合成氨換熱式轉化爐和二段爐夾套水循環利用系統的製作方法

2023-05-26 14:32:56 2

本實用新型涉及一種合成氨換熱式轉化爐和二段爐夾套水循環利用系統，屬於合成氨設備技術領域。

背景技術：

氮肥廠合成氨工藝總流程為：來自長輸管線的天然氣首先進入天然氣配氣站，天然氣在配氣站進行緩衝及調壓後進入合成氨裝置的常溫脫硫系統，然後通過天然氣壓縮，高溫脫硫，換熱式一段蒸汽轉化、二段富氧空氣轉化，一氧化碳高、低溫變換，改良熱鉀鹼法脫碳，甲烷化深度淨化去除殘餘的CO和CO2，合成氣壓縮，14.0MPa下氨合成，冷凍分離，最終得到產品液氨。

合成氨裝置造氣工序實行的是換熱式轉化工藝，即是通過向天然氣裡面加入蒸汽，混合加熱後進入換熱式轉化爐反應生成CO、CO2、H2，部分未反應的天然氣和反應後生成的CO、CO2、H2一起進入二段爐，與從空氣壓縮機來的富氧空氣混合再次進行反應，此時天然氣裡面的甲烷基本上全部轉化為CO、CO2、H2，反應後的氣體經過轉化鍋爐換熱後再進入變換工序。造氣工序主要設備是換熱式轉化爐和二段爐，由於天然氣、蒸汽和空氣在二段爐和換熱式轉化爐裡面反應會產生1000℃左右的高溫，而設備材質是16MnR，無法承受這麼高的溫度。為解決此問題，設計上是這樣實現的：在設備裡面內襯耐火材料，設備殼體外增加一層普通碳鋼做的外夾套，夾套裡面加入脫鹽水，脫鹽水吸收殼體外傳的高溫熱量，部分脫鹽水被加熱成低壓蒸汽從夾套頂部放空排掉，未產生蒸汽的脫鹽水通過夾套頂部的高位溢流回出來至收集水槽或直接排放，脫鹽水把設備殼體的熱量全部帶走，從而確保設備的生產安全，但是在現有的工藝中，脫鹽水或水蒸氣中的熱量均被大量浪費掉，不利於節能環保。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型的目的在於提供一種合成氨換熱式轉化爐和二段爐夾套水循環利用系統，充分回收利用換熱式轉化爐和二段爐的夾套水和水蒸氣的餘熱。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案為：一種合成氨換熱式轉化爐和二段爐夾套水循環利用系統，包括換熱式轉化爐和二段爐，所述換熱式轉化爐和二段爐外均設置夾套，在夾套的底部設置脫鹽水進口，在夾套的上部設置脫鹽水出口，所述換熱式轉化爐和二段爐的夾套的頂部設置水蒸汽出口，其特徵在於：所述換熱式轉化爐和二段爐的夾套的脫鹽水進口分別通過管道與夾套水泵的出水口相連，所述夾套水泵的進水口通過管道與夾套水槽相連，所述換熱式轉化爐和二段爐的夾套的脫鹽水出口通過管道與收集水槽連通，所述收集水槽通過管道與第一換熱器的熱水進口相連，所述第一換熱器的冷空氣進口與空氣壓縮機相連，所述第一換熱器的冷水出口通過管道與第一水冷器相連，所述第一水冷器的出口通過管道與夾套水槽連通；

所述換熱式轉化爐和二段爐的夾套的水蒸氣出口分別通過管道與第二換熱器的蒸汽進口相連，所述第二換熱器的冷空氣進口連接到空氣壓縮機，所述第二換熱器的水出口與第二水冷器的進水口相連，所述第二水冷器的出水口通過管道與蒸汽冷凝液槽相連，所述第一換熱器和第二換熱器出來的加熱後的空氣去蒸汽加熱器被繼續加熱後進入二段爐反應。

在上述方案中：所述蒸汽冷凝液槽內的蒸汽冷凝水通過蒸汽冷凝液泵輸送到鍋爐，作為鍋爐補水使用。

採用上述方案，脫鹽水將換熱式轉化爐和二段爐的熱量帶走，與此同時，脫鹽水本身被加熱至90-100℃，一部分變成水蒸氣從夾套的頂部出來，通過第二換熱器將熱量傳遞給來自空壓機的空氣，對空氣進行預熱，預熱後的空氣去蒸汽加熱器被繼續加熱，加熱後的空氣進入二段爐反應。被冷凝的水蒸氣再次經過第二水冷器被循環水冷卻，最後被收集，因為蒸汽冷凝水的水質好，可作為鍋爐補水用。

沒有變為蒸汽的脫鹽水從夾套的上部的脫鹽水出口溢流出來，進入收集水槽，然後進入第一換熱器，在第一換熱器，脫鹽水被冷卻至40-50℃，同時，將來自空氣壓縮機的空氣加熱，加熱後的空氣去蒸汽加熱器被繼續加熱，加熱後的空氣進入二段爐反應。脫鹽水則進入第一水冷器，被循環水冷卻後回到夾套水槽，繼續循環冷卻換熱式轉化爐和二段爐。

在上述方案中：為了便於控制整個系統，所述換熱式轉化爐和二段爐的夾套的脫鹽水進口與夾套水泵相連的管道上、夾套水泵與夾套水槽相連的管道上均設置有閥門，所述換熱式轉化爐和二段爐的夾套的脫鹽水出口與收集水槽相連的管道上、收集水槽與第一換熱器相連的管道上、第一換熱器與第一水冷器相連的管道上、第一水冷器與夾套水槽相連的管道上也均設置有閥門。所述換熱式轉化爐和二段爐的夾套的水蒸氣出口與第二換熱器相連的管道上設置蒸汽閥門，所述第二換熱器與第二水冷器相連的管道上、所述第二水冷器與蒸汽冷凝液槽相連的管道上均設置有閥門。

有益效果：本實用新型設計合理，結構簡單，通過換熱器充分利用夾套水和水蒸氣的餘熱對反應空氣進行預熱，節能環保。

附圖說明

圖1為本實用新型的工藝流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：

實施例1，如圖1所示：本實用新型的合成氨換熱式轉化爐和二段爐夾套水循環利用系統由換熱式轉化爐1、二段爐2、夾套水泵3、夾套水槽4、收集水槽5、第一換熱器6、第一水冷器7、第二換熱器8、第二水冷器9、蒸汽冷凝液槽10、蒸汽冷凝液泵11、閥門12、蒸汽閥門13等部件組成。

換熱式轉化爐1和二段爐2外均設置夾套，在夾套的底部設置脫鹽水進口，在夾套的上部設置脫鹽水出口，換熱式轉化爐1和二段爐2的夾套的頂部設置水蒸汽出口，換熱式轉化爐1和二段爐2的夾套的脫鹽水進口分別通過管道與夾套水泵3的出水口相連，夾套水泵3的進水口通過管道與夾套水槽4相連，換熱式轉化爐1和二段爐2的夾套的脫鹽水出口通過管道與收集水槽5連通，收集水槽5通過管道與第一換熱器6的熱水進口相連，第一換熱器6的冷空氣進口與空氣壓縮機相連，第一換熱器6的冷水出口通過管道與第一水冷器7相連，第一水冷器7的出口通過管道與夾套水槽連通。

換熱式轉化爐1和二段爐2的夾套的水蒸氣出口分別通過管道與第二換熱器8的蒸汽進口相連，換熱式轉化爐1和二段爐2的夾套的水蒸氣出口與第二換熱器8相連的管道上設置蒸汽閥門13，第二換熱器8的冷空氣進口連接到空氣壓縮機，第二換熱器8的水出口與第二水冷器9的進水口相連，第一水冷器7和第二水冷器9的冷卻水來自循環水系統。第二水冷器9的出水口通過管道與蒸汽冷凝液槽10相連，蒸汽冷凝液槽10內的蒸汽冷凝水通過蒸汽冷凝液泵11輸送到鍋爐，作為鍋爐用水使用。第一換熱器6和第二換熱器8出來的加熱後的空氣去蒸汽加熱器被繼續加熱，加熱後作為反應氣進入二段爐反應。

換熱式轉化爐1和二段爐2的夾套的脫鹽水進口與夾套水泵3相連的管道上、夾套水泵3與夾套水槽4相連的管道上均設置有閥門12，換熱式轉化爐1和二段爐2的夾套的脫鹽水出口與收集水槽5相連的管道上、收集水槽5與第一換熱器6相連的管道上、第一換熱器6與第一水冷器7相連的管道上、第一水冷器7與夾套水槽4相連的管道上也均設置有閥門12。第二換熱器8與第二水冷器9相連的管道上、第二水冷器9與蒸汽冷凝液槽10相連的管道、蒸汽冷凝液槽10與蒸汽冷凝液泵11相連的管道上均設置有閥門12。

本實用新型不局限於上述具體實施例，應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本實用新型的構思做出諸多修改和變化。總之，凡本技術領域中技術人員依本實用新型的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。