CN107388838A - 一种炉管扰流结构及具有其的加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明的一种炉管扰流结构及具有其的加热炉，炉管包括扰流件，扰流件安装于相邻炉管之间，高温气流经扰流件折流和导流后会流经炉管背向气流流动方向的背面，这就能够达到匀流的目的，使得高温气流能够流经炉管的背面并产生紊流，从而能够消除现有技术中炉管背面大部分的滞流区，进而达到提高换热能效的目的，而且气流流经炉管的背面还能够吹扫沉积在炉管背面外壁上的烟尘，从而能够进一步提高换热能效，另外扰流件设置在支块上对支块起到加强和保护作用，从而进一步延长炉管的使用寿命。具有上述炉管的加热炉，不仅能够提高加热炉换热能效，而且还能够有效延长加热炉的使用寿命。

Description

一种炉管扰流结构及具有其的加热炉

技术领域

本发明涉及加热炉技术领域，特别是涉及一种炉管扰流结构及具有其的加热炉。

背景技术

加热炉是石油化工中的龙头，通常包括常压炉、减压炉、制氢炉、重整炉、焦化炉、转化炉及裂解炉等。管式加热炉的作用于是将介质（油料或气体）加热至工艺所需的温度。

加热炉的炉体的四面由高大的炉墙围成炉膛，炉墙由工字钢等型钢钢架上铺焊钢板，钢板上分布焊接保温钉，在保温钉之间浇铸入隔热和耐磨材料。图1是组成加热炉炉体的一块换热模块的横截面示意图，炉墙1上安装的支架2支持着管板3，炉管孔4上穿过炉管，多个炉管5的端部通过弯头窜联连接组成盘管，盘管和弯头箱等主要零部件组成换热模块，换热模块叠装后底部安装燃烧器，顶部安装烟囱，组成加热炉的炉体。炉管5内流过的是需要加热的油料，见图1炉管5外面在炉膛内从下往上箭头所示流过的是高温烟气或热风，其热量通过管壁传给炉管5内的油料或其它介质。

传统加热炉对炉体结构中存在两个尚未解决的技术难题，一方面难题是因为炉管外表面整体上从烟气获取热量的能力满足不了炉管内表面对油品介质的给热能力，长期以来，仅仅通过炉管表面的支块或支块来强化换热，其效果不明显。另一方面难题是炉管的管壁在周向的换热能力严重不平衡。理论分析和实验表明，热量气流横掠管束时，沿着烟气气流方向，炉管的迎风面具有最好的换热效果，而背风面具有最差的换热效果，炉管两侧的换热效果处于中间水平。从图1中取出三条错开排列的炉管5如图2所示，由于自重作用，炉管5的中心略低于管板孔4的中心，炉膛内从下往上箭头所示的烟气冲刷到炉管5的正面A处时，分开沿着虚线箭头从炉管5两侧紧贴着流过，然后在炉管5的背面脱离，继续往上流到C处才会合，而不是在炉管5的背面B处会合，从而在炉管5的背面B与C之间形成一个滞流区7，如图2中方格阴影所示，该区面积相当于炉管5的横截面积，在方格阴影范围内的管壁不但无法起到应有的提高换热效果的作用，浪费了投资成本。即便是前后正对排列的炉管层，炉管的背风面也同样存在该滞流区。炉管背面的换热效果之所以最差，主要原因是炉管的背面存在滞流区，气流流动慢或不流动，滞流小区随着炉管直径的增大而增大，明显影响加热炉的加热效率。另外，炉管长期使用后，沉积在支块根部处管壁表面上的烟尘，尤其是炉管背面的管壁上，这也同样影响了炉管的换热效果。

综上，加热炉中炉管的换热效率成为节能降耗技术进步的关键，改善炉管背风面滞流区的换热，既是提高加热炉热效率的主要途径，也是充分利用原有资源的节能方法，因此对炉管给予更多关注并进行合理的结构改善，开发出一种全周边换热效果好的的炉管，很有工程意义。

发明内容

本发明的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够提高炉管换热能效、且能够延长炉管使用寿命长的炉管扰流结构。

本发明的目的之二在于避免现有技术中的不足之处而提供一种换热能效高、使用寿命长的加热炉。

本发明的目的之一通过以下技术方案实现：

提供了一种炉管扰流结构，包括安装于相邻炉管之间的扰流件，高温气流经扰流件折流和导流后会流经炉管背向气流流动方向的背面。

其中，扰流件设有供折流和导流后的气流流出的通孔。

其中，扰流件通过支脚固定于炉管，经扰流件折流和导流后高温气流会经支脚间隙后再流向炉管的背面。

其中，扰流件设有多段，各段扰流件沿炉管长度方向首尾拼接，拼接处有间隙。

其中，扰流件为长条柱状，扰流件沿其径向方向截取的横截面为圆形、矩形、棱形或星形。

其中，扰流件为长条板状，扰流件沿其宽度方向截取的横截面为平直形、弧形、角折形或流线形。

其中，扰流件为长条板状，扰流件沿其长度方向截取的纵截面为平直形或者波折形。

其中，扰流件为由长条板螺旋成的螺旋筒。

其中，扰流件为长条的网状，扰流件插入相邻的由多个炉管组成的管层之间。

本发明的目的之二通过以下技术方案实现：

提供一种加热炉，包括安装于相邻炉管之间的扰流结构，所述扰流结构为上述炉管扰流结构。

本发明的有益效果：

本发明的炉管扰流结构，其结构包括扰流件，扰流件安装于相邻炉管之间，高温气流经扰流件折流和导流后会流经炉管背向气流流动方向的背面，这就能够达到匀流的目的，使得高温气流能够流经炉管的背面并产生紊流，从而能够消除现有技术中炉管背面大部分的滞流区，进而达到提高换热能效的目的，而且气流流经炉管的背面还能够吹扫沉积在炉管背面外壁上的烟尘，从而能够进一步提高换热能效，另外扰流件设置在支块上对支块起到加强和保护作用，从而进一步延长炉管的使用寿命。

本发明的加热炉，通过采用上述的炉管扰流结构，不仅能够提高加热炉换热能效，而且还能够有效延长加热炉的使用寿命。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为现有技术中加热炉中单个加热模块的结构示意图。

图2为现有技术中加热炉中三个相邻的炉管的背面滞流区示意图。

图3为本发明的实施例1中炉管扰流结构安装在炉管的立体结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图4为本发明的实施例1中炉管扰流结构安装在炉管的轴向结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图5为本发明的实施例2中炉管扰流结构安装于炉管的立体结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图6为本发明的实施例3中安装有炉管扰流结构的炉管的立体结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图7为本发明的实施例4中安装有炉管扰流结构的炉管的轴向结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图8为本发明的实施例5中安装有炉管扰流结构的炉管的轴向结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图9为本发明的实施例6中炉管扰流结构安装在换热模块内的结构示意图（图中箭头为气流流向）。

图10为本发明的实施例7中炉管扰流结构安装在换热模块内的结构示意图（图中箭头为气流流向）。

在图1至图10中包括有：

1—炉墙，2—支架，3—管板，4—管板孔，5—炉管，6—烟气流线，7—炉管背面的烟气滞流区，8—扰流件，9—支脚，10—通孔。

A——炉管正面，B——炉管背面，C——炉管间气流收集区。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本发明的一种炉管扰流结构的具体实施方式之一，如图3和图4所示，炉管扰流结构包括扰流件8，扰流件8通过支脚9安装于相邻两个炉管5之间，相邻两个炉管5最好是并行排布，支脚9与炉管5可一体浇注或加工而成，也可以是支脚逐个组焊到炉管5的外壁。由于每个炉管5一般是安装于对应的管板孔4内，使得扰流件8实际上是安装于相邻两个管板孔4之间，本实施例中的附图对管板孔4进行了简化或者直接省去没有显示，为便于描述核心技术，本实施例中直接省去了管板孔4的描述。扰流件8位于炉管5背向气流流动方向的背面，相邻支脚9之间有供气流流过的间隙，支脚9的根部与炉管5固接，支脚9的端部与扰流件8焊接固定，具体的，如图3中未显示固定和支承扰流件8的支脚9，扰流件8的中部与支脚9点焊固接，如图4所示。高温气流经扰流件8折流和导流后会先流经支脚9之间的间隙后，再流经炉管5的背面，同时高温气流还从位于扰流件8中部的通孔11流出，气流流向如图3中箭头所示。这样当高温气流经过炉管的两侧开始靠近炉管的背面而同时又要脱离炉管的背面时，在扰流件8开始扰动炉管两侧的高温气流并对其进行折流和导流，使高温气流经支脚9间隙后流至炉管5的背面，在高温气流在流经炉管5的背面的支脚9间隙时会产生紊流，从而能够消除现有技术中炉管5背面大部分的滞流区，使得在炉管的周向周围形成360度的均匀流态，最终能够显著提高炉管的换热能效。另外，气流流经炉管5背面的支脚9还能够吹扫沉积在炉管5背面面壁上的烟尘，且使得烟尘无法积聚，从而进一步提高换热能效和保证换热效果长期稳定有效。扰流件8焊接固定在支脚9上，实现扰流件8与炉管5的强连接，而扰流件8和支脚9本身都具有导热功能，相当于增大炉管5的换热面积，对提高炉管的换热能效也起到一定的作用，而且扰流件8对炉管5还起到加强和保护作用，特别对超长炉管5吊装转移过程中的弯曲变形具有一定保护作用，从而可进一步延长炉管的使用寿命。扰流件8在对气体进行折流和导向作用的基础上，还考虑到气流存在的内摩擦，使得能够降低气流压力的损失，从而可以调节炉膛内整体气流，显著提高整个换热模块的综合性能。

本实施例中，扰流件8为一整条与支脚9相同材质的薄钢板条，通孔11位于薄钢板条的中部。通孔11为小孔，通孔11可在热胀冷缩中释放部分热应力，能够满足位移协调的需要，也方便制造。带有通孔11的扰流件8适用于各种不同工艺需要，能产生微观的次生流态，也利于排卸灰尘。通孔11形状可多种多样，只要便于冲压加工，通孔11周边的毛刺应去除，通孔11应在扰流件8滚压弧形或角形前加工，也可以同步加工。

扰流件8沿其宽度方向截取的横截面为平直形、弧形、角折形或折流线形，使得扰流件8能够适用于各种不同炉管规格和工艺状况的需要。扰流件8的宽度应能拦截其下方的气流并将气流引导到炉管的背面为准。扰流件8沿其长度方向截取的纵截面为平直形或者波折。其中波折形扰流件8适用于各种不同炉管规格，尤其适用于支脚9与炉管5两者之间热胀冷缩位移协调的需要，特别是当支脚9与炉管5都是不锈钢时，为节约成本，可采用碳素钢板条制作扰流件8，波折形扰流件8可以一定程度上吸收不锈钢与碳素钢之间的热膨胀位移差异，保护支脚9不被扰流件8牵扯折弯。

具有上述炉管扰流结构的加热炉，炉管5可以为光炉管、翅片管、钉头管或其他结构的表面强化管，但是在本实施例的图中炉管5的轴向视角图都是简化地只以一个圆表示其外轮廓。将安装有扰流件8的炉管安装在一个管板孔4中，或者扰流件8安装在两个相邻管板孔4之间，每个管板孔4都有一个炉管。其中炉管可以是立式安装、卧式安装或倾斜安装，这样不仅能够提高加热炉换热能效，而且还能够有效延长加热炉的使用寿命。

实施例2

本发明的一种炉管扰流结构的具体实施方式之二，如图5所示，本实施例与实施例1的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，炉管5上的扰流件8可由多段扰流件8沿炉管5长度方向首尾拼接而成，拼接处存在间隙，当然拼接处也可以搭接到一起而不点焊，能够满足扰流件8与炉管之间热胀冷缩位移协调的需要，也方便制造。

扰流件8沿其长度方向截取的纵截面为者波折，波折形扰流件8适用于各种不同炉管规格，尤其适用于支脚9与炉管5两者之间热胀冷缩位移协调的需要，特别是当支脚9与炉管5都是不锈钢时，为节约成本，可采用碳素钢板条制作扰流件8，波折形扰流件8可以一定程度上吸收不锈钢与碳素钢之间的热膨胀位移差异，保护支脚9不被扰流件8牵扯折弯。波折形扰流件8可以不采用支脚9固定于炉管5，由于波折形扰流件8的波浪边会与炉管5的外壁有之间一定会出现部分间隙，所以不需要将扰流件8支承起来以留有空隙供气流流通至炉管5的背面。本实施例中，扰流件8与炉管5可以通过管箍或者弹性卡环装配的形式结合在一起的，管箍的收口可以焊接，也可以螺栓紧固。这种扰流件8装配方式适用于新炉制造，但是更适合于本技术创新在旧炉改造中应用，也就是在原有炉管基础上插进扰流件8后再箍紧或者卡紧即可，简化组装过程。

实施例3

本发明的一种炉管扰流结构的具体实施方式之三，如图6所示，本实施例与实施例1的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，扰流件8为由长条板螺旋成的螺旋筒。具体的，长条板可以为钢丝或者薄钢板条。炉管5侧部的气流经扰流件8折流和导流后流经炉管5的背面，从而能够消除现有技术中炉管5背面大部分的滞流区，使得在炉管的周向周围形成360度的均匀流态，最终能够显著提高炉管的换热能效。

实施例4

本发明的一种炉管扰流结构的具体实施方式之四，如图7所示，本实施例与实施例1的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，扰流件8为长条柱状，扰流件8沿其径向方向截取的横截面为圆形、矩形或者棱形。本实施例中扰流件8沿其径向方向截取的横截面为圆形，扰流件8通过支脚9固定于炉管5，相邻支脚9之间有间隙。炉管5侧部的气流经扰流件8折流和导流后经支脚9间隙流至炉管5的背面，从而能够消除现有技术中炉管5背面大部分的滞流区，使得在炉管的周向周围形成360度的均匀流态，最终能够显著提高炉管的换热能效。

实施例5

本发明的一种炉管扰流结构的具体实施方式之五，如图8所示，本实施例与实施例4的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，扰流件8沿其径向方向截取的横截面为星形，使得扰流件8与炉管5的外壁之间一定会出现部分供气流流通的间隙，所以不需要将扰流件8支承起来以留有空隙供气流流通至炉管5的背面。炉管5侧部的气流经扰流件8折流和导流后会流经炉管5的背面，从而能够消除现有技术中炉管5背面大部分的滞流区，使得在炉管的周向周围形成360度的均匀流态，最终能够显著提高炉管的换热能效。

实施例6

本发明的一种炉管扰流结构的具体实施方式之六，如图9所示，本实施例与实施例1的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，扰流件8为长条的网状，也可以为网片状。扰流件8插入相邻的管层之间，管层由多个排成水平一排的炉管组成，相邻管层之间为上下平行排布，进而组成一个加热模块，扰流件8平铺在上下相邻两管层之间。高温气流可经扰流件8向上进入其他管层，同时每个管层中的任一炉管5侧部的高温气流经扰流件8折流和导流后会流经该炉管5的背面，从而能够消除现有技术中炉管5背面大部分的滞流区，使得在炉管的周向周围形成360度的均匀流态，最终能够显著提高炉管的换热能效。

实施例7

本发明的一种炉管扰流结构的具体实施方式之七，如图10所示，本实施例与实施例6的主要技术方案相同，在本实施例中未作说明的技术特征采用实施例6进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例的不同在于，扰流件8为长条的网状，也可以为网片状。扰流件8插入相邻的管层之间，管层由多个排成倾斜一排的炉管组成，相邻管层之间为倾斜平行排布，扰流件8平铺在左右相邻两管层之间。高温气流可经扰流件8向上进入其他管层，同时每个管层中的任一炉管5侧部的高温气流经扰流件8折流和导流后会流经该炉管5的背面，从而能够消除现有技术中炉管5背面大部分的滞流区，使得在炉管的周向周围形成360度的均匀流态，最终能够显著提高炉管的换热能效。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种炉管扰流结构，其特征是：包括安装于相邻炉管之间的扰流件，高温气流经扰流件折流和导流后会流经炉管背向气流流动方向的背面。

2.根据权利要求1所述的一种炉管扰流结构，其特征在于：扰流件设有供折流和导流后的气流流出的通孔。

3.根据权利要求1所述的一种炉管扰流结构，其特征在于：扰流件通过支脚固定于炉管，经扰流件折流和导流后高温气流会经支脚间隙后再流向炉管的背面。

4.根据权利要求1所述的一种炉管扰流结构，其特征在于：扰流件设有多段，各段扰流件沿炉管长度方向首尾拼接，拼接处有间隙。

5.根据权利要求1所述的一种炉管扰流结构，其特征在于：扰流件为长条柱状，扰流件沿其径向方向截取的横截面为圆形、矩形、棱形或星形。

6.根据权利要求1所述的一种炉管扰流结构，其特征在于：扰流件为长条板状，扰流件沿其宽度方向截取的横截面为平直形、弧形、角折形或流线形。

7.根据权利要求1所述的一种炉管扰流结构，其特征在于：扰流件为长条板状，扰流件沿其长度方向截取的纵截面为平直形或者波折形。

8.根据权利要求1所述的一种炉管扰流结构，其特征在于：扰流件为由长条板螺旋成的螺旋筒。

9.根据权利要求1所述的一种炉管扰流结构，其特征在于：扰流件为长条的网状，扰流件插入相邻的由多个炉管组成的管层之间。

10.一种加热炉，包括安装于相邻炉管之间的扰流结构，其特征在于：所述扰流结构为权利要求1至9任一项所述炉管扰流结构。