CN104896502A

CN104896502A - 一种回收烟气冷凝潜热的方法

Info

Publication number: CN104896502A
Application number: CN201410085730.6A
Authority: CN
Inventors: 郜建松; 孙志钦; 孟庆凯
Original assignee: Sinopec Luoyang Petrochemical Engineering Corp; Sinopec Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Sinopec Engineering Group Co Ltd; Sinopec Luoyang Guangzhou Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-09-09

Abstract

本发明公开了一种回收烟气冷凝潜热的方法，主要包括如下步骤：A)高温烟气分为两路，第一路进入显热空气预热器，与步骤B)中60～70℃的空气换热；第二路进入吸收式热泵，与步骤B)中20～30℃的空气和步骤C)中的冷媒介质换热后与第一路降温后的烟气汇合，一起进入潜热空气预热器换热后排入大气；B)20～30℃空气进入吸收式热泵，与步骤A)中的第二路烟气换热后进入显热空气预热器，在显热空气预热器内与步骤A)中的第一路烟气换热后再送入加热炉燃烧系统；C)用冷媒循环泵驱动冷媒介质在潜热空气预热器和吸收式热泵冷媒之间循环流动。本发明可用于回收管式加热炉烟气的冷凝潜热，进而大幅提高加热炉的效率。

Description

一种回收烟气冷凝潜热的方法

技术领域

本发明涉及石油炼制、石油化工领域烟气余热的回收利用，具体地说涉及一种回收烟气冷凝潜热的方法。

背景技术

管式加热炉是石油炼制和石油化工行业生产装置的耗能大户，燃料消耗量在装置能耗中占有相当大的比例：少则20％～30％，多则80％～90％，因此回收加热炉烟气中的余热对于减少燃料消耗量、降低生产成本有着重要的意义。另一方面，随着人类对能源需求的增大，加热炉燃料燃烧引起的SO_X、NO_X和烟尘的排放量日益增加，限制污染物排放、保护环境、保持可持续发展已经成为我国的基本国策。目前工业生产上普遍采用空气预热器来进行烟气余热的回收，但对于常规的空气预热器，一般只能利用烟气中的显热部分，而对其潜热部分无法加以利用。分析表明，在加热炉的排烟损失中，水蒸汽的汽化潜热所占的份额相当大。若能够将这部分潜热加以回收利用，无疑将大大提高加热炉的热效率。

中国专利CN103438575A公开了一种“燃气锅炉低温排烟深度利用系统及其控制方法”，包含燃气锅炉、烟气余热回收利用装置、烟气源热泵、自动加药系统、自动补水系统以及数据采集系统和集中监控系统。该系统将回收的烟气余热应用于预热锅炉采暖给水，提高燃气利用率。现有技术用于回收烟气潜热采用的都是类似上述预热锅炉采暖给水的方法。但这种方法不适合在管式加热炉上应用，管式加热炉对流段出来的烟气温度在330～340℃，这样的高温烟气预热采暖给水，水就会汽化，系统将无法正常运行；同时管式加热炉最终要实现的是烟气和助燃空气之间的换热，而该方法的功能是烟气和采暖给水之间的换热。如何在管式加热炉上实现利用回收的烟气潜热直接预热助燃空气进而大幅提高加热炉效率，是炼化企业管式加热炉进一步开展“节能减排”工作的方向。

发明目的

发明内容

为了克服现有烟气余热回收利用方法只能回收显热、节能减排效果差的技术问题，本发明提高了一种回收烟气冷凝潜热的方法，用于回收石油炼制、石油化工领域管式加热炉烟气的冷凝潜热，进而大幅提高加热炉的效率。

本发明提供的回收烟气冷凝潜热的方法，主要包括如下步骤：

A)来自加热炉对流段330～340℃的高温烟气进入烟气主线后分为两路，第一路烟气进入显热空气预热器，与步骤B)中60～70℃的空气换热后温度降为100～110℃；第二路烟气进入吸收式热泵，与步骤B)中20～30℃的空气和步骤C)中的循环的冷媒介质换热，温度降为100～110℃后与第一路降温后的烟气汇合，一起进入潜热空气预热器，在潜热空气预热器内与步骤C)中循环的冷媒介质换热，温度降为35～40℃后排入大气；

B)来自大气的20～30℃空气经空气线进入吸收式热泵，与步骤A)中的第二路烟气换热后温度升为60～70℃，然后进入显热空气预热器，在显热空气预热器内与步骤A)中的第一路烟气换热后温度升为230～240℃，最后再送入加热炉燃烧系统；

C)用冷媒循环泵驱动冷媒介质在潜热空气预热器和吸收式热泵之间循环流动，以传递热量。

所述的显热空气预热器、潜热空气预热器和吸收式热泵均为现有技术。显热空气预热器可采用列管、板翅式或热管等类型；潜热空气预热器为耐硫酸腐蚀空气预热器，可防止烟气冷凝液的酸腐蚀，其所用材质为铸铁、石墨、ND钢或陶瓷等；吸收式热泵为烟气型，能够采用330～340℃的高温烟气直接驱动，利用热泵内部工质的吸收循环，而不依靠电能、机械能等其它高级能源，将热量从低温位提升到高温位，实现工质和助燃空气的热量交换，提高助燃空气温度。

目前在役加热炉一般只回收烟气显热，运行平均热效率为90％左右，如果能回收烟气中的大部分潜热，则热效率可达到105％以上，提高10％～15％，幅度很可观。对于加热炉烟气，正常水露点在40～50℃；若燃料脱硫不彻底，烟气中含有硫酸蒸汽使烟气的露点上升到90～180℃。因此，本发明将烟气温度降到35～40℃后就能回收烟气中的大部分潜热。

采用本发明，具有如下的有益效果：

(1)本发明的方法利用加热炉自身的一部分高温烟气，驱动吸收式热泵运行，将烟气温度降到露点温度以下，回收烟气中可观的冷凝潜热直接预热助燃空气，使加热炉按低位发热值(LHV)计算的热效率提高到100％以上，大幅提高了管式加热炉的热效率，减少燃料消耗量；同时，由于降低了排烟温度，也回收了部分烟气显热。

(2)烟气在冷凝过程中，冷凝液会吸收烟气中的SO_X、NO_X和烟尘等污染物，减轻对大气污染，有利于环保。

附图说明

图1是本发明一种回收烟气冷凝潜热的方法的流程示意图。

图中：1、18、19-烟气主线，2-烟气副线阀门，3-烟气副线，4-显热空气预热器，5-显热空气预热器盘管，6、21、23-空气线，7-潜热空气预热器，8-潜热空气预热器盘管，9-酸液池，10-酸液线阀门，11-酸液线，12、22-烟气支线，13-冷媒循环泵，14、20-冷媒线，15-吸收式热泵，16-吸收式热泵冷媒盘管，17-吸收式热泵空气盘管。

具体实施方式

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

图1是本发明的回收烟气冷凝潜热的方法的流程示意图。如图1所示，本发明的方法包括如下步骤：

A)来自加热炉对流段330～340℃的高温烟气进入烟气主线1后分为两路，第一路烟气进入显热空气预热器4，从显热空气预热器盘管5管内流过，与步骤B)中离开吸收式热泵空气盘管17的温度为60～70℃的空气换热后温度降为100～110℃；第二路烟气经烟气支线12进入吸收式热泵15，与步骤B)中进入吸收式热泵空气盘管17的温度为20～30℃的空气和步骤C)中吸收式热泵冷媒盘管16内的冷媒介质换热，温度降为100～110℃后沿烟气支线22与第一路降温后的烟气汇合，一起沿烟气主线18进入潜热空气预热器7，在潜热空气预热器7内与步骤C)中潜热空气预热器盘管8内的冷媒介质换热，温度降为35～40℃后继续沿烟气主线19排入大气；

B)来自大气的20～30℃空气经空气线6进入吸收式热泵15，从吸收式热泵空气盘管17管内流过，与来自步骤A)中的第二路烟气换热后温度升为60～70℃，然后沿空气线21进入显热空气预热器4，在显热空气预热器4内与步骤A)中的第一路烟气换热后温度升为230～240℃，最后再沿空气线23送入加热炉燃烧系统；

C)用冷媒循环泵13驱动冷媒介质在由潜热空气预热器盘管8、冷媒线14、冷媒线20和吸收式热泵冷媒盘管16组成的循环回路中循环流动，以实现潜热空气预热器7和吸收式热泵15之间的热量传递。

如图1所示，烟气中的水蒸汽在潜热空气预热器7中与潜热空气预热器盘管8内的冷媒介质换热后冷凝成液体，成为冷凝液，冷凝液经酸液线11流入酸液池9。由于燃料气脱硫装置操作的波动和燃料气的燃烧，烟气中会含有SO_X、NO_X和烟尘等污染物，烟气冷却后生成的冷凝液能吸收一部分SO_X、NO_X和烟尘，减少了对大气的污染，有利于环保。冷凝液吸收污染物后呈酸性，当酸液池9中的冷凝液达到一定液位时，可适当往酸液池9中加入碱性物质(如NH₃·H₂O等)中和作无害化处理，处理后的冷凝液经酸液线阀门10排入污水系统。

如图1所示，当本发明所述的潜热回收系统发生故障，如显热空气预热器、潜热空气预热器或吸收式热泵发生故障或者需要检修维护时，可在不停炉的情况下，打开烟气副线阀门2，将330～340℃的高温烟气引入烟气副线直接排入大气，确保加热炉生产装置长周期安全运行。

所述的吸收式热泵冷媒盘管16中的冷媒介质一般为软化水。在冷媒循环泵13的驱动下，冷媒介质在潜热空气预热器盘管8和吸收式热泵冷媒盘管16之间循环，实现热量传递。冷媒介质出吸收式热泵15的温度一般为14～16℃，经冷媒线14进入潜热空气预热器盘管8，在潜热空气预热器7中与100～110℃的烟气换热后，冷媒介质温度升为24～26℃，升温后的冷媒介质经冷媒线20返回吸收式热泵冷媒盘管16，在吸收式热泵15中与100～110℃的烟气换热，温度再降为14～16℃，如此循环往复。

下面结合附图说明实施本发明的方法时的操作过程：

(1)打开冷媒循环泵13，建立冷媒介质在潜热空气预热器盘管8和吸收式热泵冷媒盘管16之间的循环；

(2)向空气线6中通入20～30℃的常温空气，空气经吸收式热泵空气盘管17、空气线21、显热空气预热器4、空气线23进入加热炉空气助燃系统；

(3)向烟气主线1中通入330～340℃的高温烟气，一部分高温烟气经烟气支线12进入吸收式热泵15，驱动吸收式热泵15内部工质循环运行，并经烟气支线22进入烟气主线18；另一部分高温烟气经显热空气预热器4、烟气主线18、与来自烟气支线22的烟气汇合后一起进入潜热空气预热器7并经烟气主线19排入大气；

(4)经过一定时间后，烟气、空气和冷媒介质均建立起稳定的工艺循环，传热就会在烟气、空气和冷媒介质之间稳定进行。330～340℃的高温烟气降到35～40℃排入大气，20～30℃的常温空气升到230～240℃后进入加热炉燃烧系统助燃；

(5)当酸液池9中的液位到达一定高度时，中和冷凝液，打开酸液线阀门10将冷凝液排入污水系统；

(6)当潜热回收系统发生故障，或者需要检修维护时，打开烟气副线阀门2，烟气经烟气副线3直接排入大气。

上述操作必须顺序进行，如果吸收式热泵空气盘管17内不预先通入空气作为冷却介质，吸收式热泵15内部工质将会由于热量不能被空气及时取走而循环不起来，也会降低吸收式热泵15的使用寿命。

Claims

1.一种回收烟气冷凝潜热的方法，其特征在于主要包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的冷媒介质为软化水。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的冷媒介质出吸收式热泵的温度为14～16℃，出潜热空气预热器的温度为24～26℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将潜热空气预热器内烟气中水蒸气冷凝形成的冷凝液经酸液线排入酸液池，并经加入碱性物质中和作无害化处理后排入污水系统。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：当所述的显热空气预热器、潜热空气预热器或吸收式热泵发生故障或者需要检修维护时，打开烟气副线阀门，将330～340℃的高温烟气引入烟气副线直接排入大气。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的吸收式热泵为烟气型吸收式热泵。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的潜热空气预热器为耐硫酸腐蚀空气预热器，所用的材质为铸铁、石墨、ND钢或陶瓷。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的潜热空气预热器为耐硫酸腐蚀空气预热器，其所用的材质为铸铁、石墨、ND钢或陶瓷。