CN102243021A - 一种导热油烟气余热回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导热油循环烟气余热回收方法；将加热炉对流室出口的高温烟气与一股温度低于高温烟气的导热油在烟气-导热油换热器中进行换热，降低温度的烟气排放；温度升高的导热油一股作为热源与工质换热，另一股走旁路，温度降低的导热油与走旁路的导热油合并，或将引入的导热油与工质换热后温度降低的导热油和旁路中的导热油三者混合，返回至烟气-导热油换热器构成导热油循环；监测烟气-导热油换热器中导热油入口处温度，以温度为参数控制旁路的导热油的流量，使合并后的导热油温度高于烟气的露点温度；本方法避免了露点腐蚀；节省大量投资；通过开式导热油循环，还可将烟气余热回收系统和其它装置的热量综合利用，提高了全装置的热效率。

Description

一种导热油烟气余热回收方法

技术领域

本发明涉及一种烟气余热利用技术，具体是指一种利用导热油作热媒、避免露点腐蚀的导热油烟气余热回收方法。

背景技术

加热炉排放的烟气中携带大量的热量，排烟损失是加热炉热损失的主要部分。从燃料消耗来看，排烟温度每降低10℃，可以节省燃料1％左右。因此，烟气余热回收是加热炉节能、提高炉效率的重要手段。目前降低排烟温度的技术可分为直接换热和间接换热两类，直接换热包括将需要加热的低温介质引入到对流室末端，直接与烟气换热，以及各种将烟气直接用于空气预热的技术；间接换热是使用热载体(热媒)，如水、导热油、柴油、联苯混合物等，在对流室尾端吸收热量，再到空气预热器将热量传给空气，热媒可以是开式循环，也可是闭式循环。

理论上烟气余热最大限度的回收是使排烟温度接近环境温度，但工程实际中排烟温度不能过低。由于烟气通常含有一定的硫(SO₂，SO₃)，当烟气温度低于其露点温度，容易形成硫酸液滴，从而对烟气换热面产生腐蚀，另外，换热面在露点下积的灰很难清除。目前，国内外已有多项技术解决如何在回收烟气余热的同时保持排烟温度高于露点这一问题。

美国专利US3818682提出了一种使烟气保持在露点之上的设备和方法，使用一个加热器将足量的空气加热到露点温度之上，然后直接引入到烟道和/或积尘器中，该热空气还可用于某些地方的预热。

日本专利JP62013508A提出一种烟气余热回收装置，在烟道上设置了一个换热器，用泵循环水回收热量，同时在换热器上游设置了一个加热器用于加热换热部分的表面温度，通过温控监测排放烟气的温度，在温度较低时开始加热从而保证排烟温度高于露点。

日本专利JP08035647A提出了一种排烟温度控制方法，以使排烟温度略高于露点温度从而最大限度回收烟气热量。其控制系统是通过一系列阀和蓄热器组成，烟气分成两股，其中一为旁路，调节两股的比例可控制再次混合后的烟气温度。

日本专利JP09126665A提出了一种烟气余热利用并使排烟温度高于露点的方法，系统由加热炉、余热锅炉、空气预热器、排风扇等组成，通过引入高温气体使空气预热器的出口温度始终高于露点。

英国专利GB2114727A提出了一种两个换热器串联的烟气余热回收装置，其中一个将烟气降至露点温度附近，同时分离成纯净的烟气和杂质，另一个换热器加热纯净烟气，同时可设一个换热器用于预热工业用水，最后到烟囱排放。

中国专利申请CN02130876.4提出一种超低温排烟高效燃煤热水锅炉，在烟道设置了所谓的低温节能器，以用低温水和/或低温空气为吸热工质吸收烟气热量，使之低于常规排烟温度，甚至低于露点温度，达到常规炉不可能达到的热效率。

上述烟气余热回收方法中，虽然露点腐蚀问题已得到足够重视，并通过各种手段使排烟温度高于露点，但由于换热设备中温度分布差异，在总体排烟温度高于露点时仍有局部位置烟气低于露点温度，从而发生腐蚀问题，因此操作者不得不大幅提高排烟温度，通常排烟温度高于露点20℃～50℃，甚至更高，严重降低了加热炉效率。

中船重工集团711研究所研制开发了无腐蚀水热媒空气预热器(石油炼制与化工，2004，35卷第1期)，使用除氧水或除盐水作热媒(中间载热体)，建立一个闭路循环系统。热媒水通过放置在加热炉对流室出口的烟气换热器吸收烟气的热量，再通过布置在鼓风机出口的空气预热器放出热量加热空气。设置旁路调节阀，保证进烟气换热器热媒水的温度高于露点温度，彻底避免露点腐蚀。

水热媒空气预热器消除了局部温度低于露点的可能性，从而根本上避免了露点腐蚀。但该技术以除氧水或除盐水作热媒存在一定的局限性，当烟气温度较高时，水热媒必须在加压下循环换热，不仅对换热设备耐压要求较高，而且对水的除氧、脱盐要求很高，否则易造成设备腐蚀。因此，水热媒换热技术经济有效的运行条件是烟气温度不高于250℃左右，对应的水热媒循环系统压力约2.2MPa。而炼油厂很多加热炉的对流室出口温度通常在280-350℃，继续提高水热媒系统的压力不经济，而将水热媒系统维持在较低压力下操作，则温位随之降低，有效能损失增加，烟气余热得不到充分利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效避免露点腐蚀、而且充分利用加热炉烟气热量和温位的导热油烟气余热回收方法。

本发明的具体技术方案如下：

1)将加热炉对流室出口的高温烟气与一股温度低于高温烟气的导热油在烟气-导热油换热器中进行换热，使导热油温度升高，烟气温度降低，降低温度的烟气，通过烟囱排放；

2)温度升高的导热油分成2股，一股作为热源与工质换热，换热后温度降低；另一股走旁路，不参与换热；

3)温度降低的导热油与走旁路的导热油合并，返回至烟气-导热油换热器，与高温烟气换热，如此构成导热油循环；

4)或由于导热油循环系统中存在一股从外部连续引入的导热油和一股连续移出的导热油，引入的导热油温度高于移出的导热油温度，因此将导热油循环系统中引入的导热油与工质换热后温度降低的导热油和旁路中的导热油三者混合，返回至烟气-导热油换热器，与高温烟气换热，如此构成导热油循环；

5)通过在线监测烟气-导热油换热器中导热油入口处温度，并以温度为参数控制旁路的导热油的流量，使合并之后的导热油温度高于烟气的露点温度，从而避免露点腐蚀。

上述方案中，烟气-导热油换热器的导热油入口温度，即高温导热油与低温导热油合并之后的较低温度的导热油，其温度控制为高于烟气的露点温度。因此，换热器内冷侧的任意局部位置其温度都不会低于露点温度，烟气换热面也必然全部高于露点温度，由此彻底避免了露点腐蚀。实际操作中，露点温度按照加热炉正常生产一定时期内的平均值取值。本发明的目的是最大限度回收烟气余热，因此优选导热油入口的控制温度是平均露点温度+1～5℃。当烟气组成变化，露点温度波动时，烟气露点温度可能在某一短时间内低于导热油入口控制温度，但因为换热器传热的温差，烟气换热面的温度仍高于露点温度，不会腐蚀设备。

上述方案中，所使用的导热油不限种类，矿物型导热油和合成型导热油皆可作为烟气余热回收的热媒介，具体按公知技术进行选择。本发明优选的导热油是初馏点高于180℃的烃类馏分，选自常减压、催化裂化、加氢装置的产品或中间馏分油，优选重柴油、加氢尾油。对于炼厂加热炉，就近使用现有炼油装置中的沸点适宜的油品，取代商品导热油，可节省大量投资。

本发明方法中导热油可采用一种开式循环，导热油循环系统中存在一股从外部连续引入的导热油物流和一股连续移出的导热油物流，其特征是引入导热油温度高于移出导热油温度。具体方案是，将温度高于移出部分的导热油从外部连续引入到导热油循环泵之前，新引入的导热油、与工质换热后的低温导热油以及旁路中的热导热油三者混合，通过旁路调节阀控制混合后的温度，使其高于烟气平均露点温度+1～5℃。混合后的导热油进入烟气换热器，在烟气换热器通过与烟气换热提高其温度，称为高温导热油。高温导热油分成2股，一股作为热源与工质换热，换热后温度降低成为低温导热油；另一股是旁路，不参与换热。将低温导热油中的至少一部分移出循环，为了维持导热油稳定循环，新引入循环的导热油流量应等于移出循环的导热油流量。移出循环的导热油仍按原油品的要求进一步加工处理。流程参见图2。

上述方法中，新引入的导热油的温度高于移出循环的导热油，在炼厂中是容易实现的。本发明的方法选择常减压、催化裂化、加氢装置中沸点高于180℃的产品或中间馏分油作为导热油。所述油品在离开装置时仍具有较高的温度，如催化裂化的柴油，出装置时温度在170℃以上，加氢尾油温度在200℃以上，通常需要冷却至常温才能进入罐区以保安全，但由于温度不太高，直接利用不经济，只能通过消耗公用工程冷却。而烟气余热回收系统中，导热油用于常温空气的预热后其温度降至50℃左右。因此，将炼油装置的油品不经冷却直接输送至本发明所述的导热油循环中，即可实现新引入的导热油的温度高于移出循环的导热油温度这一技术要求。

上述导热油开式循环方案的优点是，开式循环可利用烟气余热提升作为导热油的炼厂油品的温位，再作为热源用于加热其它工艺介质。开式循环较之闭式循环，烟气余热回收系统增加的热量为：新引入导热油流量×引入与移出循环的2股导热油之温差×导热油热容。

导热油开式循环方案的另一个优点是可以避免导热油在换热器内长时间运转产生结焦等不利影响。本发明的方法中，低温导热油可选择全部移出循环，由新引入导热油补充所移出的导热油，本发明优选移出导热油占总循环量的0～50％。

本发明的导热油循环系统，其应用不仅限于一台加热炉，按照具体的实施情况，导热油物流可以分流，分别与2台以上的加热炉对流段烟气换热后再汇聚。导热油在多个烟气换热器上流量、次序的分配，按本专业领域公知的技术进行设计，均包含在本发明技术方案的精神和范围之内。

本发明的导热油循环系统，加热的工艺介质不仅限于空气。高温导热油在加热工质时以热量、温位的充分利用为目标，按工质的加热要求不同，依次流过不同的换热器，对各工艺介质预热，或者直接加热达到设计要求。导热油在各换热器上流量、次序的分配，按本专业领域公知的技术进行设计。按照热量就近利用的思想，除了传统的空气预热器之外，本发明优选将导热油用于预热加热炉的燃料气、燃料油两者之一或全部。

本发明所述的方法中，烟气和导热油的换热可选用板式换热器，列管式换热器，螺旋板式换热器，本发明优选使用板式换热器。板式换热器的优点是烟气压降小、换热效率高、占用空间小，与本发明的换热流程结合可进一步提高本发明的实施效果。

本发明显著的优点是，通过使用导热油作为热媒，彻底避免了露点腐蚀问题，且由于导热油沸点高、腐蚀性小，对烟气换热器以及各工艺介质的换热器的耐压要求和设备防腐蚀要求都较低，可节省大量投资。通过导热油开式循环，可将烟气余热回收系统和其它装置的热量综合利用，提高了全装置的热效率。

附图说明

图1导热油烟气余热回收用于空气预热流程图。

1-烟道，2-烟气/导热油换热器，3-空气预热器，4-导热油循环泵，5-旁路流量控制阀，6-引风机；F1-烟气，F2-循环导热油，F3-加热炉空气

图2导热油烟气余热回收多级利用流程图。

1-烟道，2-烟气/导热油换热器，3-空气预热器，3’-燃气预热器，4-导热油循环泵，5-旁路流量控制阀；F1-烟气，F2-循环导热油，F3-工质1，F3’-工质2，F4-引入的导热油，F5-移出循环的导热油。

具体实施方式

实施例1

本发明流程见图1。流程描述如下：使用引风机6将烟道1内挡板下方的烟气F1引至烟气-导热油换热器2中，与导热油F2换热后通过引风机返回烟道挡板上方排放。烟气-导热油换热器2是管式换热器，烟气走壳程，导热油走管程。烟气-导热油换热器2的导热油入口温度使用热电偶测量，并将信号输送给旁路流量控制阀5。导热油从烟气-导热油换热器2出来分两路，其中之一路进入空气预热器3中与加热炉空气F3换热，换热后与由旁路流量控制阀5控制的旁路导热油合并，经导热油循环泵4返回烟气-导热油换热器2中。

为验证本发明技术方案的效果，采用上述流程在某炼厂工艺加热炉实施。详细参数如下：烟道挡板前高温烟气中SO₂浓度某一时期内经测量是20-130ppm，露点温度平均值是123℃，烟气平均温度是312℃。挡板全关时进入换热器2的烟气流量为21920kg/h，约占总烟气流量的90％。空气为冷空气，入口温度27℃，流量约18000Nm³/h，导热油采用320牌号商品导热油。应用本发明技术方案后，烟气-导热油换热器2的导热油入口温度控制为125℃，空气预热器3空气出口温度可达211℃，排烟温度137℃。监测期内无腐蚀现象出现。本实施例效果比传统的空气预热器效率高，节能效果明显。

实施例2

本发明流程见图2。流程描述如下：烟道1中设上置式烟气-导热油换热器2，其为板式换热器，热烟气F1在烟气-导热油换热器2中与导热油换热，导热油为加氢尾油。导热油经烟气-导热油换热器2后温度升高，高温导热油分成2股，一股作为热源进入工质加热区，用于加热各种低温工质1F3和工质2F3’，传热后温度降低转变成低温导热油，低温导热油的一部分离开循环，移出循环的导热油F5进入该油品的下一步处理工序，剩余部分与由旁路流量控制阀5控制的旁路中的高温导热油合并，再与新引入循环外的导热油F4合并，经由导热油循环泵4返回烟气-导热油换热器2。测量返回的导热油温度，作为参数控制旁路流量控制阀5。工质加热区由一系列换热器3按串联或并联组成，导热油按一定次序流过换热器组，分别给不同的工质加热，图2仅画出2个串联的空气预热器3和燃气预热器3’作为示意。

为验证本发明技术方案的效果，采用上述流程在某炼厂工艺加热炉实施。详细参数如下：烟气平均温度288℃，流量约19500kg/h，平均露点温度是120℃，全部参与换热；加氢尾油即导热油移出与引入循环的流量为2100kg/h，约占总循环量的30％，其中新引入的导热油温度是152℃；高温导热油用于预热瓦斯气和空气，均使用管式换热器，导热油依次通过瓦斯气预热器和空气预热器，其中瓦斯气初始温度57℃，流量1030Nm³/h，空气初始温度28℃，流量15200Nm³/h。采用本发明技术方案后，烟气-导热油换热器2的导热油入口温度控制为121℃，空气预热器的空气出口温度可达221℃，瓦斯气预热器的瓦斯气出口温度为245℃，排烟温度130℃。监测期内无腐蚀现象出现。

Claims (1)

1.一种导热油烟气余热回收方法，其特征在于：

1)将加热炉对流室出口的高温烟气与一股温度低于高温烟气的导热油在烟气-导热油换热器中进行换热，使导热油温度升高，烟气温度降低，降低温度的烟气，通过烟囱排放；

2)温度升高的导热油分成2股，一股作为热源与工质换热，换热后温度降低；另一股走旁路，不参与换热；

3)温度降低的导热油与走旁路的导热油合并，返回至烟气-导热油换热器，与高温烟气换热，如此构成导热油循环；

4)或导热油循环系统采用开式循环，系统中有一股从外部连续引入的导热油和一股连续移出的导热油，引入的导热油温度高于移出的导热油温度，将导热油循环系统中引入的导热油与工质换热后温度降低的导热油和旁路中的导热油三者混合，返回至烟气-导热油换热器，与高温烟气换热，如此构成导热油循环；

5)通过在线监测烟气-导热油换热器中导热油入口处温度，并以温度为参数控制旁路的导热油的流量，使合并之后的导热油温度高于烟气的露点温度。

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