CN212109570U - 一种天然气制氢分段式烟道热利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天然气制氢分段式烟道热利用装置，涉及天然气制氢领域，装置包括混合气预热器、第一天然气预热器、第二天然气预热器、烟气废锅、燃烧器、空气预热器、引风机和烟囱，烟气通过一系列换热后将高温的烟气降温到略高于露点温度，防止烟气的露点腐蚀，将热量充分的回收利用，空气经过空气预热器预热后再进入燃烧器燃烧，减少天然气燃料的消耗；通过燃烧器实现装置排烟温度和蒸汽量的一个调节控制，实现排烟温度和富产蒸汽量的调控，初始运行时，打开燃烧器，运行初期烟气废锅产生蒸汽较没有燃烧器快6小时，初始还原时间大大提前，催化剂提前由氮气升温切换到蒸汽升温，催化剂氮气升温时间缩短，催化剂使用寿命得到延长。

Description

一种天然气制氢分段式烟道热利用装置

技术领域

本实用新型涉及天然气制氢领域，尤其涉及一种天然气制氢分段式烟道热利用装置。

背景技术

天然气制氢技术做为一种成熟的制氢方法，在目前氢能利用的热潮下，天然气制氢技术，存在着成本低，规模效应显著等优点，研究和开发更为先进的天然气制氢新工艺技术是解决廉价氢源的重要保证，也是天然气制氢装置长远发展的必然选择，但是天然气制氢装置是一个能力过剩的装置，正常生产时会有富裕蒸汽，对于小装置来讲，富裕蒸汽一般用于装置内部酸性水除氧，大型的装置产生的富裕蒸汽由于量太大，需要与全厂进行蒸汽平衡。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题设计了一种天然气制氢分段式烟道热利用装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种天然气制氢分段式烟道热利用装置，高温烟气从用于天然气制氢的转化炉进入烟道，包括：

混合气预热器；混合气预热器的出气口与转化炉中转化管的进气口连通；

第一天然气预热器；第一天然气预热器的天然气出气口与混合气预热器的进气口连通；

第二天然气预热器；第二天然气预热器的天然气出气口与第一天然气预热器的天然气进气口连通；

烟气废锅；烟气废锅的蒸汽出口与混合气预热器的进气口连通；

用于加热转化炉流向烟气废锅的烟气的燃烧器；

空气预热器，空气预热器的空气出气口与燃烧器的进气口连通；

引风机，引风机的进气口与烟道连通，引风机的出气口与燃烧器的进气口连通；

烟囱，烟囱的进气口与引风机的出气口连通；高温烟气进入烟道后依次通过混合气预热器、第一天然气预热器、燃烧器、烟气废锅、第二天然气预热器和空气预热器，最后通过引风机和烟囱将低温烟气排出。

进一步地，燃烧器包括环形分布的多个燃烧头，燃烧头的方向与烟气的流动方向垂直。

进一步地，燃烧器还包括安装室、支撑件和燃气混合室，燃气混合室和烟道均通过支撑件固定安装在安装室内，烟道设置在燃气混合室内，燃烧头环形安装在烟道内，燃烧头的燃气进口与燃气混合室连通，燃烧头的然烧方向均朝向烟道的中心轴线，支撑件内填充有耐火浇注料。

进一步地，燃烧器还包括燃料气进料管和套管，燃料气进料管设置在套管内，套管的进气口分别与空气预热器的空气出气口和引风机的出气口连通，燃料气进料管的出气口和套管的出气口均与燃气混合室连通，燃烧器的点火枪的点火端设置在燃气混合室内部。

进一步地，转化炉上的转化管包括用于保持转化管与转化炉的炉体内部密封性的挠性元件，挠性元件的下端与炉体顶部的用于穿过转化管的管口固定连接，转化管下端均固定安装在炉体的底部，转化管上端的依次穿过炉体顶部的管口和挠性元件，转化管的上端与上猪尾管接头固定连接。

进一步地，挠性元件为膨胀节，膨胀节的下端与炉体顶部的管口固定连接，转化管上端的依次穿过炉顶的管口和膨胀节，膨胀节内部均填充有高温陶瓷纤维毯。

本实用新型的有益效果在于：转化炉出来的高温烟气通过混合气预热器、第二天然气预热器、烟气废锅、第一天然气预热器和空气预热器将高温的烟气降温到略高于露点温度，即防止了烟气的露点腐蚀，同时也将热量充分的回收利用，空气经过空气预热器预热后再进入燃烧器燃烧，减少了天然气燃料的消耗，使天然气制氢装置消耗达到了0.391；通过燃烧器，实现了排烟温度和富产蒸汽量的调节控制，天然气制氢装置初始运行时，打开燃烧器，运行初期烟气废锅产生蒸汽较没有燃烧器快6小时，初始还原时间大大提前，催化剂提前由氮气升温切换到蒸汽升温，催化剂氮气升温时间缩短，催化剂使用寿命得到延长，装置正常运行时，烟道辅助燃烧器提供热量，装置副产蒸汽量增加，更有利于装置整体蒸汽平衡，增加的蒸汽可以用于加热自来水以供使用，取消了原燃煤锅炉，节约整体能耗，对环境也得到保护。

附图说明

图1是本实用新型一种天然气制氢分段式烟道热利用装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种天然气制氢分段式烟道热利用装置中燃烧器的结构示意图；

图3是本实用新型一种天然气制氢分段式烟道热利用装置中转化管的结构示意图；

其中相应的附图标记为：

1-安装室，2-燃气混合腔室，3-空气出气口，4-点火枪，5-燃料气进料管，6-引风机出气口，7-耐火浇筑料，8-支撑件，9-转化炉，10-烟气废锅,11-混合气预热器，12-第一天然气预热器，13-燃烧器，14-空气预热器，15-第二天然气预热器，16-引风机，17-烟囱，18-转化管，19-膨胀节，20-炉体底部，21-炉体顶部，22-高温陶瓷纤维毯，23-上猪尾管接头。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种天然气制氢分段式烟道热利用装置，高温烟气从用于天然气制氢的转化炉9进入烟道，包括：

混合气预热器11；混合气预热器11的出气口与转化炉9中转化管18的进气口连通；

第一天然气预热器12；第一天然气预热器12的天然气出气口与混合气预热器11的进气口连通；

第二天然气预热器15；第二天然气预热器15的天然气出气口与第一天然气预热器12的天然气进气口连通；

烟气废锅10；烟气废锅10的蒸汽出口与混合气预热器11的进气口连通；

用于加热转化炉9流向烟气废锅10的烟气的燃烧器13；

空气预热器14，空气预热器14的空气出气口3与燃烧器13的进气口连通；

引风机16，引风机16的进气口与烟道连通，引风机16的出气口6与燃烧器13的进气口连通；

烟囱17，烟囱17的进气口与引风机16的出气口6连通；高温烟气进入烟道后依次通过混合气预热器11、第一天然气预热器12、燃烧器13、烟气废锅10、第二天然气预热器15和空气预热器14，最后通过引风机16和烟囱17将低温烟气排出。

如图2所示，燃烧器13包括环形分布的多个燃烧头，燃烧头的方向与烟气的流动方向垂直。

如图2所示，燃烧器13还包括安装室1、支撑件8和燃气混合室，燃气混合室和烟道均通过支撑件8固定安装在安装室1内，烟道设置在燃气混合室内，燃烧头环形安装在烟道内，燃烧头的燃气进口与燃气混合室连通，燃烧头的然烧方向均朝向烟道的中心轴线，支撑件8内填充有耐火浇注料。

如图2所示，燃烧器13还包括燃料气进料管5和套管，燃料气进料管5设置在套管内，套管的进气口分别与空气预热器14的空气出气口3和引风机16的出气口6连通，燃料气进料管5的出气口和套管的出气口均与燃气混合室连通，燃烧器13的点火枪4的点火端设置在燃气混合室内部。

空气经过空气预热器14预热，再进燃烧器13配风燃烧减少了天然气燃料的消耗，使天然气制氢装置消耗达到了0.391。

通过燃烧器13的作用可以解决天然气制氢装置全厂蒸汽平衡，同时通过引风机16将部分低温烟气与空气混合送入燃气混合腔中，因烟气吸热和稀释了氧浓度，使燃烧速度和炉内温度降低，因而热力NOX减少，可减少30-50％，使天然气制氢装置更节能环保。

制氢设备初始开始时，打开燃烧器13，燃烧头对烟气通道内的烟气进行燃烧加热，加热了烟气，高温烟气与烟气废锅10换热，提高了装置的蒸汽产量和产蒸汽的速度，初始运行时，能减少装置初始运行时间，减少催化剂蒸汽钝化时间，提高催化剂使用寿命，能大大的增加蒸汽的自产量，达到自产蒸汽升温的目的，经过试验证明天然气流量10Nm3/h，燃烧器13提供热量80000Kcal/h，运行初期烟气废锅10产生蒸汽较没有燃烧器13快6小时，运行还原时间大大提前，催化剂提前由氮气升温切换到蒸汽升温，催化剂氮气升温时间缩短，催化剂使用寿命得到延长；天然气制氢设备正常运行时，燃烧器13提供热量，天然气制氢设备的副产蒸汽量增加，更有利于装置整体蒸汽平衡，在天然气制氢设备正常运行时，还可根据实际的蒸汽需求情况选择是否继续使用燃烧器13对烟气进行燃烧加热。

由于燃烧器13的燃烧头朝向烟气通道的轴向轴线方向，这样的燃烧器13燃烧时火焰短，刚性强，在保证烟气热量利用的情况下，火焰不会接触到烟气废锅10换热管，造成烟气废锅10损坏。

装置正常运行时，燃烧器13提供热量，副产蒸汽量增加，更有利于装置整体蒸汽平衡，增加的蒸汽可以用于加热自来水以供使用，取消了原燃煤锅炉，节约整体能耗，对环境也得到保护。

如图3所示，转化炉9上的转化管18包括用于保持转化管18与转化炉9的炉体内部密封性的挠性元件，挠性元件的下端与炉体顶部21的用于穿过转化管18的管口固定连接，转化管18下端均固定安装在炉体的底部，转化管18上端的依次穿过炉体顶部21的管口和挠性元件，转化管18的上端与上猪尾管接头23固定连接。

如图3所示，挠性元件为膨胀节19，膨胀节19的下端与炉体顶部21的管口固定连接，转化管18上端的依次穿过炉顶的管口和膨胀节19，膨胀节19内部均填充有高温陶瓷纤维毯22。

在安装转化管18时，先把转化管18向下预拉伸固定，采用固定法兰使其与转化炉9的炉体底部20固定连接，转化管18的上端从下往上依次穿过转化炉9的炉体顶部21的管口与膨胀节19，且转化管18的上端与上猪尾管接头23固定连接，膨胀节19在安装时对其进行预压缩处理，其预压缩量大于转化管18的最大变化量，膨胀节19的内部填充有高温陶瓷纤维毯22，膨胀节19可以有效的解决转化管18的热胀冷缩问题，同时膨胀节19与高温陶瓷纤维毯22结合可以有效的保证转化炉9与转化管18之前的密封性问题，同时高温陶瓷纤维毯22还有保温作用，可以对转化管18进行保温，避免造成转化炉9内漏风，造成能耗增大，同时由于膨胀节19只需通过法兰便可以将膨胀节19固定在转化炉9的炉体顶部21，有效的避免了大量的钢结构存在，很大程度上的解放了转化炉9炉顶上的操作空间。

烟气流向为：

转化炉9出来的高温烟气进入烟道后通过混合气预热器11与天然气和蒸汽进行第一次换热，烟气降温，天然气和蒸汽升温后进入转化管18；第一次换热后的烟气通过第一天然气预热器12与天然气进行第二次换热，烟气降温，天然气升温后进入混合气预热器11的进气口；第二次换热后的烟气通过燃烧器13进行加热；加热后的烟气通过烟气废锅10与水进行第三次换热，烟气降温，烟气废锅10产生的蒸汽进入混合气预热器11的进气口；第三次换热后的烟气通过第二天然气预热器15与天然气进行第四次换热，烟气降温，天然气升温后进入第一天然气预热器12的天然气进气口；第四次换热后的烟气最后通过空气预热器14与空气进行最后一次换热，降温后温度略高于露点温度，最后通过引风机16将降温后的烟气抽出，其中大部分的烟气通过烟囱17排出，另一部分与进入燃烧器13中套管的进气口。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种天然气制氢分段式烟道热利用装置，高温烟气从用于天然气制氢的转化炉进入烟道，其特征在于，包括：

混合气预热器；混合气预热器的出气口与转化炉中转化管的进气口连通；

第一天然气预热器；第一天然气预热器的天然气出气口与混合气预热器的进气口连通；

第二天然气预热器；第二天然气预热器的天然气出气口与第一天然气预热器的天然气进气口连通；

烟气废锅；烟气废锅的蒸汽出口与混合气预热器的进气口连通；

用于加热转化炉流向烟气废锅的烟气的燃烧器；

空气预热器，空气预热器的空气出气口与燃烧器的进气口连通；

引风机，引风机的进气口与烟道连通，引风机的出气口与燃烧器的进气口连通；

烟囱，烟囱的进气口与引风机的出气口连通；高温烟气进入烟道后依次通过混合气预热器、第一天然气预热器、燃烧器、烟气废锅、第二天然气预热器和空气预热器，最后通过引风机和烟囱将低温烟气排出。

2.根据权利要求1所述的一种天然气制氢分段式烟道热利用装置，其特征在于，燃烧器包括环形分布的多个燃烧头，燃烧头的方向与烟气的流动方向垂直。

3.根据权利要求2所述的一种天然气制氢分段式烟道热利用装置，其特征在于，燃烧器还包括安装室、支撑件和燃气混合室，燃气混合室和烟道均通过支撑件固定安装在安装室内，烟道设置在燃气混合室内，燃烧头环形安装在烟道内，燃烧头的燃气进口与燃气混合室连通，燃烧头的然烧方向均朝向烟道的中心轴线，支撑件内填充有耐火浇注料。

4.根据权利要求3所述的一种天然气制氢分段式烟道热利用装置，其特征在于，燃烧器还包括燃料气进料管和套管，燃料气进料管设置在套管内，套管的进气口分别与空气预热器的空气出气口和引风机的出气口连通，燃料气进料管的出气口和套管的出气口均与燃气混合室连通，燃烧器的点火枪的点火端设置在燃气混合室内部。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种天然气制氢分段式烟道热利用装置，其特征在于，转化炉上的转化管包括用于保持转化管与转化炉的炉体内部密封性的挠性元件，挠性元件的下端与炉体顶部的用于穿过转化管的管口固定连接，转化管下端均固定安装在炉体的底部，转化管上端的依次穿过炉体顶部的管口和挠性元件，转化管的上端与上猪尾管接头固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种天然气制氢分段式烟道热利用装置，其特征在于，挠性元件为膨胀节，膨胀节的下端与炉体顶部的管口固定连接，转化管上端的依次穿过炉顶的管口和膨胀节，膨胀节内部均填充有高温陶瓷纤维毯。

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