CN220380352U - 一种多效集成管式换热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多效集成管式换热器，包括换热Ⅰ室、换热Ⅱ室、换热Ⅲ室和换热Ⅳ室；换热Ⅰ室包括：壳体、废烟气管束Ⅰ、废烟气管束Ⅱ、转化气管束、废锅水导流管和蒸汽气包；换热Ⅱ室包括：废烟气隔热腔、废烟气壳程筒、原料气蒸汽混合气绕管和原料气盘管；换热Ⅲ室包括分别设置于壳体外两端的废烟气连接腔和废烟气出口腔；换热Ⅳ室包括设置于壳体外一端的调节管箱，调节管箱的侧面设置有转化气出口。本实用新型的多效集成管式换热器，适用于天然气制氢工艺中热量回收，采用类釜式换热器，将多管束、多介质、多重热交换集成于一体，能够使装置的占地面积最小化以及换热效率的最大化。
Description
技术领域
本实用新型涉及换热器技术领域，尤其涉及一种多效集成管式换热器。
背景技术
换热器又称热交换器，主要是将热流体中的部分热量传递给冷流体，促使流体温度达到工艺流程所规定的指标热量，属于一种热量交换设备。换热器的种类繁多，不同类型换热器的使用功能以及适用范围上存在一定差异，因此要求相关设计人员在化工生产过程中对化工工况以及工艺流程特点进行准确把握，积极设计最适宜的换热器来促进化工生产的顺利进行。
参考图3，天然气制氢工艺流程主要包括：
原料天然气预处理：原料天然气预处理主要是将原料天然气中的硫去除；原料天然气预处理的工艺流程中，先天然气预热至300℃～400℃，采用钴钼加氢催化剂及氧化锌作为脱硫剂，将原料天然气中的有机硫转化为无机硫再进行去除。
天然气蒸汽转化：脱硫后的天然气和蒸汽需预热到520℃～600℃，进入到转化炉，再转化炉中采用镍系催化剂，该过程生成的转化气为：CO、CO2、CH4以及水蒸气；其中，预热需要的热量来源是燃料气，燃料气大部分来源是原料天然气燃烧，此燃烧过程会产生800℃～900℃的废烟气。
变换反应：产生的转化气温度大约在730℃～860℃左右，经过汽化器换热后，降低温度进入变换流程，变换的反应温度为320℃～360℃；CO再催化剂存在的条件下和水蒸气反应，从而生成的氢气和二氧化碳为变换气，变换气经过热交换回收部分预热，再经冷却器冷却后进入PSA纯化步骤。
氢气提纯：目前比较常用的一种氢气提纯的方式是PSA系统，也叫变压吸附净化分离系统，在吸附塔内通过内置的分子筛吸附掉氢气以外的杂质(CO、CO2、CH4、H2O等)，杂质解析后至转化炉中作为燃料气，这种系统能耗低、流程简单、制取氢气的纯度较高；其中，转化炉中产生的废烟气热量通过与原料天然气和天然气蒸汽混合气换热后，热有很大的余热，传统的方式是将富余的烟气通过废热锅炉和空气热交换器后由烟囱排出。
在传统的天然气制氢工艺系统中，工艺流程中涉及的多个换热步骤，需要采用多台换热设备，占用过多的空间，设备成本大，能量浪费，配管成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术问题，提供一种多效集成管式换热器。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
提供一种多效集成管式换热器，包括换热Ⅰ室、换热Ⅱ室、换热Ⅲ室和换热Ⅳ室；
所述换热Ⅰ室包括：壳体，设置在所述壳体内部的废烟气管束Ⅰ、废烟气管束Ⅱ、转化气管束和废锅水导流管，以及设置在所述壳体顶部的蒸汽气包；
所述换热Ⅱ室包括：设置在所述壳体内部的废烟气隔热腔，设置于所述废烟气隔热腔内部的废烟气壳程筒，设置于所述废烟气壳程筒外壁的原料气蒸汽混合气绕管，设置于所述废烟气隔热腔内部的原料气盘管；所述废烟气隔热腔远离废烟气进口一端为管板结构，与所述废烟气管束Ⅰ一端连通；
所述换热Ⅲ室包括分别设置于所述壳体外两端的废烟气连接腔和废烟气出口腔；所述废烟气连接腔与所述废烟气管束Ⅰ另一端、所述废烟气管束Ⅱ一端连通；所述废烟气管束Ⅱ另一端与废烟气出口腔连通；
所述换热Ⅳ室包括设置于所述壳体外一端的调节管箱，所述调节管箱与所述转化气管束连通，所述调节管箱的侧面设置有转化气出口。
进一步地，所述壳体的两端采用椭圆形封头，封头上的开孔需进行开孔强度校核和应力分析，所述开孔为转化气管束连接孔，废烟气入口连接孔、废烟气管束Ⅰ连接孔以及废烟气管束Ⅱ连接孔。
进一步地，所述壳体侧面还设置有废烟气出口、转化气入口、原料天然气入口、原料天然气出口、天然气蒸汽混合器入口、天然气蒸汽混合器出口、烟气进口和锅炉水入口。
进一步地，所述壳体侧面还设置有远传液位计口、温度计口。
进一步地，所述废烟气隔热腔设置有隔热层，隔热层采用陶瓷纤维块，陶瓷纤维块和内壁采用T字型铆钉固定，保证陶瓷纤维块在废烟气隔热腔的内壁不掉落。
进一步地，所述废烟气壳程筒内置折流板，折流板沿轴向长度均匀布置，增加废烟气在废烟气壳程筒内的停留时间，提高换热效率。
进一步地，所述折流板呈圆缺型，与废烟气壳程筒的内壁垂直。
进一步地，所述调节管箱上设置有调节阀。
本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术优点：
本实用新型的多效集成管式换热器，适用于天然气制氢工艺中热量回收，采用类釜式换热器，将多管束、多介质、多重热交换集成于一体，能够使装置的占地面积最小化以及换热效率的最大化。
本实用新型的多效集成管式换热器，不仅将原工艺流程中的多台换热器变为一台，利用了转化反应产生的废烟气，更将副产出的蒸汽应用于其他换热流程，节省了装置的空间，降低了装置热量损失，减少能耗与工艺配管的成本，具有很大的经济型和实用性。
附图说明
图1是本实用新型多效集成管式换热器的主视示意图；
图2是本实用新型多效集成管式换热器的侧视示意图；
图3是现有技术中天然气制氢工艺流程图；
其中的附图标记为：
1-废烟气出口腔，2-隔热层，3-废烟气壳程筒，4-原料气蒸汽混合气绕管，5-换热Ⅱ室，6-原料气盘管，7-废烟气隔热腔，8-废锅水导流管，9-废烟气管束Ⅰ，10-废烟气连接腔，11-调节管箱，12-换热Ⅳ室，13-封头，14-废烟气管束Ⅱ，15-转化气管束，16-蒸汽气包，17-换热Ⅰ室，18-壳体，19-换热Ⅲ室。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本实用新型进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本实用新型，但是下述实施例并不限制本实用新型范围。
参考图1和图2，本实用新型提供了一种多效集成管式换热器，包括换热Ⅰ室17、换热Ⅱ室5、换热Ⅲ室19和换热Ⅳ室12；
换热Ⅰ室17包括：壳体18，设置在壳体18内部的废烟气管束Ⅰ9、废烟气管束Ⅱ14、转化气管束15和废锅水导流管8，以及设置在壳体18顶部的蒸汽气包16；
换热Ⅱ室5包括：设置在壳体18内部的废烟气隔热腔7，设置于废烟气隔热腔7内部的废烟气壳程筒3，设置于废烟气壳程筒3外壁的原料气蒸汽混合气绕管4，设置于废烟气隔热腔7内部的原料气盘管6；废烟气隔热腔7远离废烟气进口一端为管板结构，与废烟气管束Ⅰ9一端连通；
换热Ⅲ室19包括分别设置于壳体18外两端的废烟气连接腔10和废烟气出口腔1；废烟气连接腔10与废烟气管束Ⅰ9另一端、废烟气管束Ⅱ14一端连通；废烟气管束Ⅱ14另一端与废烟气出口腔1连通；
换热Ⅳ室12包括设置于壳体18外一端的调节管箱11，调节管箱11与转化气管束15连通，调节管箱11的侧面设置有转化气出口。
壳体18的两端采用椭圆形封头13，封头13上的开孔需进行开孔强度校核和应力分析，开孔为转化气管束15连接孔，废烟气入口连接孔、废烟气管束Ⅰ9连接孔以及废烟气管束Ⅱ14连接孔。
壳体18侧面还设置有废烟气出口、转化气入口、原料天然气入口、原料天然气出口、天然气蒸汽混合器入口、天然气蒸汽混合器出口、烟气进口和锅炉水入口。
本实用新型中，换热Ⅱ室5内的热交换：废烟气先进入废烟气壳程筒3，与天然气蒸汽混合气绕管4内的天然气蒸汽混合气、原料气盘管6内的原料气热交换后，初次降温，然后进入废烟气管束Ⅰ9中；
换热Ⅰ室17主要进行的热交换有：壳体18内的废锅水和废烟气管束Ⅰ9中的较高温度的废烟气进行热量交换，此为废烟气的一次降温，废锅水的一次升温；壳体18内的废锅水和废烟气管束Ⅱ14中经过一次降温的废烟气进行热量交换，此为废烟气的二次降温，废锅水的二次升温；壳体18内的废锅水和转化气管束15中的转化气进行热量交换。
本实用新型中，在换热Ⅰ室17壳体18顶部设置蒸汽气包16，换热器壳体18内的废锅水经过和多个管束的热交换，产生的水蒸气通过蒸汽气包16应用到转化工艺部分。
作为一个优选实施例，废烟气隔热腔7设置有隔热层2，隔热层2采用陶瓷纤维块，陶瓷纤维块和内壁采用T字型铆钉固定，保证陶瓷纤维块在废烟气隔热腔7的内壁不掉落。
作为一个优选实施例，壳体18侧面还设置有远传液位计口和温度计口，随时检测壳体内介质的状态，反馈信号在DCS系统的PID流程中显示(以上为现有技术，本实用新型不做详细叙述)，方便操作人员调控废锅水的流量。
作为一个优选实施例，废烟气壳程筒3内置折流板，折流板沿轴向长度均匀布置，增加废烟气在废烟气壳程筒3内的停留时间，提高换热效率。折流板呈圆缺型，与废烟气壳程筒3的内壁垂直。
作为一个优选实施例，调节管箱11上设置有调节阀，通过调节阀可以控制转化气气量。
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种多效集成管式换热器，其特征在于，包括换热Ⅰ室(17)、换热Ⅱ室(5)、换热Ⅲ室(19)和换热Ⅳ室(12)；
所述换热Ⅰ室(17)包括：壳体(18)，设置在所述壳体(18)内部的废烟气管束Ⅰ(9)、废烟气管束Ⅱ(14)、转化气管束(15)和废锅水导流管(8)，以及设置在所述壳体(18)顶部的蒸汽气包(16)；
所述换热Ⅱ室(5)包括：设置在所述壳体(18)内部的废烟气隔热腔(7)，设置于所述废烟气隔热腔(7)内部的废烟气壳程筒(3)，设置于所述废烟气壳程筒(3)外壁的原料气蒸汽混合气绕管(4)，设置于所述废烟气隔热腔(7)内部的原料气盘管(6)；所述废烟气隔热腔(7)远离废烟气进口一端为管板结构，与所述废烟气管束Ⅰ(9)一端连通；
所述换热Ⅲ室(19)包括分别设置于所述壳体(18)外两端的废烟气连接腔(10)和废烟气出口腔(1)；所述废烟气连接腔(10)与所述废烟气管束Ⅰ(9)另一端、所述废烟气管束Ⅱ(14)一端连通；所述废烟气管束Ⅱ(14)另一端与废烟气出口腔(1)连通；
所述换热Ⅳ室(12)包括设置于所述壳体(18)外一端的调节管箱(11)，所述调节管箱(11)与所述转化气管束(15)连通，所述调节管箱(11)的侧面设置有转化气出口。
2.根据权利要求1所述的多效集成管式换热器，其特征在于，所述壳体(18)的两端采用椭圆形封头(13)，封头(13)上的开孔需进行开孔强度校核和应力分析，所述开孔为转化气管束(15)连接孔，废烟气入口连接孔、废烟气管束Ⅰ(9)连接孔以及废烟气管束Ⅱ(14)连接孔。
3.根据权利要求1所述的多效集成管式换热器，其特征在于，所述壳体(18)侧面还设置有废烟气出口、转化气入口、原料天然气入口、原料天然气出口、天然气蒸汽混合器入口、天然气蒸汽混合器出口、烟气进口和锅炉水入口。
4.根据权利要求3所述的多效集成管式换热器，其特征在于，所述壳体(18)侧面还设置有远传液位计口、温度计口。
5.根据权利要求1所述的多效集成管式换热器，其特征在于，所述废烟气隔热腔(7)设置有隔热层(2)，隔热层(2)采用陶瓷纤维块，陶瓷纤维块和内壁采用T字型铆钉固定，保证陶瓷纤维块在废烟气隔热腔(7)的内壁不掉落。
6.根据权利要求1所述的多效集成管式换热器，其特征在于，所述废烟气壳程筒(3)内置折流板，折流板沿轴向长度均匀布置，增加废烟气在废烟气壳程筒(3)内的停留时间，提高换热效率。
7.根据权利要求6所述的多效集成管式换热器，其特征在于，所述折流板呈圆缺型，与废烟气壳程筒(3)的内壁垂直。
8.根据权利要求1所述的多效集成管式换热器，其特征在于，所述调节管箱(11)上设置有调节阀。
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