CN103542423B - 一种热管空气预热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热管空气预热器，以解决现有石油化工和煤化工领域的管式加热炉热管空气预热器排烟温度不能调整及热管在使用中产生的不凝气无法有效排出的问题。其包括烟气管箱、空气管箱、集合热管组、冷凝器、介质分配器和控制调节阀系统，烟气管箱和空气管箱内设置集合热管组，冷凝器设置在空气管箱内，控制调节阀系统包括排空阀、蒸汽调节阀、热电偶和介质调节阀，排空阀通过排空管与集合热管组上部连通，蒸汽调节阀与排空管和冷凝器上部连通，介质调节阀与集合热管组下部和冷凝器下部连通，蒸汽调节阀和介质调节阀分别连接有热电偶，热电偶设置在烟气管箱内。

Description

一种热管空气预热器

技术领域

本发明属于石油化工领域，涉及一种石油化工、煤化工管式加热炉的空气预热器。

背景技术

目前在石油化工、煤化工管式加热炉上使用的热管空气预热器主要是以单根热管组成的换热单元。一般热管被安装在管箱内，其中热管的蒸发段被安装在空气预热器的烟气侧，来吸收烟气的热量，使热管内的工作介质蒸发。热管的冷凝段被安装在空气预热器的空气侧，用来交换热管内工作介质冷凝所释放的热量。

由于热管空气预热器一般是按装置的设计负荷进行设计制造，其热负荷基本也是一定的。但是在运行过程中，由于受种种因素的影响，如装置负荷的变化，天气温度的变化，都会影响热管空气预热器的负荷，最终造成排烟温度的变化。排烟温度过高，会降低加热炉的热效率。排烟温度过低，会使热管烟气侧受到低温烟气中酸露点的腐蚀，造成受热面积灰和热管元件腐蚀失效，进而使空气预热器的热效率降低甚至空气预热器不能使用。另外，热管在运行中，普通碳钢与水存在不相容性，在200℃左右的温度范围内两者会反应3Fe+4H₂O＝Fe₃O₄+4H₂，产生不凝性气体。会使热管的传热效率下降，严重时，会使热管超压损坏。

为解决热管空气预热器以上问题，目前常采用以下技术措施：(1)当热管空气预热器排烟温度过低时，人为地损坏若干根热管，使这些热管失效，降低热管空气预热器的吸热能力，使排烟温度升高。这就会造成一定的经济损失。由于热管的传热量是固定的，而在排烟温度过高时，就无法进行调整。(2)对于热管产生不凝气的问题，一般是对热管内壁，进行钝化处理，这只是减缓不凝气的产生，不能从根本上解决问题。

专利CN1896673涉及一种双循环的可控制换热量的高效热管换热系统，有蒸发器和冷凝器两类换热器，该系统包括冷凝液供液与分配、气液两相流动与分离、气相输送与分配、液相收集与储存、换热量控制五个子系统；将热管的蒸发器、冷凝器、气液分离器、储液器、溶液循环泵、分液器、相互间连接管道及相关控制部分等连接为一体，构成双循环可控热管系统，通过溶液泵、分液器、蒸发器及气液分离器的有机组合，通过对热管工作液体循环流量的调节实现了热管换热量的控制。该发明系统较为复杂，属于分离热管的范畴。另外，该可控热管系统的工作液体的循环需要溶液泵，这不但要耗费额外的动力，而且也多了运行的隐患。

专利CN2924460Y涉及一种放热段面积可根据烟气温度的变化而可调的热管，包括一位于外侧的管壳容器，其特点是：在所述的管壳容器中上部设置一个隔环；在隔环上面相距一定距离有一弹簧连接的挡板。在管壳内充有工作介质。本实用新型放热段可调热管在烟气温度高时，挡板与隔环分开，管壳容器的工作介质汽化后在整个热管腔内循环，在加热温度低时，挡板在弹簧力的作用下使挡板与隔环闭合。管壳容里的工作介质在隔环下面的容器内循环。本实用新型由于当加热源温度下降后，热管内关闭了部分放热段，从而可使热管的表面温度高于其原热管的壁温，从而解决热管表面受酸腐蚀的问题。该实用新型需要每根热管都设置弹簧挡板，这就提高了热管的制造成本。再者，由于该热管的工作液质量是固定的，所以在高温时，并不能调节热管蒸发段的蒸发量，也就是不能调节热管的吸热和放热量。

发明内容

本发明为解决现有石油化工管式加热炉热管空气预热器排烟温度不能调整，以及热管在使用中产生的不凝气无法有效排出的问题，而提供一种新的热管空气预热器。

本发明提供一种热管空气预热器，包括热管、烟气管箱和空气管箱，烟气管箱和空气管箱之间通过中隔板进行隔离，竖直排列的热管通过中隔板，其上部在空气管箱内，下部在烟气管箱内，烟气管箱一端连接烟气进口段，另一端连接烟气出口段，空气管箱一端连接空气进口段，另一端连接空气出口段，其特征在于：该热管空气预热器还包括冷凝器、介质分配器和控制调节阀系统，冷凝器设置在空气管箱内，控制调节阀系统包括排空阀、蒸汽调节阀、热电偶和介质调节阀，排空阀通过排空管与集合热管组上部连通，蒸汽调节阀一端与排空管连通，另一端与冷凝器上部连通，介质调节阀一端与集合热管组下部连通，另一端通过介质分配器与冷凝器下部连通。

本发明所述热管为集合热管组。集合热管组包括小集合管、大集合管和热管，两根以上的热管通过小集合管组成热管排组，小集合管与大集合管连接起来形成集合热管组，热管与小集合管和大集合管之间相互联通。

本发明所述冷凝器由冷凝大集合管、冷凝小集合管和冷凝管组成，两根以上的冷凝管与冷凝小集合管连接在一起形成冷凝管排，两组以上的冷凝管排与冷凝大集合管连接形成冷凝器。

本发明提供的热管空气预热器可用于石油化工、煤化工领域的管式加热炉。

本发明所述的热管空气预热器，当由于装置负荷变化，引起空气预热器排烟温度升高时，就通过控制调节阀系统增加热管内介质的蒸发量，增加烟气侧的吸热量，使排烟温度降低到控制值。当空气预热器排烟温度降低时，就通过控制调节阀系统，使热管组内的部分蒸汽通到冷凝器冷却，保存在介质分配器中，以减少热管内介质的蒸发量，减少烟气侧的吸热量，使排烟温度升高到控制值。当热管组内的不凝气聚集到一定值时，通过排空阀放出，使热管组能一直保持高效率运行。

本发明与现有技术相比具有的效果是：本发明热管空气预热器采用集合热管技术，即把若干组热管集合在一个传热单元内，通过调节热管内工作液的蒸发量，即可达到自动调节空气预热器排烟温度的目的，适应加热炉负荷变化和因天气变化所带来的空气预热器排烟温度的变化。避免了空气预热器当排烟温度过低时，所产生的由于热管低温酸露点腐蚀，而造成热管元件腐蚀失效问题。另外，在一个传热单元上布置一个放空阀，及时排出热管组产生的不凝气，可避免热管组传热效率降低，以及由于不凝气聚集而使热管超压损坏的问题，保证热管组高效运行。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但并不限制本发明的范围。

附图说明

图1是本发明一种热管空气预热器简单结构图。

图中所示附图标记为：

1——空气出口段2——大集合管3——小集合管

4——热管5——排空管6——排空阀

7——蒸汽调节阀8——连接管9——冷凝器

10——空气管箱11——空气进口段12——连接管

13——介质分配器14、15——热电偶16——烟气出口段

17——工作液调节阀18——烟气管箱19——中隔板

20——烟气进口段21、22——温度变送器23、24——温度控制器

25——压力传感器26——压力变送器27——压力控制器

28——冷凝大集合管29——冷凝小集合管30——冷凝管

具体实施方式

如图1所示，一种热管空气预热器，包括烟气管箱18和空气管箱10，烟气管箱18和空气管箱10之间通过中隔板19进行隔离，烟气管箱18一端连接烟气进口段20，另一端连接烟气出口段16，空气管箱10一端连接空气进口段11，另一端连接空气出口段1。

图1中所示热管空气预热器还包括集合热管组、冷凝器9、介质分配器13和控制调节阀系统，烟气管箱18和空气管箱10内设置集合热管组，冷凝器9设置在空气管箱10内，控制调节阀系统包括排空阀6、蒸汽调节阀7、热电偶14和15、介质调节阀17，排空阀6通过排空管5与集合热管组上部连通，蒸汽调节阀7一端与排空管5连通，另一端通过连接管8与冷凝器9上部连通，介质调节阀17一端与集合热管组下部连通，另一端通过介质分配器13与冷凝器9下部连通，蒸汽调节阀7和介质调节阀17分别连接有热电偶14和15，热电偶14和15设置在烟气管箱18的出口段16内。

本发明所述集合热管组包括小集合管3、大集合管2和热管4，两根以上的热管4通过小集合管3组成热管排组，小集合管3与大集合管2连接起来形成集合热管组，热管4与小集合管3和大集合管2之间相互联通，热管4通过中隔板19，其上部在空气管箱10内，下部在烟气管箱18内。即如图1中所示，热管4竖直排列形成两组以上的热管组，每组热管由两根以上的热管4组成，每组热管的上端通过一根小集合管3相连通，每组热管的下端也通过一根小集合管3相连通，形成热管排组，热管排组上部的所有小集合管3再与大集合管2连通起来形成集合热管，热管4与小集合管3和大集合管2之间是相互联通的，热管4通过中隔板19，其上部在空气管箱10内，下部在烟气管箱18内。

本发明的集合热管空气预热器是将若干组热管4通过集合管(即小集合管3和大集合管2)组合在一起，形成传热单元。

所述冷凝器9位于空气管箱10内，由冷凝大集合管28、冷凝小集合管29、冷凝管30组成。若干根冷凝管30先与冷凝小集合管29焊接在一起形成冷凝管排，若干冷凝管排再与冷凝大集合管28焊接形成冷凝器9。

本发明所述集合热管空气预热器的工作流程为：高温烟气从烟气进口段20进入烟气管箱18，从烟气出口段16排出。热管4内充有介质，烟气流过时，热管4内的介质吸热蒸发，在空气侧冷凝放热。冷空气从空气进口段11进入空气管箱10，经过冷凝器9，热管4的冷凝段，与热管换热后，经空气出口段1进入热风系统。

当空气预热器内的排烟温度高于设定值时，热电偶15检测到的排烟温度值会通过温度变送器21传给温度控制器23，温度控制器23根据预先设定的数值，打开介质调节阀17，使介质分配器13内的介质通过重力，补充到集合热管组中，增加热管4中的介质量，使其蒸发量增加，吸热能力也增加，达到降低烟气温度的目的。当排烟温度达到设定值时，控制系统会关闭介质调节阀17，使介质分配器13的介质不再进入集合热管组。从而保证排烟温度在设定数值内。

当空气预热器内的排烟温度低于设定值时，热电偶14检测到的排烟温度值会通过温度变送器22传给温度控制器24，温度控制器24根据预先设定的数值，打开蒸汽调节阀7，使热管4内介质的蒸汽通过蒸汽调节阀7、连接管8，进入冷凝器9。通过与冷空气换热，介质蒸汽冷凝成液体，进入介质分配器13储存起来。这样，热管4内的蒸发量将减少，烟气侧蒸发段的吸热能力也将减小，达到提高排烟温度的目的。当排烟温度达到设定值时，控制系统会关闭蒸汽调节阀7，使集合热管组的工作液蒸汽不再进入冷凝器9。

当热管空气预热器运行一段时间后，集合热管组内会产生一定量的不凝气体，当集合热管组内的压力高于设定值时。压力传感器25检测到的压力值会通过压力变送器26传给压力控制器27，压力控制器27根据预先设定的数值，控制系统会打开放空阀6，使不凝气体从放空管5排出。当集合热管组的内压达到设定值时，控制系统会关闭放空阀6。从而保证热管组高效工作。

Claims (2)

1.一种热管空气预热器，包括热管、烟气管箱和空气管箱，烟气管箱和空气管箱之间通过中隔板进行隔离，竖直排列的热管通过中隔板，其上部在空气管箱内，下部在烟气管箱内，烟气管箱一端连接烟气进口段，另一端连接烟气出口段，空气管箱一端连接空气进口段，另一端连接空气出口段，其特征在于：该热管空气预热器还包括冷凝器、介质分配器和控制调节阀系统，冷凝器设置在空气管箱内，控制调节阀系统包括排空阀、蒸汽调节阀、热电偶和介质调节阀，排空阀通过排空管与集合热管组上部连通，蒸汽调节阀一端与排空管连通，另一端与冷凝器上部连通，介质调节阀一端与集合热管组下部连通，另一端通过介质分配器与冷凝器下部连通，所述冷凝器由冷凝大集合管、冷凝小集合管和冷凝管组成，两根以上的冷凝管与冷凝小集合管连接在一起形成冷凝管排，两组以上的冷凝管排与冷凝大集合管连接形成冷凝器，所述热管为集合热管组。

2.根据权利要求1的所述的一种热管空气预热器，其特征在于：所述集合热管组包括小集合管、大集合管和热管，两根以上的热管通过小集合管组成热管排组，小集合管与大集合管连接起来形成集合热管组，热管与小集合管和大集合管之间相互联通。