CN104864410A - 一种铸铁热管空气预热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油炼制技术领域，公开了管式加热炉所用的一种铸铁热管空气预热器，设有壳体、上法兰、下法兰、中间管板和铸铁热管，壳体和上法兰、下法兰通过螺栓连接组装为一体，所述铸铁热管垂直穿过中间管板安装在壳体内，中间管板把壳体分成互不相通的两个空间空气侧和烟气侧，空气和烟气通过铸铁热管实现热交换。本发明一种铸铁热管空气预热器采用装有翅片的铸铁热管，实现了管式炉的气-气换热；同时铸铁材质能耐较强的硫酸腐蚀，使管式炉烟气在温度低于酸露点情况下能够实现和空气的换热；并且造价低廉，只相当于同等换热面积石墨材料的1/3。

Description

一种铸铁热管空气预热器

技术领域

本发明是属于石油炼制与化工技术领域，具体涉及石油炼制与化工领域管式加热炉所用的一种铸铁热管空气预热器。

背景技术

管式加热炉的燃料消耗在炼油装置能耗中占有相当大的比例，少则20％～30％，多则80％～90％。因此，提高管式加热炉的热效率，减少燃料消耗，对降低装置能耗具有十分重要的意义。在管式加热炉的各项热损失中，排烟热损失占有极大的比例，当炉子热效率较高(例如90％)时，排烟热损失占总损失的70％～80％；当炉子热效率较低(例如70％)时，排烟热损失占总损失的比例高达90％以上。因此设法降低管式加热炉的排烟温度，就能极大的提高加热炉热效率。目前在国内炼化企业中，最常用的方法是采用热管空气预热器由烟气直接预热空气来降低加热炉的排烟温度。该方法自成体系，不受工艺流程的约束，同时由于热管空气预热器具有体积小、质量轻、效率高等优点，使该方法迅速得到推广和应用。但降低排烟温度在技术上受到低温露点腐蚀因素的制约，目前很多加热炉烟气的酸露点温度在145℃左右，排烟温度在155℃左右，排烟温度继续降低就会在空气预热器换热面上产生低温露点腐蚀，造成换热面腐蚀穿孔，使管式炉不能正常运行。可以说，低温露点腐蚀已成为热管空气预热器降低管式炉排烟温度、提高热效率的主要障碍。为进一步提高管式炉热效率，亟需一种能耐低温露点腐蚀的热管空气预热器。

中国专利CN200510045230.0公开了一种装有石墨热管的热管换热器，提供了一种应用于制冷技术中能耐低温露点腐蚀的非金属石墨热管换热器，它包括上腔、下腔和石墨热管，上腔装有溴化锂溶液，下腔装有热流体，应用于油田污水废热驱动双吸收式制冷工艺。但上述石墨热管换热器属液-液(气)换热类型，不适合在石油炼制、石油化工领域管式加热炉上的气-气换热类型上应用。管式加热炉的气-气换热类型中烟气和空气传热系数都很小，为强化管外传热，必须采用扩面管(翅片管、钉头管等)；石墨热管作为非金属材料，机械强度较低，容易在运输、安装和使用过程中破损；石墨热管造价较高，一般为同等换热面积铸铁热管的3倍；石墨热管的上述问题需要进一步改进解决。

铸铁材料具有耐腐蚀、耐磨损的特点，可解决普通钢材在烟气低于露点温度条件下工作易受腐蚀的问题，同时可以解决普通钢材受含颗粒物烟气冲刷易磨损的问题，目前，用铸铁材料制造热管和热管空气预热器还没有相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供用于管式加热炉的一种铸铁热管空气预热器，用于解决现有技术中装有石墨热管的热管换热器在加热炉预热段应用时传热效率低，石墨热管在运输、安装和使用过程中容易出现破损、造价较贵等问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种铸铁热管空气预热器，设有壳体、上法兰、下法兰、中间管板，壳体和上法兰、下法兰通过螺栓连接组装为一体，中间管板把壳体分成互不相通的两个空间空气侧和烟气侧，空气在空气侧两端进出，烟气在烟气侧两端进出，空气和烟气通过铸铁热管实现热交换；其特征在于：还包括若干根铸铁热管，所述铸铁热管垂直穿过中间管板安装在壳体内，所述铸铁热管由铸铁管、上封板、下封板和铸铁管内工作介质组成。

本发明一种铸铁热管空气预热器，其进一步特征：所述铸铁热管根数由换热量确定，一般在200～400根之间；铸铁热管呈等间距排列，管心距为2倍铸铁管直径。

本发明一种铸铁热管空气预热器，其进一步特征：所述铸铁管内工作介质为蒸馏水或萘。

本发明一种铸铁热管空气预热器，其进一步特征：所述铸铁热管的上封板上设有销柱孔和销柱。

本发明一种铸铁热管空气预热器，其进一步特征：所述铸铁热管外安装有烟气侧翅片和空气侧翅片。

本发明一种铸铁热管空气预热器，其进一步特征：所述空气侧翅片的间距a可以设计较小，一般为5～7mm。

本发明一种铸铁热管空气预热器，其进一步特征：所述烟气侧翅片的间距b应该设计较宽，一般为10～12mm。

本发明一种铸铁热管空气预热器，其进一步特征：所述烟气侧翅片、空气侧翅片和铸铁管的连接可在铸管时作为一体整体铸出。

本发明一种铸铁热管空气预热器，其进一步特征：所述铸铁热管的制作分如下几步：

1)取一根Φ14～Φ16的铸铁管；

2)将铸铁管、上封板、下封板、销柱经过酸洗和碱洗，清洗烘干后备用；

3)焊接下封板；

4)向铸铁管里灌注工作介质，然后焊接上封板120；

5)加热焊好的铸铁管，工作介质开始沸腾并从销柱孔排出铸铁管内空气，从而形成真空；

6)此时立即把销柱打入销柱孔内；

7)待铸铁管冷却后，检查管内真空度，若真空度达到要求，则将销柱焊牢；若真空度达不到要求，则拔出销柱重新加热排气，直到真空度达到要求。

真空度可采用听声法来判定，将铸铁热管垂直上下串动，如铸铁热管内有清脆的撞击声，则判定热管质量合格，真空度已达到要求，可将销柱焊牢；如铸铁热管内无响声，说明真空度没有达到要求。

铸铁管、上封板和下封板的连接也可先整体铸造，然后再清洗、灌注工质和加热。

采用本发明，具有如下的有益效果：

1)本发明一种铸铁热管空气预热器采用装有翅片的铸铁热管，增大了烟气(空气)和铸铁热管的换热面积，强化了管外传热效果，实现了管式炉的气-气换热；同时铸铁材质能耐较强的硫酸腐蚀，使管式炉烟气在温度低于酸露点情况下能够实现和空气的换热，为进一步降低管式炉排烟温度提高热效率创造了条件；

2)本发明一种铸铁热管空气预热器采用的铸铁金属材质不但能耐较强的硫酸腐蚀，而且机械强度较高，质地坚固耐磨，热管在运输、安装和使用过程中不易破损，使管式炉气-气换热能够长周期稳定运行；

3)本发明一种铸铁热管空气预热器造价低廉，只相当于同等换热面积石墨材料的1/3。

附图说明

图1是本发明铸铁热管空气预热器的结构示意图；

图2是本发明铸铁热管的结构示意图。

图中所示附图标记为：1-空气侧，2-上法兰，3-壳体，4-空气出口，5-中间管板，6-烟气入口，7-下法兰，8-烟气侧，9-烟气出口，10-烟气侧翅片，11-空气进口，12-铸铁热管，13-空气侧翅片，120-上封板，121-销柱，122-销柱孔，123-铸铁管，124-工作介质，125-下封板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

参见附图1，是本发明一种铸铁热管空气预热器应用于管式加热炉预热段的一种具体实施方式，铸铁热管空气预热器由壳体3、上法兰2、下法兰7、中间管板5、铸铁热管12组成。铸铁热管12垂直穿过中间管板5安装在壳体3内，壳体3和上法兰2、下法兰7通过螺栓连接组装为一体，中间管板5把壳体3分成互不相通的两个空间空气侧1和烟气侧8，空气在空气侧1两端进出，烟气在烟气侧8两端进出，空气和烟气通过铸铁热管12实现热交换。通常烟气从280℃～300℃降到130℃～150℃，空气从5℃～25℃升到180℃～200℃，烟气和空气的流向相反，这样空气预热器两端都可以保持较高的换热温差，增强换热效果。

铸铁热管12由铸铁管123、上封板120、下封板125和工作介质124组成；铸铁热管12的上封板120上设有销柱孔122和销柱121，能够实现铸铁热管12的排气法抽真空。工质124一般采用纯蒸馏水、奈等，纯蒸馏水工作温度范围为30～320℃，奈工作温度范围为80～470℃，这些工质在加热炉烟气要求的工作范围内能产生相变，并具有合适的饱和蒸汽压力。铸铁热管12的制作分如下几步：

(1)取一根Φ14～Φ16的铸铁管123；

(2)将铸铁管123、上封板120、下封板125、销柱121经过酸洗和碱洗，清洗烘干后备用；

(3)焊接下封板125；

(4)向铸铁管123里灌注工质124，如纯蒸馏水、奈等，然后焊接上封板120；

(5)加热焊好的铸铁管123，工质124开始沸腾并从销柱孔122排出铸铁管123内空气，从而形成真空；

(6)此时立即把销柱121打入销柱孔122内，要打得很紧，不能漏气；

(7)待铸铁管123冷却后，检查管内真空度，若真空度达到要求，则将销柱121焊牢；若真空度达不到要求，则拔出销柱121重新加热排气，直到合格为止；

(8)铸铁管123、上封板120和下封板125的连接也可先整体铸造，然后再清洗、灌注工质和加热。

铸铁热管12外安装有烟气侧翅片10和空气侧翅片13。对于气-气换热，由于气体导热系数较低，例如常温下空气的导热系数为0.023w/(m.k)，水的导热系数为0.62w/(m.k)，如果在管式炉的气-气换热流程中使用铸铁光管，传热效果会很不理想，在铸铁光管外加装烟气侧翅片10和空气侧翅片13，加大了传热面积，增强了传热效果，使管式炉烟气通过铸铁热管12和空气的换热过程得以实现。在空气预热器空气侧1，由于空气相对洁净，不易在铸铁热管12上积灰，空气侧翅片13的间距a可以设计较小，一般为5～7mm；在烟气侧8，由于燃料中的灰分和燃烧产物的碳粒，热烟气会在铸铁热管12表面积灰结垢，影响受热面的传热效果，为便于吹灰器吹灰，烟气侧翅片10的间距b应该设计较宽，一般为10～12mm。烟气侧翅片10和空气侧翅片13均用铸铁板制成，铸铁作为金属材料，具有导热性能好，耐硫酸腐蚀、坚固耐磨、造价低廉等特点，在空气预热器上应用，为管式炉进一步降低排烟温度创造了条件。

烟气侧翅片10、空气侧翅片13和铸铁管123的连接可在铸管时作为一体整体铸出。

下面结合附图1说明本发明的操作过程。首先往管式加热炉空气预热器空气进口11通入5℃～25℃的冷空气，建立稳定的空气循环；然后往空气预热器烟气进口6通入280℃～300℃的热烟气，建立稳定的烟气循环；上述步骤不能颠倒，否则铸铁热管12会由于空气侧1的热量不能及时被空气取走而超温，缩短铸铁热管12的寿命。等稳定的空气循环和烟气循环建立以后，烟气侧8热烟气的热量就会源源不断地通过铸铁热管12传递给空气侧1的冷空气，在空气预热器空气侧1，从空气进口11进入的5℃～25℃冷空气，升到180℃～200℃变成热空气后从空气出口4排出，送入加热炉燃烧系统助燃；在空气预热器烟气侧8，从烟气进口6进入的280℃～300℃热烟气，降为130℃～150℃的低温烟气后从烟气出口9排出经烟囱排入大气。

Claims (10)

1.一种铸铁热管空气预热器，设有壳体、上法兰、下法兰、中间管板，壳体和上法兰、下法兰通过螺栓连接组装为一体，中间管板把壳体分成互不相通的两个空间空气侧和烟气侧，空气在空气侧两端进出，烟气在烟气侧两端进出，空气和烟气通过铸铁热管实现热交换；其特征在于：还包括若干根铸铁热管，所述铸铁热管垂直穿过中间管板安装在壳体内，所述铸铁热管由铸铁管、上封板、下封板和铸铁管内工作介质组成。

2.根据权利要求1所述的铸铁热管空气预热器，其特征在于：所述铸铁热管根数在200～400根之间；铸铁热管呈等间距排列，管心距为2倍铸铁管直径。

3.根据权利要求1所述的铸铁热管空气预热器，其特征在于：所述铸铁管内工作介质为蒸馏水或萘。

4.根据权利要求1所述的铸铁热管空气预热器，其特征在于：所述铸铁热管的上封板上设有销柱孔和销柱。

5.根据权利要求1所述的铸铁热管空气预热器，其特征在于：所述铸铁热管外安装有烟气侧翅片和空气侧翅片。

6.根据权利要求5所述的铸铁热管空气预热器，其特征在于：所述空气侧翅片的间距为5～7mm。

7.根据权利要求5所述的铸铁热管空气预热器，其特征在于：所述烟气侧翅片的间距为10～12mm。

8.根据权利要求5所述的铸铁热管空气预热器，其特征在于：所述烟气侧翅片、空气侧翅片和铸铁管的连接可在铸管时作为一体整体铸出。

9.根据权利要求1所述的铸铁热管空气预热器，其特征在于：所述铸铁热管的制作分如下几步：

1)取一根Φ14～Φ16的铸铁管；

2)将铸铁管、上封板、下封板、销柱经过酸洗和碱洗，清洗烘干后备用；

3)焊接下封板；

4)向铸铁管里灌注工作介质，然后焊接上封板；

5)加热焊好的铸铁管，工作介质开始沸腾并从销柱孔排出铸铁管内空气，从而形成真空；

6)此时立即把销柱打入销柱孔内；

7)待铸铁管冷却后，检查管内真空度，真空度达到要求，则将销柱焊牢；若真空度达不到要求，则拔出销柱重新加热排气，直到真空度达到要求。

10.根据权利要求9所述的铸铁热管空气预热器，其特征在于：所述铸铁管、上封板和下封板先整体铸造，然后再清洗、灌注工质和加热。