本實用新型涉及一種具有省煤器的副產蒸汽氯化氫石墨合成爐，主要應用于氯化氫合成技術領域。

背景技術：

現有的副產蒸汽氯化氫合成爐主要有鋼制的合成爐、石墨制的合成爐和半鋼制半石墨制合成爐。基本工作原理都是：氯氣、氫氣從爐底進入，經燈頭混合、燃燒獲得氯化氫氣體，在爐底使用循環水將高溫輻射段降溫到合適溫度后，利用氯化氫合成余熱副產蒸汽，低溫段再使用冷卻水進一步降溫到工藝要求溫度后從爐頂排出，獲得氯化氫氣體。鋼制合成爐副產蒸汽壓力高，但受化學腐蝕溫度區間的限制，取熱溫度區間小，余熱利用率低。石墨合成爐，產品中不含鐵離子，產品純凈，但受材料耐溫能力和強度限制，取熱溫差小，余熱利用率也不高。

現有的副產蒸汽氯化氫合成爐都存在：副產余熱利用不充分、換熱效率低，氯氫混合反應不徹底，產品中含氯離子、氯化氫，純度低等缺陷。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是：提供一種換熱效率高、余熱利用充分，氯氫混合反應徹底，產品純凈，不含鐵離子和氯離子，結構緊湊合理，具有節能降耗功能的具有省煤器的副產蒸汽氯化氫石墨合成爐。

本實用新型所述的具有省煤器的副產蒸汽氯化氫石墨合成爐，包括石墨爐筒和汽包，石墨爐筒的頂部內設有氣體再混合器，氣體再混合器頂部從下至上依次設置密封連接的蒸發結構段、省煤器段及冷卻結構段，蒸發結構段包括蒸發段換熱塊組件，石墨爐筒上段及蒸發段換熱塊組件外圍設有蒸發段金屬結構筒體，蒸發段金屬結構筒體的上下部通過循環管路串聯汽包，石墨爐筒底部設置整體式爐底封頭，整體式爐底封頭上安裝預混式合成爐燈頭，冷卻結構段頂部設置整體式爐頂封頭，整體式爐頂封頭上設置氯化氫出口；省煤器段的底部設置無離子水進口，頂部設置無離子預熱水出口，無離子預熱水出口連通汽包，冷卻結構段的底部設置冷卻水進口，頂部設置冷卻預熱水出口。

所述的冷卻結構段包括冷卻器換熱塊組件，冷卻器換熱塊組件外圍設有冷卻段金屬結構夾套，冷卻段金屬結構夾套下部設有冷卻水進口，上部設有冷卻預熱水出口，冷卻段金屬結構夾套上端與整體式爐頂封頭密封固連，冷卻段金屬結構夾套下端與冷卻器換熱塊組件密封固連。

所述的省煤器段包括省煤器換熱塊組件，省煤器換熱塊組件外圍設有省煤器雙層夾套金屬結構筒體，省煤器雙層夾套金屬結構筒體包括同軸設置的金屬內筒和金屬外筒，金屬內筒上部沿圓周方設有若干均勻分布的上部過流孔，金屬內筒下部沿圓周方設有若干均勻分布的下部過流孔，金屬外筒下部設有無離子水進口，上部設有無離子預熱水出口，金屬內筒上端與金屬外筒上端及省煤器換熱塊組件上端均密封固連，金屬內筒下端與金屬外筒下端及省煤器換熱塊組件下端均密封固連。

所述的汽包頂部設置汽包蒸汽出口，循環管路包括循環管，循環管一端連通無離子水預熱水進口，無離子水預熱水進口連通蒸發段金屬結構筒體底部與石墨爐筒之間的腔體，循環管另一端連通水蒸汽出口，水蒸汽出口連通蒸發段金屬結構筒體頂部與蒸發段換熱塊組件之間的腔體，無離子水預熱水進口和水蒸汽出口均安裝在蒸發段金屬結構筒體上。

所述的冷卻預熱水出口通過管道連通冷卻預熱水進口，冷卻預熱水進口安裝在控溫段金屬結構筒體上，控溫段金屬結構筒體安裝在蒸發段金屬結構筒體和整體式爐底封頭之間，且控溫段金屬結構筒體位于石墨爐筒下段的外周，控溫段金屬結構筒體上部設有冷卻水出口，內部設有螺旋狀折流板，外部分別通過爐門、視鏡的伸出密封固連結構與爐門、視鏡連接。

所述的預混式合成爐燈頭包括同軸設置的石英玻璃內管和外管，外管為直通管，內管的頂端為半球形封閉結構，半球形封閉結構的底部設置內管直通段，內管直通段的上部設有橫截面為梅花狀的噴射段，噴射段上分布有噴孔。工作時，氫氣從外管通入；氯氣從內管通入，并且氯氣通過內管梅花狀結構上的噴孔，垂直噴射進入氫氣通道，形成特殊湍流結構；與氫氣形成充分的預混合，混合氣體向上在燈頭頂端充分燃燒：由于氯氣并入氫氣通道，進一步提高氣速；火焰垂直向上，燃燒高度適中，介于長焰與短焰之間；即有效降控制火焰對合成爐爐體的輻射傷害，又降底了火焰對爐膽頂部的熱傷害，燃燒室空間高度較小。

所述的梅花狀的噴射段包括多個弧形段，相鄰弧形段之間通過連接板連接，弧形段上分布有噴孔。

所述的氣體再混合器為帶燈頭防爆功能的石墨材質氣體再混合器；蒸發段換熱塊組件為YKB型石墨換熱塊組件；省煤器換熱塊組件為YKA型石墨換熱塊組件；冷卻器換熱塊組件為YKB型石墨換熱塊組件。

本實用新型的有益效果是：

1、由于采用預混式合成爐燈頭，使得氯氣、氫氣混合更加均勻，燃燒更加充分，產品不含游離氯，產出氯化氫純度高。

2、氯化氫合成反應過程中，400℃時就會發生劇烈反應，在有水觸媒的情況下，150℃即可發生劇烈反應，放出熱量使得合成氣體溫度上升超過2000℃；而氯化氫在1700℃時就會發生明顯的離解反應，由于本實用新型在中段設置了氣體再混合器，強制離解的氯氣和氫氣重新混合、反應、合成氯化氫，使產品不含游離氯，氯化氫純度更高。

3、由于采用了整體式爐底封頭和整體式爐頂封頭結構，使得設備整體結構強度更好，避免了分體爐底封頭和分體式爐頂封頭連接處必須設置密封件，密封件密封性能降低帶來的泄漏問題，更加安全可靠。

4、由于設置了無離子水預熱段的省煤器結構，克服了現有的副產蒸汽合成爐，在副產蒸汽段尾端，氯化氫溫度降至200℃～300℃；即進入冷卻段，冷卻到工藝溫度，一般為40℃，排出成品氯化氫；副產蒸汽合成爐冷卻負荷大，余熱利用不充分的問題，本實用新型在副產蒸汽段與冷卻段之間設置的省煤器，將氯化氫約為100℃～300℃區間所攜帶的熱能回收，用于預熱副產蒸汽的無離子水，實現了進一步利用余熱，余熱利用更加充分，提高熱利用率4％～10％，同時實現對氯化氫進一步降溫，省煤器段出口氯化氫溫度約為100℃～150℃，減少冷卻負荷約20％～40％，具有節能降耗、余熱利用充分、熱利用率高的優點。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是圖1中A部分的放大結構示意圖。

圖3是圖1中B部分的放大結構示意圖。

圖4是圖1中C部分的放大結構示意圖。

圖5是圖1中D部分的放大結構示意圖。

圖6是預混式合成爐燈頭的結構示意圖。

圖7是圖6中A-A的截面結構示意圖。

圖中：1、氯氣進口；2、預混式合成爐燈頭；3、整體式爐底封頭；4、爐門；5、無離子水預熱水進口；6、循環管；7、水蒸汽出口；8、汽包；9、無離子預熱水出口；10、蒸汽出口；11、整體式爐頂封頭；12、氯化氫出口；13、冷卻預熱水出口；14、冷卻器換熱塊組件；15、冷卻段金屬結構夾套；16、冷卻水進口；17、省煤器雙層夾套金屬結構筒體；18、上部過流孔；19、金屬內筒；20金屬外筒；21、省煤器換熱塊組件；22、下部過流孔；23、無離子水進口；24、蒸發段換熱塊組件；25、蒸發段金屬結構筒體；26、氣體再混合器；27、石墨爐筒；28、冷卻水出口；29、控溫段金屬結構筒體；30、視鏡；31、冷卻預熱水進口；32、螺旋狀折流板；33、氫氣進口；34、噴射段；35、外管；36、內管；37、噴孔。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步描述：

如圖1～圖7所示，本實用新型所述的具有省煤器的副產蒸汽氯化氫石墨合成爐，包括石墨爐筒27和汽包8，石墨爐筒27的頂部內設有氣體再混合器26，氣體再混合器26頂部從下至上依次設置密封連接的蒸發結構段、省煤器段及冷卻結構段，蒸發結構段包括蒸發段換熱塊組件24，石墨爐筒27上段及蒸發段換熱塊組件24外圍設有蒸發段金屬結構筒體25，蒸發段金屬結構筒體25的上下部通過循環管路串聯汽包8，石墨爐筒27底部設置整體式爐底封頭3，整體式爐底封頭3上安裝預混式合成爐燈頭2，冷卻結構段頂部設置整體式爐頂封頭11，整體式爐頂封頭11上設置氯化氫出口12；省煤器段的底部設置無離子水進口23，頂部設置無離子預熱水出口9，無離子預熱水出口9連通汽包8，冷卻結構段的底部設置冷卻水進口16，頂部設置冷卻預熱水出口13。冷卻結構段包括冷卻器換熱塊組件14，冷卻器換熱塊組件14外圍設有冷卻段金屬結構夾套15，冷卻段金屬結構夾套15下部設有冷卻水進口16，上部設有冷卻預熱水出口13，冷卻段金屬結構夾套15上端與整體式爐頂封頭11密封固連，冷卻段金屬結構夾套15下端與冷卻器換熱塊組件14密封固連。省煤器段包括省煤器換熱塊組件21，省煤器換熱塊組件21外圍設有省煤器雙層夾套金屬結構筒體17，省煤器雙層夾套金屬結構筒體17包括同軸設置的金屬內筒19和金屬外筒20，金屬內筒19上部沿圓周方設有若干均勻分布的上部過流孔18，金屬內筒19下部沿圓周方設有若干均勻分布的下部過流孔22，金屬外筒20下部設有無離子水進口23，上部設有無離子預熱水出口9，金屬內筒19上端與金屬外筒20上端及省煤器換熱塊組件21上端均密封固連，金屬內筒19下端與金屬外筒20下端及省煤器換熱塊組件21下端均密封固連。汽包8頂部設置汽包蒸汽出口10，循環管路包括循環管6，循環管6一端連通無離子水預熱水進口5，無離子水預熱水進口5連通蒸發段金屬結構筒體25底部與石墨爐筒27之間的腔體，循環管6另一端連通水蒸汽出口7，水蒸汽出口7連通蒸發段金屬結構筒體25頂部與蒸發段換熱塊組件之間的腔體，無離子水預熱水進口5和水蒸汽出口7均安裝在蒸發段金屬結構筒體25上。冷卻預熱水出口通過管道連通冷卻預熱水進口31，冷卻預熱水進口31安裝在控溫段金屬結構筒體29上，控溫段金屬結構筒體29安裝在蒸發段金屬結構筒體25和整體式爐底封頭3之間，且控溫段金屬結構筒體29位于石墨爐筒27下段的外周，控溫段金屬結構筒體29上部設有冷卻水出口28，內部設有螺旋狀折流板32，外部分別通過爐門、視鏡的伸出密封固連結構與爐門4、視鏡30連接。預混式合成爐燈頭2包括同軸設置的石英玻璃內管36和外管35，外管35為直通管，內管36的頂端為半球形封閉結構，半球形封閉結構的底部設置內管直通段，內管直通段的上部設有橫截面為梅花狀的噴射段34，噴射段34上分布有噴孔。梅花狀的噴射段34包括多個弧形段，相鄰弧形段之間通過連接板連接，弧形段上分布有噴孔37。氣體再混合器26為帶燈頭防爆功能的石墨材質氣體再混合器26；蒸發段換熱塊組件為YKB型石墨換熱塊組件；省煤器換熱塊組件21為YKA型石墨換熱塊組件；冷卻器換熱塊組件14為YKB型石墨換熱塊組件。

本實施例為年產540噸的具有省煤器的副產蒸汽氯化氫石墨合成爐，其工作過程是：

待處理氯氣，通過氯氣進口1進入設置在整體式爐底封頭3底部的預混式合成爐燈頭2；同時待處理氫氣，通過氫氣進口33進入設置在整體式爐底封頭3底部的預混式合成爐燈頭2；氯氣和氫氣在預混式合成爐燈頭2內充分混合，在預混式合成爐燈頭2頂端燃燒，合成氯化氫氣體，噴射至石墨爐筒27內。火焰應為青白色，并伴生大量的熱。氯化氫合成熱為92KJ/mol，化學方程式為：H₂+Cl₂＝2HCl+184.096KJ/mol。燃燒時火焰溫度按理論計算約為3000℃以上，但在實際合成時，由于氯氣過量、不純氣體及水分的帶入，以及氯化氫在1700℃以上會顯著離解，等因素；使火焰溫度降至2000℃左右。合成氣體在石墨爐筒27下段，伴有大量的輻射熱，與設置在石墨爐筒27下段、外圍的控溫段金屬結構筒體29內，強制循環的冷卻預熱水，進行間壁式換熱。合成氣體溫度降至1800℃左右，進入石墨爐筒27上段，并繼續上升；依次穿過氣體再混合器26、蒸發段換熱塊組件24的縱向過流通道。在此過程中合成氣體與蒸發段金屬結構筒體25內，熱虹吸自循環的無離子水預熱水，進行間壁式換熱。合成氣體溫度逐漸下降；同時合成氣體中離解的氯氣和氫氣進一步反應，生成氯化氫氣體，并釋放出合成熱；參與熱量交換。合成氣體溫度降至250℃左右，進入省煤器換熱塊組件21的縱向過流通道。在此過程中合成氣體與省煤器金屬內筒19內的，熱虹吸自循環的無離子水預熱水，進行間壁式換熱。合成氣體溫度降至120℃左右，繼續上升，進入冷卻器換熱塊組件14的縱向過流通道。與設置在冷卻器換熱塊組件14外圍的冷卻段金屬結構夾套15內，強制循環的冷卻水，進行間壁式換熱。合成氣體溫度降至40℃左右；進入整體式爐頂封頭11，由氯化氫出口12排出。

服務側冷卻部分：強制循環的冷卻水，由設置在冷卻段金屬結構夾套15下部的冷卻水進口16，進入冷卻器，穿過冷卻器換熱塊組件14的橫向過流通道；與冷卻器換熱塊組件14的縱向過流通道內的合成氣體，進行間壁式換熱。合成氣體溫度由120℃降至40℃左右；冷卻水自身溫度由25℃升高到30℃左右。從設置在冷卻段金屬結構夾套15上部的冷卻預熱水出口13排出。并進入控溫段金屬結構筒體29下部的冷卻預熱水進口31，穿過冷卻段金屬結構夾套15、石墨爐筒27與螺旋狀折流板32等三個部件之間形成的過流通道。與石墨爐筒27下段內的高溫合成氣體，進行間壁式換熱。合成氣體溫度降至1800℃左右，強制循環的冷卻預熱水，自身溫度由30℃升高到50℃左右。從設置在控溫段金屬結構筒體29上部的冷卻水出口28排出。完成帶“省煤器”的副產蒸汽氯化氫石墨合成爐的冷卻工藝過程。

服務側副產蒸汽部分：無離子水由設置在省煤器雙層夾套金屬結構筒體17的金屬外筒20下部的無離子水進口23，進入金屬外筒20與金屬內筒19之間；流過設置在金屬內筒19下部的若干均勻分布的下部過流孔22，進入金屬內筒19，并穿過省煤器換熱塊組件21的徑向過流通道。與省煤器換熱塊組件21的縱向過流通道內的合成氣體，進行間壁式換熱。合成氣體溫度由250℃降至120℃左右。無離子水自身溫度升高，密度降低，在熱虹吸的作用下，沿金屬內筒19與省煤器換熱塊組件21的徑向過流通道之間形成的循環通道向上，流過設置在金屬內筒19上部的若干均勻分布的上部過流孔18，進入金屬外筒20；繼續沿著金屬外筒20與金屬內筒19間的環形通道向下，流過設置在金屬內筒19下部的若干均勻分布的下部過流孔22，進入金屬內筒19。如此反復循環，與省煤器換熱塊組件21的縱向過流通道內的合成氣體，進行熱量交換。無離子水自身溫度由25℃升高到60℃～80℃。由設置在省煤器雙層夾套金屬結構筒體17的金屬外筒20上部的無離子水預熱水出口排出，并進入汽包。

進入汽包8的無離子水預熱水由循環管6向下，通過設置在蒸發段金屬結構筒體25，下部的無離子水預熱水進口5，進入蒸發段金屬結構筒體25。并穿過蒸發段金屬結構筒體25與石墨爐筒上段、氣體再混合器26及蒸發段換熱塊組件24的橫向過流通道等三組部件形成的流道向上。與依次穿過石墨爐筒上段及氣體再混合器26、蒸發段換熱塊組件24的縱向過流通道的合成氣體，進行間壁式換熱。合成氣體溫度由1800℃降至250℃左右。無離子水自身溫度升高，經歷“顯熱段過渡流”、“蒸發段泡核沸騰膜”等傳熱過程；在熱虹吸的作用下，沿蒸發段金屬結構筒體25與石墨爐筒上段、氣體再混合器26及蒸發段換熱塊組件24的橫向過流通道等三組部件形成的流道向上。流出設置在蒸發段金屬結構筒體25上部的水蒸汽出口7。經過循環管6進入汽包8；在汽包8內進行氣液分離，無離子水繼續沿循環管6向下，通過設置在蒸發段金屬結構筒體25下部的無離子水預熱水進口5，進入蒸發段金屬結構筒體25。如此反復循環，與合成爐內的氣體，進行熱量交換。同時汽包8內氣液分離出的0.3MPa～0.8MPa的副產蒸汽由設置在汽包8頂部的蒸汽出口10排出，完成帶“省煤器”的副產蒸汽氯化氫石墨合成爐的副產蒸汽工藝過程。

本實施例為年產540噸的具有省煤器的副產蒸汽氯化氫石墨合成爐，經過1年多的試生產驗證了其結構帶來的效果：

1、采用預混式合成爐燈頭，使得氯氣、氫氣混合更加均勻，燃燒更加充分；

2、氯化氫合成反應過程中，400℃時就會發生劇烈反應，在有水觸媒的情況下150℃即可發生劇烈反應，放出熱量使得合成氣體溫度上升超過2000℃；而氯化氫在1700℃時就會發生明顯的離解反應，由于本實施例中，在具有省煤器的副產蒸汽氯化氫石墨合成爐中段設置了氣體再混合器，強制離解的氯氣和氫氣重新混合、反應、合成氯化氫，進一步保障了產品不含游離氯、氯化氫純度更高。產出氯化氫純度可達99％。

3、本實施例，由于采用了整體式爐底封頭和整體式爐頂封頭結構，使得設備整體結構強度更好，整體式爐底封頭密封面減少4處，整體式爐頂封頭密封面減少2處，避免了分體爐底封頭和分體式爐頂封頭連接處必須設置密封件，密封件密封性能降低帶來的泄漏問題，更加安全可靠。

4、本實施例，由于設置了無離子水預熱段的省煤器結構。現有的副產蒸汽合成爐，在副產蒸汽段尾端，氯化氫溫度降至200℃～300℃；即進入冷卻段，冷卻到工藝溫度，一般為40℃，排出成品氯化氫；副產蒸汽合成爐冷卻負荷大，余熱利用不充分。本實用新型在副產蒸汽段與冷卻段之間，設置了一個省煤器，將氯化氫約為100℃～300℃區間所攜帶的熱能回收，用于預熱副產蒸汽的無離子水；實現了進一步利用余熱，余熱利用更加充分，提高熱利用率4％～10％。同時實現對氯化氫進一步降溫，省煤器段出口氯化氫溫度約為100℃～150℃。減少冷卻負荷約20％～40％，具有節能降耗、余熱利用充分、熱利用率高的優點。