制氫裝置轉(zhuǎn)化爐簡介.doc

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1、制氫裝置轉(zhuǎn)化爐簡介隨著煉油廠加氫裝置的逐漸增多，對氫氣的需求也越來越多，使得制氫裝置也相應(yīng)發(fā)展的很快。目前大型制氫裝置采用的制氫方法多為輕烴水蒸氣轉(zhuǎn)化法，利用的原料多為天然氣、煉廠氣、石腦油等輕質(zhì)烴類。這些輕烴在特定的溫度、壓力及催化劑存在的條件下，與水蒸汽發(fā)生反應(yīng)，生成氫氣、一氧化碳。轉(zhuǎn)化爐是制氫裝置轉(zhuǎn)化反應(yīng)的反應(yīng)器，屬于裝置的心臟設(shè)備。由于轉(zhuǎn)化反應(yīng)是強吸熱反應(yīng)，所需的大量熱能是通過管壁從管外傳遞給管內(nèi)反應(yīng)系統(tǒng)的，因此轉(zhuǎn)化爐既是一個固定床管式反應(yīng)器，又是一個能提供大量熱量的加熱設(shè)備。隨著制氫生產(chǎn)規(guī)模的擴大和轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)的提高，轉(zhuǎn)化

2、爐的操作條件愈加苛刻，所以在選材、安裝、維護、檢修等環(huán)節(jié)都需要精心考慮。爐型及結(jié)構(gòu)1、爐型制氫裝置轉(zhuǎn)化爐按輻射室供熱方式進行分類，可分為以下四種方式：1)頂燒爐：這是很多公司都采用的一種爐型。這種爐型的燃燒器布置在輻射室頂部，轉(zhuǎn)化管受熱形式為單排管受雙面輻射，火焰與爐管平行，垂直向下燃燒，煙氣下行，從爐膛底部煙道離開輻射室。這種爐型的對流室均布置在輻射室旁邊。2）側(cè)燒爐：這種爐子的燃燒器布置在輻射室的側(cè)墻，火焰附墻燃燒。早期轉(zhuǎn)化管的受熱形式多為爐膛中間的雙排管受側(cè)墻的雙面輻射，由于受熱形式不好，操作條件苛刻，爐管易彎曲，現(xiàn)在大部分都

3、改為單排管受雙面輻射的形式。這種爐子的煙氣上行，對流室置于輻射室頂部，大型裝置的對流室考慮到結(jié)構(gòu)及檢修等原因，對流室經(jīng)常放置在輻射室旁邊。3)梯臺爐：這種爐子的輻射室側(cè)墻呈梯臺形，燃燒器火焰沿傾斜爐墻平行燃燒，通過爐墻向轉(zhuǎn)化管輻射傳熱。與側(cè)燒爐類似，轉(zhuǎn)化管可以為雙排或單排。這種爐子的對流室全部置于輻射室頂部，煙氣上行，采用自然抽風，沒有引風機。4)底燒爐：這種爐型目前多用于小型裝置。燃燒器位于輻射室底部，煙氣上行。2、爐型結(jié)構(gòu)比較:2.1傳熱方式頂燒爐的燃燒器安裝在輻射室頂部，火焰從上往下燒，煙氣流動方向與轉(zhuǎn)化管內(nèi)介質(zhì)流動方向相同，

4、傳熱方式為并流傳熱。側(cè)燒爐燃燒器安裝在輻射室側(cè)墻，火焰附墻燃燒，通過輻射墻對轉(zhuǎn)化管傳熱，煙氣流動方向與管內(nèi)介質(zhì)流動方向相反，傳熱方式錯流傳熱。梯臺爐的燃燒器排數(shù)比側(cè)燒爐要少，是一種改進的錯流傳熱。底燒爐為逆流傳熱。2.2熱強度及管壁溫度溫度分布.由于不同的傳熱方式，所以不同爐型具有不同的熱強度和管壁溫度分布。頂燒爐火焰集中在爐膛頂部，所以該處輻射傳熱能力非常強，具有非常高的局部熱強度，同時該處的管壁溫度也為最高。最高管壁溫度和熱強度同時在轉(zhuǎn)化管頂部出現(xiàn)峰值是頂燒式轉(zhuǎn)化爐的特點。該特點造成轉(zhuǎn)化管有較高的設(shè)計壁溫。對于側(cè)燒和梯臺轉(zhuǎn)化爐，

5、由于燃燒器均勻分布在沿管長方向的不同標高，輻射傳熱比較均勻，可避免該峰值，從而降低設(shè)計壁溫，減少轉(zhuǎn)化管壁厚，節(jié)約高合金爐管，或允許較高的轉(zhuǎn)化氣出口溫度，以降低殘余甲烷，提高氫的產(chǎn)率。在管壁設(shè)計溫度相同時，側(cè)燒爐和梯臺爐可以允許較大的總平均管壁熱強度，這樣傳熱面積會相應(yīng)減少，轉(zhuǎn)化管數(shù)量有所下降。底燒爐在傳熱性能上，具有爐頂熱強度低，爐底熱強度高的特性，因而爐管壁溫變化最大，特別是爐底處爐管壁溫是所有爐型中最高，對爐管壽命十分不利，為了控制最高管壁熱強度不超標，只能選用很低的平均熱強度，造成管材的巨大浪費，所以大型裝置都不采用底燒爐。2

6、.3結(jié)構(gòu)特點.頂燒爐的所有轉(zhuǎn)化管排均在同一爐膛內(nèi)，排列比較緊湊，節(jié)省占地面積，適于大型化。側(cè)燒爐和梯臺爐由于是兩個輻射室并列排列，所以在爐管數(shù)量相同時，占地面積較大，大型化有一定的困難。)頂燒爐的燃燒器數(shù)量較少，密集排列在爐頂，燃料配管及空氣配管相應(yīng)簡化，但爐頂結(jié)構(gòu)比較復雜。側(cè)燒爐燃燒器數(shù)量較多，分布在輻射室側(cè)墻，燃料配管及空氣配管較多。2.4對工況的適應(yīng)情況頂燒爐由于在上部供熱較多，所以在轉(zhuǎn)化管內(nèi)采用抗積碳性能好的催化劑時，可以很好的和轉(zhuǎn)化反應(yīng)相匹配，在反應(yīng)最激烈處能供給最多的熱量，燃料放熱分布與反應(yīng)吸熱分布較協(xié)調(diào)。但爐管縱向溫度

7、不能調(diào)節(jié)，在操作末期或催化劑積碳情況下，由于上部反應(yīng)較少，管內(nèi)介質(zhì)溫度升高很快，造成轉(zhuǎn)化爐管的管壁溫度升高，對爐管壽命有影響，設(shè)計管壁溫度也需要取較大的裕量。側(cè)燒爐和梯臺爐可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)沿爐管長度方向受熱的負荷，對不同工況的適應(yīng)情況較好。2.5操作情況頂燒爐的燃燒器都集中在爐頂，造成爐頂?shù)牟僮鳁l件比較惡劣，由于爐頂?shù)臏囟确浅８撸瑺t頂布置又非常緊密，正常操作過程中調(diào)節(jié)燃燒器有一定難度。側(cè)燒爐和梯臺爐的燃燒器均布置在側(cè)墻，操作條件和緩，對正常操作好處較大。但側(cè)燒爐由于燃燒器數(shù)量較多，點火時花費的時間比頂燒爐要長。