CN104930485A - 一种烟气余热回收系统及其回收方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种烟气余热回收系统及其回收方法和用途。所述系统包括加热炉辐射室、加热炉对流室、空气预热器、引风机、鼓风机和烟囱；加热炉辐射室、加热炉对流室、空气预热器、引风机和烟囱依次相连，鼓风机的出口与空气预热器的空气入口和加热炉辐射室的空气入口相连。物料进入汽包，汽包下降管与蒸发段入口和汽包入口相连，蒸发段出口与汽包蒸汽入口相连，汽包蒸汽出口与过热段入口相连。本发明提供的烟气余热回收系统在加热炉对流段与烟筒之间增加空气预热器，以及对原有对流室改动很小的情况下，在加热炉和余热锅炉之间根据全系统内公用工程的情况，合理优化烟气的热量利用方式，提高热量的利用价值和经济效益。

Description

一种烟气余热回收系统及其回收方法和用途

技术领域

本发明烟气余热回收领域，尤其涉及一种对加热炉进行改造的烟气余热回收系统及其回收方法和用途，特别涉及一种基于将对流室中产生蒸汽的加热炉进行改造的烟气余热回收系统及其回收方法和用途。

背景技术

烟气余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后的产物，或是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。

在应用加热炉为工艺提供热量的过程中，液体(气体)燃料在加热炉辐射室(炉膛)中燃烧，产生高温烟气并以它作为热载体，流向对流室，再从烟囱排出。其中，加热炉对流室中余热锅炉一般产生3.5MPa的蒸汽，产生了大量的过剩热量，因此有效回收加热炉的烟气热量，并对回收热量进行合理分配，对提高加热炉的效率、有效降低装置能耗和提高经济效益极其重要。

加热炉的对流室往往由余热锅炉的省煤段、蒸发段和过热段组成，在烟气余热回收系统中，水或者工艺物流在对流室中经过省煤段与蒸发段时由加热炉出口高温烟气加热，低温烟气随后进入空气预热器加热入炉空气。从产汽成本核算，加热炉产生3.5MPa蒸汽，其成本远高于动力站由煤锅炉的产汽成本。因此如果减少加热炉对流室产生的蒸汽量，并通过余热回收系统进行热量的回收利用，可以节省瓦斯用量，从而减少工厂干气不足时外购天然气的量，是企业节能增效的有效途径。

为了有效回收加热炉中的热量，现有技术中多通过增加过热段换热面积、更换省煤段传热元件、增加传热面积以及改变换热管排布等方式，还通过增设水热媒给水预热器，如利用低温段省煤器出口的高温水(190～200℃)；或将余热锅炉104℃的锅炉给水加热至150℃后进低温省煤器。还有平衡尾部烟气热量，降低排烟温度，提高余热锅炉效率将油浆蒸发器、外取热器汽包给水和余热锅炉给水同时一起进省煤器进行预热。

专利CN 101813422A提供了一种加热炉余热回收系统，其装置包括高温段空气预热器、低温段空气预热器、送风机、设置在高温段和低温段空气预热器之间的引风机、在低温段设置旁通风道和旁通烟道以及闸板阀和挡板、在高温段设置旁通风道以及挡板。

专利CN 102901077A提供了一种烟气余热回收方法及烟气余热回收系统，该系统在通过高温余热回收装置利用高温余热载体加热低温饱和蒸汽，将低温饱和蒸汽转换成高温过热蒸汽之前，先通过低温余热回收装置利用低温烟气与冷凝水换热，使冷凝水转化为低温饱和蒸汽的全部或部分。

以上所述系统虽然提供了加热炉热效率，但是均需要增加额外的设备，使成本增加。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于将对流室中产生蒸汽的加热炉进行改造的烟气余热回收系统及其回收方法和用途。本发明根据对原对流室炉管排布的分析和研究，通过减少对流室烟气与水的换热面积，即抽取对流室省煤段和/或蒸发段中若干炉管，以减少对流室余热锅炉的中压蒸汽产量，从而提高烟气出对流室温度，为余热回收系统提供更多热量以节省更多的加热炉瓦斯。同时，该系统将烟气余热与空气换热，提高了空气入加热炉的温度并降低了排烟温度，从而提高加热炉的燃烧效果和热量利用效率，提高加热炉效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种烟气余热回收系统，所述系统包括加热炉辐射室、加热炉对流室、空气预热器、引风机、鼓风机和烟囱，加热炉辐射室、加热炉对流室、空气预热器、引风机和烟囱依次相连，鼓风机的出口与空气预热器的空气入口相连，且鼓风机的出口和加热炉辐射室的空气入口相连，所述加热炉对流室包括汽包和炉体，炉体中设有蒸发段和过热段，蒸发段位于炉体上部，过热段位于炉体下部，加热炉对流室的物料入口与汽包的物料入口相连，汽包的下降管与蒸发段入口，且汽包的下降管与汽包的物料入口相连，蒸发段出口与汽包的蒸汽入口相连，汽包的蒸汽出口与过热段入口相连。

其中，汽包的下降管与汽包的物料入口相连，可以将汽包中的受热液体与进汽包的物料混合，调节物料进入汽包的温度。现有技术中物料进入汽包的温度一般为200～250℃，进入加热炉对流室的物料需要先经过省煤段的加热再进入汽包中。而本发明中物料直接混合一部分汽包底部的饱和水，以降低物料进入汽包的温度至100～180℃，可以减少对流室余热锅炉的产汽量，使从加热炉对流室排出的烟气温度升高，进而可以使经空气预器预热后进加热炉的空气温度大幅提高，达到合理优化烟气热能分配，减少加热炉燃料的消耗的目的。

优选地，所述蒸发段的炉管采用钉头管、翅片管或蛇管中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：钉头管和翅片管的组合，翅片管和蛇管的组合，钉头管、翅片管和蛇管的组合等。

优选地，所述过热段的炉管采用钉头管、翅片管或蛇管中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：钉头管和翅片管的组合，翅片管和蛇管的组合，钉头管、翅片管和蛇管的组合等。

优选地，所述蒸发段中炉管个数≥1，例如1、2、3、4、5、6、7或8及以上。

优选地，所述过热段中炉管个数≥1，例如1、2、3、4、5、6、7或8及以上。

优选地，所述汽包的下降管与汽包的物料入口之间设置有调节阀，通过设置调节阀可以调节进入汽包中的受热液体与进汽包的物料的混合量，从而起到调节物料进入汽包温度的作用。

优选地，所述调节阀为气动薄膜单座调节阀。

优选地，所述加热炉对流室的烟气出口与烟囱相连，且在加热炉对流室的烟气出口与烟囱之间设置有调节阀，通过调节阀调节进入空气预热器的烟气量。

优选地，所述调节阀为蝶阀。

优选地，所述鼓风机的出口与加热炉辐射室的空气入口间设置有调节阀，通过调节阀可以调节进入空气预器的空气与旁路空气的比例，从而控制进入加热炉辐射室的空气温度。

优选地，所述加热炉对流室的烟气出口的烟气的温度为250～350℃，例如250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃或350℃等。

第二方面，本发明提供以上所述烟气余热回收系统的回收方法，所述方法将加热炉对流室炉体中的省煤段炉管抽出，外加物料直接从汽包的物料入口进入汽包进行加热，汽包中的液体由汽包的下降管进入蒸发段，同时汽包中的液体经汽包的下降管与外加物料混合后从汽包的物料入口进入汽包，蒸发段的出口蒸汽由汽包的蒸汽入口加入汽包，从汽包出来的蒸汽进入过热段，从加热炉对流室流出的烟气进入空气预热器对空气进行加热，使进入加热炉辐射室的空气温度升高。

优选地，将加热炉对流室炉体中的省煤段炉管抽出的同时还可将蒸发段中若干炉管抽出，此处所述“若干”为2或2个以上，例如3个、4个、5个、6个、7个或8个及以上，其是指从蒸发段中抽出2个或2个以上的炉管。

其中，物料在从汽包的物料入口加入汽包，并在蒸发段受热开始产汽，一部分液体物料变成汽，形成气液混合物，气液混合物离开蒸发段再次进入汽包，在汽包中进行气液分离，液体落到汽包内的液体空间，而蒸汽从汽包顶部出来到过热段。对流室省煤段和/或蒸发段部分炉管的改造，减少对流余热锅炉的产汽量，使得从加热炉对流室排出的烟气温度升高，该高温烟气进入预热器，在预热器中与来自鼓风机的空气进行热交换，烟气在充分预热空气后即可由引风机引入烟囱排出；同时，由于进入预热器的烟气温度的提高，使在预热器中被加热后的空气温度也进一步升高，从而使入加热炉辐射室的空气温度升高，进而达到合理优化烟气热能分配，减少加热炉所耗燃料的目的。

第三方面，本发明提供以上所述烟气余热回收系统的用途，其应用于石油化工领域。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过减少对流室烟气与水的换热面积，即将对流室省煤段和/或蒸发段中若干炉管抽出，调整进入汽包物料的加热流程以降低对流室余锅余热锅炉的蒸汽产量，从而提高加热炉对流室出口烟气的温度，最终提高烟气进空预器的温度。通过换热来提高空气进加热炉辐射室的温度，从而提高加热炉的燃烧效果和热量利用效率，提高加热炉效率约1～3％，最终达到合理优化烟气热能分配，减少加热炉燃料消耗的目的，提高了全系统的经济效益。

同时，本发明提供的烟气余热回收系统在原有对流室改动很小的情况下，在加热炉和余热锅炉之间根据全系统内公用工程的情况，合理优化烟气的热量利用方式，提高热量的利用价值和经济效益。

附图说明

图1是本发明所述烟气余热回收系统的结构示意图；

图2是对比例中所述现有技术中烟气余热回收系统的结构示意图；

其中，1-加热炉辐射室，2-加热炉对流室，3-烟囱，4-空气预热器，5-引风机，6-鼓风机，7-汽包，8-炉体，9-蒸发段，10-过热段，11-省煤段。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

本发明提供了一种如图1所示的一种烟气余热回收系统，所述系统包括加热炉辐射室1、加热炉对流室2、空气预热器4、引风机5、鼓风机6和烟囱3，加热炉辐射室1、加热炉对流室2、空气预热器4、引风机5和烟囱3依次相连，鼓风机6的出口与空气预热器4的空气入口和加热炉辐射室1的空气入口相连，所述加热炉对流室2包括汽包7和炉体8，炉体中设有蒸发段9和过热段10，蒸发段9位于炉体8上部，过热段10位于炉体8下部，加热炉对流室2的物料入口与汽包7的物料入口相连，汽包7的下降管与蒸发段9入口相连，且汽包7的下降管和汽包7的物料入口相连，并设有调节阀，蒸发段9出口与汽包7的蒸汽入口相连，汽包7的蒸汽出口与过热段10入口相连。

实施例1：

本实施例采用如图1所示的系统进行烟气余热回收，燃料和来自鼓风机6经空气预热器4加热的空气进入加热炉辐射室1，从加热炉辐射室1离开的烟气从加热炉对流室2的烟气入口进入炉体8，物料直接汽包7的物料入口加入，汽包7内的液体一部分从汽包7的下降管进入蒸发段9受热开始产汽，一部分液体物料变成汽，形成气液混合物，气液混合物离开蒸发段9进入汽包7，在汽包7中进行气液分离，液体落到汽包7内的液体空间；汽包7内的液体的另一部分在汽包的物料入口与物料混合后一同进入汽包7，而蒸汽从汽包7顶部出来蒸汽进入过热段10，加热炉对流室2流出的烟气一部分直接进入烟囱3，一部分进入空气预热器4加热空气，从空气预热器4出来的烟气经引风机5进入烟囱3，鼓风机6将一部分空气鼓入空气预热器4与烟气进行热交换，升温后的空气与直接来自鼓风机6的空气混合后调节至所需温度，进入加热炉辐射室1。

该方法中将加热炉对流室2中的省煤段11抽出，使加热炉对流室2出口烟气的温度提高到250～350℃，进而能有效提高空气进加热炉辐射室的温度，最终达到合理优化烟气热能分配，减少加热炉燃料消耗的目的。

实施例2：

除将加热炉对流室2中的省煤段11抽出的同时将加热炉对流室2中蒸发段9中的炉管抽出1个外，其他过程均匀实施例1中相同。

其使加热炉对流室2出口烟气的温度提高到250～350℃，进而能有效提高空气进加热炉辐射室的温度，最终达到合理优化烟气热能分配，减少加热炉燃料消耗的目的。

实施例3：

除将加热炉对流室2中的省煤段11抽出的同时将加热炉对流室2中蒸发段9中的炉管抽出3个外，其他过程均匀实施例1中相同。

其使加热炉对流室2出口烟气的温度提高到250～350℃，进而能有效提高空气进加热炉辐射室的温度，最终达到合理优化烟气热能分配，减少加热炉燃料消耗的目的。

对比例：

如图2，本对比例提供了现有技术中烟气余热回收系统的结构示意图，所述系统包括加热炉辐射室1、加热炉对流室2和烟囱3。加热炉辐射室1、加热炉对流室2和烟囱3依次相连，所述加热炉对流室2包括汽包7和炉体8，炉体中设有省煤段11、蒸发段9和过热段10，省煤段11位于炉体8的上部，蒸发段9位于炉体8中部，过热段10位于炉体8下部，物料入口与省煤段11入口相连，省煤段11的出料口与汽包7的物料入口相连，汽包7的下降管与蒸发段9的入口相连，蒸发段9出口与汽包7的蒸汽入口相连，汽包7的蒸汽出口与过热段10入口相连，过热段10流出的物料供后续使用。

本对比例中加热炉对流室2出口烟气的温度为140～200℃。

综合实施例1和对比例可以看出，本发明通过增加引风机，鼓风机和空气预热器，抽取对流室中省煤段和/或蒸发段中的部分炉管，并调整物料的加入位置以及加热物料的走向，从而提高加热炉对流室出口烟气的温度，使加热炉对流室出口烟气的温度达到250～350℃，最终提高烟气进空预器的温度。通过换热来提高空气进加热炉辐射室的温度，从而提高加热炉的燃烧效果和热量利用效率，提高加热炉效率约1～3％，最终达到合理优化烟气热能分配，减少加热炉燃料消耗的目的，提高了全系统的经济效益。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种烟气余热回收系统，所述系统包括加热炉辐射室(1)、加热炉对流室(2)、空气预热器(4)、引风机(5)、鼓风机(6)和烟囱(3)；加热炉辐射室(1)、加热炉对流室(2)、空气预热器(4)、引风机(5)和烟囱(3)依次相连，鼓风机(6)的出口与空气预热器(4)的空气入口相连，且鼓风机(6)的出口和加热炉辐射室(1)的空气入口相连，其特征在于，所述加热炉对流室(2)包括汽包(7)和炉体(8)，炉体中设有蒸发段(9)和过热段(10)，蒸发段(9)位于炉体(8)上部，过热段(10)位于炉体(8)下部，加热炉对流室(2)的物料入口与汽包(7)的物料入口相连，汽包(7)的下降管与蒸发段(9)入口相连，且汽包(7)的下降管与汽包(7)的物料入口相连，蒸发段(9)出口与汽包(7)的蒸汽入口相连，汽包(7)的蒸汽出口与过热段(10)入口相连。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸发段(9)的炉管采用钉头管、翅片管或蛇管中任意一种或至少两种的组合。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述过热段(10)的炉管采用钉头管、翅片管或蛇管中任意一种或至少两种的组合。

4.如权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述蒸发段(9)中炉管个数≥1。

5.如权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述过热段(10)中炉管个数≥1。

6.如权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，所述汽包(7)的下降管与汽包(7)的物料入口间设置有调节阀；

优选地，所述调节阀为气动薄膜单座调节阀。

7.如权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，所述加热炉对流室(2)的烟气出口与烟囱(3)相连，且在加热炉对流室(2)的烟气出口与烟囱(3)之间设置有调节阀；

优选地，所述调节阀为蝶阀；

优选地，所述鼓风机(6)的出口与加热炉辐射室(1)的空气入口间设置有调节阀；

优选地，所述调节阀为蝶阀；

优选地，所述加热炉对流室(2)的烟气出口的烟气的温度为250～350℃。

8.如权利要求1-7任一项所述系统的烟气余热回收方法，其特征在于，所述方法将加热炉对流室(2)炉体(8)中的省煤段(11)炉管抽出，外加物料直接从汽包(7)的物料入口进入汽包(7)进行加热，汽包(7)中的液体由汽包(7)的下降管进入蒸发段(9)，同时汽包中的液体经汽包的(7)下降管与外加物料混合后从汽包(7)物料入口进入汽包(7)，蒸发段(9)的出口蒸汽由汽包(7)的蒸汽入口加入汽包(7)，从汽包(7)出来的蒸汽进入过热段(10)，从加热炉对流室(2)流出的烟气进入空气预热器(4)对空气进行加热，使进入加热炉辐射室(1)的空气温度升高。

9.如权利要求8所述的烟气余热回收方法，其特征在于，将加热炉对流室(2)炉体(8)中的省煤段(11)炉管抽出的同时还可将蒸发段(9)中若干炉管抽出。

10.如权利要求1-7任一项所述系统的用途，其应用于石油化工领域。