CN108275653A - 一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***及方法。包括通过管道顺序相连的第一预转化炉进料过热器、第二预转化炉进料过热器、预转化炉、第一转化炉进料过热器、第二转化炉进料过热器及转化炉，第一预转化炉进料过热器用于接收原料气或循环的氢气，转化炉用于反应制氢气，汽包还连接有烟道气进气管与高压蒸汽送气管，烟道气进气管用于接收来源于转化炉的烟道气，高压蒸汽送气管用于将汽包产生的高压蒸汽外送，汽包还设有用于烟道气循环的烟道气循环管道，烟道气循环管道上设有烟道气换热器，转化炉连接有助燃空气供应管路、高压燃料供应管路与低压解析气供应管路。本发明中转化炉烟道气热量充分回收利用，充分利用了放火炬的低压解析气。
Description
技术领域
本发明涉及HYCO装置，尤其是涉及一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***及方法。
背景技术
SMR是Steam Methane Reforming的缩写，意即蒸汽甲烷转化，是采用天然气、液化石油气或石脑油、炼油厂尾气作为原料，与水蒸气在约800～850℃的温度下，反应产生合成气(以一氧化碳和氢气为主要组分)的HyCO生产工艺。
工业生产氢气的一般工艺条件是：SMR反应生产合成气，然后CO与水进行变换反应，最后经变压吸附(Pressure Swing Adsorption.简称PSA)，制得氢气，即Reformer+变换+PSA工艺生产氢气。主要反应包括：
甲烷转化反应：CnHm+nH2O＝nCO+(m/2+n)H2
变换反应：CO+H2O＝H2+CO2
目前，上述制备氢气过程中产生的外送蒸汽利用率差，低压解析气大约有10％开度放火炬，低压燃料再放火炬，没有充分利用这股料，没有给转化炉提供更多的热量，存在能量浪费的情况。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，包括通过管道顺序相连的第一预转化炉进料过热器、第二预转化炉进料过热器、预转化炉、第一转化炉进料过热器、第二转化炉进料过热器及转化炉，
所述第一预转化炉进料过热器用于接收原料气或循环的氢气，所述转化炉用于反应制氢气，
在第一预转化炉进料过热器与第二预转化炉进料过热器之间的管路上引出预转化炉进料旁路，该预转化炉进料旁路穿过汽包后汇流至第一预转化炉进料过热器与第二预转化炉进料过热器之间的管路上，
在第一转化炉进料过热器与第二转化炉进料过热器之间的管路上引出转化炉进料旁路，该转化炉进料旁路穿过汽包后汇流至第一转化炉进料过热器与第二转化炉进料过热器之间的管路上，
所述汽包还连接有烟道气进气管与高压蒸汽送气管，所述烟道气进气管用于接收来源于转化炉的烟道气，所述高压蒸汽送气管用于将汽包产生的高压蒸汽外送，所述汽包还设有用于烟道气循环的烟道气循环管道，所述烟道气循环管道上设有烟道气换热器，
所述转化炉连接有助燃空气供应管路，在助燃空气供应管路上设置有用于对助燃空气进行预热的空气预热装置，
所述转化炉还连接有高压燃料供应管路与低压解析气供应管路。
所述空气预热装置包括设置在助燃空气供应管路上的第一助燃空气预热器与第二助燃空气预热器，在所述助燃空气供应管路上设置可以使助燃空气不通过第一助燃空气预热器的助燃空气旁路，在所述助燃空气供应管路上设置可以使助燃空气不通过第二助燃空气预热器的助燃空气旁路。
在第二助燃空气预热器前的助燃空气旁路与助燃空气供应管路的结点处至第二助燃空气预热器之间的管路上设置有助燃空气正线调节阀，所述助燃空气旁路上设置有助燃空气旁路调节阀。
在所述第一助燃空气预热器前助燃空气供应管路上设置有鼓风机与风量调节器，
所述第一助燃空气预热器还连接排气管路，所述排气管路上设置有引风机与调压阀。
第一预转化炉进料过热器与第二预转化炉进料过热器之间的管路上设有预转化炉进料正线调节阀，所述预转化炉进料旁路上设有预转化炉进料旁路调节阀。
第一转化炉进料过热器与第二转化炉进料过热器之间的管路上设有转化炉进料正线调节阀，所述转化炉进料旁路上设有转化炉进料旁路调节阀。
所述高压蒸汽送气管上顺序设置有蒸汽过热器、高压蒸汽调节阀及高压蒸汽外送流量计。
所述高压燃料供应管路上设有高压燃料进转化炉流量调节阀与高压燃料进转化炉流量计。
所述低压解析气供应管路上设有低压燃料放热火炬调节阀。
所述原料气为天然气(NG)与液化气(LPG)的混合气，还可以以石脑油、炼油厂尾气作为原料。
所述解析气是指转化炉产生的氢气在变压吸附制氢后，变压吸附环节被解析下来的一种气体，其主要成分为一氧化碳，硫化氢等气体。
基于上述***进行蒸汽转化炉烟道气热量回收利用方法，包括以下步骤：
原料气和产品循环氢气混合脱硫，脱硫之后引入第一股蒸汽进入第一预转化炉进料过热器、第二预转化炉进料过热器、预转化炉，生成H2、CO、CH4，
然后引入第二股蒸汽进入第一转化炉进料过热器、第二转化炉进料过热器及转化炉，继续反应生成H2、CO、CH4，
降温进入变换反应器，把CO和H2O继续反应生成H2、CO2，继续降温至常温进入PSA进行H2提纯，H2作为产品外送给客户，
从PSA解析出来的低压解析气作为低压燃料进转化炉燃烧，给转化炉提供热量，
第二助燃空气预热器用于实现烟道气与空气的换热，
通过调节助燃空气正线调节阀、助燃空气旁路调节阀、预转化炉进料旁路调节阀、预转化炉进料正线调节阀、转化炉进料旁路调节阀、转化炉进料正线调节阀开度充分利用烟道气的温度，从而多给汽包蒸发蒸汽，增加蒸汽外送量，
转化炉的风量由风量调节器控制，转化炉的炉膛负压控制在-20mmH2O，转化炉热量由高压燃料、低压解析气提供。
当低压燃料放热火炬调节阀开度为0％，高压燃料量控制在最低80NM/H，高压蒸汽外送量维持在3500NM/H，比没有使用本发明的技术方案前多了1000NM/H，这就是烟道气热量回收从而增加蒸汽的操作方法。
通过调节风量调节器，风量控制在14400NM/H，转化炉的炉膛负压控制在-20mmH2O，调节助燃空气正线调节阀、助燃空气旁路调节阀控制进烟道气的量来保证烟道气换热器进汽包温度高，这样产蒸汽多点。调节预转化炉进料旁路调节阀、预转化炉进料正线调节阀、转化炉进料旁路调节阀、转化炉进料正线调节阀保证原料气进汽包量多，热量也多，产蒸汽就多，原料气进转化炉温度就低，就要增加燃料量，增加低压解析气量进转化炉，低压燃料放热火炬调节阀开度保持0％，高压燃料进转化炉流量计维持在80NM/H。
本发明一种实施方法为：
1、通过关小助燃空气正线调节阀开度至20％，开助燃空气旁路调节阀开度至100％，冷的空气只有20％进入第二助燃空气预热器与烟道气换热，大部分通过助燃空气旁路调节阀，相对温度比较低的空气进入进转化炉燃烧，为保证转化炉出口达到设定温度，就要增加燃料量给转化炉提供热量，自动增加低压解析气量进转化炉燃烧来保证炉出口温度。烟道气换热器相对温度就高，到汽包温度就高，从而产出蒸汽就多点。
2、继续调整：开大预转化炉进料旁路调节阀开度，预转化炉进料正线调节阀维持100％开度，这样去汽包的量多了，热量也多了，这样产蒸汽也多。
3、继续调整：开大转化炉进料旁路调节阀开度，转化炉进料正线调节阀维持100％开度，这样去汽包的量多了，热量也多了，这样产蒸汽也多。原料气自身温度就降下来，进转化炉温度也低，为了保证转化炉出口温度，就增加燃料，继续增加低压解析气去转化炉的量，直到低压解析气全部进转化炉燃烧，低压燃料放热火炬调节阀开度0％，而且高压燃料维持在最低量80NM/H，风量调节器维持在14400NM/H，转化炉的炉膛负压控制在-20mmH2O，这样高压蒸汽调节阀开度增加，外送蒸汽量维持在3500NM/H。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、转化炉烟道气热量充分回收利用。
二、充分利用放火炬的低压解析气。
三、增加了经济效益。
四、此管线阀门是远程控制的，不需要增加人力。
附图说明
图1为实施例1中蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***结构示意图。
图中标号所示：1为风量调节器，2为鼓风机，3为调压阀，4为引风机，5为汽包，6为第一助燃空气预热器，7为烟道气换热器，8为高压蒸汽调节阀，9为高压蒸汽外送流量计，10为蒸汽过热器，11为助燃空气正线调节阀，12为第二助燃空气预热器，13为助燃空气旁路调节阀，14为第一预转化炉进料过热器，15为预转化炉进料旁路调节阀，16为预转化炉进料正线调节阀，17为第二预转化炉进料过热器，18为预转化炉，19为转化炉进料旁路调节阀，20为转化炉进料正线调节阀，21为第一转化炉进料过热器，22为第二转化炉进料过热器，23为转化炉，24为低压燃料放热火炬调节阀，25为高压燃料进转化炉流量调节阀，26为高压燃料进转化炉流量计。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
参考图1，一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，包括通过管道顺序相连的第一预转化炉进料过热器14、第二预转化炉进料过热器17、预转化炉18、第一转化炉进料过热器21、第二转化炉进料过热器22及转化炉23，第一预转化炉进料过热器14用于接收原料气或循环的氢气，转化炉23用于反应制氢气，在第一预转化炉进料过热器14与第二预转化炉进料过热器17之间的管路上引出预转化炉进料旁路，该预转化炉进料旁路穿过汽包5后汇流至第一预转化炉进料过热器14与第二预转化炉进料过热器17之间的管路上，在第一转化炉进料过热器21与第二转化炉进料过热器22之间的管路上引出转化炉进料旁路，该转化炉进料旁路穿过汽包5后汇流至第一转化炉进料过热器21与第二转化炉进料过热器22之间的管路上，汽包5还连接有烟道气进气管与高压蒸汽送气管，烟道气进气管用于接收来源于转化炉23的烟道气，高压蒸汽送气管用于将汽包5产生的高压蒸汽外送，汽包5还设有用于烟道气循环的烟道气循环管道，烟道气循环管道上设有烟道气换热器7，转化炉23连接有助燃空气供应管路，在助燃空气供应管路上设置有用于对助燃空气进行预热的空气预热装置，转化炉23还连接有高压燃料供应管路与低压解析气供应管路。
空气预热装置包括设置在助燃空气供应管路上的第一助燃空气预热器6与第二助燃空气预热器12，在助燃空气供应管路上设置可以使助燃空气不通过第一助燃空气预热器6的助燃空气旁路，在助燃空气供应管路上设置可以使助燃空气不通过第二助燃空气预热器12的助燃空气旁路。在第二助燃空气预热器12前的助燃空气旁路与助燃空气供应管路的结点处至第二助燃空气预热器12之间的管路上设置有助燃空气正线调节阀11，助燃空气旁路上设置有助燃空气旁路调节阀13。在第一助燃空气预热器6前助燃空气供应管路上设置有鼓风机2与风量调节器1，第一助燃空气预热器6还连接排气管路，排气管路上设置有引风机4与调压阀3。
第一预转化炉进料过热器14与第二预转化炉进料过热器17之间的管路上设有预转化炉进料正线调节阀16，预转化炉进料旁路上设有预转化炉进料旁路调节阀15。第一转化炉进料过热器21与第二转化炉进料过热器22之间的管路上设有转化炉进料正线调节阀20，转化炉进料旁路上设有转化炉进料旁路调节阀19。
高压蒸汽送气管上顺序设置有蒸汽过热器10、高压蒸汽调节阀8及高压蒸汽外送流量计9。高压燃料供应管路上设有高压燃料进转化炉流量调节阀25与高压燃料进转化炉流量计26。低压解析气供应管路上设有低压燃料放热火炬调节阀24。
其中，原料气为天然气与液化气的混合气，还可以以石脑油、炼油厂尾气作为原料。解析气是指转化炉23产生的氢气在变压吸附制氢后，变压吸附环节被解析下来的一种气体，其主要成分为一氧化碳，硫化氢等气体。
基于上述***进行蒸汽转化炉烟道气热量回收利用方法，包括以下步骤：
原料气和产品循环氢气混合脱硫，脱硫之后引入第一股蒸汽进入第一预转化炉进料过热器14、第二预转化炉进料过热器17、预转化炉18，生成H2、CO、CH4，然后引入第二股蒸汽进入第一转化炉进料过热器21、第二转化炉进料过热器22及转化炉23，继续反应生成H2、CO、CH4，降温进入变换反应器，把CO和H2O继续反应生成H2、CO2，继续降温至常温进入PSA进行H2提纯，H2作为产品外送给客户，从PSA解析出来的低压解析气作为低压燃料进转化炉23燃烧，给转化炉23提供热量，第二助燃空气预热器12用于实现烟道气与空气的换热，通过调节助燃空气正线调节阀11、助燃空气旁路调节阀13、预转化炉进料旁路调节阀15、预转化炉进料正线调节阀16、转化炉进料旁路调节阀19、转化炉进料正线调节阀20开度充分利用烟道气的温度，从而多给汽包5蒸发蒸汽，增加蒸汽外送量，转化炉23的风量由风量调节器1控制，转化炉23的炉膛负压控制在-20mmH2O，转化炉热量由高压燃料、低压解析气提供。
当低压燃料放热火炬调节阀24开度为0％，高压燃料量控制在最低80NM/H，高压蒸汽外送量维持在3500NM/H，比没有使用本发明的技术方案前多了1000NM/H，这就是烟道气热量回收从而增加蒸汽的操作方法。
通过调节风量调节器1，风量控制在14400NM/H，转化炉23的炉膛负压控制在-20mmH2O，调节助燃空气正线调节阀11、助燃空气旁路调节阀13控制进烟道气的量来保证烟道气换热器7进汽包5温度高，这样产蒸汽多点。调节预转化炉进料旁路调节阀15、预转化炉进料正线调节阀16、转化炉进料旁路调节阀19、转化炉进料正线调节阀20保证原料气进汽包5量多，热量也多，产蒸汽就多，原料气进转化炉23温度就低，就要增加燃料量，增加低压解析气量进转化炉23，低压燃料放热火炬调节阀24开度保持0％，高压燃料进转化炉流量计26维持在80NM/H。
实施方法为：
1、通过关小助燃空气正线调节阀11开度至20％，开助燃空气旁路调节阀13开度至100％，冷的空气只有20％进入第二助燃空气预热器12与烟道气换热，大部分通过助燃空气旁路调节阀13，相对温度比较低的空气进入进转化炉燃烧，为保证转化炉出口达到设定温度，就要增加燃料量给转化炉提供热量，自动增加低压解析气量进转化炉燃烧来保证炉出口温度。烟道气换热器7相对温度就高，到汽包5温度就高，从而产出蒸汽就多点。
2、继续调整：开大预转化炉进料旁路调节阀15开度，预转化炉进料正线调节阀16维持100％开度，这样去汽包5的量多了，热量也多了，这样产蒸汽也多。
3、继续调整：开大转化炉进料旁路调节阀19开度，转化炉进料正线调节阀20维持100％开度，这样去汽包5的量多了，热量也多了，这样产蒸汽也多。原料气自身温度就降下来，进转化炉温度也低，为了保证转化炉出口温度，就增加燃料，继续增加低压解析气去转化炉的量，直到低压解析气全部进转化炉燃烧，低压燃料放热火炬调节阀24开度0％，而且高压燃料维持在最低量80NM/H，风量调节器1维持在14400NM/H，转化炉23的炉膛负压控制在-20mmH2O，这样高压蒸汽调节阀8开度增加，外送蒸汽量维持在3500NM/H。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，其特征在于，
包括通过管道顺序相连的第一预转化炉进料过热器(14)、第二预转化炉进料过热器(17)、预转化炉(18)、第一转化炉进料过热器(21)、第二转化炉进料过热器(22)及转化炉(23)，
所述第一预转化炉进料过热器(14)用于接收原料气或循环的氢气，所述转化炉(23)用于反应制氢气，
在第一预转化炉进料过热器(14)与第二预转化炉进料过热器(17)之间的管路上引出预转化炉进料旁路，该预转化炉进料旁路穿过汽包(5)后汇流至第一预转化炉进料过热器(14)与第二预转化炉进料过热器(17)之间的管路上，
在第一转化炉进料过热器(21)与第二转化炉进料过热器(22)之间的管路上引出转化炉进料旁路，该转化炉进料旁路穿过汽包(5)后汇流至第一转化炉进料过热器(21)与第二转化炉进料过热器(22)之间的管路上，
所述汽包(5)还连接有烟道气进气管与高压蒸汽送气管，所述烟道气进气管用于接收来源于转化炉(23)的烟道气，所述高压蒸汽送气管用于将汽包(5)产生的高压蒸汽外送，所述汽包(5)还设有用于烟道气循环的烟道气循环管道，所述烟道气循环管道上设有烟道气换热器(7)，
所述转化炉(23)连接有助燃空气供应管路，在助燃空气供应管路上设置有用于对助燃空气进行预热的空气预热装置，
所述转化炉(23)还连接有高压燃料供应管路与低压解析气供应管路。
2.根据权利要求1所述的一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，其特征在于，所述空气预热装置包括设置在助燃空气供应管路上的第一助燃空气预热器(6)与第二助燃空气预热器(12)，在所述助燃空气供应管路上设置可以使助燃空气不通过第一助燃空气预热器(6)的助燃空气旁路，在所述助燃空气供应管路上设置可以使助燃空气不通过第二助燃空气预热器(12)的助燃空气旁路。
3.根据权利要求2所述的一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，其特征在于，在第二助燃空气预热器(12)前的助燃空气旁路与助燃空气供应管路的结点处至第二助燃空气预热器(12)之间的管路上设置有助燃空气正线调节阀(11)，所述助燃空气旁路上设置有助燃空气旁路调节阀(13)。
4.根据权利要求2所述的一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，其特征在于，在所述第一助燃空气预热器(6)前助燃空气供应管路上设置有鼓风机(2)与风量调节器(1)，
所述第一助燃空气预热器(6)还连接排气管路，所述排气管路上设置有引风机(4)与调压阀(3)。
5.根据权利要求1所述的一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，其特征在于，第一预转化炉进料过热器(14)与第二预转化炉进料过热器(17)之间的管路上设有预转化炉进料正线调节阀(16)，所述预转化炉进料旁路上设有预转化炉进料旁路调节阀(15)。
6.根据权利要求1所述的一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，其特征在于，第一转化炉进料过热器(21)与第二转化炉进料过热器(22)之间的管路上设有转化炉进料正线调节阀(20)，所述转化炉进料旁路上设有转化炉进料旁路调节阀(19)。
7.根据权利要求1所述的一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，其特征在于，所述高压蒸汽送气管上顺序设置有蒸汽过热器(10)、高压蒸汽调节阀(8)及高压蒸汽外送流量计(9)。
8.根据权利要求1所述的一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，其特征在于，所述高压燃料供应管路上设有高压燃料进转化炉流量调节阀(25)与高压燃料进转化炉流量计(26)。
9.根据权利要求1所述的一种蒸汽转化炉烟道气热量回收利用***，其特征在于，所述低压解析气供应管路上设有低压燃料放热火炬调节阀(24)。
10.一种基于权利要求1-9中任一项所述***进行蒸汽转化炉烟道气热量回收利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
原料气和产品循环氢气混合脱硫，脱硫之后引入第一股蒸汽进入第一预转化炉进料过热器(14)、第二预转化炉进料过热器(17)、预转化炉(18)，生成H2、CO、CH4，
然后引入第二股蒸汽进入第一转化炉进料过热器(21)、第二转化炉进料过热器(22)及转化炉(23)，继续反应生成H2、CO、CH4，
降温进入变换反应器，把CO和H2O继续反应生成H2、CO2，继续降温至常温进入PSA进行H2提纯，H2作为产品外送给客户，
从PSA解析出来的低压解析气作为低压燃料进转化炉(23)燃烧，给转化炉(23)提供热量，
第二助燃空气预热器(12)用于实现烟道气与空气的换热，
通过调节助燃空气正线调节阀(11)、助燃空气旁路调节阀(13)、预转化炉进料旁路调节阀(15)、预转化炉进料正线调节阀(16)、转化炉进料旁路调节阀(19)、转化炉进料正线调节阀(20)开度充分利用烟道气的温度，从而多给汽包(5)蒸发蒸汽，增加蒸汽外送量，
转化炉(23)的风量由风量调节器(1)控制，转化炉(23)的炉膛负压控制在-20mmH2O，转化炉热量由高压燃料、低压解析气提供。
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Cited By (1)
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| WO2021031894A1 (zh) * | 2019-08-20 | 2021-02-25 | 四川亚联高科技股份有限公司 | 一种一体化中小型天然气水蒸汽重整反应器及重整反应工艺 |
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2018
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