CN103788985A - 延迟焦化炉、锅炉及其二者在化工领域中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种延迟焦化炉，该延迟焦化炉包括辐射段，该辐射段具有换热管（10），其中，该换热管中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。本发明还公开了一种锅炉，该锅炉包括加热段，该加热段具有换热管（10），其中，该换热管中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。本发明还公开上述延迟焦化炉和锅炉在化工领域中的应用。通过上述技术方案，在延迟焦化炉的辐射段的换热管和在锅炉的加热段的换热管中设置有本发明的强化传热元件，其阻力较低，传热系数较高，以达到降低燃料量，增加处理量的作用。并且，该延迟焦化炉的辐射段的换热管易于工业清洗，真正实现了工业化。

Description

延迟焦化炉、锅炉及其二者在化工领域中的应用

技术领域

本发明涉及化工领域，具体地，涉及一种延迟焦化炉、锅炉及其二者在化工领域的应用。

背景技术

延迟焦化是将渣油深度热裂化以转化为气体和烃、中质馏分油以及焦炭的加工过程，是炼油厂提高轻质油收率和生产石油焦的主要手段。由于焦化油经过加热炉加热迅速升温至焦化反应温度，不在反应加热炉中生焦，而在焦炭塔中进行生焦，所以称为延迟焦化。

我国的大部分原油具有重质渣油多，沥青多，残炭量少等特点，采用延迟焦化工艺加工渣油可以得到78%的馏分油收率。同时，延迟焦化具有投资少，操作费用低，转化深度高等特点，已经称为渣油轻质化的主要加工方法之一。

焦化过程中采用的加热炉是延迟焦化装置部分中最为重要的设备。为了将重质油加热到500度左右的高温而且较少地产生结焦，必须保证油料有较高线速度，缩短在炉管内停留的实践，同时温度场相对均匀，消除局部过热。

在延迟焦化工艺中，焦化炉处理量成为整个延迟焦化工艺段的瓶颈。一些科技人员开始应用各种方法来增加延迟焦化的处理量，例如改变管路直径或者改变炉管的排布方式等方法。但是上述方法需要更换炉管，增加炉管投资的费用。同时，由于延迟焦化炉在生产过程中不可避免地产生结焦现象，因此在生产过程中不可避免地需要进行水力清焦，在考虑采用强化传热效果的同时也不得不考虑实际生产过程中的工业清洗问题。

锅炉是一种把燃料燃烧的化学能储存在高温物质或汽态物质的热能中的设备。高温物质和汽态物质的热能可以直接应用在生活和生产中，如化工、炼油、空调和纺织等各个领域，也可以再转化成其他的能，例如电能和机械能等。

锅炉的核心部分是“锅”和“炉”。锅是容纳水和蒸汽的地方，炉指的是燃料燃烧的地方，即加热段。在锅炉中主要发生三个基本过程，首先是燃料燃烧过程，使燃料的化学能以热能的形式释放出来；然后利用燃料燃烧所产生的高温火焰和烟气，通过受热面向被加热物质传递热量；最后，被加热物质被加热，也可以被汽化变成蒸汽或者过热蒸汽等。以上三个过程是互相并联且同时进行的，实现能量的转换和传递。

如何提高锅炉的能量转化效率一直是相关技术人员的研究热点。相关的研究主要有以下的几个途径：（1）提高锅炉机组的容量，蒸汽和压力越高，机组的热效率也相应的越高，但是锅炉的容量不可能无限的增大；（2）提高燃烧效率，降低燃料不完全燃烧的损失等；（3）提高传热效率，降低排烟热损失和散热损失；（4）采用强化传热装置；（5）水处理技术，减少水垢的生成。其中，强化传热装置的研究是最为重要的一个途径，具有投资少见效快的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种延迟焦化炉，该延迟焦化炉通过强化传热元件使得换热效果更好。

为了实现上述目的，本发明提供一种延迟焦化炉，该延迟焦化炉包括包括辐射段，该辐射段具有换热管，其中，该换热管中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。

优选地，所述换热管中设置有第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，其中，

该第一强化传热元件包括第一扭曲片，所述第一扭曲片具有沿所述换热管的轴向方向从所述第一扭曲片的上侧边至下侧边贯穿形成的竖孔；

该第二强化传热元件包括所述第一扭曲片和设置在所述第一扭曲片之中的第一套管，该第一扭曲片的内边缘与所述第一套管的外表面相连；

该第三强化传热元件包括第二扭曲片，所述第二扭曲片具有贯穿所述第二扭曲片的表面而形成的边缘闭合的横孔；

该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的所述第一扭曲片和/或第二扭曲片；

该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个所述第一扭曲片和设置在该两个第一扭曲片之中的第二套管，该两个第一扭曲片中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。

优选地，所述第一强化传热元件和/或第二强化传热元件和/或第三强化传热元件和/或第四强化传热元件和/或第五强化传热元件关于所述换热管的中心线对称。

优选地，所述第一套管和/或第二套管为圆柱形管，并且该圆柱形管的中心线与所述换热管的中心线重合。

优选地，在所述横孔中心处做所述第二扭曲片的切面，所述横孔在该切面上的投影为圆形。

优选地，所述换热管中设置的所述强化传热元件的个数为1-24个。

优选地，所述强化传热元件的个数为2-10个

优选地，所述换热管中设置多个所述强化传热元件，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于15D且小于等于75D。

优选地，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于25D且小于等于50D

优选地，所述第一强化传热元件的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。

优选地，所述第二强化传热元件竖孔的直径和/或所述第一套管和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。

优选地，所述横孔的面积与整个所述第二扭曲片的面积的比值为大于等于0.05且小于等于0.95。

优选地，所述强化传热元件的沿所述换热管的轴向长度和所述换热管的直径之间的比例为1-10。

优选地，所述强化传热元件的沿所述换热管的轴向长度和所述换热管的直径之间的比例为1-6。

优选地，所述强化传热元件的旋转角度为90-1080°。

优选地，所述强化传热元件的旋转角度为120-360°。

优选地，所述强化传热元件与所述换热管为铸造或焊接或锻造而成。

优选地，所述强化传热元件与换热管的管体的材料相同，或者所述强化传热元件的材料比所述换热管的管体的材料导热性更好。

本发明还提供根据本发明所述的延迟焦化炉在化工领域中的应用。

本发明还提供一种锅炉，该锅炉包括加热段，该加热段具有换热管，其中，该换热管中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。

优选地，所述换热管中设置有第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，其中，

该第一强化传热元件包括第一扭曲片，所述第一扭曲片具有沿所述换热管的轴向方向从所述第一扭曲片的上侧边至下侧边贯穿形成的竖孔；

该第二强化传热元件包括所述第一扭曲片和设置在所述第一扭曲片之中的第一套管，该第一扭曲片的内边缘与所述第一套管的外表面相连；

该第三强化传热元件包括第二扭曲片，所述第二扭曲片具有贯穿所述第二扭曲片的表面而形成的边缘闭合的横孔；

该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的所述第一扭曲片和/或第二扭曲片；

该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个所述第一扭曲片和设置在该两个第一扭曲片之中的第二套管，该两个第一扭曲片中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。

优选地，所述第一强化传热元件和/或第二强化传热元件和/或第三强化传热元件和/或第四强化传热元件和/或第五强化传热元件关于所述换热管的中心线对称。

优选地，所述第一套管和/或第二套管为圆柱形管，并且该圆柱形管的中心线与所述换热管的中心线重合。

优选地，在所述横孔中心处做所述第二扭曲片的切面，所述横孔在该切面上的投影为圆形。

优选地，所述换热管中设置的所述强化传热元件的个数为1-24个。

优选地，所述强化传热元件的个数为2-10个

优选地，所述换热管中设置多个所述强化传热元件，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于15D且小于等于75D。

优选地，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于25D且小于等于50D

优选地，所述第一强化传热元件的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。

优选地，所述第二强化传热元件竖孔的直径和/或所述第一套管和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。

优选地，所述横孔的面积与整个所述第二扭曲片的面积的比值为大于等于0.05且小于等于0.95。

优选地，所述强化传热元件的沿所述换热管的轴向长度和所述换热管的直径之间的比例为1-10。

优选地，所述强化传热元件的沿所述换热管的轴向长度和所述换热管的直径之间的比例为1-6。

优选地，所述强化传热元件的旋转角度为90-1080°。

优选地，所述强化传热元件的旋转角度为120-360°。

优选地，所述强化传热元件与所述换热管为铸造或焊接或锻造而成。

优选地，所述强化传热元件与换热管的管体的材料相同，或者所述强化传热元件的材料比所述换热管的管体的材料导热性更好。

本发明还提供根据本发明的锅炉在化工领域中的应用。

通过上述技术方案，在延迟焦化炉的辐射段的换热管和在锅炉的加热段的换热管中设置有本发明的强化传热元件，其阻力较低，传热系数较高，以达到降低燃料量，增加处理量的作用。并且，该延迟焦化炉的辐射段的换热管易于工业清洗，真正实现了工业化。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是具有第一强化传热元件的换热管的截面图；

图2是如图1所示的换热管的侧视图，其中假设换热管为透明，因此能够看到换热管之内的第一强化传热元件的结构示意图；

图3是具有第二强化传热元件的换热管的截面图；

图4是如图3所示的换热管的侧视图，其中假设换热管为透明，因此能够看到换热管之内的第二强化传热元件的结构示意图；

图5是具有第三强化传热元件的换热管的截面图；

图6是如图5所示的换热管的侧视图，其中假设换热管为透明，因此能够看到换热管之内的第三强化传热元件的结构示意图；

图7是根据本发明的苯乙烯加热炉的示意图。

附图标记说明

1第一扭曲片 2第二扭曲片

3第一套管   10换热管

20烟囱      21对流段

22辐射段    23燃烧器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指本发明的换热管、延迟焦化炉和锅炉在工作情况下的方向，也就是附图中所示的方向。

本发明提供一种延迟焦化炉，该延迟焦化炉包括包括辐射段，该辐射段具有换热管10，其中，该换热管10中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。

在延迟焦化炉中，如图7所示，辐射段22主要起到对原料加热的作用。通常地，扭曲片可以理解成一条水平方向上的线段绕其自身中点旋转，同时还在竖直方向上向上或者向下平移而经过的轨迹曲面，并且在换热管10设置有扭曲片的部分管段的横截面中，扭曲片的截面一直都是换热管10截面圆的直径。扭曲片包括一对相互平行的上侧边和下侧边，以及一对扭曲边，该一对上侧边和下侧边与换热管10的直径相等，两个扭曲边始终与换热管10的管壁接触。锅炉的结构较为简单，因此本发明附图中并不显示，但是本发明可以适应性地应用到现有技术的锅炉中。

在换热管10中设置包括该扭曲片的强化传热元件能够利用流体自身的旋转，减薄了流体的边界层，以达到强化传热的目的。本发明的换热管10中，扭曲片上具有孔，从而在提高传热效果的同时，减小了对流体流过换热管10的阻力，而且便于进行清焦。

通过上述技术方案，在延迟焦化炉的辐射段的换热管中设置有本发明的强化传热元件，从而在较低的压降下，达到降低燃料量，增加处理量的作用。并且，该延迟焦化炉的辐射段的换热管易于工业清洗，真正实现了工业化。

优选地，所述换热管10中设置有第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，其中，

该第一强化传热元件1包括第一扭曲片1，所述第一扭曲片1具有沿所述换热管10的轴向方向从所述第一扭曲片1的上侧边至下侧边贯穿形成的竖孔；

该第二强化传热元件2包括所述第一扭曲片1和设置在所述第一扭曲片1之中的第一套管21，该第一扭曲片1的内边缘与所述第一套管21的外表面相连；

该第三强化传热元件3包括第二扭曲片2，所述第二扭曲片2具有贯穿所述第二扭曲片2的表面而形成的边缘闭合的横孔；

该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的所述第一扭曲片1和/或第二扭曲片2；

该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个所述第一扭曲片1和设置在该两个第一扭曲片1之中的第二套管，该两个第一扭曲片1中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。

根据扭曲片上孔的设置方式的不同，本发明中提供了第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件，下面分别对这五种强化传热元件进行介绍。

第一强化传热元件1包括第一扭曲片1，如图1和图2所示，该第一扭曲片1上具有沿换热管10的轴向方向从第一扭曲片1的上侧边至下侧边贯穿的第一竖孔，因此第一扭曲片1就会从中间断开分成两个扭曲的部分，也就是在换热管10设置有第一强化传热元件1的部分管段的横截面中，第一扭曲片1的截面为换热管10截面圆的直径上与圆周相连的两个线段。

对于普通的换热管，管内流体换热的主要热阻集中在层流底层的低速区，但是对于本发明的设置有第一强化传热元件1的换热管来说，管内流体的活塞流转变旋转流，提高了切向速度，破坏了原来的层流层，减薄边界层，增加传热系数，提高了换热管的传热效果。

并且，由于第一扭曲片1上具有竖孔，从而使得水力清焦头和除垢头能够插入换热管中，以进行机械清焦和除垢。

这样通过上述技术方案，该竖孔可以降低阻力、提高传热系数，并且能够进行机械清焦，这样不但增强了延迟焦化炉的辐射段的传热效率，而且降低了该延迟焦化炉的辐射段的换热管的结焦速率和结垢速率，还可以在停车条件下进行机械清焦和除垢，保证了工业过程的可实施性。

第二强化传热元件2包括第一扭曲片1和第一套管21，如图3和图4所示，该第一套管21的外表面与该第二强化传热元件2的第一扭曲片1的内边缘相连。也就是说，换热管10之内设置第一套管21，在换热管10和第一套管21之间连接有通过竖孔分离的部分扭曲片。

该第二强化传热元件2相当于在第一强化传热元件1中设置第一套管21，因此其增强传热效率的原理相同，并且也具有降低结焦速率和结构速率的效果。其中该第一套管21主要起到加强架构强度的作用，防止换热管10长期使用而损坏扭曲片。

第三强化传热元件3包括第二扭曲片2，该第二扭曲片2上设置有贯穿第二扭曲片2的表面而形成的边缘闭合的横孔，如图5和图6所示。

该第三强化传热元件3的第二扭曲片2上的横孔的开孔方向有别于第一扭曲片1中的竖孔，该横孔能够通过轴向方向流动的流体，也能够通过径向方向流动的流体，因此也能够改变流体的流向，破坏原有的层流，以增加传热系数，提高了换热管的传热效果。而且扭曲片上的横孔可以沿轴向方向上下对应，这样就可以沿轴向贯通，从而便于机械清焦和水力清焦操作。

该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个第一扭曲片1，或者两个第二扭曲片2，或者一个第一扭曲片1和一个第二扭曲片2。在换热管10的设置有该第四强化传热元件的部分的所有横截面中，两个第一扭曲片1截面线所在的直线都是相互垂直的。

需要说明的是，当第四强化传热元件包括两个在横截面上相互垂直设置的第一扭曲片1时，该两个第一扭曲片1的竖孔的直径不一定相同，并且竖孔设置的位置也不一定相同。也就是说，该第四强化传热元件中的两个第一扭曲片1不一定相同。

该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个第一扭曲片1和设置在所述第一扭曲片1之中的第二套管，两个第一扭曲片1中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。

由于两个第一扭曲片1的竖孔的直径不一定相同，并且竖孔设置的位置也不一定相同，因此该第二套管的直径和位置可以满足两个扭曲片中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连即可。

需要说明的是，由于本发明中换热管10中强化传热元件优选为第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，因此换热管10中强化传热元件的数量至少为两个，而且该两个强化传热元件可以为第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的任意两种。当换热管10中的强化传热元件多于两个时，只要这些强化传热元件多于两种即可，而对具体强化传热元件的种类及其排列顺序均不加以限制，而且强化传热元件之间的间距也并不一定相同，可以根据需要任意设置。

而且，带有上述强化传热元件的换热管整体采用真空冶金熔模精铸而成，或者采用锻造的方法加工二成，或者通过焊接的方法加工而成，满足实际应用中对换热管强度要求即可。

优选地，所述第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和/或第五强化传热元件关于所述换热管10的中心线对称。

在本优选实施方式中，第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的一种或多种的扭曲片上形成孔之后的剩余部分关于换热管10的中心线对称。也就是说，对于第一扭曲片1和第二扭曲片2来说，形成竖孔和横孔之后的剩余部分相互分离且对称，对于第二强化传热元件2和第五强化传热元件来说，该扭曲片形成相应的孔之后的剩余部分通过第一套管21或第二套管连接在一起，其中，竖孔的中心处于换热管10的中心线上，并且竖孔也关于中心线对称。这样的对称地结构能够使得换热管10中的各个强化传热元件受到流体的作用力均匀。

优选地，所述第一套管21和/或第二套管为圆柱形管，并且该圆柱形管的中心线与所述换热管10的中心线重合。

更优选地，对于第二强化传热元件2和第五强化传热元件来说，第一套管21和/或第二套管优选为圆柱形管，也就是说竖孔在换热管10的俯视图上为圆形。

优选地，在所述横孔中心处做所述第二扭曲片2的切面，所述横孔在该切面上的投影为圆形。

对于第三强化传热元件3上的横孔来说，由于第二扭曲片2是一个曲面，因此横孔的边缘不在一个平面上。在优选实施方式中，在横孔的中心处做扭曲片的切面，横孔在切面上的投影为圆形。

优选地，所述换热管10中设置强化传热元件的个数为1-24个。更优选地，所述强化传热元件的个数为2-10个。优选地，所述换热管10中设置多个所述强化传热元件，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于15D且小于等于75D。更优选地，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于25D且小于等于50D。

强化传热元件可以在换热管10的整个长度上设置，也可以分段设置在换热管10上，并且该强化传热元件也可以根据需要而选择均匀设置或不均匀设置，本发明对此不加以限制。相邻强化传热元件之间轴向距离为大于等于15D且小于等于75D。更优选地，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于25D且小于等于50D。。这样分段地不断将管内的流体从活塞流变为旋转流，提高传热效率。本优选实施方式是根据换热管10的长度设置的一般范围，本发明对此并不作限定，任何与换热管10的长度相适应的强化传热元件的个数以及轴向间距都在本发明的保护范围之内。

而且，需要说明的是，由于本发明中换热管10中强化传热元件优选为第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，因此换热管10中强化传热元件的数量至少为两个，而且该两个强化传热元件可以为第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的任意两种。当换热管10中的强化传热元件多于两个时，只要这些强化传热元件多于两种即可，而对具体强化传热元件的种类及其排列顺序均不加以限制，而且强化传热元件之间的间距也并不一定相同，可以根据需要任意设置。

优选地，所述第一强化传热元件1的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。更优选地，所述第一强化传热元件1的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.5D。优选地，所述第二强化传热元件2的竖孔的直径和/或所述第一套管21和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。更优选地，所述第二强化传热元件2竖孔的直径和/或所述第一套管21和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.5D。优选地，所述横孔的面积与整个所述第二扭曲片的面积的比值为大于等于0.05且小于等于0.95，优选为大于等于0.05D且小于等于0.5D。

在本优选实施方式中，给出了第一强化传热元件1的竖孔、第二强化传热元件2的竖孔、第一套管21、第二套管和横孔的直径优选数值范围。上述直径的数值范围是根据一般的经验设置的。由于要进行机械清焦和除垢，因此该孔的直径的最小值应当以能够使清焦头和除垢头伸入换热管10为准。例如，现有的最小清焦头的直径如为5mm，即相应的孔直径为5mm。

优选地，所述强化传热元件的沿所述换热管10的轴向长度和所述换热管10的直径之间的比例为1-10，优选为1-6。优选地，所述强化传热元件的旋转角度为90-1080°，优选为120-360°。

通常，扭曲片扭曲180°的轴向长度与沿与直径的比值为扭曲比，该扭曲比决定了每个强化传热元件的长度，而强化传热元件的旋转角度决定了强化传热元件的扭曲程度，从而影响传热效率。强化传热元件的扭曲比可以根据实际情况进行调整，以上仅仅给出了通常情况下的优选范围，并不对本发明的保护范围进行限制。所述强化传热元件的旋转角对管内流体旋转流的程度有影响，在相同扭曲比的前提下，旋转角度越大，流体的切向速度就越大。但是本发明并不限于上述旋转角度的值，任何适用的旋转角度值都可以用在本发明中。

优选地，所述换热强化件与所述换热管10为铸造或焊接或锻造而成。也就是说，在本发明的优选实施方式中，该换热强化件与换热管10可以为一体地形成，也可以相互连接在一起，并且本发明对换热强化件与换热管10一体形成或连接的方法并不加以限制。

优选地，所述换热强化件与换热管10的管体的材料相同，或者所述换热强化件的材料比所述换热管10的管体的材料导热性更好。本发明对换热强化件和换热管10的材料并不加以限制，但是在本优选实施方式中，换热强化件所使用的材料的导热性比换热管10的管体的材料更好或者相同。

本发明提供一种锅炉，该锅炉包括加热段，该加热段具有换热管10，其中，该换热管10中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。

在锅炉中，加热段主要起到对原料加热的作用。通常地，扭曲片可以理解成一条水平方向上的线段绕其自身中点旋转，同时还在竖直方向上向上或者向下平移而经过的轨迹曲面，并且在换热管10设置有扭曲片的部分管段的横截面中，扭曲片的截面一直都是换热管10截面圆的直径。扭曲片包括一对相互平行的上侧边和下侧边，以及一对扭曲边，该一对上侧边和下侧边与换热管10的直径相等，两个扭曲边始终与换热管10的管壁接触。

在换热管10中设置包括该扭曲片的强化传热元件能够利用流体自身的旋转，减薄了流体的边界层，以达到强化传热的目的。本发明的换热管10中，扭曲片上具有孔，从而在提高传热效果的同时，减小了对流体流过换热管10的阻力，而且便于进行清焦。

通过上述技术方案，在锅炉的加热段的换热管中设置有本发明的强化传热元件，从而在较低的压降下，达到降低燃料量，增加处理量的作用。并且，该锅炉的加热段的换热管易于工业清洗，真正实现了工业化。

优选地，所述换热管10中设置有第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，其中，

该第一强化传热元件1包括第一扭曲片1，所述第一扭曲片1具有沿所述换热管10的轴向方向从所述第一扭曲片1的上侧边至下侧边贯穿形成的竖孔；

该第二强化传热元件2包括所述第一扭曲片1和设置在所述第一扭曲片1之中的第一套管21，该第一扭曲片1的内边缘与所述第一套管21的外表面相连；

该第三强化传热元件3包括第二扭曲片2，所述第二扭曲片2具有贯穿所述第二扭曲片2的表面而形成的边缘闭合的横孔；

该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的所述第一扭曲片1和/或第二扭曲片2；

该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个所述第一扭曲片1和设置在该两个第一扭曲片1之中的第二套管，该两个第一扭曲片1中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。

根据扭曲片上孔的设置方式的不同，本发明中提供了第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件，下面分别对这五种强化传热元件进行介绍。

第一强化传热元件1包括第一扭曲片1，如图1和图2所示，该第一扭曲片1上具有沿换热管10的轴向方向从第一扭曲片1的上侧边至下侧边贯穿的第一竖孔，因此第一扭曲片1就会从中间断开分成两个扭曲的部分，也就是在换热管10设置有第一强化传热元件1的部分管段的横截面中，第一扭曲片1的截面为换热管10截面圆的直径上与圆周相连的两个线段。

对于普通的换热管，管内流体换热的主要热阻集中在层流底层的低速区，但是对于本发明的设置有第一强化传热元件1的换热管来说，管内流体的活塞流转变旋转流，提高了切向速度，破坏了原来的层流层，减薄边界层，增加传热系数，提高了换热管的传热效果。

并且，由于第一扭曲片1上具有竖孔，从而使得水力清焦头和除垢头能够插入换热管中，以进行机械清焦和除垢。

这样通过上述技术方案，该竖孔可以降低阻力、提高传热系数，并且能够进行机械清焦，这样不但增强了锅炉的加热段的传热效率，而且降低了该锅炉的加热段的换热管的结焦速率和结垢速率，还可以在停车条件下进行机械清焦和除垢，保证了工业过程的可实施性。

第二强化传热元件2包括第一扭曲片1和第一套管21，如图3和图4所示，该第一套管21的外表面与该第二强化传热元件2的第一扭曲片1的内边缘相连。也就是说，换热管10之内设置第一套管21，在换热管10和第一套管21之间连接有通过竖孔分离的部分扭曲片。

该第二强化传热元件2相当于在第一强化传热元件1中设置第一套管21，因此其增强传热效率的原理相同，并且也具有降低结焦速率和结构速率的效果。其中该第一套管21主要起到加强架构强度的作用，防止换热管10长期使用而损坏扭曲片。

第三强化传热元件3包括第二扭曲片2，该第二扭曲片2上设置有贯穿第二扭曲片2的表面而形成的边缘闭合的横孔，如图5和图6所示。

该第三强化传热元件3的第二扭曲片2上的横孔的开孔方向有别于第一扭曲片1中的竖孔，该横孔能够通过轴向方向流动的流体，也能够通过径向方向流动的流体，因此也能够改变流体的流向，破坏原有的层流，以增加传热系数，提高了换热管的传热效果。而且扭曲片上的横孔可以沿轴向方向上下对应，这样就可以沿轴向贯通，从而便于机械清焦和水力清焦操作。

该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个第一扭曲片1，或者两个第二扭曲片2，或者一个第一扭曲片1和一个第二扭曲片2。在换热管10的设置有该第四强化传热元件的部分的所有横截面中，两个第一扭曲片1截面线所在的直线都是相互垂直的。

需要说明的是，当第四强化传热元件包括两个在横截面上相互垂直设置的第一扭曲片1时，该两个第一扭曲片1的竖孔的直径不一定相同，并且竖孔设置的位置也不一定相同。也就是说，该第四强化传热元件中的两个第一扭曲片1不一定相同。

该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个第一扭曲片1和设置在所述第一扭曲片1之中的第二套管，两个第一扭曲片1中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。

由于两个第一扭曲片1的竖孔的直径不一定相同，并且竖孔设置的位置也不一定相同，因此该第二套管的直径和位置可以满足两个扭曲片中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连即可。

需要说明的是，由于本发明中换热管10中强化传热元件优选为第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，因此换热管10中强化传热元件的数量至少为两个，而且该两个强化传热元件可以为第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的任意两种。当换热管10中的强化传热元件多于两个时，只要这些强化传热元件多于两种即可，而对具体强化传热元件的种类及其排列顺序均不加以限制，而且强化传热元件之间的间距也并不一定相同，可以根据需要任意设置。

而且，带有上述强化传热元件的换热管整体采用真空冶金熔模精铸而成，或者采用锻造的方法加工二成，或者通过焊接的方法加工而成，满足实际应用中对换热管强度要求即可。

优选地，所述第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和/或第五强化传热元件关于所述换热管10的中心线对称。

在本优选实施方式中，第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的一种或多种的扭曲片上形成孔之后的剩余部分关于换热管10的中心线对称。也就是说，对于第一扭曲片1和第二扭曲片2来说，形成竖孔和横孔之后的剩余部分相互分离且对称，对于第二强化传热元件2和第五强化传热元件来说，该扭曲片形成相应的孔之后的剩余部分通过第一套管21或第二套管连接在一起，其中，竖孔的中心处于换热管10的中心线上，并且竖孔也关于中心线对称。这样的对称地结构能够使得换热管10中的各个强化传热元件受到流体的作用力均匀。

优选地，所述第一套管21和/或第二套管为圆柱形管，并且该圆柱形管的中心线与所述换热管10的中心线重合。

更优选地，对于第二强化传热元件2和第五强化传热元件来说，第一套管21和/或第二套管优选为圆柱形管，也就是说竖孔在换热管10的俯视图上为圆形。

优选地，在所述横孔中心处做所述第二扭曲片2的切面，所述横孔在该切面上的投影为圆形。

对于第三强化传热元件3上的横孔来说，由于第二扭曲片2是一个曲面，因此横孔的边缘不在一个平面上。在优选实施方式中，在横孔的中心处做扭曲片的切面，横孔在切面上的投影为圆形。

优选地，所述换热管10中设置强化传热元件的个数为1-24个。更优选地，所述强化传热元件的个数为2-10个。优选地，所述换热管10中设置多个所述强化传热元件，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于15D且小于等于75D。更优选地，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于25D且小于等于50D。

强化传热元件可以在换热管10的整个长度上设置，也可以分段设置在换热管10上，并且该强化传热元件也可以根据需要而选择均匀设置或不均匀设置，本发明对此不加以限制。相邻强化传热元件之间轴向距离为大于等于15D且小于等于75D。更优选地，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于25D且小于等于50D。。这样分段地不断将管内的流体从活塞流变为旋转流，提高传热效率。本优选实施方式是根据换热管10的长度设置的一般范围，本发明对此并不作限定，任何与换热管10的长度相适应的强化传热元件的个数以及轴向间距都在本发明的保护范围之内。

而且，需要说明的是，由于本发明中换热管10中强化传热元件优选为第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，因此换热管10中强化传热元件的数量至少为两个，而且该两个强化传热元件可以为第一强化传热元件1、第二强化传热元件2、第三强化传热元件3、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的任意两种。当换热管10中的强化传热元件多于两个时，只要这些强化传热元件多于两种即可，而对具体强化传热元件的种类及其排列顺序均不加以限制，而且强化传热元件之间的间距也并不一定相同，可以根据需要任意设置。

优选地，所述第一强化传热元件1的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。更优选地，所述第一强化传热元件1的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.5D。优选地，所述第二强化传热元件2的竖孔的直径和/或所述第一套管21和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。更优选地，所述第二强化传热元件2竖孔的直径和/或所述第一套管21和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.5D。。优选地，所述横孔在所述切面上的投影的所述圆形的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。更优选地，所述横孔在所述切面上的投影的所述圆形的直径为大于等于0.05D且小于等于0.5D。

在本优选实施方式中，给出了第一强化传热元件1的竖孔、第二强化传热元件2的竖孔、第一套管21、第二套管和横孔的直径优选数值范围。上述直径的数值范围是根据一般的经验设置的。由于要进行机械清焦和除垢，因此该孔的直径的最小值应当以能够使清焦头和除垢头伸入换热管10为准。例如，现有的最小清焦头的直径为如5mm，即相应的孔直径为5mm。

优选地，所述强化传热元件的沿所述换热管10的轴向长度和所述换热管10的直径之间的比例为1-10，优选为1-6。优选地，所述强化传热元件的旋转角度为90-1080°，优选为120-360°。

通常，轴向长度和直径之间的比例为扭曲比，该扭曲比决定了每个强化传热元件的长度，而强化传热元件的旋转角度决定了强化传热元件的扭曲程度，从而影响传热效率。强化传热元件的扭曲比可以根据实际情况进行调整，以上仅仅给出了通常情况下的优选范围，并不对本发明的保护范围进行限制。所述强化传热元件的旋转角对管内流体旋转流的程度有影响，在相同扭曲比的前提下，旋转角度越大，流体的切向速度就越大。但是本发明并不限于上述旋转角度的值，任何适用的旋转角度值都可以用在本发明中。

优选地，所述换热强化件与所述换热管10为铸造或焊接或锻造而成。也就是说，在本发明的优选实施方式中，该换热强化件与换热管10可以为一体地形成，也可以相互连接在一起，并且本发明对换热强化件与换热管10一体形成或连接的方法并不加以限制。

优选地，所述换热强化件与换热管10的管体的材料相同，或者所述换热强化件的材料比所述换热管10的管体的材料导热性更好。本发明对换热强化件和换热管10的材料并不加以限制，但是在本优选实施方式中，换热强化件所使用的材料的导热性比换热管10的管体的材料更好或者相同。

本发明还提供根据本发明所述的延迟焦化炉和锅炉在化工领域中的应用。下面举例说明。

实施例1

以年产60万吨的延迟焦化炉为例，根据本发明的优选实施方式来对该延迟焦化炉进行改进。在相同的工艺条件下，利用根据现有技术的延迟焦化炉（辐射段的换热管内不设置扭曲片）和根据本发明的延迟焦化炉来进行对比实验，原料为减压渣油。其中，根据本发明的延迟焦化炉中，延迟焦化炉的换热管中设置2个第一强化传热元件，该强化传热元件的扭曲比为2.5，长度为267mm，该强化传热元件与换热管之间通过焊接连接，并且两个强化传热元件均匀分布。实验结果的工艺参数如表1所示，在进出炉温度和燃料量均相同，且实验周期相同的条件下，根据本发明的延迟焦化炉的处理量增加了5%。

表1延迟焦化炉的处理量对比实验

	现有技术的延迟焦化炉	本发明的延迟焦化炉
			处理量（kt/a）	600	630
操作循环比	0.2	0.2
			全炉的热负荷(MW)	18	18

介质流量（kg/h）	90000	94500
			介质进出炉温度(℃)	380/500	380/500

实施例2

以年产40万吨的延迟焦化炉为例，根据本发明的优选实施方式来对该延迟焦化炉进行改进。在相同的工艺条件下，利用根据现有技术的延迟焦化炉（辐射段的换热管内不设置扭曲片）和根据本发明的延迟焦化炉来进行对比实验，原料为渣油。其中，根据本发明的延迟焦化炉中，延迟焦化炉的换热管中设置2个第一强化传热元件，该强化传热元件的扭曲比为2.5，长度为210mm，该强化传热元件与换热管之间通过焊接连接，并且两个强化传热元件均匀分布。实验结果的工艺参数如表1所示，在出炉温度相同和处理量相同，且实验周期相同的条件下，根据本发明的延迟焦化炉的燃料量减少1%。

表2延迟焦化炉的燃料量对比实验

	现有技术的延迟焦化炉	本发明的延迟焦化炉
			处理量（kg/h）	35714	35714
操作循环比	0.25	0.25
			全炉的热负荷(kw)	5638	5581.56
进料压力（MPa）	2.132	2.132
			介质进出炉温度	380/495	380/495
燃料量（kg/t）	24	23.76

实施例3

以年产300MW的循环流化床锅炉为例，根据本发明的优选实施方式来对该锅炉进行改进。在相同的工艺条件下，利用根据现有技术的锅炉（加热段的换热管内不设置扭曲片）和根据本发明的锅炉来进行对比实验，原料为减压渣油。其中，根据本发明的锅炉中，锅炉的换热管中设置2个第一强化传热元件，该强化传热元件的扭曲比为2.5，长度为150mm，该强化传热元件与换热管之间通过焊接连接，并且两个强化传热元件均匀分布。实验结果的工艺参数如表1所示，在进出炉温度相同且实验周期相同的条件下，根据本发明的锅炉的处理量增加了5%。

	现有技术的锅炉	本发明的锅炉
			过热蒸汽的流量(t/h）	1177	1235
过热蒸汽的压力(Mpa）	17.5	17.5
			过热蒸汽的温度（℃）	541	541
给水温度（℃）	279	279

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (30)

1.一种延迟焦化炉，该延迟焦化炉包括辐射段，该辐射段具有换热管（10），其特征在于，该换热管（10）中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。

2.根据权利要求1所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述换热管（10）中设置有第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，其中，

该第一强化传热元件包括第一扭曲片（1），所述第一扭曲片（1）具有沿所述换热管（10）的轴向方向从所述第一扭曲片（1）的上侧边至下侧边贯穿形成的竖孔；

该第二强化传热元件包括所述第一扭曲片（1）和设置在所述第一扭曲片（1）之中的第一套管（3），该第一扭曲片（1）的内边缘与所述第一套管（3）的外表面相连；

该第三强化传热元件包括第二扭曲片（2），所述第二扭曲片（2）具有贯穿所述第二扭曲片（2）的表面而形成的边缘闭合的横孔；

该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的所述第一扭曲片（1）和/或第二扭曲片（2）；

该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个所述第一扭曲片（1）和设置在该两个第一扭曲片（1）之中的第二套管，该两个第一扭曲片（1）中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。

3.根据权利要求2所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述第一强化传热元件和/或第二强化传热元件和/或第三强化传热元件和/或第四强化传热元件和/或第五强化传热元件关于所述换热管（10）的中心线对称。

4.根据权利要求3所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述第一套管（3）和/或第二套管为圆柱形管，并且该圆柱形管的中心线与所述换热管（10）的中心线重合。

5.根据权利要求2或3所述的延迟焦化炉，其特征在于，在所述横孔中心处做所述第二扭曲片（2）的切面，所述横孔在该切面上的投影为圆形。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述换热管（10）中设置的所述强化传热元件的个数为1-24个，优选为2-10个。

7.根据权利要求6所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述换热管（10）中设置多个所述强化传热元件，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于15D且小于等于75D，优选为大于等于25D且小于等于50D。

8.根据权利要求3所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述第一强化传热元件的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。

9.根据权利要求4所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述第二强化传热元件竖孔的直径和/或所述第一套管（3）和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。

10.根据权利要求5所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述横孔的面积与整个所述第二扭曲片的面积的比值为大于等于0.05且小于等于0.95。

11.根据权利要求2所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述强化传热元件的沿所述换热管（10）的轴向长度和所述换热管（10）的直径之间的比例为1-10，优选为1-6。

12.根据权利要求2所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述强化传热元件的旋转角度为90-1080°，优选为120-360°。

13.根据权利要求1或2所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述强化传热元件与所述换热管（10）为铸造或焊接或锻造而成。

14.根据权利要求1或2所述的延迟焦化炉，其特征在于，所述强化传热元件与换热管（10）的管体的材料相同，或者所述强化传热元件的材料比所述换热管（10）的管体的材料导热性更好。

15.根据权利要求1-14所述的延迟焦化炉在化工领域中的应用。

16.一种锅炉，该锅炉包括加热段，该加热段具有换热管（10），其特征在于，该换热管（10）中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。

17.根据权利要求16所述的锅炉，其特征在于，所述换热管（10）中设置有第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，其中，

该第一强化传热元件包括第一扭曲片（1），所述第一扭曲片（1）具有沿所述换热管（10）的轴向方向从所述第一扭曲片（1）的上侧边至下侧边贯穿形成的竖孔；

该第二强化传热元件包括所述第一扭曲片（1）和设置在所述第一扭曲片（1）之中的第一套管（3），该第一扭曲片（1）的内边缘与所述第一套管（3）的外表面相连；

该第三强化传热元件包括第二扭曲片（2），所述第二扭曲片（2）具有贯穿所述第二扭曲片（2）的表面而形成的边缘闭合的横孔；

该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的所述第一扭曲片（1）和/或第二扭曲片（2）；

该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个所述第一扭曲片（1）和设置在该两个第一扭曲片（1）之中的第二套管，该两个第一扭曲片（1）中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。

18.根据权利要求17所述的锅炉，其特征在于，所述第一强化传热元件和/或第二强化传热元件和/或第三强化传热元件和/或第四强化传热元件和/或第五强化传热元件关于所述换热管（10）的中心线对称。

19.根据权利要求18所述的锅炉，其特征在于，所述第一套管（3）和/或第二套管为圆柱形管，并且该圆柱形管的中心线与所述换热管（10）的中心线重合。

20.根据权利要求17或18所述的锅炉，其特征在于，在所述横孔中心处做所述第二扭曲片（2）的切面，所述横孔在该切面上的投影为圆形。

21.根据权利要求16-18中任意一项所述的锅炉，其特征在于，所述换热管（10）中设置的所述强化传热元件的个数为1-24个，优选为2-10个。

22.根据权利要求21所述的锅炉，其特征在于，所述换热管（10）中设置多个所述强化传热元件，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于15D且小于等于75D，优选为大于等于25D且小于等于50D。

23.根据权利要求18所述的锅炉，其特征在于，所述第一强化传热元件的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。

24.根据权利要求19所述的锅炉，其特征在于，所述第二强化传热元件竖孔的直径和/或所述第一套管（3）和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。

25.根据权利要求20所述的锅炉，其特征在于，所述横孔的面积与整个所述第二扭曲片的面积的比值为大于等于0.05且小于等于0.95。

26.、根据权利要求17所述的锅炉，其特征在于，所述强化传热元件的沿所述换热管（10）的轴向长度和所述换热管（10）的直径之间的比例为1-10，优选为1-6。

27.根据权利要求17所述的锅炉，其特征在于，所述强化传热元件的旋转角度为90-1080°，优选为120-360°。

28.根据权利要求16或17所述的锅炉，其特征在于，所述强化传热元件与所述换热管（10）为铸造或焊接或锻造而成。

29.根据权利要求16或17所述的锅炉，其特征在于，所述强化传热元件与换热管（10）的管体的材料相同，或者所述强化传热元件的材料比所述换热管（10）的管体的材料导热性更好。

30.根据权利要求16-29所述的锅炉在化工领域中的应用。

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