一种转化炉设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种转化炉设备，该转化炉设备设有转化模块以及设于辐射段流出的烟气的流通通道上的热管模块；转化模块用于将原料气转化为产品气，转化模块内设原料气管路，原料气管路的进口连通外界原料气源，其出口直接连通位于转化炉本体外部的产品气管道；预设量的原料气经转化模块后被转化为所需产品气；热管模块，用于吸取烟气的热量，并将其吸收的热量提供给转化模块；该转化炉设备基于热管原理，不仅将烟气的余热完全用于产品气的生产，实现了烟气余热最大价值利用，降低排烟损失，大大提高了转化炉热效率的同时，也增加了转化炉设备的产品气的制备能力，而且热管模块可以给转化模块提供比较稳定的热量，有利于提高转化模块中原料气的转化效率。
【专利说明】一种转化炉设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及产品气制备【技术领域】，特别涉及一种转化炉设备。
【背景技术】
[0002]转化炉设备是一种将原料气转化为产品气的转化设备，其中制氢转化炉设备为转化炉设备中常用的一类。
[0003]制氢转化炉设备主要包括转化炉本体、余热锅炉等部件，转化炉本体是制氢转化炉设备的转化反应的反应器，它内部设置有管路组件，管路组件的进口连通原料气源，出口连通余热锅炉。转化炉本体主要包括对流段以及辐射段，对流段主要对原料气进行预热，并将辐射段流出的烟气形成烟气流，使该烟气从预热段的出口流至外界，辐射段是转化的心脏，原料气主要在这里完成转换形成所需产品气。
[0004]当进行产品气的生产时，原料气首先经对流段利用从辐射段出来的烟气对原料气进行预热，预热后的原料气进入辐射段，在辐射段内进行转化。一般情况下，预热后排放至空气中的烟气的温度也还是比较高的，当炉子热效率较高(例如90%)时，排烟损失占总损失的70%?80% ;而当炉子的热效率较低(例如70%)时，排烟损失占总损失的比例高达90%以上。可见回收烟气余热，减少排烟损失具有重大价值。对于制氢转化炉，转化反应只在辐射段的转化炉管里进行，热负荷较大，烟气出辐射段的温度比一般加热炉高得多，仅靠对流室中原料与烟气的热交换回收烟气的热量，远不能将烟气的温度降下来，这样排至大气中不仅不利于能源的节约，而且容易造成环境污染。
[0005]因此，如何改进现有技术中的转化炉设备的结构，提高转化炉设备能量利用率，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的为提供一种转化炉设备，该转化炉设备具有比较高的能量利用率。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种转化炉设备，包括转化炉本体，转化炉本体包括对流段和辐射段，所述转化炉本体内设置有连通外界原料气源的原料气主管道，还包括以下部件:
[0008]转化模块，用于将原料气转化为产品气，所述转化模块内设原料气管路，所述原料气管路的进口连通所述外界原料气源，其出口直接连通位于所述转化炉本体外部的产品气管道；预设量的原料气经所述转化模块后被转化为所需产品气；
[0009]热管模块，设置于所述辐射段流出的所述烟气的流通通道，以便吸取所述烟气的热量，并将其吸收的热量提供给所述转化模块。
[0010]优选地，所述转化模块为其内部原料气管路内部装有用于提高原料气转化效率的催化剂的催化转化模块。
[0011]优选地，所述催化转化模块的进口管路连通所述原料气主管道，通过所述原料气主管道连通所述原料气源。
[0012]优选地，所述催化转化模块的出口直接连通所述辐射段出口处的产品气集合管，经所述产品气集合管连通所述余热锅炉。
[0013]优选地，所述热管模块包括取热段和放热段，所述取热段和所述放热段为分体式结构，所述转化模块置于所述放热段。
[0014]优选地，所述取热段置于靠近所述辐射段的烟气出口位置处。
[0015]优选地，所述放热段外置于所述转化炉本体外部或置于所述对流段位置。
[0016]优选地，所述转化模块的进口与所述原料气源的连通管路、或所述转化模块的出口管路上设置有流量控制阀。
[0017]优选地，还设置有检测经所述对流段流至外界的所述部分烟气的温度的检测部件以及接收所述检测部件的温度信号的控制器，所述控制器根据所述温度信号控制所述流量控制阀的开度。
[0018]优选地，所述转化炉设备为制氢转化炉设备。
[0019]本实用新型提供的转化炉设备还设有转化模块以及设于所述辐射段流出的所述烟气的流通通道上的热管模块；转化模块用于将原料气转化为产品气，所述转化模块内设原料气管路，所述原料气管路的进口连通所述外界原料气源，其出口直接连通位于所述转化炉本体外部的产品气管道；预设量的原料气经所述转化模块后被转化为所需产品气；热管模块，用于吸取所述烟气的热量，并将其吸收的热量提供给所述转化模块。
[0020]本实用新型中从辐射段流出的烟气除给最终进入辐射段的原料气进行预热外，其热量还进一步由热管模块回收，热管模块将回收的热量传递给转化模块，转化模块利用热管模块提供的热量将原料气转化为所需产品气。
[0021]该实施方式中，烟气热量分为两部分，一部分给原进入辐射段内转化的原料气进行预热，另一部份经热管模块集中回收提供给经过转化模块的原料气，经过转化模块的原料气直接转化成满足要求的产品气，该产品气从转化模块的出口直接流入转化炉本体外部的产品气管道。
[0022]该实施方式在原有工艺的基础上，基于热管原理，吸收烟气余热并将该热量用于产品气的获取，不仅将烟气的余热完全用于产品气的生产，实现了烟气余热最大价值利用，降低排烟损失，大大提高了转化炉热效率的同时，也增加了转化炉设备的产品气的制备能力，而且热管模块可以给转化模块提供比较稳定的热量，有利于提高转化模块中原料气的转化效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型第一种实施例中转化炉设备的结构示意图。
[0024]其中，图1中附图标记和部件名称之间的一一对应关系如下所示:
[0025]10原料气源、12对流段、13辐射段、14转化模块、15热管模块、151取热段、152放热段、16产品气集合管、17流量控制阀。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型的核心为提供一种转化炉设备，该转化炉设备具有比较高的能量利用率。
[0027]不失一般性，本文以转化炉设备为一种顶烧式制氢转化炉设备为例介绍技术方案，本领域内技术人员应当理解，本技术方案还可以应用于其它产品气的转化炉设备中。
[0028]为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0029]请参考图1，图1为本实用新型第一种实施例中转化炉设备的结构示意图；其中，图中A表示最终进入辐射段转化的原料气流向；B表示进入转化模块的原料气流向；C表示烟气的流向；D热管模块取热段和放热段之间换热介质的流向。
[0030]本实用新型提供了一种转化炉设备，包括转化炉本体，转化炉本体包括对流段12和辐射段13，顶烧式制氢转化炉的燃烧器布置于辐射段13的顶部，燃烧火焰大致与炉管平行，垂直向下燃烧，烟气下行，从辐射段13底部烟道离开辐射段13，对流段12布置在辐射段13的旁边。
[0031]转化炉本体内设置有连通外界原料气源10的原料气主管道，辐射段13中产生的烟气经对流段12流至外界。制氢转化炉设备中原料气的转化温度为800度左右，而经辐射段13排出的烟气的温度通常为900-1100摄氏度，也就是说，由辐射段13排出的烟气的温度往往高于原料气的转化温度，原料气未进入辐射段13已经开始慢慢转化。
[0032]本实用新型中的转化炉设备还包括转化模块14和热管模块15，转化模块14，用于将原料气转化为产品气，转化模块内设原料气管路，原料气管路的进口连通外界原料气源10，其出口直接连通位于转化炉本体外部的产品气管道；预设量的原料气经转化模块后被转化为所需产品气。热管模块15，设置于辐射段流出的烟气的流通通道，以便吸取烟气的热量，并将其吸收的热量提供给转化模块。
[0033]本实用新型提供的转化炉设备还设有转化模块以及设于辐射段流出的烟气的流通通道上的热管模块15 ;转化模块用于将原料气转化为产品气，转化模块内设原料气管路，原料气管路的进口连通外界原料气源10，其出口直接连通位于转化炉本体外部的产品气管道；预设量的原料气经转化模块后被转化为所需产品气；热管模块15，用于吸取烟气的热量，并将其吸收的热量提供给转化模块。
[0034]本实用新型中从辐射段流出的烟气除给进入辐射段13的原料气进行预热外，其热量还进一步由热管模块15回收，热管模块15将回收的热量传递给转化模块，转化模块利用热管模块15提供的热量将原料气转化为所需产品气。
[0035]该实施方式中，烟气热量分为两部分，一部分给原进入辐射段内转化的原料气进行预热，另一部份经热管模块15集中回收提供给经过转化模块的原料气，经过转化模块的原料气直接转化成满足要求的产品气，该产品气从转化模块的出口直接流入转化炉本体外部的产品气管道。
[0036]该实施方式在原有工艺的基础上，基于热管原理，吸收烟气余热并将该热量用于产品气的获取，不仅将烟气的余热完全用于产品气的生产，实现了烟气余热最大价值利用，降低排烟损失，大大提高了转化炉热效率的同时，也增加了转化炉设备的产品气的制备能力，而且热管模块15可以给转化模块提供比较稳定的热量，有利于提高转化模块中原料气的转化效率。
[0037]在一种优选的实施方式中，上述实施例中的转化模块14可以为其内部原料气管路内部装有用于提高原料气转化效率的催化剂的催化转化模块；这样可以进一步降低原料气对转化温度的要求以及缩短转化时间，保证转化模块14内原料气完全转化为合格的产
品气O
[0038]上述各实施例中，产品气管道可以为位于辐射段13出口位置的产品气集合管16，转化模块14的出口可以直接连通辐射段13出口处的产品气集合管16，经产品气集合管16连通余热锅炉，这样经转化模块14生成的产品气和经辐射段13生成的产品气两者可以在产品集合管内充分混合，然后再经余热锅炉进行降温，可以相对减少管路设置，无需改变现有技术中余热锅炉的结构，降低设备的改进成本。
[0039]当然，产品气管道也可以为位于产品气集合管16和余热锅炉之间的产品气运输管道，也可以实现上述技术效果。
[0040]上述各实施例中的热管模块15可以包括取热段151和放热段152，取热段151和放热段152为分体式结构，转化模块14置于放热段152，这样，可以根据实际空间情况，将取热段151和放热段152分开放置，可以布置于转化炉本体内部，也可以置于转化炉本体的外部，增加热管模块15布置的灵活性。
[0041]在一种优选的实施方式中，取热段151置于辐射段13和对流段12的连箱内部，且靠近辐射段13的烟气出口位置处，连箱靠近辐射段13的烟气出口位置的温度比较高，这样有利于取热段151获取最大化热量，充分将烟气的热量应用于转化模块中原料气的转化，提高转化炉设备的生产能力。
[0042]在另一种优选的实施方式中，取热段151外置于转化炉本体外部，取热段151和辐射段13的烟气连通管路上设置有流量控制阀17，这样有利于转化炉本体内部空间比较小的转化炉设备烟气余热的回收，并且将取热段151设置于外部，也可以控制流经取热段151的烟气的流量。
[0043]上述各实施例中，放热段152和转化模块14的设置可以由两种方式，一种为设置于转化炉本体的内部，例如两者均设置于转化炉本体外部或置于对流段12位置，这样转化模块除吸收放热段152传递来的热量外，转化模块本身也可以吸收烟气的热量，增加转化效率；另一种可以为设置于转化炉本体的外部，无需改变转化炉本体内部结构。
[0044]进一步地，上述各实施例中转化模块14的进口与原料气源10的连通管路、或转化模块14的出口管路上设置有流量控制阀17 ;可以根据热管模块收集的热量来控制流量控制阀的开度，以便达到热量和转化模块14中的原料气流量的较好匹配。
[0045]为了实现设备的自动化控制，对于将取热段151设置于转化炉本体外部的实施例，转化炉设备还可以设置有检测经对流断12流至外界的部分烟气的温度的检测部件以及接收检测部件的温度信号的控制器，控制器根据温度信号控制安装于取热段151进口处的流量控制阀的开度，控制流入取热段151烟气的流量。
[0046]根据单位时间内产品气产能的不同，转化炉设备的型号是不同的，单位时间内产能大的转化炉设备其烟气单位时间内排出量就比较大，相对地，单位时间内产能小的转化炉设备其烟气单位时间内排出量就比较小。
[0047]为了减少设计工作量，上述实施例中转化模块14的进口与原料气源的连通管路、或催化转化模块的出口与余热锅炉的连通管路上设置有流量控制阀17，根据转化炉设备的产能控制流量控制阀17的开度，在保证产品气的转化质量的同时，实现烟气余热的最大化回收。
[0048]上述各实施例中的转化模块14的进口可以单独设置管路连通原料气源，也可以连接于进入对流段12的原料气的主管路上。
[0049]上述各实施例中的制氢转化炉设备的其他部分请参考现有技术，在此不作详述。
[0050]以上对本实用新型所提供的一种转化炉设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种转化炉设备，包括转化炉本体，转化炉本体包括对流段(12)和辐射段(13)，所述转化炉本体内设置有连通外界原料气源(10)的原料气主管道，所述辐射段(13)中产生的烟气经所述对流段(12)流至外界，其特征在于，还包括以下部件: 转化模块(14)，用于将原料气转化为产品气，所述转化模块(14)内设原料气管路，所述原料气管路的进口连通所述外界原料气源(10)，其出口直接连通位于所述转化炉本体外部的产品气管道；预设量的原料气经所述转化模块(14)后被转化为所需产品气； 热管模块(15)，设置于所述辐射段(13)流出的所述烟气的流通通道，以便吸取所述烟气的热量，并将其吸收的热量提供给所述转化模块(14)。
2.如权利要求1所述的转化炉设备，其特征在于，所述转化模块(14)为其内部原料气管路内部装有用于提高原料气转化效率的催化剂的催化转化模块。
3.如权利要求2所述的转化炉设备，其特征在于，所述催化转化模块的进口管路连通所述原料气主管道，通过所述原料气主管道连通所述原料气源(10)。
4.如权利要求2所述的转化炉设备，其特征在于，所述产品气管道为位于所述辐射段(13)出口处的产品气集合管(16)。
5.如权利要求1至4任一项所述的转化炉设备，其特征在于，所述热管模块(15)包括取热段(151)和放热段(152)，所述取热段(151)和所述放热段(152)为分体式结构，所述转化模块(14)置于所述放热段(152)。
6.如权利要求5所述的转化炉设备，其特征在于，所述取热段(151)置于所述辐射段(13)和所述对流段(12)的连箱内部，且靠近所述辐射段(13)的烟气出口位置处。
7.如权利要求5所述的转化炉设备，其特征在于，所述转化模块(14)的进口与所述原料气源的连通管路、或所述转化模块(14 )的出口管路上设置有流量控制阀(17 )。
8.如权利要求5所述的转化炉设备，其特征在于，所述放热段(152)外置于所述转化炉本体外部或置于所述对流段(12)位置。
9.如权利要求7所述的转化炉设备，其特征在于，还设置有检测经所述对流段(12)流至外界的所述部分烟气的温度的检测部件以及接收所述检测部件的温度信号的控制器，所述控制器根据所述温度信号控制所述流量控制阀的开度。
10.如权利要求5所述的转化炉设备，其特征在于，所述转化炉设备为制氢转化炉设备。
【文档编号】C01B3/02GK203479025SQ201320502240
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】马利峰, 徐华, 曹阳, 张军, 宋镇, 黄震 申请人:卓然(靖江)设备制造有限公司, 上海卓然工程技术有限公司