技术领域：
本发明属于变换炉技术领域，具体涉及一种变换炉移热系统。
背景技术：
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变换炉由外壳体、位于外壳体内的外分布器、位于外分布器内的中心集气管构成，外外壳体与外分布器之间构成工艺气缓冲腔，外分布器与中心集气管之间构成催化腔，外壳体上设置有与缓冲腔连通的进气口、与中心集气管连通的出气口以及与催化腔连通的进料口和卸料口，催化腔内填充有催化剂，形成催化剂层，工艺气从进气口进入缓冲腔，经外分布器扩散到催化剂层催化反应生成产品气，产品气流动到中心集气管内并通过出气口排出收集。
由于催化剂与工艺气发生反应的时候会释放大量热能，致使变换炉工作温度上升，存在爆炸或损毁设备的安全隐患，因此需要对催化剂层进行反应温度的控制，避免催化剂层温度上升过高，通常的做法是在催化腔内设置换热管，利用冷却水将催化剂层的热量带走，从而降低催化剂层的温度，确保变换炉安全稳定地工作。
发明专利“一种双球腔可控移热变换反应器及其co反应方法”(专利号：zl201610113609.9)公开了一种移热系统，采用上下设置的双球腔集水，采用分布在催化剂层中的换热管导通双球腔使冷却水在催化剂层间流动带走催化剂层的热量，降低催化剂层的温度。该结构在实际操作中存在一些问题，在实际操作中发现，由于变换炉炉体高，换热管在无支架固定状态下填充催化剂后，换热管在催化剂层内出现偏置，换热管分布不均，导致移热系统对催化剂层的降温效果不均匀，催化剂层各区域存在较大温差，造成移热系统能耗高，变换炉催化效率得不到充分发挥，产品气中工艺气比例高，产品气质量难以提高。
技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是：提供一种变换炉移热系统，该系统结构稳定可靠，换热管分布合理，间隙清晰，有效地降低了移热系统对催化剂装填造成的不利因素，使催化剂能够充分、均匀地填充满整个催化剂层，同时对整个催化剂层的反应温度进行控制，使整个催化剂层的反应温度均衡，消除局部高温导致变换炉整体催化效率降低的问题，提高变换炉工作效率，改善产品气质量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：变换炉移热系统，包括设置在外分布器和中心集气管之间的大量换热管，大量换热管均平行于中心集气管的轴向设置，并且以中心集气管为中心，成同心圆状排列，形成多个换热管圈，每一圈换热管外围设置有多个上下依次排列的定位环，任一定位环的内壁上连接有与其内侧相邻的换热管一一对应的套筒，套筒沿换热管轴向设置，每根换热管插接在对应套筒内实现横向定位，相邻的两圈定位环之间通过多个连接板相互连接，任一连接板的两端分别连接位于外圈的套筒和位于内圈的定位环，以固定任意两圈相邻的换热管之间的间距，所有换热管的上端汇集到若干个上集箱，所有换热管的下端汇集到若干个下集箱，各上集箱上设置有第一接口，各下集箱上设置有第二接口。
作为一种优选方案，所有换热管从内圈向外圈分成若干个同心的环形区域，每个区域内的各圈换热管之间间距相等，外围区域内的各圈换热管之间的间距小于内侧相邻区域内各圈换热管之间的间距，换热管分布密度从内侧区域向外围区域逐渐增大。
作为一种优选方案，相邻两圈换热管之间的间距从内圈向外圈逐渐缩小。
作为一种优选方案，任一换热管的两端折弯，使整根换热管成“[”形。
作为一种优选方案，所述套筒为有缝管。
作为一种优选方案，所述连接板竖向设置。
作为一种优选方案，所述上集箱和下集箱的数量各为一个，上集箱包括第一直筒体、连接在第一直筒体下端的半球形下封头、连接在第一直筒体上端的锥筒，锥筒的上口直径小于下口直径，锥筒上口连接有排水管，排水管上端为第一接口；下集箱包括第二直筒体、连接在第二直筒体上端的半球形上封头、连接在第二直筒体下端的下底盖，所述第二接口开设在下底盖上，第二接口连接有进水接头；各换热管的上端分别与半球形下封头和第一直筒体连通，各换热管的下端分别与半球形上封头和第二直筒体连通。
本发明的有益效果是：本发明通过对换热管进行特殊的排布方式和定位结构，保证了换热管的分布合理性和稳定性，消除换热管在受热状态下产生无序形变，造成对催化剂层的降温效果不均匀的问题，同时，合理的定位结构确保了换热管之间的间隙，确保催化剂填装效果，促进变换炉催化效果的提升，产品气质量的改善。
本发明进一步通过将换热管从内向外分成若干个环形区域，对不同区域内的各圈换热管的间隔距离进行优化处理，根据工艺气在催化剂层中的反应率曲线、发热量曲线，针对性地进行不同密度的换热管分布，使各区域内的催化剂层的发热量与换热管数量对应，从而实现各区域催化剂层工作温度趋于一致，这样能最大程度地提高制气效率，也能改善产品气质量。
本发明进一步将相邻两圈换热管之间的间距从中心向外围逐渐缩小，以配合工艺气的催化反应效率的变化，从而实现整个催化剂层工作温度趋于一致，提高制气效率，改善产品气质量。
本发明采用特殊的上集箱和下集箱，使，上集箱和下集箱具有更多的连接换热管的面积，从而可有效增加换热管数量，进一步实现高效控制变换炉催化剂层工作温度的技术目标，提高变换炉的工作稳定性和催化效率。
附图说明：
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的a-a剖视图；
图3是图2中的b部放大图；
图4使图3中的c-c剖视图。
图1～图4中：1、外分布器，2、中心集气管，3、换热管，4、定位环，5、套筒，6、连接板，7、上集箱，701、第一直筒体，702、半球形下封头，703、锥筒，704、排水管，8、下集箱，801、第二直筒体，802、半球形上封头，803、下底盖，9、第一接口，10、第二接口，11、进水接头。
具体实施方式：
下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。
如图1～图4所示的变换炉移热系统，包括设置在外分布1器和中心集气管2之间的大量换热管3，大量换热管3均平行于中心集气管2的轴向设置，并且以中心集气管2为中心，成同心圆状排列，形成多个换热管圈，每一圈换热管3外围设置有多个上下依次排列的定位环4，任一定位环4的内壁上连接有与其内侧相邻的换热管3一一对应的套筒5，套筒5沿换热管3轴向设置，每根换热管3插接在对应套筒5内实现横向定位，相邻的两圈定位环4之间通过多个连接板6相互连接，任一连接板6的两端分别连接位于外圈的套筒5和位于内圈的定位环4，以固定任意两圈相邻的换热管3之间的间距，所有换热管3的上端汇集到一个上集箱7，所有换热管3的下端汇集到一个下集箱8，上集箱7上设置有第一接口9，下集箱8上设置有第二接口10。
在本实施例中，每个套筒5均对应安装了一个连接板6，但在实际生产中，连接板6的数量完全根据换热管圈的固定效果来确定，可以做适当的减少，比如每三个套筒5中选择一个套筒5安装连接板6。
如图1所示，上集箱7包括第一直筒体701、连接在第一直筒体701下端的半球形下封头702、连接在第一直筒体701上端的锥筒703，锥筒703的上口直径小于下口直径，锥筒703上口连接有排水管704，排水管704上端为第一接口9；下集箱8包括第二直筒体801、连接在第二直筒体801上端的半球形上封头802、连接在第二直筒体801下端的下底盖803，所述第二接口10开设在下底盖803上，第二接口10连接有进水接头11；各换热管3的上端分别与半球形下封头702和第一直筒体701连通，各换热管3的下端分别与半球形上封头802和第二直筒体801连通。
在实际生产中，上集箱7和下集箱8的数量不受限制，可根据实际的安装空间来增加。
如图2所示，所有换热管3从内圈向外圈分成三个同心的环形区域，分别是位于最中心的x区，位于最外围的z区，以及位于x区和z区之间的y区，在每个区域内的各圈换热管3之间间距相等，外围z区内的任意两圈相邻换热管3之间的间距d1小于内侧相邻的y区内任意两圈相邻换热管3之间的间距d2，y区内任意两圈相邻换热管3之间的间距d2小于x区内任意两圈相邻换热管3之间的间距d3，换热管3分布密度从内侧区域向外围区域逐渐增大。
在实际生产中，当环形区域的数量与换热管3的圈数相等时，则任意两圈相邻的换热管3之间的间距从内圈向外圈逐渐缩小。
如图1所示，任一换热管3的两端折弯，使整根换热管成“[”形，从而使换热管3获得吸收应力的能力，使换热管3温度升高产生内应力时能够自我吸收，减小应力对换热管造成的损失，延长换热管使用寿命。
本实施例中，套筒5采用有缝管，而在实际生产中，对套管的具体品种不做要求，只要能够限制换热管3的径向位移即可。
所述连接板6竖向设置，以充分扩大催化剂填充通道，使催化剂顺畅地到达催化剂层各个部位。
本发明工作过程是：如图1～图4所示，本发明所示变换炉移热系统在使用之前，首先进行安装，从内圈向外圈逐圈安装，整个移热系统安装完成后，再整体安装到变换炉内。
在变换炉使用之前，通过外分布器上端的催化剂入口向催化剂层中填充催化剂，并可采用振动棒辅助将催化剂填充的均匀无死角，完成催化剂填充后，可以开始启动变换炉，同时将进水接头11连接冷却水泵，通过冷却水泵将冷却水泵入下集箱8内，通过下集箱8将冷却水分配到各换热管3内并沿换热管3向上流动到上集箱7内，在上集箱7内冷却水充满后，从排水管704排出。
在冷却水经过换热管3的时候，冷却水将换热管3外部催化剂层中的热量带走，降低催化剂层的工作温度，以维持变换炉的持续工作，移热系统将整个催化剂层的温度控制在均衡水平。
当工艺气从外分布器1外部扩散到催化剂层中时，催化剂层内开始发热，高密度的工艺气最先接触外层催化剂，与外层催化剂发生剧烈的反应，因此，外层催化剂的发热量较大，越往内，工艺气含量越低，催化反应发热量也逐渐降低，因此，位于外围的换热管3的密度比内部换热管的密度大，以带走外围催化剂的发热量，使整个催化剂层的温度均衡。
在工作中，也可通过调节冷却水流量来控制催化剂层的反应温度，使温度处于对催化效率有益的范围内，提高催化效率。
工艺气与催化剂反应生成产品气，并集中到中心集气管2内，中心集气管2与外界连通，将产品气送出变换炉进行收集，中心集气管2与外界连通的方式与本案无关，因此此处不做过多描述，也不做限制，可参考背景技术中所述发明专利“一种双球腔可控移热变换反应器及其co反应方法”中中心集气管2与外界的连通方式。
上述实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
1.变换炉移热系统，包括设置在外分布(1)器和中心集气管(2)之间的大量换热管(3)，其特征在于，大量换热管(3)均平行于中心集气管(2)的轴向设置，并且以中心集气管(2)为中心，成同心圆状排列，形成多个换热管圈，每一圈换热管(3)外围设置有多个上下依次排列的定位环(4)，任一定位环(4)的内壁上连接有与其内侧相邻的换热管(3)一一对应的套筒(5)，套筒(5)沿换热管(3)轴向设置，每根换热管(3)插接在对应套筒(5)内实现横向定位，相邻的两圈定位环(4)之间通过多个连接板(6)相互连接，任一连接板(6)的两端分别连接位于外圈的套筒(5)和位于内圈的定位环(4)，以固定任意两圈相邻的换热管(3)之间的间距，所有换热管(3)的上端汇集到若干个上集箱(7)，所有换热管(3)的下端汇集到若干个下集箱(8)，各上集箱(7)上设置有第一接口(9)，各下集箱(8)上设置有第二接口(10)。
2.根据权利要求1所述的变换炉移热系统，其特征在于，所有换热管(3)从内圈向外圈分成若干个同心的环形区域，每个区域内的各圈换热管(3)之间间距相等，外围区域内的各圈换热管(3)之间的间距小于内侧相邻区域内各圈换热管(3)之间的间距，换热管(3)分布密度从内侧区域向外围区域逐渐增大。
3.根据权利要求1所述的变换炉移热系统，其特征在于，相邻两圈换热管(3)之间的间距从内圈向外圈逐渐缩小。
4.根据权利要求1所述的变换炉移热系统，其特征在于，任一换热管(3)的两端折弯，使整根换热管成“[”形。
5.根据权利要求1所述的变换炉移热系统，其特征在于，所述套筒(5)为有缝管。
6.根据权利要求1所述的变换炉移热系统，其特征在于，所述连接板(6)竖向设置。
7.根据权利要求1所述的变换炉移热系统，其特征在于，所述上集箱(7)和下集箱(8)的数量各为一个，上集箱(7)包括第一直筒体(701)、连接在第一直筒体(701)下端的半球形下封头(702)、连接在第一直筒体(701)上端的锥筒(703)，锥筒(703)的上口直径小于下口直径，锥筒(703)上口连接有排水管(704)，排水管(704)上端为第一接口(9)；下集箱(8)包括第二直筒体(801)、连接在第二直筒体(801)上端的半球形上封头(802)、连接在第二直筒体(801)下端的下底盖(803)，所述第二接口(10)开设在下底盖(803)上，第二接口(10)连接有进水接头(11)；各换热管(3)的上端分别与半球形下封头(702)和第一直筒体(701)连通，各换热管(3)的下端分别与半球形上封头(802)和第二直筒体(801)连通。
技术总结