CN104697171B - 高效加热炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石油工业中对原油、水、天然气等各类介质加热的高效加热炉。该加热炉配置有立式装配、管程串联连通的两级换热器；一级换热器管程进口连接烟箱的高温烟气出口，一级换热器壳程设置被加热介质的进、出口，被加热介质与管程中的高温烟气换热，再进入加热炉的工质换热器；二级换热器壳程上设有助燃空气进、出口，二级换热器下部的烟气出口与烟囱连接，经一级换热器换热后的烟气进入二级换热器的管程，与进入壳程的助燃空气换热；二级换热器的助燃空气出口通过助燃热空气管道连接加热炉的燃烧器，二级换热器底部设有冷凝水出口。本发明经过两级烟气换热，将烟气中的热量充分利用，大幅提高了加热炉热效率。
Description
技术领域
本发明涉及石油工业中对原油、水、天然气等各类介质加热的加热炉，具体是一种高效加热炉。
背景技术
目前，石油行业的油气集输领域普遍使用加热炉对原油、水、天然气等各类介质加热，以满足油气集输工艺的需要。大多数加热炉以天然气为燃料，一年四季都在运行，是油田生产中的主要耗能设备。现有加热炉设计热效率一般在85-90%之间，平均运行热效率在85%左右。加热炉的热效率主要取决于排烟热损失，排烟温度越高，热损失越大，热效率也越低；现有加热炉的排烟温度一般在150℃以上，蕴含着较多热量，并且天然气燃烧产生的大量水蒸汽中，还蕴含着大量的相变潜热。因此，现有加热炉的运行热效率仍有较大的提升空间。
发明内容
本发明旨在解决上述加热炉运行热效率提升的问题，而提供一种高效加热炉。
本发明解决所述问题采用的技术方案是：
一种高效加热炉，包括锅壳、工质换热器、燃烧器、炉胆、烟管、烟箱、烟囱、烟道、风道、风机，炉胆和烟管设置于锅壳内并浸没于传热介质水中，锅壳顶部安装有真空阀；还包括一级换热器、二级换热器，一级换热器和二级换热器均为管壳式换热器，一级换热器位于二级换热器的顶部，为立式装配结构，两级换热器的管程串联连通；一级换热器为烟气与被加热工质的换热器，一级换热器的管程进口通过烟道连接烟箱的高温烟气出口，一级换热器壳程设置被加热介质的进、出口，被加热介质与管程中的高温烟气进行换热，再进入加热炉的工质换热器；二级换热器为烟气与加热炉助燃空气的换热器，二级换热器壳程上设有助燃空气的进、出口，二级换热器下部的管箱设有与烟囱连接的烟气出口，经一级换热器换热后的烟气进入二级换热器的管程，与进入壳程的助燃空气换热；二级换热器的助燃空气出口通过助燃热空气管道连接加热炉的燃烧器，二级换热器底部设有冷凝水出口。
所述高效加热炉以天然气为燃料，燃烧器将天然气燃烧，产生的热量通过锅壳内的炉胆和烟管传递给锅壳内的中间介质水，中间介质水吸收热量后，通过水蒸汽冷凝传热或者热水温差传热的方式，将热量传递给位于锅壳内或者锅壳外部的工质换热器，将换热器中的介质加热。
烟管内的烟气经过与锅壳内的水充分换热后，仍具有较高的温度，含有大量热能。这些烟气经过烟道进入一级换热器的管程，与进入壳程的低温被加热介质进行换热，吸收烟气热量后的介质通过管道进入加热炉的工质换热器，被加热炉继续加热。经过一级换热器换热后的烟气进入二级换热器管程，与风机（或直接）送入二级换热器壳程的助燃空气再次换热，使烟气温度进一步降低，当温度低于烟气冷凝温度时，烟气中的部分水蒸汽由汽态冷凝为液态，释放出大量汽化潜热。低温烟气和冷凝水经二级换热器底部排出，冷凝水由冷凝水出口排出，低温烟气经烟囱排出。经二级换热器加热后的高温助燃空气，由风道进入燃烧器（或燃烧器与风机合为一体）入口，与天然气混合燃烧。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：
加热炉配置两级换热器，利用加热炉排出的高温烟气，依次与被加热介质和助燃空气换热，经过两级烟气换热，将烟气中的热量充分利用，显著提高了加热炉的热效率，能够使加热炉运行热效率达到95%以上。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：
工质换热器设置在锅壳内的炉胆与烟管上部，锅壳内的工质换热器为盘型管束或者列管式管束换热器。
工质换热器设置在锅壳外部且位于锅壳顶部，锅壳外的工质换热器为带壳体的盘型管束换热器或者是管壳式换热器，锅壳与工质换热器壳体之间通过蒸汽管道、回水管道连通。
附图说明
图1是工质换热器位于锅壳内的本发明实施例的结构示意图；
图2是图1的A向视图；
图3是图1的B向视图；
图4是工质换热器位于锅壳外的本发明实施例的结构示意图；
图5是图4的A向视图；
图6是图4的B向视图；
图中：1-锅壳，2-炉胆，3-烟管，4-工质换热器，5-烟箱，6-燃烧器，7-一级换热器，8-二级换热器，9-烟囱，10-风道，11-烟道，12-风机，13-冷凝水出口，14-被加热介质出口，15-烟气进口，16-被加热介质进口，17-被加热空气出口，18-烟气出口，19-被加热空气进口，20-工质换热器被加热介质进口，21-工质换热器被加热介质出口，22-低温烟气出口，23-基座，24-回水管道，25-蒸汽管道。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，目的仅在于更好的理解本发明内容，因此所举之例并非对本发明内容的限制。
一种高效加热炉，见图1、图2、图3，主要由锅壳1、炉胆2、烟管3、工质换热器4、烟箱5、燃烧器6、一级换热器7、二级换热器8、烟囱9、风道10、烟道11、风机12、基座23组成，锅壳1为卧式筒体结构，在锅壳1内部设有炉胆2和烟管3，烟管3可以是单根烟管也可以是多根烟管，炉胆2、烟管3浸没于锅壳1内的传热介质水中，炉胆2和烟管3的上方设置有工质换热器4，且工质换热器4位于传热介质水面之上，工质换热器4为盘型管束或者列管式管束换热器；在锅壳1前部设置有烟箱5，烟箱5设有烟气出口18；炉胆2的前端安装有燃烧器6；工质换热器4设有热介质进口20和热介质出口21。
锅壳1外部一侧设置有一级换热器7和二级换热器8，一级换热器7和二级换热器8均为管壳式换热器，一级换热器7位于二级换热器8的顶部，为立式装配结构，两级换热器的管程串联连通；一级换热器7为烟气与被加热工质的换热器，一级换热器7上分别设置有被加热介质进口16、被加热介质出口14、烟气进口15，烟气进口15通过烟道11与烟箱5的烟气出口18连接，被加热介质出口14通过介质管道与工质换热器被加热介质进口20连接；二级换热器8为烟气与加热炉助燃空气的换热器，二级换热器8上分别设置有被加热空气进口19、被加热空气出口17、低温烟气出口22，被加热空气进口19连接风机12，被加热空气出口17通过风道10连接加热炉的燃烧器6，低温烟气出口22与烟囱9连接；二级换热器8底部设置有冷凝水出口13。
一级换热器7、二级换热器8，烟囱9、风机12集中安装在基座23上。
高效加热炉以天然气为燃料，燃烧器6将天然气燃烧，产生的热量通过锅壳1内的炉胆2和烟管2传递给锅壳1内的中间介质水，中间介质水吸收热量后，通过水蒸汽冷凝传热方式，将热量传递给位于锅壳1内的工质换热器4，将换热器中的介质加热。
烟管3内的烟气经过与锅壳1内的水充分换热后，仍具有较高的温度，含有大量热能，这些烟气经过烟道11进入一级换热器7的管程。
低温被加热介质由被加热介质进口16进入一级换热器7的壳程，在此与烟气进行换热，低温被加热介质吸收烟气热量后，由被加热介质出口14排出，通过介质管道由工质换热器被加热介质进口20进入工质换热器4继续加热，被加热好的介质再经过工质换热器被加热介质出口21排至外输流程。
经过一级换热器7换热后的烟气进入二级换热器8的管程，助燃空气通过风机12由被加热空气进口19送入二级换热器8壳程，助燃空气与烟气换热，吸收烟气中的热量，使烟气温度进一步降低，当温度低于烟气冷凝温度时，烟气中的部分水蒸汽由汽态冷凝为液态，释放出大量汽化潜热。低温烟气经过二级换热器8的低温烟气出口22送入烟囱9排出；冷凝水经二级换热器8底部的冷凝水出口13排出。
经二级换热器8加热后的高温助燃空气由被加热空气出口17通过风道10进入燃烧器6，与天然气混合燃烧。
图4、图5、图6所示的高效加热炉，与图1、图2、图3所示的高效加热炉相比，仅在于工质换热器4的设置位置不同，亦即，工质换热器4设置在锅壳1外部且位于锅壳1顶部，锅壳1外的工质换热器4为带壳体的盘型管束换热器或者是管壳式换热器，锅壳1与工质换热器4壳体之间通过蒸汽管道25、回水管道24连通。锅壳1内产生的高温水蒸汽由蒸汽管道25进入工质换热器4，与工质换热器4中的被加热介质进行热交换，将热量传递给被加热介质，水蒸汽释放汽化潜热后由汽态冷凝为液态，通过回水管道24再回到锅壳1内。
风机12可以与燃烧器6做成一体结构，风机12的出口也可与二级换热器8的壳程进口相连。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (1)
1.一种高效加热炉，包括锅壳（1）、炉胆（2）、烟管（3）、工质换热器（4）、烟箱（5）、燃烧器（6）、一级换热器（7）、二级换热器（8）、烟囱（9）、风道（10）、烟道（11）、风机（12）、基座（23），锅壳（1）为卧式筒体结构，在锅壳（1）内部设有炉胆（2）和烟管（3），炉胆（2）、烟管（3）浸没于锅壳（1）内的传热介质水中，其特征在于：
炉胆（2）和烟管（3）的上方设置有工质换热器（4），且工质换热器（4）位于传热介质水面之上，工质换热器（4）为盘型管束或者列管式管束换热器；在锅壳（1）前部设置有烟箱（5），炉胆（2）的前端安装有燃烧器（6）；
锅壳（1）外部一侧设置有一级换热器（7）和二级换热器（8），一级换热器（7）和二级换热器（8）均为管壳式换热器，一级换热器（7）位于二级换热器（8）的顶部，为立式装配结构，两级换热器的管程串联连通；一级换热器（7）为烟气与被加热工质的换热器，一级换热器（7）上分别设置有被加热介质进口（16）、被加热介质出口（14）、烟气进口（15），烟气进口（15）通过烟道（11）与烟箱（5）的烟气出口（18）连接，被加热介质出口（14）通过介质管道与工质换热器被加热介质进口（20）连接；二级换热器（8）为烟气与加热炉助燃空气的换热器，二级换热器（8）上分别设置有被加热空气进口（19）、被加热空气出口（17）、低温烟气出口（22），被加热空气进口（19）连接风机（12），被加热空气出口（17）通过风道（10）连接加热炉的燃烧器（6），低温烟气出口（22）与烟囱（9）连接；
燃烧器（6）将天然气燃烧，产生的热量通过锅壳（1）内的炉胆（2）和烟管（3）传递给锅壳（1）内的中间介质水，中间介质水吸收热量后，通过水蒸汽冷凝传热方式，将热量传递给位于锅壳（1）内的工质换热器（4），将换热器中的介质加热；烟管（3）内的烟气经过与锅壳（1）内的水充分换热后，仍具有较高的温度，含有大量热能，这些烟气经过烟道（11）进入一级换热器（7）的管程；
低温被加热介质由被加热介质进口（16）进入一级换热器（7）的壳程，在此与烟气进行换热，低温被加热介质吸收烟气热量后，由被加热介质出口（14）排出，通过介质管道由工质换热器被加热介质进口（20）进入工质换热器（4）继续加热，被加热好的介质再经过工质换热器被加热介质出口（21）排至外输流程；
经过一级换热器（7）换热后的烟气进入二级换热器（8）的管程，助燃空气通过风机（12）由被加热空气进口（19）送入二级换热器（8）壳程，助燃空气与烟气换热，吸收烟气中的热量，使烟气温度进一步降低，当温度低于烟气冷凝温度时，烟气中的部分水蒸汽由汽态冷凝为液态，释放出大量汽化潜热；低温烟气经过二级换热器（8）的低温烟气出口（22）送入烟囱（9）排出；冷凝水经二级换热器（8）底部的冷凝水出口（13）排出；
经二级换热器（8）加热后的高温助燃空气由被加热空气出口（17）通过风道（10）进入燃烧器（6），与天然气混合燃烧。
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