CN110578027B - 一种用于生产还原气的新型重整炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于生产还原气的新型重整炉，属于冶金及石化技术领域。该重整炉包括带衬里辐射室、重整炉管、重整气进出口管系、过渡段、对流段、烟风系统。重整炉管采用大口径减少炉管数量，降低投资；重整气进口管与重整炉管之间采用柔性管连接，便于吸收炉管轴向和径向热位移，减小了炉管系的热应力；重整炉管底部设置弹性支架，既承载了炉管部分重量，又有利于停车工况炉管热胀后的恢复；辐射室炉顶斜三通替代了传统的热壁管，取消了短尾箱，节省了材料，减少了投资；高温烟气从辐射室两侧上部多通道引至过渡段，再进入对流段预热空气、重整原料气、燃料气，并产出高品质蒸汽，减少排烟热损，提高了重整炉热效率。
Description
技术领域：
本发明属于冶金及石化技术领域，涉及一种用于生产还原气的新型重整炉。
背景技术
气基直接还原铁具有流程短、效率高、杂质少的特点，是区别于传统高炉炼钢的一种新型的先进的冶金炼钢的方式。目前，国内尚未有使用气基直接还原铁生产的先例。
气基还原铁的主要问题是解决还原气的生产，国外还原气的生产主要是采用天然气蒸汽转化或部分氧化法生产合成气。而国内天然气资源受限，不太可能选用国外的合成气生产过程，而为了发展国内直接还原铁工业，需要一种新型的设备来解决原料和产品的技术经济问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题提供一种用于生产直接还原铁的还原气的设备，解决了国内现有生产直接还原铁的还原气技术经济问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于生产还原气的新型重整炉，该重整炉包括辐射室箱体，重整炉管，燃烧器，过渡段以及对流段；
所述的重整炉管成2m排立式并联布置于辐射室箱体内，重整炉管穿过辐射室箱体的底板和顶板；其中穿过辐射室箱体顶板后的重整炉管通过斜三通与冷壁支管连接，且相连两排重整炉管连接至同一冷壁支管上，所述的冷壁支管的端部汇集成冷壁干管；
所述辐射室箱体的下方设有重整原料气进口支干管，一排重整炉管对应一根重整原料气进口支干管，每根重整原料气进口支干管上开设与每排重整炉管数量相同的分支，通过柔性管将重整炉管与重整原料气进口支干管相连；
所述的燃烧器成(2m+1)排布置于辐射室下方底壁板，与重整炉管成排交错；
所述的过渡段是辐射室箱体的两侧壁板上方设有若干个过渡段分支管引出至过渡段分支干管，两分过渡段分支干管在辐射室箱体的一端汇集成过渡段总管；过渡段总管与对流段相连，所述的对流段通过引风机与烟囱相连；
其中：m为≥1的自然数。
本发明技术方案中：穿过辐射室的底板的重整炉管的下端设有炉管弹性支架。
本发明技术方案中：柔性管通过法兰分别与重整炉管和重整原料气进口支干管相连。
本发明技术方案中：重整炉管的顶部和底部均设置有可拆卸的法兰。
本发明技术方案中：辐射室箱体上设有防爆门，所述防爆门的附近设置安全挡板。
本发明技术方案中：对流段为L形布置或卧式布置或立式布置。
在一些优选的技术方案中：所述的对流段由≥4个换热器组成，所述换热器为急速蒸发器、重整原料预热器、蒸汽过热器、脱硫焦炉气预热器、炉顶气预热器和燃烧空气预热器中的至少4种。
本发明技术方案中：重整炉管的内径≥200mm。
在一些优选的技术方案中：m为3。
本发明的有益效果是
1)底烧式炉型，冷壁管设置在辐射室上方，不仅顺应工艺流程布置美观，还缩短了重整气产物进入下游竖炉的路径，相较于顶烧炉型，可减少冷壁总管长度不低于辐射室高度，节省了冷壁管金属和内衬材料，减少了冷壁管约21％的投资。此外，还减少了冷壁管的占地面积，节省的占地面积约为辐射室的38％。
2)辐射室炉顶斜三通的设置，替代了传统的热壁管，取消了短尾箱的设置，较好地完成了由热壁管向冷壁管的过渡，节省了材料，减少了投资。
3)重整炉管采用较大口径(内径≥200mm)的离心浇铸管，在重整气压力较低体积较大时，采用大口径重整转化管，可大大减少炉管数量，较使用传统的内径为100mm的炉管能降低不小于16％的炉管投资成本，节省辐射室不小于25％的占地面积，同时也减少了辐射室箱体的投资。
4)重整炉管下部设置弹性支架，不仅承担了重整炉管的部分重量，减轻了炉管对炉顶的载荷，而且有利于停车工况炉管热膨胀后的恢复。
5)本炉型重整炉管热膨胀向下，所述柔性管的设置，有利于吸收重整炉管的轴向和径向热位移，节省了空间，提高了经济性。且柔性管两端设置法兰连接，便于柔性软的拆卸更换。
6)辐射室外防爆门附近设置安全挡板，有利于保障附近平台上的人员安全。
7)辐射室与过渡段之间的多通道连接，其位置和数量的设置尽量避免辐射室内部高温烟气流场出现死区，使辐射室内每根重整炉管受热均匀并达到催化剂反应温度。
8)重整炉管顶部和底部均设置有可拆卸的法兰，便于催化剂的装填及卸料。
附图说明
图1是为本发明实施例1新型重整炉的主视图；
图2是为本发明实施例1新型重整炉的俯视图；
图3是为本发明实施例1新型重整炉的左视图；
图4是为本发明实施例1新型重整炉的A-A剖视图。
图5是为本发明实施例2新型重整炉的主视图；
图6是为本发明实施例2新型重整炉的俯视图；
图中，1.燃烧风道，2.重整原料气进口支干管，3.柔性管，4.炉管弹性支架，5.燃烧器，6.重整炉管，7.辐射室隔热内衬，8.辐射室箱体，9.观火门，10.安全挡板，11.防爆门，12.过渡段分支干管，13.过渡段分支管，14.斜三通，15.冷壁支管，16.冷壁干管，17.过渡段总管，18.急速蒸发器，19.重整原料预热器，20.对流连接段，21.蒸汽过热器，22.脱硫焦炉气预热器，23.炉顶气预热器，24.燃烧空气预热器，25.烟道，26.烟囱，27.引风机，28.前置空气预热器，29.鼓风机，30.吸风塔。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
图1示出了发明一个实施例的新型重整炉的主视图；图2示出了本发明一个实施例的新型重整炉的俯视图；图3示出了本发明一个实施例的新型重整炉的左视图；图4示出了本发明一个实施例的新型重整炉的A-A剖视图。
如图1、2、3、4所示，该新型重整炉采用底烧式结构，重整炉管6(内径≥200mm)采用立式布置于辐射室箱体8内部，其具体布置成平行的六排，重整炉管6穿过辐射室8的顶板后通过斜三通14与冷壁支管15连接，相邻两排重整炉管连接至一根冷壁支管15，三根冷壁支管在端部汇集成冷壁干管16，将910℃的高温重整气产物送至竖炉进行下级反应，其中斜三通、冷壁支(干)管均带隔热内衬，使金属壁温大大降低，可选择较经济的低合金钢材料，不仅减少了投资，还减小了管系的热应力，提高了安全性。
重整原料气由重整原料预热器19出口引至辐射室附近，在辐射室箱体8下方分为六根重整原料气进口支干管2，一排炉管对应一根重整原料气进口支干管2，每根重整原料气进口支干管2上开设与每排炉管数量相同的分支，分支末端设置法兰，通过柔性管3与重整炉管6连接。本实施例重整炉管受热向下膨胀，因重整炉内催化剂需在高温区间内进行反应，所以重整炉管受热后位移量较大，如设置传统的猪尾管来吸收热位移，因每根重整炉管内通过的炉气量较大，为满足流速限制，则猪尾管直径较大(DN≥65mm)，如需吸收同样的位移则需要很长的猪尾管，所需的空间也很大，大大增加了辐射室炉顶高度。本实施例该处设置柔性管3，不仅能较好地吸收重整炉管的轴向位移和径向位移，而且减少了重整炉管对辐射室炉顶板的热应力影响，还大大减少了辐射室下方的空间，降低了辐射室的安装高度，增大了重整炉的稳固性，提高了经济性。
柔性管3两端设置法兰连接，有利于柔性软的拆卸更换。
重整炉管6穿出辐射室8底板后下端设置炉管弹性支架4，不仅承载了重整炉管及催化剂约1/3的重量，减少了炉管对辐射室炉顶的载荷，还有利于停车工况炉管热膨胀后的恢复。
重整炉管6顶部和底部均设置有可拆卸的法兰，便于催化剂的装填及卸料。
辐射室箱体8金属壁板内衬辐射室隔热材料7，具体地辐射室四周墙板上合理布置观火门9，以便观察辐射室内燃烧器火焰情况。具体地根据辐射室大小在墙板上设置合理数量的防爆门11，在辐射室外防爆门11附近设置安全挡板10，以防辐射室内高温烟气直接冲击附近操作平台上人员，给工作人员多一重安全保障。
燃烧器5为低NOx型燃烧器，该燃烧器成七排平行于重整炉管6布置在辐射室箱体8底部，与重整炉管成排交错布置，燃烧器火焰方向向上，便于重整炉管双面受热，且采用低NOx型燃烧器，实现了低过剩空气系数状态的完全燃烧，减少了NOx的产生，保护了环境。
辐射室箱体8内部燃烧产生的高温烟气，从辐射室两侧壁板上方十个过渡段分支管13引出至过渡段分支干管12，两分支干管12在辐射室一端汇集成过渡段总管17。过渡段分支(干)管/过渡段总管均带隔热内衬。
对流段呈L形(立卧组合式)布置，急速蒸发器18和重整原料预热器19布置在对流段20立式段，蒸汽过热器21、脱硫焦炉气预热器22、炉顶气预热器23、燃烧空气预热器24布置在对流段20卧式段。过渡段出口1200℃的高温烟气，经对流段回收热量，使烟气温度降至100℃以下，通过引风机27排至烟囱26。对流段20利用高温烟气不仅加热了空气、炉顶气、焦炉气、重整原料气，减少辐射室热负荷20％～30％，减少了燃料气的消耗，还产出了高品位的高压过热蒸汽，产生了效益。对流段20的设置大大减少了排烟热损，进一步提高了重整炉热效率，热效率达95％以上。
实施例2
图5示出了本发明实施例2的新型重整炉的主视图；图6示出了本发明实施例2的新型重整炉的俯视图。
如图5、6所示，本实施例重整炉辐射室、冷壁管、斜三通、重整原料气进口管系、燃烧器的设置与实施例1相同。
过渡段两分支干管12直接连接至对流段20进口，对流段20采用“1”字形立式布置，过渡段出口1200℃的高温烟气由上至下依次通过急速蒸发器18、重整原料预热器19、蒸汽过热器21、脱硫焦炉气预热器22、炉顶气预热器23、燃烧空气预热器24，经对流换热依次加热水、原料气、饱和蒸汽、焦炉气、炉顶气、空气充分回收烟气热量，使烟气温度降至100℃以下，通过引风机27排至烟囱26。对流段采用“1”字形立式布置，结构紧凑，大大节省了设备占地面积。
应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种用于生产还原气的新型重整炉，其特征在于：该重整炉包括辐射室箱体（8），重整炉管（6），燃烧器（5），过渡段以及对流段；
所述的重整炉管（6）成2m排立式并联布置于辐射室箱体（8）内，重整炉管（6）穿过辐射室箱体（8）的底板和顶板；其中穿过辐射室箱体（8）顶板后的重整炉管（6）通过斜三通（14）与冷壁支管（15）连接，且相连两排重整炉管（6）连接至同一冷壁支管（15）上，所述的冷壁支管（15）的端部汇集成冷壁干管（16）；
所述辐射室箱体（8）的下方设有重整原料气进口支干管（2），一排重整炉管（6）对应一根重整原料气进口支干管（2），每根重整原料气进口支干管（2）上开设与每排重整炉管（6）数量相同的分支，通过柔性管（3）将重整炉管（6）与重整原料气进口支干管（2）相连；
所述的燃烧器成(2m+1)排布置于辐射室下方底壁板，与重整炉管成排交错；
所述的过渡段是辐射室箱体（8）的两侧壁板上方设有若干个过渡段分支管（13）引出至过渡段分支干管（12），两分过渡段分支干管（12）在辐射室箱体（8）的一端汇集成过渡段总管（17）；过渡段总管（17）与对流段相连，所述的对流段通过引风机（27）与烟囱（26）相连；
其中：m为≥1的自然数；
重整炉管（6）的顶部和底部均设置有可拆卸的法兰；所述的对流段由≥4个换热器组成，所述换热器为急速蒸发器、重整原料预热器、蒸汽过热器、脱硫焦炉气预热器、炉顶气预热器和燃烧空气预热器中的至少4种。
2.根据权利要求1所述的用于生产还原气的新型重整炉，其特征在于：穿过辐射室的底板的重整炉管（6）的下端设有炉管弹性支架（4）。
3.根据权利要求1所述的用于生产还原气的新型重整炉，其特征在于：柔性管（3）通过法兰分别与重整炉管（6）和重整原料气进口支干管（2）相连。
4.根据权利要求1所述的用于生产还原气的新型重整炉，其特征在于：辐射室箱体（8）上设有防爆门，所述防爆门（11）的附近设置安全挡板（10）。
5.根据权利要求1所述的用于生产还原气的新型重整炉，其特征在于：对流段为L形布置或卧式布置或立式布置。
6.根据权利要求1所述的用于生产还原气的新型重整炉，其特征在于：重整炉管的内径≥200mm。
7.根据权利要求1所述的用于生产还原气的新型重整炉，其特征在于：m为3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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