用于易结垢介质的废热回收方法

技术领域

本发明涉及天然气化工技术领域，具体为一种用于易结垢介质的废热回收方法。

背景技术

在天然气化工领域，在天然气部分氧化裂解制乙炔的过程中，采用自循环炭黑水作为冷却介质。在进行冷却过程后，炭黑水的温度将会升高。目前，在对温度升高的炭黑水进行处理时，炭多采用双曲线空冷塔工艺，炭黑水内的热能通过气化水而进入大气，未能被充分利用。为了有效回收利用碳黑水低温热量，需要对碳黑水进行低温热能回收。

作为一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器被广泛应用在了石油化工及需要换热的热交换技术领域中。其中，板式换热器由于换热面积较大，因此用户在选择换热器时，多选择使用板式换热器。但是在利用现有的板式换热器对炭黑水进行换热实现废热回收时发现，在换热过程中换热器经常出现堵塞现象，需要频繁停机清洗后重新进行换热操作，从而影响了换热操作的正常进行。

发明内容

本发明意在提供一种用于易结垢介质的废热回收方法，以解决现有技术中，在换热时容易因为换热器堵塞而影响换热操作正常进行的问题。

本发明提供基础方案是：用于易结垢介质的废热回收方法，包括以下步骤：

分离步骤：对易结垢介质进行分离操作，分离出易结垢介质中的绝大部分易结垢成分；

换热步骤：将分离后的易结垢介质作为热媒送入换热腔，与换热腔内通入的冷媒进行换热操作，冷却手的易结垢介质和升温后的冷媒分别送出换热腔；

清洗步骤：对换热板表面进行高压冲洗；

在换热步骤中，冷媒通入换热腔内独立设置的多块换热板内后流出换热腔，分离后的易结垢介质则送入多块换热板之间的流通通道后流出换热腔，在流动过程中，冷媒和易结垢介质通过换热板侧壁进行热交换。

基础方案的工作原理及有益效果是：现有技术中，板式换热器在进行换热过程中，由于易结垢介质中存在有易结垢成分，于是易结垢成分在换热板表面形成杂质，从而导致换热板之间的流通通道极易堵塞，才需要频繁停机进行清洗，而在本方案中，换热腔内独立设置的多块换热板之间间距变宽，再通过与清洗步骤的配合使得分离后的易结垢介质在流动过程中不易在换热板表面上结垢，于是换热板之间的流通通道出现堵塞的周期也就会相对延长，换热器停机清洗的频率也就会极大程度上降低，从而降低了对换热操作正常进行的影响。而且，分离操作中，又将易结垢介质中大部分的易结垢成分进行了分离，从而进一步降低了换热板出现结垢的情况。

优选方案一：作为基础方案的优选，换热步骤中，分离后的易结垢介质则送入多块换热板之间的凹凸不平的流通通道后流出换热腔。有益效果：本方案中，凹凸不平的流通通道增大了分离后的易结垢介质在换热腔内的流动行程，从而提高了换热时间，也就加强了换热效率。

优选方案二：作为基础方案的优选，清洗步骤中，对换热板表面的清洗采用控制系统实现自动清洗。有益效果：自动清洗的设置能够提高清洗效率。

优选方案三：作为优选方案二的优选，清洗步骤中，控制系统控制清洗机构沿设定轨迹自动清洗换热板。有益效果：本方案中，设定轨迹的设置可以实现对换热板的不同方式的清洗，如清洗部分换热板等，或对结垢严重的换热板进行多次清洗，从而能够有针对性的实现清洗操作。

优选方案四：作为基础方案的优选，换热步骤中，易结垢介质的压力为0.001Mpa-0.3Mpa，冷媒介质的压力为0.01Mpa-0.3Mpa。有益效果：压力的设置可以保证两种介质在换热腔内的正常流动，从而保证换热操作的顺利进行。

优选方案五：作为基础方案的优选，换热步骤后还进行热能再利用步骤：将从换热腔内流出的吸收热量后的冷媒通入溴冷机，溴冷机利用冷媒释放的热能生产低温冷却介质，被吸收热能后的冷媒则再次循环进入换热腔进行换热。有益效果：本方案中，还利用设置的溴冷机对换热后吸收了热能的冷媒的热量进行回收利用，从而降低了热量的浪费。

附图说明

图1为本发明用于易结垢介质的废热回收方法实施例的结构简图；

图2为本发明用于易结垢介质的废热回收方法实施例板式换热器的主视图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的左视图；

图5为图2中换热板组的局部结构示意图；

图6为图2中清洗结构的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：壳体1、盖板10、第一通道11、流体通道12、换热板2、X轴移动杆16、Y轴移动杆17、电机14、易结垢介质入口3、易结垢介质出口4、冷媒进口5、冷媒出口6、排淤口9、冷媒连通口18、冷媒连通进口19、冷媒连通出口20、清洗结构7、高压清洗管7-A、清洗喷口7-B、X轴导向孔7-E、Y轴导向孔7-F、炭黑分离槽91、天然气部分氧化乙炔装置92、板式换热器93、低温热能用户94。

实施例基本如附图1所示：本实施例中，易结垢介质以炭黑水为例，用于易结垢介质的废热回收方法，包括以下步骤：

分离步骤：利用炭黑分离槽91对天然气部分氧化乙炔装置92中的易结垢介质进行分离操作，分离出易结垢介质中的易结垢成分；

换热步骤：将分离后的易结垢介质作为热媒送入换热腔，与换热腔内通入的冷媒进行换热操作，冷却后的易结垢介质和升温后的冷媒分别送出换热腔，易结垢介质的压力为0.001Mpa-0.3Mpa，冷媒介质的压力为0.01Mpa-0.3Mpa，其中，易结垢介质再次送入天然气部分氧化乙炔装置92中进行循环使用，而升温的冷媒则输送给低温热能用户94使用；

在换热步骤中，冷媒通入换热腔内独立设置的多块换热板2内后流出换热腔，分离后的易结垢介质则送入多块换热板2之间凹凸不平的流通通道后流出换热腔，在流动过程中，冷媒和易结垢介质通过换热板2侧壁进行热交换；

清洗步骤：对换热板2表面进行高压冲洗，优选的，对换热板2表面的清洗采用控制系统控制清洗机构沿设定轨迹自动清洗换热板2。

上述过程中，使用的板式换热器93，包括上方敞口的壳体1和与壳体1匹配的盖板10，本实施例中，壳体1为矩形壳体1，壳体1内设置有换热腔，壳体1的前侧壁和后侧边分别设置有与换热腔连通的易结垢介质入口3和易结垢介质出口4，易结垢介质入口3和易结垢介质出口4相对设置且通过第一通道11连通。

换热腔内设置有换热板组，换热板组包括多块换热板2，相邻两块换热板2之间的间距为1-10mm，换热板2内部设置有冷媒通道12；具体的，换热板2包括两块换热片，两块换热片焊接组成换热板2，换热片之间形成冷媒通道12，换热片的表面设置有波纹结构，以加强换热板2的换热面积。

壳体1的底板上开设有冷媒进口5，壳体1的左侧壁上设置有冷媒出口6，换热板2上还设置有连通冷媒通道12的第一连通口和第二连通口，第一连通口与冷媒进口通过流体通道12连通，第二连通口与第二流通出口连通，具体的，第一连通口设置在换热板2的底端，第二连通口设置在换热板2顶端，多个换热板2的底端设置在第一连通管上，第一连通管对应多个换热板2开设有冷媒连通口18，如图4所示，换热板2内的冷媒通道12经过第二流通入口与第一连通管连通，多个换热板2的顶端设置在第二连通管上，第二连通管对应多个换热板2开设有冷媒连通出口19，换热板2内的冷媒通道12经过第二流通出口与第二连通管连通；易结垢介质为工艺介质，冷媒为换热介质。

冷媒进口5和冷媒出口6分别与相应的特殊设置的进口的连通管、出口的连通管连接，且均采用焊接的方式进行连接，也可以采用高压管螺纹连接的方式。

壳体1内还设置有清洗结构7，具体的，如图5所示，清洗结构7包括活动块、X轴移动杆16和Y轴移动杆17，活动块沿水平方向设置X轴导向孔7-E，X轴移动杆16穿过X轴导向孔7-E，活动块沿宽度方向设置Y轴导向孔7-F，Y轴移动杆17穿过Y轴导向孔7-F。活动块上还设置有L形的水管导向孔，高压清洗管7-A穿过水管导向孔后与活动块连接。优选的，X轴移动杆16和Y轴移动杆17分别还设置由电机14进行驱动，清洗结构7则还包括控制电机14按照预设清洗轨迹移动的控制模块，以实现X轴移动杆16和Y轴移动杆17的自动移动，达到自动清洗的目的。

高压清洗管7-A侧壁上设置有多个清洗喷口7-B，清洗喷口7-B与换热片表面的波纹结构中的下凹部分对应设置，壳体1的底板上还设置有排淤口9。

本实施例取天然气制乙炔热炭黑水分离炭黑后的热水为热媒，以软水为冷媒进行换热实验。天然气制乙炔热炭黑水温度78℃，含有少量炭黑，易黏附在管道上，浊度18NTU-25NTU。传统板式换热器93面积20㎡，本发明的板式换热器93换热面积20㎡，热媒有流量计量，冷媒流量不计量(根据前期温度调节后，以后不再调节)。常规换热器热水流量设为15m

试验一

对比例1

取78℃的天然气制乙炔热炭黑水为热媒，以25℃软水为冷媒在常规板式换热器上进行冷却换热试验。试验数据见下表1。

表1常规板式换热器热炭黑水冷却换热运行数据

实施例1

取天然气制乙炔热炭黑水为热媒，以软水为冷媒在本发明的板式换热器93上进行运行试验，不进行定期清洗。试验数据见下表2。

表2本发明的板式换热器93热炭黑水冷却热运行数据

实施例2

取天然气制乙炔热炭黑水为热媒，以软水为冷媒在本发明的板式换热器93上进行运行试验，每8小时，自动清洗一次。试验数据见下表2。

表2本发明的板式换热器93热炭黑水冷却换热运行数据

实施例1、实施例2、对比例1对比分析：

由表1和表2可知，本发明的板式换热器93热水流通量降低速率小于常规板式换热器，说明本发明的板式换热器93的防易结垢介质堵塞性能优于常规换热器。运行96h，对比例1热媒出口水温度升高19％，实施例1热媒出口水温度升高3.8％，说明本发明的板式换热器93换热效率衰减也高于常规板式换热器。

由表2和表3可知，本发明的板式换热器93热水流通量降低速率小于常规板式换热器，说明本发明的板式换热器93的防易结垢水质堵塞性能由于常规换热器。运行96h，实施例1热媒出口水温度升高3.8％，而实施例2，热媒出口水温度升高<1％，说明自动清洗对降低抗堵塞板式换热器93换热效果衰减具有有利效果。

试验二

对比例1

取78℃的天然气制乙炔热炭黑水为热媒，以25℃软水为冷媒在常规板式换热器上进行冷却换热试验。试验数据见下表4。

表4常规板式换热器热炭黑水冷却换热运行数据

实施例1

取天然气制乙炔热炭黑水为热媒，以软水为冷媒在本发明的板式换热器93上进行运行试验，不进行定期清洗。试验数据见下表5。

表5本发明的板式换热器93热炭黑水冷却热运行数据

实施例2

取天然气制乙炔热炭黑水为热媒，以软水为冷媒在本发明的板式换热器93上进行运行试验，每8小时，自动清洗一次。试验数据见下表6。

表6本发明的板式换热器93热炭黑水冷却换热运行数据

实施例1、实施例2、对比例1对比分析：

由表4和表5可知，本发明的板式换热器93热水流通量降低速率小于常规板式换热器，说明本发明的板式换热器93的防易结垢介质堵塞性能优于常规换热器。运行96h，对比例1热媒出口水温度升高15％，实施例1热媒出口水温度升高3％，说明本发明的板式换热器93换热效率衰减也高于常规板式换热器。

由表5和表6可知，本发明的板式换热器93热水流通量降低速率小于常规板式换热器，说明本发明的板式换热器93的防易结垢水质堵塞性能由于常规换热器。运行96h，实施例1热媒出口水温度升高3％，而实施例2，热媒出口水温度升高<1％，说明自动清洗对降低抗堵塞板式换热器93换热效果衰减具有有利效果。

试验三

对比例1

取78℃的天然气制乙炔热炭黑水为热媒，，以25℃软水为冷媒在常规板式换热器上进行冷却换热试验。试验数据见下表7。

表7常规板式换热器热炭黑水冷却换热运行数据

实施例1

取天然气制乙炔热炭黑水为热媒，以软水为冷媒在本发明的板式换热器93上进行运行试验，不进行定期清洗。试验数据见下表8。

表8本发明的板式换热器93热炭黑水冷却热运行数据

实施例2

取天然气制乙炔热炭黑水为热媒，以软水为冷媒在本发明的板式换热器93上进行运行试验，每8小时，自动清洗一次。试验数据见下表9。

表9本发明的板式换热器93热炭黑水冷却换热运行数据

实施例1、实施例2、对比例1对比分析：

由表7和表8可知，本发明的板式换热器93热水流通量降低速率小于常规板式换热器，说明本发明的板式换热器93的防易结垢介质堵塞性能优于常规换热器。运行96h，对比例1热媒出口水温度升高12.5％，实施例1热媒出口水温度升高2.5％，说明本发明的板式换热器93换热效率衰减也高于常规板式换热器。

由表8和表9可知，本发明的板式换热器93热水流通量降低速率小于常规板式换热器，说明本发明的板式换热器93的防易结垢水质堵塞性能由于常规换热器。运行96h，实施例1热媒出口水温度升高2.5％，而实施例2，热媒出口水温度升高<1％，说明自动清洗对降低抗堵塞板式换热器93换热效果衰减具有有利效果。

综上实施例验证，本发明的板式换热器93防易结垢介质堵塞性能及换热介质出水温度稳定性方面明显优于常规板式换热器，能够实现天然气部分氧化治乙炔热炭黑水热能回收利用工艺。溴冷机利用被炭黑水加热后的升温冷媒的热量，能够实现稳定的制升温冷媒，实现炭黑水废热的稳定回收利用。

溴冷机利用循环冷却水热能制冷效果

以实施例中的换热后的升温冷媒为热媒，以溴冷机为制冷设备，生产12℃低温冷却水，运行数据见下表4。

表4溴冷机利用循环水制低温循环水运行数据

通过表4数据可知，被炭黑水加热后的升温冷媒被溴冷机吸收热能后，以55℃排出，溴冷机吸收的热能使17℃的升温冷媒稳定降温至11.5℃-12.5℃。此过程产12℃水流量为15m

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。