CN103162307A - 管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其利用空气预热器先将高温烟气降温，该高温烟气从上部进入扰流子空气预热器，在扰流子空气预热器内，高温烟气与低温空气进行热量交换。经过热交换后，烟气降温进入热管空气预热器，在热管空气预热器内，高温烟气再次与低温空气进行换热，经过放热烟气降温进入引风机，加压后进入搪瓷管空气预热器中，中温烟气与低温空气进行换热，经过放热烟气降温后经由烟囱排放。既可以降低排烟温度，又可以避免低温露点腐蚀问题，对于保护引风机具有现实的意义。

Description

管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法

技术领域

本发明涉及一种石化行业加热炉烟气余热回收系统，特别是涉及一种解决烟气的排烟温度过低，造成的引风机设备振动、设备腐蚀及烟气通道泄露等问题，进一步降低烟囱的排烟温度，提高燃烧空气温度而提出的一种新型空气预热器的流程设计。

背景技术

随着炼油行业原料油性质日益变重，原料含硫量的不断增多，作为国内石化企业加热炉烟气余热回收的重点设备——空气预热器运行效果的优劣越来越受到企业的重视。在加热炉的生产运行中，空气预热器烟气流通通往往因为烟气灰垢积累而发生堵塞的问题日益严重。烟气积灰结垢通常与燃料种类、燃烧特性、炉子热负荷、气流速度、受热面的结构布置等诸多因素有关。受热面一旦积灰，将会严重地影响受热面的传热效果。有统计显示：在对流面积灰严重的情况下，空气预热器的传热能力大约降低30％-50％，这将使加热炉的热效率降低5％以上；由于加热炉的燃料能耗占炼油企业总能耗的30％-40％，不难看出：烟气积灰结垢加大了企业能耗，影响了正常生产，缩短了开工周期。

近些年来，各地炼化企业节能减排工作的不断发展，要求加热炉的排烟温度越来越低，烟气的低温露点腐蚀问题日益突出。既然炼厂的一般燃料油或者燃料气中不可避免含有少量的硫，硫燃烧生成SO₂，进一步生成SO₃。当排烟温度降低到400℃以下时，SO₃就与烟气中的水蒸气化合生成硫酸蒸汽。在排烟温度进一步降低过程中，硫酸蒸汽凝结下来逐渐冷凝成为液体。由于硫酸液体的存在，一方面烟气中的灰尘被粘附变成不易清理的湿灰、粘垢，造成烟气通道的堵塞；另一方面酸液腐蚀设备本体，导致钢结构发生化学腐蚀。

对于加热炉余热回收系统来讲：空气预热器的设计必须要考虑的两个问题就是：烟气的积灰结垢和露点腐蚀。如何进一步降低排烟温度实现环保；提高燃烧空气的温度，有益于燃烧？这些对炼化企业节能增效都具有积极地意义。在这一过程中，含有稀酸的湿烟气常常腐蚀引风机，导致引风机故障，表现在：

一、含有稀酸的湿烟气进入引风机后，可能会腐蚀旋转叶片，造成叶片的“点蚀”，加上烟气含有的灰尘等固体颗粒不断冲击、磨损叶片，使得引风机主轴的动平衡被破坏，表现为：振动超标，甚至是风机失速或喘振。引风机的安全运行一旦受到破坏，将影响整个装置的正常运行。

二、由于引风机振动，造成烟气通道内的衬里松动、脱落。含有稀酸的湿烟气就会不断腐蚀钢结构的本体和密封部分，最终导致引风机管路烟气泄漏。

由此可见，上述现有的石化行业加热炉烟气余热回收系统在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的石化行业加热炉烟气余热回收系统存在的缺陷，而提供一种新的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，所要解决的技术问题是在解决烟气的排烟温度过低，造成的引风机设备振动、设备腐蚀及烟气通道泄露等问题，进一步降低烟囱的排烟温度，提高燃烧空气温度，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的其利用空气预热器先将高温烟气降温，其特征在于其包含以下步骤：该高温烟气从上部进入扰流子空气预热器，在扰流子空气预热器内，高温烟气与低温空气进行热量交换；经过热交换后，烟气降温进入热管空气预热器，在热管空气预热器内，高温烟气再次与低温空气进行换热，经过放热烟气降温进入引风机，加压后进入搪瓷管空气预热器中，中温烟气与低温空气进行换热，经过放热烟气降温后经由烟囱排放。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其中所述的其通过把引风机前置，使得烟气在出现露点腐蚀之前就进入引风机加压输送，进入一段防低温露点腐蚀的空气预热器进一步降温后，再由烟囱排放的新型流程。

前述的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其中所述的其工艺首先使用空气预热器，中温段使用热管式空气预热器，防低温腐蚀段空气预热器采用搪瓷管空气预热器。

前述的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其中所述的其采用两组立式的预热器串联的形式，通过设置烟道调节阀和烟气调节旁路，搪瓷管预热器单独布局。

前述的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其中所述的其将几种形式的空气预热器通过钢结构和角钢法兰连接。

前述的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其中所述的其空气预热器选用立式结构，并在空气预热器底部设置清灰装置。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种改变传统的烟气经过空气预热器后进入引风机，最后到烟囱排放的流程设计，通过把引风机前置，使得烟气在出现露点腐蚀之前就进入引风机加压输送，进入一段防低温露点腐蚀的空气预热器进一步降温后，再由烟囱排放的新型流程。利用扰流子空气预热器技术成熟可靠，可以稳定地在高温烟气中长周期运行的优势；中温段用热管式空气预热器，利用热管的高效换热能力和结构紧凑的特点；防低温腐蚀段空气预热器可以采用搪瓷管空气预热器，利用工业搪瓷的防腐蚀性能，对付由于过低的排烟温度可能会造成的烟气露点腐蚀问题。本发明采用两组立式的预热器串联的形式，通过设置烟道调节阀和烟气调节旁路，搪瓷管预热器单独布局。即使由于某种原因造成烟气露点腐蚀，需要更换搪瓷管预热器，可以通过烟气走旁通通道进行调节而把对加热炉的影响降低到最小。本发明根据用户的实际需要及现场要求，尤其考虑到燃料含硫量高低、处理量大小等因素，通过模块组合，将几种形式的空气预热器有机结合：通过特定的钢结构和角钢法兰连接可以实现。即使由于炼厂使用高含硫燃料，造成烟气的低温露点腐蚀，企业在检修期间可以通过烟气旁通，将低温防腐段空气预热器切换出来，实现更换低温段空气预热器的要求。本发明经过精心的设计布局，空气预热器选用立式结构，使得烟气自上而下依次经过上下流程结构的扰流子、热管、低温段预热器。利用烟气的流动携带作用，将烟气里面的积灰向下冲刷，通过空气预热器底部设置清灰装置，就可以方便地清理积灰。

借由上述技术方案，本发明管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法至少具有下列优点及有益效果：既可以降低排烟温度，又可以避免由于烟气温度低，产生低温露点腐蚀而造成的引风机振动和烟气泄露问题；对于加热炉高温烟气的余热回收系统，采用将引风机前置，增加一个低温防腐空气预热器的的新型流程，对于减少引风机的腐蚀和烟气泄露，保护引风机具有现实的意义。

综上所述，本发明利用空气预热器先将高温烟气降温，该高温烟气从上部进入扰流子空气预热器，在扰流子空气预热器内，高温烟气与低温空气进行热量交换。经过热交换后，烟气降温进入热管空气预热器，在热管空气预热器内，高温烟气再次与低温空气进行换热，经过放热烟气降温进入引风机，加压后进入搪瓷管空气预热器中，中温烟气与低温空气进行换热，经过放热烟气降温后经由烟囱排放。既可以降低排烟温度，又可以避免低温露点腐蚀问题，对于保护引风机具有现实的意义。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法的第一实施例的示意图。

图2是本发明管式加热炉余热回收系统的第一实施例的放大示意图。

图3是本发明管式加热炉余热回收系统的的第一实施例的引风系统示意图。

图4是本发明管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法的第二实施例的示意图。

图5是本发明管式加热炉余热回收系统的第二实施例的放大示意图。

图6是本发明管式加热炉余热回收系统的的第二实施例的引风系统示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

本发明适用于石化行业加热炉烟气余热回收领域。空气预热器的作用是利用高温烟气和冷空气进行换热，烟气放热后温度下降，送入烟囱排放；空气吸收热量后温度升高，送入燃烧系统参与燃烧。本发明是解决烟气的排烟温度过低，造成的引风机设备振动，设备腐蚀及烟气通道泄露等问题，进一步降低烟囱的排烟温度，提高燃烧空气温度而提出的一种新型空气预热器的流程设计。

传统的加热炉烟气的余热回收系统，采用的空气预热器形式有扰流子式、热管或者搪瓷管，玻璃管等，当前新兴的空气预热器还有板式，水热媒。这些空气预热器在不同的加热炉系统中，或单独使用，或组合起来使用，对于降低排烟温度，节能降耗起到了至关重要的作用。炼厂企业的燃料中或多或少含有硫的成分，燃料燃烧后生成的烟气中含有SO2，在一定条件下转化为SO₃。

化学方程式如下：

S+O₂＝SO₂

2SO₂+O₂＝2SO₃

当排烟温度降低到400℃以下时，SO₃就与烟气中的水蒸气开始生成硫酸蒸汽。在排烟温度进一步降低过程中，硫酸蒸汽凝结下来逐渐冷凝成为液体，这就是所谓烟气的露点温度。烟气中由于硫酸液体的存在，一方面烟气中的灰尘被粘附变成不易清理的湿灰、粘垢，造成烟气通道的堵塞；另一方面烟气中的酸液腐蚀设备本体，导致钢结构发生化学腐蚀。如果烟气中SO₃过多，烟气的露点温度达到120℃以上，很容易对设备造成影响。

管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计，就是针对在烟气余热回收的管路流程设计中，在较低的排烟温度下，如何保护引风机正常运行的举措。

请参阅图1、图2、图3，这是本发明是利用行业内常用的几种空气预热器先将高温烟气降温，在排烟温度达到露点温度之前的140℃-160℃段，直接进入引风机系统加压，再经过防低温腐蚀段空气预热器(以搪瓷管预热器为例)进一步降温，由烟囱排放。

本发明的首要特征在于：一改传统的烟气经过空气预热器后进入引风机，最后到烟囱排放的流程设计，通过把引风机前置，使得烟气在出现露点腐蚀之前就进入引风机加压输送，进入一段防低温露点腐蚀的空气预热器进一步降温后，再由烟囱排放的新型流程。既可以降低排烟温度，又可以避免由于烟气温度低，产生低温露点腐蚀而造成的引风机振动和烟气泄露问题。

本发明的第二项特征在于：选用技术可靠、市场成熟的空气预热器产品。扰流子空气预热器技术成熟可靠，可以稳定地在高温烟气中长周期运行的优势；中温段用热管式空气预热器，利用热管的高效换热能力和结构紧凑的特点；防低温腐蚀段空气预热器可以采用搪瓷管空气预热器，利用工业搪瓷的防腐蚀性能，对付由于过低的排烟温度可能会造成的烟气露点腐蚀问题。

本发明的第三项特征在于：采用两组立式的预热器串联的形式，通过设置烟道调节阀和烟气调节旁路，搪瓷管预热器单独布局。即使由于某种原因造成烟气露点腐蚀，需要更换搪瓷管预热器，可以通过烟气走旁通通道进行调节而把对加热炉的影响降低到最小。

本发明的第四项特征在于：根据用户的实际需要及现场要求，尤其考虑到燃料含硫量高低、处理量大小等因素，通过模块组合，将几种形式的空气预热器有机结合：通过特定的钢结构和角钢法兰连接可以实现。即使由于炼厂使用高含硫燃料，造成烟气的低温露点腐蚀，企业在检修期间可以通过烟气旁通，将低温防腐段空气预热器切换出来，实现更换低温段空气预热器的要求。

本发明的第五项特征在于：经过精心的设计布局，空气预热器选用立式结构，使得烟气自上而下依次经过上下流程结构的扰流子、热管、低温段预热器。利用烟气的流动携带作用，将烟气里面的积灰向下冲刷，通过空气预热器底部设置清灰装置，就可以方便地清理积灰。

请参阅附图1-6，以说明本发明的具体实施方式：出自加热炉对流室的高温烟气从上部进入两组空气预热器，依次流过扰流子预热器，热管预热器释放热量。高温烟气经过不断的放热降温，在达到露点腐蚀温度前进入引风机，经过加压后进入搪瓷管空气预热器进一步降温，最后从烟囱排出；外界冷空气与烟气逆流换热，依次进入独立的低温段预热器和由热管预热器、扰流子预热器组合式空气预热器，期间不断吸收高温烟气的热量，空气的温度在不断升高后送进热风系统，在燃烧器内参与燃料的燃烧。

来自加热炉对流室的高温烟气(370℃)，从上部进入空气预热器。首先经过扰流子空气预热器，在扰流子空气预热器内，高温烟气与低温空气进行热量交换。经过热交换后，烟气降温到260℃左右，进入热管空气预热器。在热管空气预热器内，260℃的高温烟气再次与低温空气进行换热，经过放热，烟气降温到160℃左右，进入引风机，加压后进入搪瓷管空气预热器中，160℃的高温烟气与低温空气进行换热，经过放热，烟气降温到120℃以下，经由烟囱排放。冷空气在经过一系列的热量交换，不断吸收烟气的热量而温度升高，最后达到一定的温度(290℃)被送入热风系统。

上述内容也可以用以下简单的工艺流程来说明：

1、高温烟气370℃→扰流子预热器→热管→引风机→低温段预热器→排放烟气。

2、燃烧空气290℃←扰流子预热器←热管←低温段预热器←外界空气20℃。

不难看出：正是利用高温烟气与外界低温冷空气具有的350℃温度差作为换热的动力，高温烟气流经扰流子预热器、热管预热器、搪瓷式预热器，直至被排放，温度从370℃一步一步地下降到了120℃；与此相应，外界冷空气依次经过搪瓷式预热器、热管预热器、扰流子预热器直到被送入燃烧系统参与燃烧过程，温度不断上升直到290℃。在加热炉的燃烧过程中，热风的温度越高，越有利于燃料的燃烧。因为高温热风对于燃烧是一种高品质的热焓贡献，相比于冷空气，相当于增加了热量供应，减少了燃料的使用量。燃料的减少对于企业就是一种客观的经济效益。

通过把引风机前置，使得烟气在出现露点腐蚀之前就进入引风机加压输送，进入一段防低温露点腐蚀的空气预热器进一步降温后，再由烟囱排放的新型流程。既可以降低排烟温度，又可以避免由于烟气温度低，产生低温露点腐蚀而造成的引风机振动和烟气泄露问题；对于加热炉高温烟气的余热回收系统，采用将引风机前置，增加一个低温防腐空气预热器的的新型流程，对于减少引风机的腐蚀和烟气泄露，保护引风机具有现实的意义。

请参阅图4、图5、图6，这是本发明工程案例应用于中国石化塔河分公司的焦化装置加热炉设计，这种低温段预热器放置在引风机后的流程，使用效果非常理想，在冬天提高了入炉空气的温度，避免了烟气的露点腐蚀。同时温度稍高的烟气经过引风机，优化了装置的操作，改善了引风机的工作状况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其利用空气预热器先将高温烟气降温，其特征在于其包含以下步骤：该高温烟气从上部进入扰流子空气预热器，在扰流子空气预热器内，高温烟气与低温空气进行热量交换；经过热交换后，烟气降温进入热管空气预热器，在热管空气预热器内，高温烟气再次与低温空气进行换热，经过放热烟气降温进入引风机，加压后进入搪瓷管空气预热器中，中温烟气与低温空气进行换热，经过放热烟气降温后经由烟囱排放。

2.如权利要求1所述的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其特征在于其通过把引风机前置，使得烟气在出现露点腐蚀之前就进入引风机加压输送，进入一段防低温露点腐蚀的空气预热器进一步降温后，再由烟囱排放的新型流程。

3.如权利要求1所述的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其特征在于其工艺首先使用空气预热器，中温段使用热管式空气预热器，防低温腐蚀段空气预热器采用搪瓷管空气预热器。

4.如权利要求1所述的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其特征在于其采用两组立式的预热器串联的形式，通过设置烟道调节阀和烟气调节旁路，搪瓷管预热器单独布局。

5.如权利要求1所述的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其特征在于其将几种形式的空气预热器通过钢结构和角钢法兰连接。

6.如权利要求1所述的管式加热炉余热回收系统的一种新型流程设计方法，其特征在于其空气预热器选用立式结构，并在空气预热器底部设置清灰装置。

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