一种合成氨系统热量回收装置的制作方法

本实用新型属于合成氨生产技术领域，具体涉及一种合成氨系统热量回收装置。

背景技术：

在合成氨系统生产过程中，合成氨产能由压缩机气量、合成塔转化率等因素决定；在合成塔运行中，由于合成反应热量不能够完全移出，造成塔内温度过高，使得合成塔内热量积聚，限制了合成氨的转换率，不利于合成氨产量的有效提升。目前，主要采取的方式是通过加大循环量，增加冷激气量来调节合成塔温度，通过上述方式解决存在着以下问题：(1)合成塔底部热量无法移除，依旧在系统内交换，造成合成塔入口温度高，副产蒸汽少等问题；2)合成塔全塔阻力降大，尤其各内部换热器壳侧阻力大，合成回路总能耗高；(3)塔内床层效率较低，整体氨净值无法大幅提升；(4)合成塔内件为带底部换热器的型式并且换热能力较大，使得合成塔反应热再次入塔，抑制了整个合成反应的进行，而且造成合成回路回收的热量较少，能耗高；(5)合成塔热量回收效率低，且合成塔氨净值也偏低，不利于生产的安全稳定运行。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷而提供一种结构简单、工艺流程设计合理、换热装置能够实现阻力平衡和应力消减作用，并且能够增加副产蒸汽量及合成氨产量和实现装置安全稳定运行的合成氨系统热量回收装置。

本实用新型的目的是这样实现的：该回收装置包括氨合成塔，所述氨合成塔的合成气管路通过废热锅炉管程进口、废热锅炉管程的第一出口和锅炉给水预热器的管程与换热器的进口相连，废热锅炉管程的第二出口通过阻力平衡装置与换热器的进口相连；所述锅炉给水预热器的壳程进口与脱盐水管道相连，锅炉给水预热器的壳程出口与汽包的补水口相连，汽包的进气口和回水口分别与废热锅炉壳程相连，汽包的顶部与蒸汽管网相连；所述锅炉给水预热器中设有应力消减装置。

优选地，所述阻力平衡装置包括限流孔板，限流孔板设在两个相邻的管道之间，相邻的管道之间分别设有高压法兰，高压法兰之间安装有限流孔板，两个高压法兰之间的螺纹孔内穿装有高压螺栓；限流孔板为高压透镜板，高压透镜板的中部开设有孔，孔包括两侧的限流孔以及中部的均压孔，限流孔的直径大于均压孔的直径。

优选地，所述限流孔的直径为272mm，均压孔的直径为202.64mm。

优选地，所述应力消减装置包括支撑柱，支撑柱的顶部设有耳座支撑垫板，耳座支撑垫板通过变力弹簧支座与设置在锅炉给水预热器中下部外圆周上的耳座相连，耳座支撑垫板上安装有槽钢限位块。

优选地，所述应力消减装置为若干个，若干个应力消减装置均布于锅炉给水预热器的外圆周上。

优选地，所述应力消减装置为四个。

优选地，所述槽钢限位块为三个，其设置在变力弹簧支座的外侧、左侧以及右侧。

优选地，所述槽钢限位块与变力弹簧支座的外侧之间的距离为30mm，槽钢限位块与变力弹簧支座的左侧之间的距离为20mm，槽钢限位块与变力弹簧支座的右侧之间的距离为20mm。

优选地，所述锅炉给水预热器的壳程进口与脱盐水管道之间设有截止阀，锅炉给水预热器的壳程出口与汽包的补水口之间设有汽包液位调节阀；汽包的顶部与蒸汽管网之间设有蒸汽压力调节阀，蒸汽管网与废热锅炉壳程之间设有开工蒸汽截止阀。

本实用新型具有结构简单、工艺流程设计合理、换热装置能够实现阻力平衡和应力消减作用，并且能够增加副产蒸汽量及合成氨产量和实现装置安全稳定运行的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型应力消减装置的结构示意图。

图3为本实用新型应力消减装置的俯视示意图。

图4为本实用新型阻力平衡装置的结构示意图。

图5为本实用新型限流孔板的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

如图1、2、3、4、5所示，本实用新型为一种合成氨系统热量回收装置，包括回收装置包括氨合成塔1，所述氨合成塔1的合成气管路通过废热锅炉2管程进口、废热锅炉2管程的第一出口和锅炉给水预热器4的管程与换热器11的进口相连，废热锅炉2管程的第二出口通过阻力平衡装置10与换热器11的进口相连；所述锅炉给水预热器4的壳程进口与脱盐水管道13相连，锅炉给水预热器4的壳程出口与汽包3的补水口相连，汽包3的进气口和回水口分别与废热锅炉2壳程相连，汽包3的顶部与蒸汽管网14相连；所述锅炉给水预热器4中设有应力消减装置7。所述阻力平衡装置10包括限流孔板15，限流孔板15设在两个相邻的管道之间，相邻的管道之间分别设有高压法兰16，高压法兰16之间安装有限流孔板15，两个高压法兰16之间的螺纹孔内穿装有高压螺栓17；限流孔板15为高压透镜板，高压透镜板的中部开设有孔，孔包括两侧的限流孔18以及中部的均压孔19，限流孔18的直径大于均压孔19的直径。所述限流孔18的直径为272mm，均压孔19的直径为202.64mm。所述应力消减装置7包括支撑柱23，支撑柱23的顶部设有耳座支撑垫板22，耳座支撑垫板22通过变力弹簧支座21与设置在锅炉给水预热器4中下部外圆周上的耳座20相连，耳座支撑垫板22上安装有槽钢限位块12。所述应力消减装置7为若干个，若干个应力消减装置7均布于锅炉给水预热器4的外圆周上。所述应力消减装置7为四个。所述槽钢限位块12为三个，其设置在变力弹簧支座21的外侧、左侧以及右侧。所述槽钢限位块12与变力弹簧支座21的外侧之间的距离为30mm，槽钢限位块12与变力弹簧支座21的左侧之间的距离为20mm，槽钢限位块12与变力弹簧支座21的右侧之间的距离为20mm。所述锅炉给水预热器4的壳程进口与脱盐水管道13之间设有截止阀5，锅炉给水预热器4的壳程出口与汽包3的补水口之间设有汽包液位调节阀6；汽包3的顶部与蒸汽管网14之间设有蒸汽压力调节阀8，蒸汽管网14与废热锅炉2壳程之间设有开工蒸汽截止阀9。

一种合成氨系统热量回收装置的热量回收工艺，包括如下步骤：

步骤一：氨合成塔1系统开车前，打开开工蒸汽截止阀9向废热锅炉2壳程内补入蒸汽，预热废热锅炉2；

步骤二：预热暖管结束后，打开截止阀5以及汽包液位调节阀6，使汽包3中的液位达到2/5～3/5，锅炉给水预热器4壳程内充满脱盐水，然后关闭截止阀5；脱盐水的压力为6.0MPa；

步骤三：氨合成塔1按照操作规程逐步启动，当汽包3中蒸汽压力达到2.5MPa时，打开蒸汽压力调节阀8开始向蒸汽管网14输送蒸汽；

步骤四：氨合成塔1正常运行后，氨合成塔1反应制得的合成气，通过管线进入废热锅炉2的管程中，并与废热锅炉2壳程内的脱盐水换热；所述的合成气的温度为：310～320℃，压力为：10～12MPa；

步骤五：换热后的合成气分别通过废热锅炉2管程的第一出口和废热锅炉2管程的第二出口排出；合成气通过废热锅炉2管程的第一出口进入锅炉给水预热器4的管程内与锅炉给水预热器4壳程内的脱盐水进行换热，换热后进入换热器11中进行后续换热；所述废热锅炉2管程的第一出口合成气温度为：235～240℃，进入换热器11的合成气温度为：220～226℃；所述锅炉给水预热器4中设有应力消减装置7，锅炉给水预热器4在变力弹簧支座21的作用下可以有上下移动的余量，槽钢限位块12限制变力弹簧支座21向外侧移动的距离不超过30mm，槽钢限位块12限制变力弹簧支座21向左侧以及右侧移动的距离不超过20mm；

步骤六：步骤五中所述废热锅炉2管程的第二出口中的合成气经过阻力平衡装置10减压后，进入换热器11进行后续换热；废热锅炉2管程的第二出口中合成气的气量与废热锅炉2管程的第一出口中合成气的气量相同。

本实用新型中所述的应力消减装置包括四根支撑柱23，支撑柱23为DN300圆形钢管支撑柱，支撑柱23顶部的耳座支撑垫板22为600×600mm方形支撑垫板，耳座支撑垫板22的顶部焊接有变力弹簧支座21，本装置允许在竖直方向产生位移，除竖直方向的其他方向仅有20mm-30mm的位移量，能够保证设备安全稳定运行；在管路运行过程中，高温高压合成气通过管道时，会对锅炉给水预热器4气体进出管口产生应力及扭矩，根据换热器管口要求，管口应力及扭矩不应超出60000N，所述的应力消减装置通过在锅炉给水预热器4的耳座支撑垫板22上增加变力弹簧支座21及槽钢限位块12，允许设备产生微小位移，增加管系柔性，保证管口应力及扭矩达到要求；本实用新型中所述的阻力平衡装置中包括限流孔板15，限流孔板15的主要作用是增加占总气量50％的气体在管道中的运行阻力，保证系统中出废热锅炉2的两路合成气气量相等，不出现偏流现象，通过设置限流孔以及均压孔，使通过气流通道的缩小增大该路合成气的阻力，实现气量的平衡。

为了更加详细的解释本实用新型，现结合实施例对本实用新型做进一步阐述。具体实施例如下：

实施例一

一种合成氨系统热量回收装置，包括回收装置包括氨合成塔1，所述氨合成塔1的合成气管路通过废热锅炉2管程进口、废热锅炉2管程的第一出口和锅炉给水预热器4的管程与换热器11的进口相连，废热锅炉2管程的第二出口通过阻力平衡装置10与换热器11的进口相连；所述锅炉给水预热器4的壳程进口与脱盐水管道13相连，锅炉给水预热器4的壳程出口与汽包3的补水口相连，汽包3的进气口和回水口分别与废热锅炉2壳程相连，汽包3的顶部与蒸汽管网14相连；所述锅炉给水预热器4中设有应力消减装置7。所述阻力平衡装置10包括限流孔板15，限流孔板15设在两个相邻的管道之间，相邻的管道之间分别设有高压法兰16，高压法兰16之间安装有限流孔板15，两个高压法兰16之间的螺纹孔内穿装有高压螺栓17；限流孔板15为高压透镜板，高压透镜板的中部开设有孔，孔包括两侧的限流孔18以及中部的均压孔19，限流孔18的直径大于均压孔19的直径。所述限流孔18的直径为272mm，均压孔19的直径为202.64mm。所述应力消减装置7包括支撑柱23，支撑柱23的顶部设有耳座支撑垫板22，耳座支撑垫板22通过变力弹簧支座21与设置在锅炉给水预热器4中下部外圆周上的耳座20相连，耳座支撑垫板22上安装有槽钢限位块12。所述应力消减装置7为若干个，若干个应力消减装置7均布于锅炉给水预热器4的外圆周上。所述应力消减装置7为四个。所述槽钢限位块12为三个，其设置在变力弹簧支座21的外侧、左侧以及右侧。所述槽钢限位块12与变力弹簧支座21的外侧之间的距离为30mm，槽钢限位块12与变力弹簧支座21的左侧之间的距离为20mm，槽钢限位块12与变力弹簧支座21的右侧之间的距离为20mm。所述锅炉给水预热器4的壳程进口与脱盐水管道13之间设有截止阀5，锅炉给水预热器4的壳程出口与汽包3的补水口之间设有汽包液位调节阀6；汽包3的顶部与蒸汽管网14之间设有蒸汽压力调节阀8，蒸汽管网14与废热锅炉2壳程之间设有开工蒸汽截止阀9。

一种合成氨系统热量回收装置的热量回收工艺，包括如下步骤：

步骤一：氨合成塔1系统开车前，打开开工蒸汽截止阀9向废热锅炉2壳程内补入蒸汽，预热废热锅炉2；

步骤二：预热暖管结束后，打开截止阀5以及汽包液位调节阀6，使汽包3中的液位达到3/5，锅炉给水预热器4壳程内充满脱盐水，然后关闭截止阀5；脱盐水的压力为6.0MPa；

步骤三：氨合成塔1按照操作规程逐步启动，当汽包3中蒸汽压力达到2.5MPa时，打开蒸汽压力调节阀8开始向蒸汽管网14输送蒸汽；

步骤四：氨合成塔1正常运行后，氨合成塔1反应制得的合成气，通过管线进入废热锅炉2的管程中，并与废热锅炉2壳程内的脱盐水换热；所述的合成气的温度为：310～320℃，压力为：10～12MPa；

步骤五：换热后的合成气分别通过废热锅炉2管程的第一出口和废热锅炉2管程的第二出口排出；合成气通过废热锅炉2管程的第一出口进入锅炉给水预热器4的管程内与锅炉给水预热器4壳程内的脱盐水进行换热，换热后进入换热器11中进行后续换热；所述废热锅炉2管程的第一出口合成气温度为：235～240℃，进入换热器11的合成气温度为：220～226℃；所述锅炉给水预热器4中设有应力消减装置7，锅炉给水预热器4在变力弹簧支座21的作用下可以有上下移动的余量，槽钢限位块12限制变力弹簧支座21向外侧移动的距离不超过30mm，槽钢限位块12限制变力弹簧支座21向左侧以及右侧移动的距离不超过20mm；

步骤六：步骤五中所述废热锅炉2管程的第二出口中的合成气经过阻力平衡装置10减压后，进入换热器11进行后续换热；废热锅炉2管程的第二出口中合成气的气量与废热锅炉2管程的第一出口中合成气的气量相同。

实施例二

一种合成氨系统热量回收装置，包括回收装置包括氨合成塔1，所述氨合成塔1的合成气管路通过废热锅炉2管程进口、废热锅炉2管程的第一出口和锅炉给水预热器4的管程与换热器11的进口相连，废热锅炉2管程的第二出口通过阻力平衡装置10与换热器11的进口相连；所述锅炉给水预热器4的壳程进口与脱盐水管道13相连，锅炉给水预热器4的壳程出口与汽包3的补水口相连，汽包3的进气口和回水口分别与废热锅炉2壳程相连，汽包3的顶部与蒸汽管网14相连；所述锅炉给水预热器4中设有应力消减装置7。所述阻力平衡装置10包括限流孔板15，限流孔板15设在两个相邻的管道之间，相邻的管道之间分别设有高压法兰16，高压法兰16之间安装有限流孔板15，两个高压法兰16之间的螺纹孔内穿装有高压螺栓17；限流孔板15为高压透镜板，高压透镜板的中部开设有孔，孔包括两侧的限流孔18以及中部的均压孔19，限流孔18的直径大于均压孔19的直径。所述应力消减装置7包括支撑柱23，支撑柱23的顶部设有耳座支撑垫板22，耳座支撑垫板22通过变力弹簧支座21与设置在锅炉给水预热器4中下部外圆周上的耳座20相连，耳座支撑垫板22上安装有槽钢限位块12。所述应力消减装置7为若干个，若干个应力消减装置7均布于锅炉给水预热器4的外圆周上。所述锅炉给水预热器4的壳程进口与脱盐水管道13之间设有截止阀5，锅炉给水预热器4的壳程出口与汽包3的补水口之间设有汽包液位调节阀6；汽包3的顶部与蒸汽管网14之间设有蒸汽压力调节阀8，蒸汽管网14与废热锅炉2壳程之间设有开工蒸汽截止阀9。

一种合成氨系统热量回收装置的热量回收工艺，包括如下步骤：

步骤一：氨合成塔1系统开车前，打开开工蒸汽截止阀9向废热锅炉2壳程内补入蒸汽，预热废热锅炉2；

步骤二：预热暖管结束后，打开截止阀5以及汽包液位调节阀6，使汽包3中的液位达到2/5，锅炉给水预热器4壳程内充满脱盐水，然后关闭截止阀5；脱盐水的压力为6.0MPa；

步骤三：氨合成塔1按照操作规程逐步启动，当汽包3中蒸汽压力达到2.5MPa时，打开蒸汽压力调节阀8开始向蒸汽管网14输送蒸汽；

步骤四：氨合成塔1正常运行后，氨合成塔1反应制得的合成气，通过管线进入废热锅炉2的管程中，并与废热锅炉2壳程内的脱盐水换热；所述的合成气的温度为：310～320℃，压力为：10～12MPa；

步骤五：换热后的合成气分别通过废热锅炉2管程的第一出口和废热锅炉2管程的第二出口排出；合成气通过废热锅炉2管程的第一出口进入锅炉给水预热器4的管程内与锅炉给水预热器4壳程内的脱盐水进行换热，换热后进入换热器11中进行后续换热；所述废热锅炉2管程的第一出口合成气温度为：235～240℃，进入换热器11的合成气温度为：220～226℃；所述锅炉给水预热器4中设有应力消减装置7，锅炉给水预热器4在变力弹簧支座21的作用下可以有上下移动的余量；

步骤六：步骤五中所述废热锅炉2管程的第二出口中的合成气经过阻力平衡装置10减压后，进入换热器11进行后续换热；废热锅炉2管程的第二出口中合成气的气量与废热锅炉2管程的第一出口中合成气的气量相同。

上文的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本实用新型的保护范围之内。

实验例1

本实用新型实施例一和实施例二与现有技术相比氨合成回路生产数据对比，如下表：

通过工艺数据对比，在同样负荷的情况下，两套系统合成塔进口温度下降11℃左右，氨合成塔出口温度下降6℃左右，废热锅炉2出口温度上升3℃左右；在废热锅炉2加水温度不变的情况下，通过增加给锅炉给水预热器4，废热锅炉2加水温度由124℃提升到200℃左右，上水温度提升76℃左右；废热锅炉2加水流量由23m³/h增加到30m³/h，增加7m³/h左右；废热锅炉2产蒸汽量由21t/h提升到23t/h，废热锅炉2产蒸汽量增加2t/h左右，折合吨氨蒸汽增加近0.05t左右。需要注意的是：上述表中本实用新型的1^#为实施例一的相关数据，表中本实用新型的2^#为实施例一的相关数据。

综上所述，合成系统增加锅炉给水预热器4后，氨合成塔进口温度下降约11℃，因氨合成塔底部换热器换热面积大，引氨起合成塔出口温度下降约6℃，各层副线阀位开度与之前基本相同。

实验例2

本实用新型实施例一和实施例二与现有技术相比氨合成塔炉温数据对比：

通过氨塔内炉温数据对比，在相同的操作条件下，氨合成塔炉温较现有技术中的氨合成塔炉温有所下降，且技术中的氨合成塔需要开合成废热锅炉出口去热交出口的近路来控制炉温，而本实用新型不用开启就能很好地控制操作炉温，这也与前面所说的在增加锅炉给水预热器之后合成塔进口、出口温度均有所降低。需要注意的是：上述表中本实用新型的1^#为实施例一的相关数据，表中本实用新型的2^#为实施例一的相关数据。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等等应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。上文的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本实用新型的保护范围之内。