CN212450616U - 一种自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉，包括炉体，所述炉体由筒形结构的膜式水冷壁构成，炉体内设置换热装置，换热装置包括省煤器单元和过热器单元，省煤器单元的除盐水进口接通除盐水供给管道，其除盐水出口接通汽水分离单元，过热器单元的进口接通汽水分离单元的蒸汽出口，所述汽水分离单元包括锅筒，所述锅筒的一个输入端与省煤器单元的除盐水出口接通，锅筒的蒸汽出口与过热器单元的进口接通。通过采用除盐水、蒸汽为换热介质，利用耐候钢进行间壁换热，在高效吸收HCl蒸汽热能的同时，将热能回收生产过热蒸汽并用于发电等，为氯碱工业节约大量能源。

Description

一种自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉

技术领域

本实用新型涉及HCl生产技术领域，特别是一种自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉。

背景技术

HCl是氯碱工业重要的无机化工原料，广泛用于染料、医药、食品、印染、皮革、冶金等行业。HCl合成炉是HCl生产的关键设备。H₂和Cl₂在合成炉内燃烧，生成温度高达2300℃的HCl气体，经逐步冷却至140℃后净化洗涤，最后与水合成盐酸。HCl气体初合成时温度非常高，热能含量丰富、品味高，具有非常好的利用价值，但也因温度非常高，且HCl合成过程中一直有极少量H₂O伴生，在低温区HCl容易与H₂O合成高浓度盐酸，对钢铁等材质具有极强的腐蚀性，被腐蚀的材料成为杂质进入HCl中，即使是极少量，也将直接导致后续合成盐酸的系统故障。

目前，HCl合成炉普遍采用耐热不透性石墨圆筒外敷钢板、中间夹层水冷的结构，保证HCl的纯洁度和系统安全，回收少量热能，产生热水。例如，中国专利CN2505467Y公开了一种副产热水石墨HCl合成炉装置，在该合成炉装置中：合成炉上部的炉体上段外壳(1－8)内有石墨换热块(1－7)、下部的炉体下段外壳(1－4)内有石墨合成筒(1－3)，石墨合成筒底部有氯气进气管(1－1)和氢气进气管(1－2)，合成炉顶部有HCl出气管(1－10)，在所述的炉体下段外壳(1－4)下部和上部分别有除盐水进水管(1－12)和除盐水下出水管(1－5)与炉体下段外壳(1－4)、石墨合成筒(1－3)之间的空腔相通，除盐水下出水管(1－5)与炉体上段外壳(1－8)下部的除盐水上进水管(1－6)相通，炉体上段外壳(1－8)下部的热水出水管(1－9)、下部的除盐水上进水管(1－6)分别与炉体上段外壳(1－8)、石墨换热块(1－7)之间的空腔相通。

上述这种中间夹层水冷的结构，跟传统HCl合成炉一样，都存在的问题是：除盐水对外层钢板腐蚀严重，并且在低温区HCl容易与少量的H₂O合成高浓度盐酸，对钢铁等材质具有极强的腐蚀性，进而形成盐酸腐蚀区，需经常停炉维修甚至报废。同时，如何高效节能的生产盐酸一直是氯碱工业的研究热点及关键突破点，传统采用的石墨换热块来回收的热量较少，回收的结果是得到热水，如要达到高效节能的目的，首先就要考虑如何达到高效换热和避开盐酸腐蚀区，显然，传统的石墨换热块的换热效率存在极限，并且以热水进行回收，方式单一，利用率低，如果尽量降低HCl气体出口温度，以回收更多的热量，则形成的盐酸腐蚀区域就越大，腐蚀程度会越严重。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉，通过采用除盐水、蒸汽为换热介质，利用耐候钢进行间壁换热，在高效吸收HCl蒸汽热能的同时，将热能回收生产过热蒸汽并用于发电等，为氯碱工业节约大量能源，克服了现有技术的不足。

本实用新型采用的技术方案如下：一种自主能源回收生产热水及蒸汽的HCl合成炉，所述炉体上部为炉体上段，下部为炉体下段，炉体的底部和顶部分别设置有进气管和出气管，其特征在于，所述炉体由筒形结构的膜式水冷壁构成，炉体内设置有换热装置，所述换热装置包括省煤器单元和过热器单元，所述省煤器单元设于炉体下段内，省煤器单元的除盐水进口接通除盐水供给管道，其除盐水出口接通汽水分离单元，所述过热器单元设于炉体上段内，过热器单元的进口接通汽水分离单元的蒸汽出口，其出口接通蒸汽外送管道，所述汽水分离单元包括锅筒，所述锅筒的一个输入端与省煤器单元的除盐水出口接通，锅筒的蒸汽出口与过热器单元的进口接通，锅筒设置有集中下降管。

进一步，所述省煤器单元的除盐水进口和除盐水出口均贯穿膜式水冷壁，所述过热器单元的进口和出口均贯穿膜式水冷壁。

进一步，所述省煤器单元由多级省煤器串联形成，所述省煤器沿炉体的轴线方向排布。

进一步，所述省煤器单元由3个省煤器串联形成。

进一步，所述过热器单元由多级过热器串联形成，所述过热器沿炉体的轴线方向排布。

进一步，所述过热器单元由2个过热器串联形成。

进一步，所述省煤器和过热器均由换热管构成，所述换热管环形布置于炉体内，相邻换热管之间的间距形成气流流动的通道。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过采用膜式水冷壁来替换现有HCl合成炉普遍采用的耐热不透性石墨圆筒外敷钢板、中间夹层水冷的结构，提高了合成炉的使用寿命，无需经常停炉维修；

2、通过采用环形布置的换热器来替代现有的石墨换热块，利用间壁换热方式，强化了换热效果，在高效吸收HCl蒸汽热能的同时，将热能回收生产过热蒸汽并用于发电，为氯碱工业节约了大量能源，克服了现有技术的不足。

附图说明

图1是本实用新型的一种自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉结构示意图；

图2是本实用新型的HCl炉体主体结构示意图；

图3是本实用新型的换热管结构示意图；

图4是图3中A－A鸡肉面结构示意图。

图中标记：1为炉体，101为炉体上段，102为炉体下段，103为火焰区，2为出气管，3为氯气进气管，4为氢气进气管，5为膜式水冷壁，6为省煤器单元，601为除盐水进口，602为除盐水出口，7为过热器单元，701为过热器单元的进口，702为过热器单元的出口，8为汽水分离器，801为蒸汽出口，9为蒸汽外送管道，10为除盐水供给管道，11为省煤器，12为过热器，13为换热管，14为汽水混合物输送管道，15为集中下降管，16为保温层。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种HCl合成炉，特别是一种具有自主能源回收生产蒸汽功能的HCl合成炉，包括炉体1，所述炉体上部为炉体上段101，下部为炉体下段102，炉体1的底部设置有进气管和燃烧合成灯头(未画出)，顶部设置有出气管2，进气管包括氯气进气管3和氢气进气管4，用于向炉体1内通入氯气和氢气，所述炉体1由筒形结构的膜式水冷壁5构成，优选为圆筒形，炉体1内设置有换热装置，换热装置包括省煤器单元6和过热器单元7，所述省煤器单元6设于炉体下段102内，省煤器单元6的除盐水进口601和除盐水出口602均贯穿膜式水冷壁5，省煤器单元6的除盐水进口601接通除盐水供给管道10，其除盐水出口602接通汽水分离单元，汽水分离单元包括汽水分离器8，所述过热器单元7设于炉体上段102内，如图3所示，过热器单元的进口701和出口702均贯穿膜式水冷壁5，过热器单元的进口701接通汽水分离器8的蒸汽出口801，其出口702接通蒸汽外送管道9。

上述HCl合成炉的工作流程为：氯气和氢气经进气管进入炉体1的炉体下段102，通过灯头(石英灯头)燃烧达到2600℃左右，燃烧产生的超高温HCl气体先通过省煤器单元6进行快速换热降温，然后再经过热器单元7换热降温后得到HCl气体，最后经出气管2输送至盐酸合成系统中，在换热过程中，省煤器单元6内的除盐水变为温度在100－200℃的汽水混合物，汽水混合物经汽水分离器8处理后，蒸汽作为冷却介质输送至过热器单元7内继续与HCl气体进行换热，得到温度在300℃以上的高品质过热蒸汽，高品质过热蒸汽可作为发电系统或其他蒸汽用户的优质热源，热水可通过汽水分离器8的集中下降管15再进入膜式水冷壁5中经换热后再次排入汽水分离器8中。

上述HCl合成炉与传统合成炉相比，最主要的区别在于：膜式水冷壁5和换热装置的设置，膜式水冷壁5能够保证炉膛具有良好的严密性，改善炉内的燃烧工况，对炉墙的保护作用最彻底，避免了采用现有的中间夹层水冷的结构，防止了除盐水对钢板的腐蚀。换热装置包括省煤器单元6和过热器单元7，先通过省煤器单元6来快速降温HCl气体，使除盐水变成汽水混合物，然后经汽水分离单元处理后，用蒸汽通过过热器单元7再去与HCl气体进行换热，得到的高温度的高品位过热蒸汽(温度达到300℃以上，可利用价值高)，充分利用了热能，避免了传统单一热水的利用方式，换热装置的布置方式避开了盐酸腐蚀区，由此，实现了高效节能生产盐酸的技术效果，克服了现有技术的不足。

在上述中，所述省煤器单元6和过热器单元7分别由多级省煤器11和过热器12串联形成，省煤器11和过热器12均沿炉体1的轴线方向排布。通过串联多个省煤器11和过热器12来显著提高省煤器单元6和过热器单元7的换热效率，同时也便于利用现有计算公式和设计方法，根据流场特性，合理选择布置区段，控制管壁温度，避开盐酸腐蚀区。作为优选，省煤器11一般串联3个即可，即省煤器单元6由3个省煤器11串联形成，过热器一般串联2个即可，即过热器单元7由2个过热器12串联形成。通过设置3个省煤器11和2个过热器12来形成换热装置，其可以将2600℃以上的HCl气体冷却至400℃左右，并得到300℃左右的高品质蒸汽，换热效率和性价比高。

进一步地，所述省煤器11和过热器12均由换热管13构成，所述换热管13环形布置于炉体1内，相邻换热管13之间的间距形成气流流动的通道，以增加换热管13密度，强化换热效果。作为优选，所述换热管13为蛇形换热管或者U形换热管，所述蛇形换热管采用耐候钢管制成，当然其也可以是其他结构类型的换热管。

在本发明中，所述汽水分离器8优选为锅筒，锅筒的一个输入端通过汽水混合物输送管道14与省煤器单元6的除盐水出口602接通，锅筒的蒸汽出口801与过热器单元的进口701接通，锅筒的热水出口接通集中下降管15。通过锅筒来实现高效的汽水分离，同时得到除盐、除氧的换热介质，可为过热器单元7利用蒸汽提供纯洁蒸汽保障。

在本发明的一些实施例中，考虑到炉体下段102温度较高的问题，所述炉体下段102的下部为火焰区103，所述火焰区103相对应的膜式水冷壁5的部分上涂覆有耐火材料形成耐火层(未画出)，以提高膜式水冷壁5的耐高温强度。进一步地，所述炉体1上还铺设有保温层16，所述保温层16设于膜式水冷壁5的外侧面。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉，包括炉体，所述炉体上部为炉体上段，下部为炉体下段，炉体的底部和顶部分别设置有进气管和出气管，其特征在于，所述炉体由筒形结构的膜式水冷壁构成，炉体内设置有换热装置，所述换热装置包括省煤器单元和过热器单元，所述省煤器单元设于炉体下段内，省煤器单元的除盐水进口接通除盐水供给管道，其除盐水出口接通汽水分离单元，所述过热器单元设于炉体上段内，过热器单元的进口接通汽水分离单元的蒸汽出口，其出口接通蒸汽外送管道，所述汽水分离单元包括锅筒，所述锅筒的一个输入端与省煤器单元的除盐水出口接通，锅筒的蒸汽出口与过热器单元的进口接通，锅筒设置有集中下降管。

2.如权利要求1所述的自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉，其特征在于，所述省煤器单元的除盐水进口和除盐水出口均贯穿膜式水冷壁，所述过热器单元的进口和出口均贯穿膜式水冷壁。

3.如权利要求2所述的自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉，其特征在于，所述省煤器单元由多级省煤器串联形成，所述省煤器沿炉体的轴线方向排布。

4.如权利要求3所述的自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉，其特征在于，所述省煤器单元由3个省煤器串联形成。

5.如权利要求3或4所述的自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉，其特征在于，所述过热器单元由多级过热器串联形成，所述过热器沿炉体的轴线方向排布。

6.如权利要求5所述的自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉，其特征在于，所述过热器单元由2个过热器串联形成。

7.如权利要求5所述的自主能源回收生产蒸汽的HCl合成炉，其特征在于，所述省煤器和过热器均由换热管构成，所述换热管环形布置于炉体内，相邻换热管之间的间距形成气流流动的通道。

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