原理概述

热解炉废气换热水换热器的核心是通过热量传递，将高温废气的热能传递给水，生成热水或蒸汽，同时降低废气温度。换热过程基于以下机制：

• 对流传热：高温废气通过换热器表面将热量传递给换热器壁。

• 导热：换热器壁将热量从热侧（废气）传导到冷侧（水）。

• 对流吸热：水吸收热量，温度升高，甚至可能发生相变（如生成蒸汽）。

通用方案设计

以下是基于管壳式换热器的通用设计方案，适用于大多数热解炉废气换热水场景。

1. 换热器类型

• 选择：管壳式换热器（Shell and Tube Heat Exchanger）

  • 理由：结构简单、适应性强、易于维护，适合处理高温、含颗粒物或腐蚀性废气。

  • 特点：废气通常走管程（便于清洗），水走壳程（提高换热效率）。

2. 工作流程

1. 废气输入：热解炉产生的高温废气（200-600°C，视工艺而定）进入换热器管程。

2. 水输入：常温或预热后的水（20-80°C）进入壳程。

3. 热量交换：废气通过管壁将热量传递给水，水温升高，生成热水（60-90°C）或蒸汽（视需求）。

4. 输出：

   • 热水/蒸汽从壳程输出，用于供暖、工业过程或其他用途。

   • 冷却后的废气（50-150°C）从管程排出，进入后续处理（如除尘、脱硫）。

3. 设计参数

• 废气参数：

  • 温度：200-600°C（入口），目标出口温度<150°C。

  • 流量：根据热解炉规模确定（如10,000 Nm³/h）。

  • 成分：可能含CO₂、H₂O、SO₂、颗粒物等，需考虑腐蚀和结垢。

• 水参数：

  • 入口温度：20-80°C。

  • 出口温度：60-90°C（热水）或更高（蒸汽）。

  • 流量：根据热量需求计算。

• 换热器材质：

  • 管材：不锈钢（如316L）或耐腐蚀合金（如Inconel），以应对废气中的酸性成分。

  • 壳体：碳钢或不锈钢，视压力和温度要求。

• 换热面积：根据热量平衡计算，通常为几十至几百平方米。

• 热效率：目标为70-85%，通过增加折流板、优化流速实现。

4. 关键设计要点

• 防腐蚀：废气可能含酸性气体（如SO₂、HCl），需选用耐腐蚀材料，并定期检查管束。

• 防结垢：废气中的颗粒物可能沉积在管壁，需设计易清洗结构（如可拆卸管束）或加装吹灰装置。

• 热效率优化：

  • 使用折流板增加壳程水的湍流，提高换热效率。

  • 确保废气和水的逆流布置，最大化温差。

• 安全设计：

  • 配备压力和温度传感器，监控运行状态。

  • 设置旁路管道，以应对换热器维护或故障。