初級再沸器、次級再沸器、蒸汽壓縮機及其旁路、冷卻器的數量都為兩個時，優選第一初級再沸器、第二初級再沸器和第一次級再沸器、第二次級再沸器的換熱量均相同，流量由換熱量決定。蒸汽再壓縮設備需根據上述流量及換熱量設計壓比等參數。由于設備布置及調控的需要，優選與初級再沸器和次級再沸器連接的管道規格、長度和布置均相同，使得初級再沸器和次級再沸器的冷側流量一致。優選熱側輸入的換熱量相同并達到設計要求，以保證每臺再沸器產出的液相產品濃度一致并生成足夠多的蒸汽供分離器使用。
[0010]本實用新型與現有技術相比，具有的優點和有益效果如下:
[0011](I)解決帶蒸汽再壓縮設備的蒸汽直接接觸法分離系統中關于熱負荷分配的核心問題，使得熱負荷分配合適，使得不凝蒸汽利用率高，所需消耗蒸汽量較少，大大降低消耗的生產成本；
[0012](2)通過初級再沸器、次級再沸器的流量及換熱量的合理分配，能夠保障分離產品的質量和產量；
[0013](3)搭配蒸汽再壓縮設備的旁路后，還能很好的適應系統不同工況下的設計需求，消除了因液相產品深度反應變質而可能引發系統設備事故的隱患。
【附圖說明】
[0014]圖1為本蒸汽直接接觸加熱法分離系統中單套換熱設備的熱負荷分配裝置示意圖。
[0015]圖2為本蒸汽直接接觸加熱法分離系統中雙套換熱設備的熱負荷分配裝置示意圖。
[0016]圖中標號:1、初級再沸器，1-1、第一初級再沸器，1-2、第二初級再沸器，2、分離器，
3、蒸汽壓縮機，3-1、第一蒸汽壓縮機，3-2、第二蒸汽壓縮機，4、次級再沸器，4-1、第一次級再沸器，4-2、第二次級再沸器，5、冷卻器，5-1、第一冷卻器，5-2、第二冷卻器，6、旁路，6_1、第一旁路，6-2、第二旁路。
【具體實施方式】
[0017]為了加深對本實用新型的理解，下面將結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步描述說明:
[0018]圖1為蒸汽直接接觸加熱法分離系統中單套換熱設備熱負荷分配裝置和工藝流程的示意圖，該分離系統包括分離器2、初級再沸器1、次級再沸器4、蒸汽壓縮機3及其旁路6和冷卻器5，各設備間通過管路和閥門連接;初級再沸器I的熱側介質入口連接生蒸汽通入管路，初級再沸器I的熱側介質出口連接冷凝水排出管路，分離器2左側連接初級再沸器I的冷側介質入口和冷側介質出口，分離器2右側連接次級再沸器4的冷側介質入口和冷側介質出口，分離器2底部連接液相出口，分離器2頂部的氣相出口連接并聯的蒸汽壓縮機3及其旁路6的入口，蒸汽壓縮機3的出口連接次級再沸器4的熱側介質入口，旁路6的出口連接冷卻器5的入口，次級再沸器4的熱側介質出口連接冷卻器5的入口，冷卻器5的出口連接分離產物出
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[0019]圖2為蒸汽直接接觸加熱法分離系統中雙套換熱設備熱負荷分配裝置和工藝流程的示意圖，該分離系統包括分離器2、第一初級再沸器1-1、第二初級再沸器1-2、第一次級再沸器4-1、第二次級再沸器4-2、第一蒸汽壓縮機3-1及其第一旁路6-1、第二蒸汽壓縮機3-2及其第二旁路6-2、第一冷卻器5-1和第二冷卻器5-2，各設備間通過管路和閥門連接;第一初級再沸器1-1和第二初級再沸器1-2的熱側介質入口連接生蒸汽通入管路，第一初級再沸器1-1和第二初級再沸器1-2的熱側介質出口連接冷凝水排出管路，分離器2左側連接兩臺初級再沸器的冷側介質入口和冷側介質出口，分離器2右側連接兩臺次級再沸器的冷側介質入口和冷側介質出口，分離器2底部連接液相出口，分離器頂部的氣相出口連接并聯的第一蒸汽壓縮機3-1和第二蒸汽壓縮機3-2以及兩臺蒸汽壓縮機的旁路的入口，第一蒸汽壓縮機3-1和第二蒸汽壓縮機3-2的出口分別連接第一次級再沸器4-1和第二次級再沸器4-2的熱側介質入口，第一旁路6-1和第二旁路6-2的出口分別連接第一冷卻器5-1和第二冷卻器5-2的入口，第一次級再沸器4-1和第二次級再沸器4-2的熱側介質出口分別連接第一冷卻器5-1和第二冷卻器5-2的入口，兩臺冷卻器的出口均連接分離產物出口。
[0020]分離器2是多相物流直接接觸并反應分離的場所;該分離系統中的初級再沸器I和次級再沸器4，需要保證一臺或多臺次級再沸器4能容納全部的分離器頂部的不凝蒸汽;一臺或多臺蒸汽壓縮機3及其設置的旁路6是用來通過分離器頂部剩余的不凝蒸汽;一臺或多臺初級再沸器I和一臺或多臺次級再沸器4的換熱量均相同，流量由換熱量決定。蒸汽壓縮機3的壓比等參數根據上述流量及換熱量設計。與一臺或多臺初級再沸器I和一臺或多臺次級再沸器4連接的管道規格、長度和布置均相同，使得一臺或多臺初級再沸器I和一臺或多臺次級再沸器4的冷側流量一致。一臺或多臺初級再沸器I和一臺或多臺次級再沸器4的熱側輸入的換熱量也相同并達到設計要求，以保證每臺再沸器產出的液相產品濃度一致并生成足夠多的蒸汽供分離器使用。
[0021]以圖1為例，熱負荷分配裝置工作時:初級再沸器I的熱側介質入口通入生蒸汽，初級再沸器I的熱側介質出口流出冷凝水，分離器2內經初步分離的液相分別通過初級再沸器I和次級再沸器4的入口進入初級再沸器I和次級再沸器4吸熱并產出部分水蒸汽，返回分離器2后液相產品從分離器2底部排出，蒸汽則先在分離器2內反應，反應后包含分離產物的不凝蒸汽從分離器頂部排出，然后依次進入蒸汽壓縮機3、次級再沸器4和冷卻器5，分離器2頂部剩余的未經過蒸汽壓縮機3管路的不凝蒸汽可通過旁路6直接進入冷卻器5，最后分離后的產物由連接冷卻器的分離產物的產品出口排出。
[0022]以圖2為例，熱負荷分配裝置工作時:第一初級再沸器1-1和第二初級再沸器1-2的熱側介質入口通入生蒸汽，第一初級再沸器1-1和第二初級再沸器1-2的熱側介質出口流出冷凝水，分離器2內經初步分離的液相分別通過第一初級再沸器1-1、第二初級再沸器1-2、第一次級再沸器4-1和第二次級再沸器4-2的入口分別進入第一初級再沸器1-1、第二初級再沸器1-2、第一次級再沸器4-1和第二次級再沸器4-2吸熱并產出部分水蒸汽，返回分離器2后液相產品從分離器2底部排出，蒸汽則先在分離器2內反應，反應后包含分離產物的不凝蒸汽從分離器2頂部排出，然后依次進入并聯的兩臺蒸汽壓縮機、并聯的兩臺次級再沸器和并聯的兩臺冷卻器，分離器2頂部剩余的未經過第一蒸汽壓縮機3-1和第二蒸汽壓縮機3-2管路的不凝蒸汽可通過相對應的第一旁路6-1和第二旁路6-2分別直接進入第一冷卻器5-1和第二冷卻器5-2，最后分離后的產物由連接兩臺冷卻器的分離產物的產品出口排出。
[0023]圖2中，優選方案為第一初級再沸器1-1、第二初級再沸器1-2、第一次級再沸器4-1和第二次級再沸器4-2的冷側流量都一致，由于第一初級再沸器1-1、第二初級再沸器1-2、第一次級再沸器4-1和第二次級再沸器4-2的換熱量都相同，各自產出的液相產品濃度就是相同的。
[0024]由于實際汽液相分離過程中會遇到不凝蒸汽的負荷量不同，需要采用不同的熱負荷分配方法，結合分離器操作溫度和壓力，通過再壓縮設備壓比的設計、兩級再沸器的選型計算等能夠實現系統熱量和流量合理分配的設計目標。
[0025]結合圖2，列出具體的幾種運行方式如下:
[0026]運行方式一:
[0027]當分離器頂部不凝蒸汽滿負荷(S卩100%負荷)時，四臺再沸器同時運行，且只有這一種運行模式。每臺再沸器都分配25%的熱負荷。每臺次級再沸器各接納50%的分離器頂部總不凝蒸汽量；
[0028]運行方式二:
[0029]當分離器頂部不凝蒸汽為75%負荷時，四臺再沸器均運行在設備出力的75%負荷下；
[0030]運行方式三:
[0031]當分離器頂部不凝蒸汽為75%負荷時，第一初級再沸器、第二初級再沸器，第一次級再沸器或第二次級再沸器運行在設備出力100%負荷下，其余分離器頂部不凝蒸汽通過第二旁路或第一旁路進入第二冷卻器或第一冷卻器；
[0032]運行方式四:
[0033]當分離器頂部不凝蒸汽為50%負荷時，第一初級再沸器和第二初級再沸器運行且都工作在設備出力的100%負荷下，第一次級再沸器和第二次級再沸器及對應的第一蒸汽壓縮機和第二蒸汽壓縮機均停運，分離器頂部蒸汽通過第一旁路、第二旁路直接進入冷卻器；
[0034]運行方式五:
[0035]當分離器頂部不凝蒸汽為50%負荷時，任意一臺初級再沸器和任意一臺次級再沸器都工作在設備出力的100%負荷下，此時分離器頂部不凝蒸汽恰好能被工作的次級再沸器接納；
[0036]運行方式六:
[0037]當分離器頂不凝蒸汽為50%負荷時，任意一臺初級再沸器工作在設備出力100%負荷，帶兩臺次級再沸器工作在設備出力50%負荷，如出于節電考慮或蒸汽壓縮機故障，將其中一臺次級再沸器替換為一臺初級再沸器，分離器頂部多余不凝蒸汽通過停運蒸汽壓縮機的旁路進入冷卻器；
[0038]運行方式七:
[0039]當分離器頂不凝蒸汽小于50%負荷時，也可以有類似上述運行方式四到六的三種運行模式，通過降設備負荷達到運行目標。但從經濟性角度考慮，優選兩臺初級再沸器運行，兩臺次級再沸器及對應的兩臺蒸汽壓縮機全部停運，分離器頂部不凝蒸汽從旁路直接進入冷卻器這一分配方法。
[0040]本實用新型提出的蒸汽直接接觸法分離系統換熱設備的熱負荷分配裝置和方法，既可以滿足不同負荷工況下的工藝要求、維持系統參數穩定、滿足產品的設定產量和質量，又能夠保障核心設備的穩定運行。分配簡單清晰，邏輯控制方便，系統運行穩定，能保障巨大的經濟效益，因此本實用新型所述的熱負荷分配方法和裝置系統在相關領域具備廣闊的應用前景。
[0041]應當說明的是:以上對本實用新型及其實施方式進行了描述，上述實施例僅僅用于描述和說明，參照特定的實例所做的描述說明和附圖都應理解為是說明性的而非限制性的，對于本領域的普通技術人員而言，在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下，可以對這些【具體實施方式】進行多種變化、修改、等效替換和變型，這些不經創造性的設計出與本技術方案相同或相似的結構裝置或產品及其使用方法，均應落在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種蒸汽直接接觸加熱法分離系統的熱負荷分配裝置，其特征在于:該分離系統換熱設備的熱負荷分配裝置包括分離器(2)、初級再沸器(1)、次級再沸器(4)、蒸汽壓縮機(3)和冷卻器(5)，蒸汽壓縮機(3)設有旁路;各設備間通過管路和閥門連接； 所述初級再沸器(I)的熱側介質入口連接生蒸汽通入管路，初級再沸器(I)的熱側介質出口連接冷凝水排出管路，初級再沸器(I)的冷側介質入口與冷側介質出口通過管路分別與分咼器(2)連接； 所述分離器(2)的左側連接初級再沸器(I)的冷側介質入口和冷側介質出口，分離器(2)的右側連接次級再沸器(4)的冷側介質入口和冷側介質出口，分離器(2)的底部連接液相出口，分離器(2)的頂部連接氣相出口、并通過管路連接蒸汽壓縮機(3)及其旁路(6)的入P; 所述旁路(6)的出口和次級再沸器(4)的熱側介質出口都連接到冷卻器(5)的入口； 所述蒸汽壓縮機(3)通過管路與次級再沸器(4)的熱側介質入口連接； 所述分離器(2)通過旁路與冷卻器(5)的入口連接； 所述冷卻器(5)的出口連接分離產物的產品出口。2.根據權利要求1所述的蒸汽直接接觸加熱法分離系統的熱負荷分配裝置，其特征在于:所述初級再沸器(I)和次級再沸器(4)的換熱量均相同，所述初級再沸器(I)和次級再沸器(4)的冷測流量均相同。3.根據權利要求1所述的蒸汽直接接觸加熱法分離系統的熱負荷分配裝置，其特征在于:所述分離器(2)與蒸汽壓縮機(3)連接的管路以及分離器(2)與冷卻器(5)連接的旁路(6)上連接有控制開閉的控制閥門；所述次級再沸器(4)與冷卻器(5)連接的管路上連接有控制開閉的控制閥門。4.根據權利要求1至3任意一項所述的蒸汽直接接觸加熱法分離系統的熱負荷分配裝置，其特征在于:初級再沸器(I)的數量為兩臺，分別為第一初級再沸器(1-1)和第二初級再沸器(1-2);次級再沸器(4)的數量為兩臺，分別為第一次級再沸器(4-1)和第二次級再沸器(4-2);蒸汽壓縮機(3)的數量為兩臺，分別為第一蒸汽壓縮機(3-1)和第二蒸汽壓縮機(3-2);旁路(6)的數量為兩條且與兩臺蒸汽壓縮機分別對應，分別為第一旁路(6-1)和第二旁路(6-2);冷卻器(5)的數量為兩臺，分別為第一冷卻器(5-1)和第二冷卻器(5-2)。5.根據權利要求1至3任意一項所述的蒸汽直接接觸加熱法分離系統的熱負荷分配裝置，其特征在于:初級再沸器(I)的數量為三臺以上;次級再沸器(4)的數量為三臺以上；蒸汽壓縮機(3)的數量為三臺以上；旁路(6)的數量為三條以上且與每臺蒸汽壓縮機分別對應;冷卻器(5)的數量為三臺以上。
【文檔編號】F28F27/00GK205537296SQ201620174772
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月8日
【發明人】鐘洪玲, 王宇光, 張啟玖, 付煊
【申請人】北京國電龍源環保工程有限公司