CN213265731U - 一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，包括余热锅炉汽包、烟道以及沿烟气流向依次设置在所述烟道内的原料预热器、蒸汽过热器、高温空气预热器、对流蒸发器、省煤器和低温空气预热器，所述烟道的一端为烟气进口，另一端为烟气出口；所述省煤器的管程的进口外接除氧器或除氧水预热器，所述省煤器的管程的出口通过连接管路与所述余热锅炉汽包相连；所述对流蒸发器的管程进、出口分别通过连接管路与所述余热锅炉汽包相连；所述低温空气预热器的空气出口通过风道与所述高温空气预热器的空气进口相连。该制氢转化炉烟气余热回收系统，使烟气余热充分利用，排烟温度可降低20～50 ℃，节能效果显著。

Description

一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统
技术领域
本实用新型涉及一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，属于烟气余热回收技术领域。
背景技术
制氢转化炉是以轻烃和水蒸气为混合原料，先经过升温预热，然后通过带有催化剂的转化炉管转化，再经变换反应等制取氢气的装置。由于转化反应需预热至所需的反应温度(450℃～650℃)，故预热原料后制氢转化炉尾部需设置烟气余热回收装置用以提高转化炉热效率。
请参阅图1，一般制氢转化炉的尾部烟气余热回收系统，使用时，自制氢转化炉出来的高温烟气先从烟气进口1'进入烟道8'，然后依次经过设置在烟道8'中的原料预热器2'、蒸汽过热器3'、高温空气预热器4'、对流蒸发器5'、低温空气预热器 7'，将烟气温度降低到140～180℃，从烟气出口9'经引风机进入烟囱排出。制氢转化炉的热效率约90％。
上述余热回收系统一般制氢转化炉效率仅为90％。由于装置原因，采用这种常规5段式余热回收系统一般无法实现更低的排烟温度和更高的热效率。主要有以下几个原因：
(1).为了提高蒸汽品质，余热回收系统的对流蒸发器一般为中压,此时余热锅炉汽包压力4.2MPa，对应饱和温度为255℃。由于对流蒸发器6'的水和烟气换热，如此设置的对流蒸发器出口烟气温度从原理上最低为对应压力下的锅水饱和温度 255℃。一般考虑蒸发器受热面面积有限，蒸发器后烟气温度只能降低至300℃左右。
(2).由于制氢转化炉燃烧器的部分燃料为制氢后的废气，这部分废气可燃组分少，惰性组分(CO2、H2O)高，燃烧所需助燃空气量约为烟气量的70％。普通低温空气预热器一般为管式或板式间壁式换热器，高温烟气通过间壁的放热量与低温助燃空气吸热量基本等值的。又由于传热必须存在一定温差，否则空气换热器面积布置较大，烟气阻力较大。一般的，低温空气预热器出口风温一般自常温20℃升高至200℃左右，此时烟气的温降只有空气升温的70％左右，按蒸发器出口300℃计算，排烟温度高达174℃，余热利用效果较差。
在这种情况下，即使优化各级受热面，由于高温烟气和冷源介质温差较小，即使加大受热面积，收益也很小。特别的对流蒸发器后约300℃中位品质的能量用来加热较低的助燃空气不但不能得到充分利用还造成高品位能量利用效率较低的现状。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，降低制氢转化炉烟气的出口温度，提高制氢转化炉的整体换热效率。
本实用新型提供一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，根据烟气特性、温度区间利用窄点技术优化设计，合理布置各段受热面的位置及温度区间，在对流蒸发器和低温空气预热器间增加一省煤器，用以吸收对流蒸发器和低温空预器之间的中品质热源；做到能量逐级合理有效利用，使能源效能最大化；排烟温度更低、余热回收效率更高。
实现上述目的的技术方案是：一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，包括余热锅炉汽包、烟道以及沿烟气流向依次设置在所述烟道内的原料预热器、蒸汽过热器、高温空气预热器、对流蒸发器、省煤器和低温空气预热器，其中：
所述省煤器的管程的进口外接除氧器或除氧水预热器，所述省煤器的管程的出口通过连接管路与所述余热锅炉汽包相连；
所述省煤器的壳程前后端通过烟道与对流蒸发器和低温空气预热器相连；
所述烟道的一端为烟气进口，另一端为烟气出口；
所述对流蒸发器的管程进、出口分别通过连接管路与所述余热锅炉汽包相连；
所述低温空气预热器的空气出口通过风道与所述高温空气预热器的空气进口相连。
上述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其中，所述省煤器采用翅片管/或光管换热器。
上述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其中，所述省煤器采用模块化结构或散装结构，所述模块化结构是指省煤器在制造厂集成安装在箱式壳体内，没有现场安装的受热面；所述散装结构是指省煤器主体受压部件工厂制造，现场组装。
上述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其中，所述低温空气预热器采用复合式水热媒高效节能空预器或超低温余热回收的高效节能预热器。
上述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其中，所述原料预热器采用光管或翅片管换热器；
所述蒸汽过热器采用光管或翅片管换热器；
所述高温空气预热器采用管式或板式间壁式换热器；
所述对流蒸发器采用光管或翅片管换热器。
上述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其中，所述原料预热器、蒸汽过热器、高温空气预热器、对流蒸发器和/或低温空气预热器采用模块化结构。
本实用新型的带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，排烟温度低、余热回收效率高，与现有技术相比，具有以下收益：
通过增加省煤器，恰好弥补了部分中品位热源现有受热面(对流蒸发器和低温空气预热器)不能有效吸收并高效利用的困难，增加了烟气余热回收系统中的中位冷源(省煤器给水)，可以使烟气余热梯度利用，降低排烟温度20℃～50℃，制氢转化炉的热效率提高2～5％。进一步，根据本实用新型的技术方案，可在不改变现有烟气余热回收系统的情况下，仅通过增加省煤器，获得所述技术效果。根据本实用新型的技术方案，在几乎不增加运行成本的情况下，实现了节能减排。
附图说明
图1为现有技术中的制氢转化炉烟气余热回收系统的示意图；
图2为本实用新型的带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
请参阅图2，本实用新型的最佳实施例，一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，包括余热锅炉汽包11、烟道9以及沿烟气流向依次设置在烟道9内的原料预热器I2、原料预热器II3、蒸汽过热器4、高温空气预热器5、对流蒸发器6、省煤器7和低温空气预热器8。
烟道9的一端为烟气进口1，另一端为烟气出口10。对流蒸发器6的管程进、出口分别通过连接管路12与余热锅炉汽包11相连。省煤器7的管程的进口外接除氧器或除氧水预热器，省煤器7的管程的出口通过连接管路与余热锅炉汽包11相连。省煤器7的壳程前后端通过烟道9一一对应地与对流蒸发器6和低温空气预热器8 相连；低温空气预热器8的空气出口通过风道与高温空气预热器5的空气进口13 相连。
省煤器7采用翅片管换热器。省煤器7采用模块化结构或散装结构，所述模块化结构是指省煤器在制造厂全部受压元件(管束和集箱等)集成安装在箱式壳体内，没有现场安装的受热面；所述散装结构是指省煤器主体受压部件工厂制造，现场组装。
原料预热器I2和原料预热器II3采用肋片管换热器；蒸汽过热器4采用光管换热器；高温空气预热器5采用螺旋管间壁式换热器；对流蒸发器6采用翅片管换热器。低温空气预热器采用复合式水热媒高效节能空预器。低温空气预热器是克服了低温露点腐蚀的能把低温烟气余热最大化吸收利用的高效空气预热器。
本实用新型的带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，原料预热器I2、原料预热器II3、蒸汽过热器4、高温空气预热器5、对流蒸发器6和/或低温空气预热器8可以根据需要采用模块化结构，各模块化结构通过中间连接烟道连接。
省煤器7主要功能为吸收烟气余热，省煤器7吸收的烟气余热是指对流蒸发器 6排出至低温空气预热器8之间的烟气余热，该部分烟气余热因装置参数决定了利用对流蒸发器和低温空气预热器无法吸收。省煤器7位于对流蒸发器6和低温空气预热器8之间，省煤器7把从除氧器或除氧水预热器来的锅炉给水预热至饱和温度或略欠饱和后送入余热锅炉汽包11。
本实用新型的带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，原料预热器I2、原料预热器II3、蒸汽过热器4、高温空气预热器5、对流蒸发器6、省煤器7、低温空气预热器8各段受热面均根据烟气特性、温度区间利用窄点技术优化设计，合理布置各段受热面的位置及温度区间，做到能量逐级合理有效利用，使能源效能最大化。
本实用新型的带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，在使用时，自制氢转化炉出来的高温烟气从烟气进口1进入烟道9，然后依次经原料预热器I2、原料预热器II3、蒸汽过热器4、高温空气预热器5、对流蒸发器6、省煤器7、低温空气预热器8进行烟气余热回收，最后经烟气出口10排入烟囱。
自除氧器或除氧水预热来的锅炉给水先经省煤器7吸热，然后进入余热锅炉汽包11，汽包内饱和水经连接管路12进入对流蒸发器6，饱和水吸热后经连接管路 12进入余热锅炉汽包11产汽。
在本实施例中，自制氢转化炉出来的高温烟气约900～1100℃，经过原料预热器I2烟气余热回收后温度降低至800℃左右；经原料预热器II3余热回收后烟气温度降低至700℃左右；经过蒸汽过热器4余热回收后烟气温度降低至650℃左右；经过高温空气预热器5余热回收后烟气温度降低至550℃左右；经过对流蒸发器6余热回收后烟气温度降低至300℃左右；经过省煤器7余热回收后烟气温度降低至 240℃左右；最后经过低温空气预热器8余热回收后烟气温度降低至120℃左右去烟囱排出。
相对于一般制氢转化炉余热回收系统，在本实用新型中，主要增加了省煤器7。当不增加省煤器7时，300℃的烟气直接加热常温空气，烟气空气温差较大，虽然可以利用，但㶲损较大；另外，由于空气量是烟气量的70％，如果没有省煤器7，烟气温度最大限度只能降低至170℃左右。当增加省煤器7后，从除氧器或除氧水预热器来的除氧水(104℃以上)适合吸收300℃至200℃左右的烟气余热，其吸收的烟气余热被利用进入余热锅炉汽包，提高了余热锅炉中压蒸汽产量。
本实用新型的低温空气预热器采用复合式水热媒高效节能空预器或超低温余热回收的高效节能预热器。
本实用新型的带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，增加省煤器后可以将转化炉的烟气余热深度利用，可以将烟气温度在普通余热回收系统基础上降至20～ 50℃，使转化炉热效率可以提高2～5％，大大降低装置能耗。在本设计中，利用窄点技术，合理选择冷源，利用不同温位的烟气余热来加热不同冷源介质，使能量按从高到底充分利用。
综上所述，本实用新型的带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，根据烟气特性、温度区间利用窄点技术优化设计，合理布置各段受热面的位置及温度区间，在对流蒸发器和低温空气预热器间增加一省煤器，用以吸收对流蒸发器和低温空预器之间的中品质热源；做到能量逐级合理有效利用，使能源效能最大化；排烟温度更低、余热回收效率更高。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其特征在于，包括余热锅炉汽包、中间连接烟道以及沿烟气流向依次设置原料预热器、蒸汽过热器、高温空气预热器、对流蒸发器、省煤器和低温空气预热器，其中：
所述省煤器的管程的出口通过连接管路与所述余热锅炉汽包相连；
所述省煤器壳程前后通过中间连接烟道与对流蒸发器和低温空气预热器相连；
所述对流蒸发器的管程进、出口分别通过连接管路与所述余热锅炉汽包相连；
所述低温空气预热器的空气出口通过风道与所述高温空气预热器的空气进口相连。
2.根据权利要求1所述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述省煤器采用翅片管/或光管换热器。
3.根据权利要求1所述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述省煤器采用模块化结构或散装结构。
4.根据权利要求1所述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述低温空气预热器采用复合式水热媒空预器或超低温余热回收的预热器。
5.根据权利要求1所述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述原料预热器采用光管或翅片管换热器；
所述蒸汽过热器采用光管或翅片管换热器；
所述高温空气预热器采用管式或板式间壁式换热器；
所述对流蒸发器采用光管或翅片管换热器。
6.根据权利要求1所述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述原料预热器、蒸汽过热器、高温空气预热器、对流蒸发器和/或低温空气预热器采用模块化结构。
7.根据权利要求1所述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述省煤器的管程的进口外接除氧器或除氧水预热器。
8.根据权利要求1所述的一种带省煤器的制氢转化炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述烟道的一端为烟气进口，另一端为烟气出口。
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