專利名稱：一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種天然氣制氫裝置用的蒸汽發(fā)生器。
背景技術(shù)：
天然氣制氫裝置是指在高溫、高壓的條件下，以天然氣、油田氣、焦?fàn)t氣、煉廠尾氣 或輕油為原料，借助轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)鎳基催化劑的作用，促使原料氣與水蒸氣在轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)部 進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)制取合成氨原料氣(即氫氣)的化工裝置。 根據(jù)天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制取氫氣的工藝要求，需要原料氣與蒸汽在混合前就已經(jīng) 分別加壓到2. 0MPa(A)左右，混合后在2. 0 4. 0MPa(A)的壓力和700 80(TC的高溫下 進(jìn)行反應(yīng)，這要求天然氣制氫裝置具備專門的滿足天然氣制氫壓力要求的蒸汽發(fā)生裝置或 蒸汽加壓設(shè)備(針對具備生產(chǎn)蒸汽，但蒸汽壓力不能滿足天然氣制氫對蒸汽的壓力要求)。 裝置運(yùn)行期間，可用裝置自帶的廢熱鍋爐來回收裝置熱能，產(chǎn)生蒸汽，但是在設(shè)備剛開始運(yùn) 行時，就需要獨(dú)立的蒸汽發(fā)生裝置。 現(xiàn)國內(nèi)外有多種類型的蒸汽發(fā)生器，一種是采用熱載體(如熱油)作為熱源來產(chǎn) 生蒸汽，工作原理為熱油部分為高溫導(dǎo)熱油通過熱油泵或直接由熱載體加熱爐進(jìn)入蒸汽 發(fā)生器的管束內(nèi)。管內(nèi)熱量以一定流量溫度通過管壁將熱量傳遞給管外鍋水，將水加熱，導(dǎo) 熱油被降溫，重新回到加熱爐，使之循環(huán)使用，蒸汽發(fā)生器應(yīng)用軟化水，如能經(jīng)過預(yù)熱則蒸 發(fā)量可提高。水從底部進(jìn)入蒸發(fā)器，水在自然對流下加熱在受熱面上產(chǎn)生蒸汽，通過水下孔 板及均汽孔板變成不飽和蒸汽，送到分汽包，提供生產(chǎn)、生活用氣，但是這種以熱油為熱載 體的蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的高溫蒸汽壓力只有0. 8 1. OMPa(A)，此壓力下的蒸汽無法滿足天 然氣制氫裝置的需要，且價格高，會在很大程度上增加裝置成本；另外一種為以電能為能源 的蒸汽發(fā)生器，這是一種通過電熱元件加熱在密閉容器內(nèi)的水以產(chǎn)生一定壓力的蒸汽發(fā)生 設(shè)備.具有體積小.無污染.全自動控制.安全可靠.使用靈活等特點(diǎn)，這種類型的蒸汽 發(fā)生設(shè)備同樣具備造價高的特點(diǎn)，而且由于使用電能，在天然氣制氫裝置中要特別注意防 爆的問題，要額外增加防爆設(shè)備及裝置，又會增加一定成本。這兩種類型的蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生 的壓力均為l.OMPa(A) —下，還必須增加蒸汽加壓裝置才能夠滿足天然氣制氫對原料之一 的水蒸氣的要求，且蒸汽溫度有限。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有蒸汽發(fā)生器成本高、造價大、產(chǎn)生的蒸汽壓力低的 問題，提供一種具有改進(jìn)的蒸汽發(fā)生器，與現(xiàn)有的蒸汽發(fā)生器相比，造價更低、產(chǎn)生的蒸汽 壓力也完全能夠滿足天然氣制氫裝置對原料水蒸氣的要求。
本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) —種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，包括燃燒器和蒸汽產(chǎn)生裝置，還包括煙道，所 述蒸汽產(chǎn)生裝置包括過熱蒸汽預(yù)熱器和飽和蒸汽預(yù)熱器，所述燃燒器生成的高溫?zé)煔馔ㄟ^ 煙道依次向過熱蒸汽預(yù)熱器、飽和蒸汽預(yù)熱器傳遞熱量。
3[0008] 所述煙道內(nèi)近出口端設(shè)置有空氣預(yù)熱器。 所述煙道內(nèi)壁涂覆有耐火隔熱層。 所述燃燒器本體上設(shè)置有自吸風(fēng)口和助燃空氣強(qiáng)制送風(fēng)口 。 所述飽和蒸汽預(yù)熱器的飽和蒸汽出口與過熱蒸汽預(yù)熱器的進(jìn)口連通。 所述過熱蒸汽預(yù)熱器設(shè)置在煙道內(nèi)的近入口端。 所述過熱蒸汽預(yù)熱器由換熱管彎制成的螺旋盤管構(gòu)成。 所述飽和蒸汽預(yù)熱器包括通過管道連通的上聯(lián)箱和下聯(lián)箱，其中上聯(lián)箱分別設(shè)置 有鍋爐水進(jìn)口和飽和蒸汽出口，下聯(lián)箱設(shè)置有出液口 ；上聯(lián)箱的下部通過鍋爐水下降管與 下聯(lián)箱連通，下聯(lián)箱的上部通過蒸汽上升管與上聯(lián)箱連通。 所述空氣預(yù)熱器由空氣進(jìn)氣管、與空氣進(jìn)氣管交叉連通的空氣進(jìn)口匯集管、多組 與空氣進(jìn)口匯集管交叉連通的換熱管、與換熱管另一端連通的預(yù)熱空氣匯集管、與預(yù)熱空 氣匯集管交叉連通的預(yù)熱空氣出口管構(gòu)成。 所述飽和蒸汽預(yù)熱器的上聯(lián)箱上還設(shè)置有安全閥接口、液位計(jì)接口和壓力表接 □。 本實(shí)用新型采用分段利用燃燒后的煙氣熱量，煙氣先經(jīng)由過熱蒸汽預(yù)熱器，再經(jīng) 由飽和蒸汽預(yù)熱器，再經(jīng)由空氣預(yù)熱器，而鍋爐水先在飽和蒸汽預(yù)熱器內(nèi)加熱，再由過熱蒸 汽預(yù)熱器加熱，而空氣預(yù)熱器用來預(yù)熱反應(yīng)所需的空氣，可以提高整個蒸汽發(fā)生器的熱能 利用率，而飽和蒸汽預(yù)熱器，可以將鍋爐水預(yù)熱為整個系統(tǒng)壓力下的飽和蒸汽，再由過熱蒸 汽預(yù)熱器繼續(xù)加熱為過熱蒸汽，再與原料天然氣混合后，混合氣的溫度滿足整個反應(yīng)的溫 度條件。

本實(shí)用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中 圖1是本實(shí)用新型的蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型中的空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是本實(shí)用新型中的飽和蒸汽預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中標(biāo)號1是煙囪擋板、2是煙囪、3是煙道、4是空氣預(yù)熱器、401是換熱管、402 是空氣進(jìn)口匯集管、403是空氣進(jìn)氣管、404是預(yù)熱空氣匯集管、405是預(yù)熱空氣出口管、5是 耐火隔熱層、6是飽和蒸汽預(yù)熱器、601是浮筒液位計(jì)接口 、602是飽和蒸汽出口 、603是上聯(lián) 箱、604是安全閥接口 、605是壓力表接口 、606是鍋爐水進(jìn)口 、607是鍋爐水下降管、608是蒸 汽上升管、609是下聯(lián)箱、610是出液口 、7是支撐、8是過熱蒸汽出口 、9是燃燒器、10是燃?xì)?入口 、 11是燃燒器點(diǎn)火口 、 12是助燃空氣入口 、 13是過熱蒸汽預(yù)熱器、14是上聯(lián)箱的液位控 制裝置。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。 如圖l所示，天然氣制氫裝置用的蒸汽發(fā)生器包括燃燒器9和蒸汽發(fā)生裝置，蒸汽 發(fā)生裝置包括依次級聯(lián)的飽和蒸汽預(yù)熱器6和過熱蒸汽預(yù)熱器13。 如圖1所示，燃燒器9的本體上開設(shè)有自吸風(fēng)口 (圖1中未示出)，燃燒器9的入口管道上分別設(shè)置有燃?xì)馊肟?10、助燃空氣進(jìn)口 12和燃燒器點(diǎn)火口 11。燃燒器9的煙氣 出口端與煙道3的入口端連通。 過熱蒸汽預(yù)熱器13設(shè)置在煙道3內(nèi)的近入口端處，過熱蒸汽預(yù)熱器13的蒸汽進(jìn) 口與飽和蒸汽預(yù)熱器6的飽和蒸汽出口 602連通，由飽和蒸汽預(yù)熱器6加熱過的飽和蒸汽 由飽和蒸汽出口 602進(jìn)入過熱蒸汽預(yù)熱器13繼續(xù)加熱后，由過熱蒸汽預(yù)熱器13的過熱蒸 汽出口 8排出。 在煙道3內(nèi)，飽和蒸汽預(yù)熱器6的換熱部件位于過熱蒸汽預(yù)熱器13的后方，即高 溫?zé)煔庠跓煹?內(nèi)先經(jīng)過過熱蒸汽預(yù)熱器13，再經(jīng)過飽和蒸汽預(yù)熱器6 ;見圖1，在煙道3 內(nèi)，空氣預(yù)熱器4位于飽和蒸汽預(yù)熱器6的后方。 從圖1可見，煙道3的末端設(shè)置有煙囪2與其連通，煙囪2的外端設(shè)置有煙囪擋板 1，以防止雨水或者其他雜質(zhì)進(jìn)入煙道3內(nèi)。 空氣預(yù)熱器4的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由空氣進(jìn)氣管403、與空氣進(jìn)氣管403交叉連通 的空氣進(jìn)口匯集管402、多組與空氣進(jìn)口匯集管402交叉連通的換熱管401、與換熱管401 另一端連通的預(yù)熱空氣匯集管404、與預(yù)熱空氣匯集管404交叉連通的預(yù)熱空氣出口管405 構(gòu)成。本實(shí)施例中的交叉連通是指兩個管道之間不是頭尾依次連通的結(jié)構(gòu)，而是一根管道 與另一根管道的管體中部連通，兩者呈角度布置，一個優(yōu)選的實(shí)施方式則是兩者彼此垂直， 如圖2所示的空氣進(jìn)氣管403與空氣進(jìn)口匯集管402的中部連通，兩者垂直交叉相通?？?氣進(jìn)口匯集管402與多組換熱管401的連通結(jié)構(gòu)與之類似，其中至少有換熱管401位于煙 道3內(nèi)，參與熱量交換。 如圖l所示，空氣預(yù)熱器4內(nèi)的空氣流動方向?yàn)樯线M(jìn)下出，即與煙氣相反，這種逆 向流動的換熱方式會有效地增加換熱效果，這組空氣預(yù)熱器共有7根換熱管401，位于煙道 3以內(nèi)，材料為普通不銹鋼。 如圖3所示，飽和蒸汽預(yù)熱器6包括上聯(lián)箱603，換熱管和下聯(lián)箱609以603及其 他一些附件。 上聯(lián)箱603包括一個臥式容器，以及與該容器連通的鍋爐水進(jìn)口 606、飽和蒸汽出 口 602、安全閥接口 604、壓力表接口 605、浮筒液位接口 601，如圖1所示，浮筒液位計(jì)接口 601連接有液位控制裝置，以檢測控制飽和蒸汽預(yù)熱器6內(nèi)的液位。安全閥、壓力表可以分 別通過安全閥接口 604、壓力表接口 605與上聯(lián)箱603連通，以提高設(shè)備的安全性。 下聯(lián)箱609包括一個臥式容器和與該容器連通的出液口 610。 上聯(lián)箱603、下聯(lián)箱609之間以37根換熱管相互連接，其中36根換熱管(6排，每排 6根，6排相互錯列)為蒸汽上升管608，位于最下方的另一根換熱管為鍋爐水下降管607， 上聯(lián)箱603、下聯(lián)箱609位于煙道3外，37根換熱管穿過煙道3，在煙道3內(nèi)的換熱管部分吸 收煙氣放出的熱量，使鍋爐水變相為氣態(tài)，成為在系統(tǒng)壓力下的飽和蒸汽，并從飽和蒸汽預(yù) 熱器6的上聯(lián)箱603位于上部的飽和蒸汽出口 602排出進(jìn)入過熱蒸汽預(yù)熱器13。 在上聯(lián)箱603上部設(shè)置的液位控制裝置用來控制上聯(lián)箱603的液位，因?yàn)榇艘何?指標(biāo)對于蒸汽發(fā)生器的正常運(yùn)行時非常重要的，如果液位過低或者上聯(lián)箱603內(nèi)無液將會 使飽和蒸汽預(yù)熱器6處于"干燒"的狀態(tài)，這種狀況對該組預(yù)熱器將是非常危險的。整個飽 和蒸汽預(yù)熱器6的壓力由安全閥控制，并通過壓力表可以直接讀取飽和蒸汽預(yù)熱器6的壓 力值。
5[0036] 過熱蒸汽預(yù)熱器13是有一根換熱管經(jīng)過彎制成為螺旋盤管，整個螺旋盤管都在 煙道3以內(nèi)，飽和蒸汽進(jìn)口和過熱蒸汽出口 8都在煙道3外部，由飽和蒸汽出口 602出來的 飽和蒸汽從過熱蒸汽預(yù)熱器13的蒸汽進(jìn)口通過螺旋盤管，通過高溫?zé)煔饧訜岢蔀檫^熱蒸 汽。 如圖l所示，整個蒸汽發(fā)生器由支撐7進(jìn)行支撐。 如圖1所示，由于燃燒后產(chǎn)生的煙氣溫度高，為了起到耐火和隔熱的雙重作用，并 能滿足長期使用的要求，整個煙道3的內(nèi)部采用了涂覆有耐火隔熱層5構(gòu)成爐墻，該爐墻的 結(jié)構(gòu)和材料可以滿足相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。 從圖1可以看出，蒸汽發(fā)生器煙道中分布著3組預(yù)熱器，分別是空氣預(yù)熱器4、飽 和蒸汽預(yù)熱器6和過熱蒸汽預(yù)熱器13，這3組預(yù)熱器的作用分別為空氣預(yù)熱器4用來預(yù) 熱反應(yīng)所需的空氣，通過預(yù)熱空氣可以提高整個蒸汽發(fā)生器的熱能利用率；飽和蒸汽預(yù)熱 器6，將鍋爐水預(yù)熱為整個系統(tǒng)壓力下的飽和蒸汽；過熱蒸汽預(yù)熱器管13，將飽和蒸汽預(yù)熱 器中的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過熱蒸汽(大約80(TC)，此溫度下的過熱蒸汽與原料天然氣混 合后，混合氣的溫度就可以滿足整個反應(yīng)的溫度條件了 。 空氣的進(jìn)氣方式既有自吸式又有強(qiáng)制鼓風(fēng)(通過鼓風(fēng)機(jī)向燃燒器送風(fēng))，燃料氣 在燃燒器9內(nèi)的燃燒道內(nèi)燃燒，燃料氣燃燒后的煙氣溫度可以高達(dá)IIO(TC，燃燒火焰被限 定在燃燒道以內(nèi)，以此保證火焰不會"舔"到蒸汽發(fā)生器內(nèi)其他部件，從而對這些部件造成 機(jī)械損傷。 燃燒器9本體上的自吸風(fēng)口 ，燃燒器工作時，通過燃燒器上的小孔自吸式進(jìn)風(fēng)，同 時通過助燃空氣進(jìn)口 12強(qiáng)制送風(fēng)，燃料天然氣燃燒后放出的煙氣溫度高達(dá)110(TC。高溫?zé)?氣依次通過過熱蒸汽預(yù)熱器13、飽和蒸汽預(yù)熱器6和空氣預(yù)熱器4，煙氣在煙閨2的抽力作 用下被抽出煙道3。煙道3內(nèi)三組換熱器內(nèi)的流體吸收煙氣的熱量，分別將常溫空氣預(yù)熱 為20(TC左右的預(yù)熱空氣、將鍋爐水預(yù)熱為2. OMPa(A)壓力下、大約220°C的飽和蒸汽，將此 飽和蒸汽繼續(xù)過熱為80(TC的過熱蒸汽，飽和水通過鍋爐水進(jìn)口 602進(jìn)入(飽和蒸汽預(yù)熱 器6，通過預(yù)熱成為飽和蒸汽，該飽和蒸汽從飽和蒸汽出口 602排出，進(jìn)入過熱蒸汽預(yù)熱器 13，在過熱蒸汽預(yù)熱器中繼續(xù)預(yù)熱為過熱蒸汽，過熱蒸汽從件號過熱蒸汽出口 8排出，完成 蒸汽產(chǎn)生的過程。 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。 本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，包括燃燒器和蒸汽產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包括煙道，所述蒸汽產(chǎn)生裝置包括過熱蒸汽預(yù)熱器和飽和蒸汽預(yù)熱器，所述燃燒器生成的高溫?zé)煔馔ㄟ^煙道依次向過熱蒸汽預(yù)熱器、飽和蒸汽預(yù)熱器傳遞熱量。
2. 如權(quán)利要求1所述一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述煙道內(nèi)近 出口端設(shè)置有空氣預(yù)熱器。
3. 如權(quán)利要求1所述一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述煙道內(nèi)壁 涂覆有耐火隔熱層。
4. 如權(quán)利要求1所述一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述燃燒器本 體上設(shè)置有自吸風(fēng)口和助燃空氣強(qiáng)制送風(fēng)口 。
5. 如權(quán)利要求1或2或3或4所述一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所 述飽和蒸汽預(yù)熱器的飽和蒸汽出口與過熱蒸汽預(yù)熱器的進(jìn)口連通。
6. 如權(quán)利要求5所述一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述過熱蒸汽 預(yù)熱器設(shè)置在煙道內(nèi)的近入口端。
7. 如權(quán)利要求6所述一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述過熱蒸汽 預(yù)熱器由換熱管彎制成的螺旋盤管構(gòu)成。
8. 如權(quán)利要求5所述一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述飽和蒸汽 預(yù)熱器包括通過管道連通的上聯(lián)箱和下聯(lián)箱，其中上聯(lián)箱分別設(shè)置有鍋爐水進(jìn)口和飽和蒸 汽出口，下聯(lián)箱設(shè)置有出液口 ；上聯(lián)箱的下部通過鍋爐水下降管與下聯(lián)箱連通，下聯(lián)箱的上 部通過蒸汽上升管與上聯(lián)箱連通。
9. 如權(quán)利要求8所述一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述空氣預(yù)熱 器由空氣進(jìn)氣管、與空氣進(jìn)氣管交叉連通的空氣進(jìn)口匯集管、多組與空氣進(jìn)口匯集管交叉 連通的換熱管、與換熱管另一端連通的預(yù)熱空氣匯集管、與預(yù)熱空氣匯集管交叉連通的預(yù) 熱空氣出口管構(gòu)成。
10. 如權(quán)利要求9所述一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述飽和蒸汽 預(yù)熱器的上聯(lián)箱上還設(shè)置有安全閥接口 、液位計(jì)接口和壓力表接口 。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種天然氣制氫裝置用蒸汽發(fā)生器，目的是解決現(xiàn)有蒸汽發(fā)生器成本高、造價大、產(chǎn)生的蒸汽壓力低的問題，包括燃燒器和蒸汽產(chǎn)生裝置，還包括煙道，所述蒸汽產(chǎn)生裝置包括過熱蒸汽預(yù)熱器和飽和蒸汽預(yù)熱器，所述燃燒器生成的高溫?zé)煔馔ㄟ^煙道依次向過熱蒸汽預(yù)熱器、飽和蒸汽預(yù)熱器傳遞熱量。與現(xiàn)有的蒸汽發(fā)生器相比，造價更低，產(chǎn)生的蒸汽壓力也完全能夠滿足天然氣制氫裝置對原料水蒸汽的要求。
文檔編號F22B33/00GK201517766SQ20092031119
公開日2010年6月30日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者杜雯雯, 王業(yè)勤, 解東來 申請人:四川亞聯(lián)高科技股份有限公司