一种用于制氢装置的模块化转化炉的制作方法

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1.本实用新型涉及制氢技术领域，更具体的是涉及一种用于制氢装置的模块化转化炉。

背景技术：

2.制氢转化炉是以烃类物质为原料并采用蒸汽转化法生产氢气的设备。蒸汽转化过程是伴有传热、传质、动量传递以及复杂化学反应的综合过程，要求传热与反应相适应。制氢转化炉的炉型很多，目前国内制氢主要选用的是顶烧炉和侧烧炉。顶烧型制氢转化炉燃烧器在炉顶，火焰向下燃烧，转化炉管采用立管，双面辐射，原料气通过炉顶进口管系进入转化炉管被加热，并发生转化反应，形成的富氢高温转化气经过炉底出口管系进入蒸汽废锅产生蒸汽和进行其它换热、变换流程。顶烧型转化炉燃烧器火焰方向平行转化管，燃烧区温度场与转化反应所需温度场匹配度较好，操作弹性大。
3.随着工业的快速发展，对氢气的使用需求越来越大，制氢装置也在不断更新改善，其中制氢转化炉是制氢装置的重要设备，但目前现有的制氢转化炉存在部分缺陷：比如，现有技术中1000m3/h方箱炉的辐射段外形尺寸一般都在4000
×
4000
×
20000mm(长
×
宽
×
高)以上，7000m3/h转化炉的对流段外形尺寸一般大于15000
×
3500
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3000mm，由于辐射段和对流段的尺寸过大无法模块化生产，即使工厂能够制作也难以实现运输，使得转化炉的建造只能在现场完成。目前现场制作安装受现场条件限制存在制作质量难于保证，工期的掌控难于控制，受外界因素影响多，工期长、投入人力、机具多、施工成本高等缺陷。因此，本实用新型提供一种用于制氢装置的模块化转化炉，以解决上述提出的问题。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于：为了解决制氢转化炉辐射段和对流段的尺寸过大模块化生产困难且难以运输的问题，本实用新型提供一种用于制氢装置的模块化转化炉。
5.本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种用于制氢装置的模块化转化炉，包括辐射段模块和对流段模块，所述辐射段模块包括沿辐射段高度方向设置的多个竖直模块，每个所述竖直模块均至少包括四个侧面壁板，每个所述侧面壁板之间通过连接部件形成矩形空间，每个所述竖直模块之间固定连接且均安装于第一钢结构上；所述对流段模块包括沿对流段长度方向设置的多个水平模块，每个所述水平模块均至少包括前侧壁板、后侧壁板、顶板和底板，所述前侧壁板、后侧壁板、顶板和底板通过连接部件形成矩形空间，每个所述水平模块之间固定连接且均安装于第二钢结构上。
6.使用及工作过程：根据转化炉的结构特点，将转化炉按区域划分为若干模块进行模块集成设计，辐射段模块化和对流段模块化分区将四面的壁板连同壁板内的附件及内衬材料一起进行分区，将宽度尺寸和高度尺寸控制便于运输和安装的范围内，在运输条件允许的条件下，将转化炉的结构(含管系、衬里、和烟道)分割成若干竖直模块和水平模块，在工厂完成预制；现场拼装中，辐射段模块按照从下往上的方式安装，对流段按照靠近辐射段
到远离辐射段的方式安装，安装过程中平正。本实用新型的模块化转化炉有利于减少施工周期，能够保障机械设备的加工制造精度及其他配件的安装质量。
7.所述第一钢结构和所述第二钢结构均包括多根竖向立柱、连接相邻所述竖向立柱的横向加强筋和焊接于所述横向加强筋上的竖向加强筋，所述横向加强筋和所述竖向加强筋构成框架结构，所述第一钢结构的框架结构沿竖直方向设置，所述第二钢结构的框架结构沿水平方向设置。
8.所述辐射段模块的顶部还包括一个炉顶板，所述辐射段模块的底部还包括一个炉底板，所述炉顶板和所述炉底板与所述侧面壁板通过槽钢连接。
9.所述炉顶板、所述炉底板和所述侧面壁板与所述第一钢结构之间焊接，每个竖直模块之间螺栓连接。
10.所述侧面壁板通过焊接横向加强型钢和竖向加强型钢进行加强。
11.每个所述水平模块之间采用角钢法兰连接，每个所述水平模块的底板与所述第二钢结构之间焊接。
12.所述炉顶板、炉底板和侧面壁板的内表面均设置有陶瓷纤维块衬里，所述前侧壁板、后侧壁板、顶板和底板的内表面均设置有浇注料衬里。
13.每个所述竖直模块的高度均不超过7.5m，宽度均不超过3m；每个所述水平模块的长度不超过7.5m，高度不超过3m。
14.每个所述竖直模块还包含多个水平设置的竖直子模块，每个所述竖直子模块的高度不超过7.5m，宽度不超过3m，每个所述水平模块还包含多个垂直设置的水平子模块，每个所述水平子模块的长度不超过7.5m，高度不超过3m。
15.所述对流段模块包括第一空气预热器、烟气废锅、蒸汽过热器、第二空气预热器、天然气预热器、第一混合气预热器和第二混合气预热器；所述辐射段模块包括辅助燃烧器、转化管组、辐射段燃烧器和吊架系统。
16.本实用新型的有益效果如下：
17.根据转化炉的结构特点，将转化炉的辐射段和对流段分别按区域划分为若干模块进行模块集成设计，将每个模块的尺寸控制便于运输和安装的范围内，在工厂完成预制形成转化炉结构模块，大大减少了现有转化炉建造中现场工作人员的工作强度和制造费用，车间制造设备环境条件优越，既降低施工难度，又保证了建造质量和进度；现场拼装中，辐射段模块按照从下往上的方式安装，对流段按照靠近辐射段到远离辐射段的方式安装，便于开展交叉作业，大大缩短了转化炉的建造周期，也能有效避免转化炉现场施工受天气、气候和季节影响；模块化运输和安装大大减少了现场的高空作业量，降低了高空作业危险性和减少了安全措施。本实用新型的模块化转化炉有利于减少施工周期，能够保障机械设备的加工制造精度及其他配件的安装质量。
附图说明
18.图1是本实用新型的总体结构示意图；
19.图2是本实用新型辐射段的侧视图；
20.图3是图2中i部分的结构示意图；
21.图4是本实用新型辐射段模块化的结构示意图；
22.图5是图4的a-a向剖面视图；
23.图6是图4的b-b向剖面视图；
24.图7是本实用新型高度不超过3m的对流段模块化的结构示意图；
25.图8是本实用新型高度大于3m的对流段模块化的结构示意图；
26.图9是本实用新型对流段分段连接的示意图。
27.附图标记：1-第一空气预热器，2-浇注料，3-烟气废锅，4-蒸汽过热器，5-第二空气预热器，6-天然气预热器，7-第一混合气预热器，8-第二混合气预热器，9-第二钢结构，10-辅助燃烧器，11-第一钢结构，12-陶瓷纤维块，13-转化管组，14-辐射段燃烧器，15-吊架系统，16-炉底板，17-侧面壁板，18-竖向立柱，19-横向加强筋，20-竖向加强筋，21-炉顶板，22-前侧壁板，23-后侧壁板，24-顶板，25-底板，26-槽钢，27-角钢法兰，28-竖直模块，29-竖直子模块，30-水平模块，31-水平子模块。
具体实施方式
28.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.实施例1
31.如图1-9所示，一种用于制氢装置的模块化转化炉，包括辐射段模块和对流段模块，所述辐射段模块包括沿辐射段高度方向设置的多个竖直模块28，每个所述竖直模块28均至少包括四个侧面壁板17，每个所述侧面壁板17之间通过连接部件形成矩形空间，所述连接部件选自角钢、槽钢26或扁钢，连接槽钢26之间还设有连接紧固件，每个所述竖直模块28之间通过螺栓固定连接且均安装于第一钢结构11上，所述第一钢结构11为用于固定所述竖直模块28的竖直钢架结构，竖直模块28固定于第一钢结构11的方式为焊接；所述对流段模块包括沿对流段长度方向设置的多个水平模块30，每个所述水平模块30均至少包括前侧壁板22、后侧壁板23、顶板24和底板25，所述前侧壁板22、后侧壁板23、顶板24和底板25通过连接部件形成矩形空间，所述连接部件也选自角钢、槽钢26或扁钢，每个所述水平模块30之间固定连接且均安装于第二钢结构9上，所述第二钢结构9为用于支撑所述水平模块30的水平钢架结构；所述对流段模块包括第一空气预热器1、烟气废锅3、蒸汽过热器4、第二空气预热器5、天然气预热器6、第一混合气预热器7和第二混合气预热器8，所述辐射段模块包括辅助燃烧器10、转化管组13、辐射段燃烧器14和吊架系统15，所述侧面壁板17、前侧壁板22、后侧壁板23、顶板24和底板25均有内衬的隔热材料，炉壁上还有一些附件，如看火口，人孔、防爆孔、烟道辅助燃烧器10、平台等。
32.根据转化炉的结构特点，将转化炉的辐射段和对流段分别按区域划分为若干模块进行模块集成设计，将每个模块的尺寸控制便于运输和安装的范围内，在工厂完成预制形
成转化炉结构模块，大大减少了现有转化炉建造中现场工作人员的工作强度和制造费用，车间制造设备环境条件优越，既降低施工难度，又保证了建造质量和进度；现场拼装中，辐射段模块按照从下往上的方式安装，对流段按照靠近辐射段到远离辐射段的方式安装，便于开展交叉作业，大大缩短了转化炉的建造周期，也能有效避免转化炉现场施工受天气、气候和季节影响；模块化运输和安装大大减少了现场的高空作业量，降低了高空作业危险性和减少了安全措施。本实用新型的模块化转化炉有利于减少施工周期，能够保障机械设备的加工制造精度及其他配件的安装质量。
33.实施例2
34.如图1和图2所示，基于实施例1，所述第一钢结构11和所述第二钢结构9均包括多根竖向立柱18、连接相邻所述竖向立柱18的横向加强筋19和固接于所述横向加强筋19上的竖向加强筋20，所述横向加强筋19和所述竖向加强筋20构成框架结构，所述第一钢结构11的框架结构沿竖直方向设置且与多根竖向立柱18焊接形成稳定的钢结构用于支撑竖直模块28，所述第二钢结构9的框架结构沿水平方向设置且与多根竖向立柱18焊接形成稳定的水平钢架结构用于支撑水平模块30。
35.通过竖向立柱18、横向加强筋19和竖向加强筋20构成的框架结构组装第一钢结构11和第二钢结构9分别用于支撑竖直模块28和水平模块30，具有组装方便，结构简单，施工工期短的优点。
36.实施例3
37.如图2-6所示，基于实施例1，所述辐射段模块的顶部还包括一个炉顶板2421，所述辐射段模块的底部还包括一个炉底板16，所述炉顶板21和所述炉底板16与所述侧面壁板17通过槽钢26连接，连接槽钢26之间还设有连接紧固件，所述炉顶板21、所述炉底板16和所述侧面壁板17分别与所述第一钢结构11之间焊接，每个竖直模块28之间螺栓连接，所述炉顶板21、炉底板16、侧面壁板17的内表面均设置有陶瓷纤维块12衬里，所述每个竖直模块28陶瓷纤维块12衬里之间连接处还填塞有衬里料，所述侧面壁板17通过焊接横向加强型钢和竖向加强型钢进行加强。
38.通过炉顶板21、炉底板16和侧面壁板17分别与第一钢结构11焊接，竖直模块28之间螺栓连接易于形成稳定的支撑结构；每个竖直模块28内表面的衬里结构具有耐火性能好，热效率高，安装简单方便的特点。
39.实施例4
40.如图7-9所示，基于实施例1，每个所述水平模块30之间采用角钢法兰27连接，每个所述水平模块30的底板25与所述第二钢结构9之间焊接，所述水平模块30的前侧壁板22、后侧壁板23、顶板24和底板25的内表面均设置有浇注料2衬里。
41.通过角钢法兰27将水平模块30进行连接，完成模块的集成安装，对流段的水平模块30仅需将底板25与第二钢结构9进行焊接即可实现固定安装，施工简便。
42.实施例5
43.如图4、7、8所示，基于实施例1，每个所述竖直模块28和每个所述水平模块30的高度均不超过7.5m，宽度均不超过3m；每个所述竖直模块28还包含多个水平设置的竖直子模块29，竖直子模块29之间螺栓连接且高度不超过7.5m，宽度不超过3m；当对流段的宽度不超过3m时，对流段仅由多个水平模块30构成；当对流段的宽度高于3m时，每个所述水平模块30
还包含多个垂直设置的水平子模块31，水平子模块31之间采用角钢法兰27连接且长度不超过7.5m，高度不超过3m。
44.将每个模块的尺寸控制便于运输和安装的范围内，竖直模块28的高度均不超过7.5m，宽度均不超过3m，水平模块30的宽度不超过7.5m，高度不超过3m，达到了将大尺寸制氢转化炉以最大化的运输尺寸为分割多模块的效果，大大缩短了转化炉的建造周期。
45.本实用新型包括辐射段模块和对流段模块，所述辐射段模块包括沿辐射段高度方向设置的多个竖直模块28，竖直模块28的高度不超过7.5m，宽度不超过3m，每个所述竖直模块28之间固定连接且均安装于第一钢结构11上；所述对流段模块包括沿对流段长度方向设置的多个水平模块30，水平模块30的宽度不超过7.5m，高度不超过3m，每个所述水平模块30之间固定连接且均安装于第二钢结构9上；本实用新型模块化分区能够满足运输尺寸的要求，能够有效降低工厂预制的工作难度，又保证了建造质量；有利于现场拼装中开展交叉作业，大大缩短了转化炉的建造周期。

技术特征：

1.一种用于制氢装置的模块化转化炉，其特征在于：包括辐射段模块和对流段模块，所述辐射段模块包括沿辐射段高度方向设置的多个竖直模块(28)，每个所述竖直模块(28)均至少包括四个侧面壁板(17)，每个所述侧面壁板(17)之间通过连接部件形成矩形空间，每个所述竖直模块(28)之间固定连接且均安装于第一钢结构(11)上；所述对流段模块包括沿对流段长度方向设置的多个水平模块(30)，每个所述水平模块(30)均至少包括前侧壁板(22)、后侧壁板(23)、顶板(24)和底板(25)，所述前侧壁板(22)、后侧壁板(23)、顶板(24)和底板(25)通过连接部件形成矩形空间，每个所述水平模块(30)之间固定连接且均安装于第二钢结构(9)上。2.根据权利要求1所述的一种用于制氢装置的模块化转化炉，其特征在于：所述第一钢结构(11)和所述第二钢结构(9)均包括多根竖向立柱(18)、连接相邻所述竖向立柱(18)的横向加强筋(19)和固接于所述横向加强筋(19)上的竖向加强筋(20)，所述横向加强筋(19)和所述竖向加强筋(20)构成框架结构，所述第一钢结构(11)的框架结构沿竖直方向设置，所述第二钢结构(9)的框架结构沿水平方向设置。3.根据权利要求1所述的一种用于制氢装置的模块化转化炉，其特征在于：所述辐射段模块的顶部还包括一个炉顶板(21)，所述辐射段模块的底部还包括一个炉底板(16)，所述炉顶板(21)和所述炉底板(16)与所述侧面壁板(17)通过槽钢(26)连接。4.根据权利要求3所述的一种用于制氢装置的模块化转化炉，其特征在于：所述炉顶板(21)、所述炉底板(16)和所述侧面壁板(17)与所述第一钢结构(11)之间焊接，每个竖直模块(28)之间螺栓连接。5.根据权利要求1所述的一种用于制氢装置的模块化转化炉，其特征在于：所述侧面壁板(17)通过焊接横向加强型钢和竖向加强型钢进行加强。6.根据权利要求1所述的一种用于制氢装置的模块化转化炉，其特征在于：每个所述水平模块(30)之间采用角钢法兰(27)连接，每个所述水平模块(30)的底板(25)与所述第二钢结构(9)之间焊接。7.根据权利要求1所述的一种用于制氢装置的模块化转化炉，其特征在于：所述侧面壁板(17)的内表面均设置有陶瓷纤维块(12)衬里，所述前侧壁板(22)、后侧壁板(23)、顶板(24)和底板(25)的内表面均设置有浇注料(2)衬里。8.根据权利要求1所述的一种用于制氢装置的模块化转化炉，其特征在于：每个所述竖直模块(28)的高度均不超过7.5m，宽度均不超过3m；每个所述水平模块(30)的长度不超过7.5m，高度不超过3m。9.根据权利要求1所述的一种用于制氢装置的模块化转化炉，其特征在于：每个所述竖直模块(28)还包含多个水平设置的竖直子模块(29)，每个所述水平模块(30)还包含多个垂直设置的水平子模块(31)。10.根据权利要求1所述的一种用于制氢装置的模块化转化炉，其特征在于：所述对流段模块包括第一空气预热器(1)、烟气废锅(3)、蒸汽过热器(4)、第二空气预热器(5)、天然气预热器(6)、第一混合气预热器(7)和第二混合气预热器(8)；所述辐射段模块包括辅助燃烧器(10)、转化管组(13)、辐射段燃烧器(14)和吊架系统(15)。

技术总结

本实用新型公开了一种用于制氢装置的模块化转化炉，涉及制氢技术领域，解决现有制氢转化炉辐射段和对流段的尺寸过大模块化生产困难且难以运输的技术问题，包括辐射段模块和对流段模块，所述辐射段模块包括沿辐射段高度方向设置的多个竖直模块，每个所述竖直模块之间固定连接且均安装于第一钢结构上；所述对流段模块包括沿对流段长度方向设置的多个水平模块，每个所述水平模块之间固定连接且均安装于第二钢结构上；本实用新型模块化分区能够满足运输尺寸的要求，能够有效降低工厂预制的工作难度，又保证了建造质量；有利于现场拼装中开展交叉作业，大大缩短了转化炉的建造周期。大大缩短了转化炉的建造周期。大大缩短了转化炉的建造周期。