CN1793766A - 一种管式加热炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管式加热炉，包括加热炉本体和余热回收系统，余热回收系统包括空气预热器，其中空气预热器由非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器两段组成，余热回收系统中另设有冷凝液收集池、引风机和鼓风机，冷凝液收集池直接设在冷凝式空气预热器下方，冷凝液收集池与引风机相连接，鼓风机与冷凝式空气预热器相连。使用本发明所提供的加热炉，其加热炉的排烟温度可降低到100℃左右，实现烟气中含酸水蒸气的部分冷凝，且在回收烟气低温显热的同时，能回收部分含酸水蒸气的汽化潜热，进一步提高加热炉热效率，节约能源。

Description

一种管式加热炉
技术领域
本发明属于加热设备技术领域，特别涉及一种管式加热炉。
背景技术
管式加热炉是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中广泛使用的工艺加热炉，以燃油或燃气为燃料，火焰直接加热管内流体。目前，管式加热炉排烟温度普遍较高，一般在160℃～180℃，有的可能会超过200℃，热效率通常在90％以下(以燃料低热值为计算基准)。烟气中还有大量物理显热不能利用。更重要的是，由于燃油和燃气燃烧产生的烟气中含有大量水蒸气，其汽化潜热白白的随烟气排出，造成很大浪费。同时，烟气中的SO2、SO3、CO2、NOx等有害气体含量相对较高，对环境产生的污染还比较严重。
在管式加热炉中，烟气的酸露点腐蚀是阻止加热炉热效率进一步提高的重要因素之一。在目前情况下，许多企业的燃料油和燃料气还没有完全脱硫，管式加热炉所排烟气的酸露点很高，通常在110℃～140℃左右，有的甚至更高。余热回收系统中的空气预热器发生低温露点腐蚀的情况时有发生。
解决管式加热炉的低温露点腐蚀，通常采用两种方法，一种方法是不考虑热效率，将烟气温度提高到露点以上20℃～30℃排放，避免露点腐蚀；另一个方法是采用耐腐蚀材料。但是，即使管式加热炉设计时把排烟温度提高到露点以上20℃～30℃，由于实际生产中的加热炉负荷变化等原因，仍然会发生露点腐蚀。因此上述两种方法经常联合使用。
有些情况下，管式加热炉由于操作负荷变化或设计参数不当，排烟温度在烟气的酸露点以下，由于没有解决露点腐蚀问题，给余热回收设备和加热炉的安全运行带来了不良影响。如某石化分公司一套常减压蒸馏装置的常压炉原设计排烟温度120℃，导致空气预热器露点腐蚀严重。1999年以前，常压炉空气预热器往往只能完好地使用4～5个月，之后集灰斗下的排污口就会流出“酸水”。随着时间的推移，腐蚀不断恶化，开始影响燃烧器的正常燃烧，燃烧不充分、冒黑烟，加热炉的热效率降低、能耗上升被迫甩掉预热器。1999年对常压炉空气预热器进行改造，重新设计，排烟温度控制在160℃以上。
在材料防腐方面，国内出现了许多如搪瓷管、镍基合金涂层管和聚四氟乙烯塑料涂层管等新型防腐材料，在工业上获得了成功的应用。
空气预热器的烟气酸露点防腐材料问题的解决，为有效利用烟气露点以下的低温显热和冷凝液的汽化潜热提供了可能。据计算，如果把烟气温度从180℃降低到100℃，仅利用烟气的显热，就可以将加热炉的热效率提高4个百分点以上。潜热对加热炉热效率的作用也是很大的。据介绍，如果把陕北天然气燃烧产生的水蒸气全部冷凝，仅利用汽化潜热就可以将热效率提高10个百分点以上。因此，如果把烟气温度从180℃降低到100℃，产生的冷凝液量估算为烟气中水蒸气总含量的10％，则潜热对加热炉热效率的贡献也在1个百分点以上，综合潜热和显热可在很大程度上提高热效率。
但到目前为止，管式加热炉的设计规范，如我国的SHT/3036-2003《一般炼油装置用火焰加热炉》、国际标准化组织的ISO13705：2001《石油和天然气工业——一般炼油装置用火焰加热炉》及美国的API 560《一般炼油装置用火焰加热炉》2001年第三版，依然希望空气预热器在烟气酸露点温度以上操作。在管式加热炉领域，没有见到有关回收烟气露点以下的低温显热和冷凝液的汽化潜热，并采用冷凝式空气预热器的报道。
发明内容
本发明是针对现有技术中管式加热炉排烟温度高，热效率低，没有利用烟气露点以下的低温显热和冷凝液汽化潜热的缺点，而提供一种新型的管式加热炉。使用本发明所提供的加热炉，其加热炉的排烟温度可降低到100℃左右，实现烟气中含酸水蒸气的部分冷凝，且在回收烟气低温显热的同时，能回收部分含酸水蒸气的汽化潜热，进一步提高加热炉热效率，节约能源。
本发明提供一种管式加热炉，包括加热炉本体和余热回收系统，加热炉本体内设置有烟囱档板，加热炉本体于烟囱档板下方设置有高温烟气出口，余热回收系统包括空气预热器，其特征在于：空气预热器由非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器两段组成，非冷凝式空气预热器上设置有非冷凝式空气预热器烟气入口、非冷凝式空气预热器空气出口、非冷凝式空气预热器烟气出口和非冷凝式空气预热器空气入口，内部设有非冷凝式空气预热器调节档板，非冷凝式空气预热器烟气入口通过高温烟气管道与加热炉本体上的高温烟气出口相连，冷凝式空气预热器上设有冷凝式空气预热器烟气入口、冷凝式空气预热器空气出口和冷凝式空气预热器空气入口，内部设有冷凝式空气预热器调节档板，非冷凝式空气预热器烟气出口与冷凝式空气预热器烟气入口之间通过两预热器间烟气管道相连，非冷凝式空气预热器空气入口与冷凝式空气预热器空气进口之间通过两预热器间空气管道相连，余热回收系统中另设有冷凝液收集池、引风机和鼓风机，冷凝液收集池直接设在冷凝式空气预热器下方，引风机与冷凝液收集池相连接，鼓风机与冷凝式空气预热器相连。
本发明所述的非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器可以组合为一体，也可以分开设置。其中非冷凝式空气预热器根据具体情况可采用扰流子空气预热器、复式空气预热器或可调节热负荷的热管式空气预热器。另外，为防止非冷凝式空气预热器积灰，非冷凝式空气预热器内可设置声波吹灰器、激波式吹灰器等吹灰设施。冷凝式空气预热器可以是间壁换热式空气预热器(如管式或板式空气预热器)，也可以是间接式空气预热器(如热管式空气预热器)等多种结构形式。这些空气预热器的结构和操作方式，均为本领域公知技术。
为了防止冷凝式空气预热器积灰，本发明的冷凝式空气预热器内可设有冲洗液冲洗设施。冷凝式空气预热器内产生的冷凝液、灰垢以及冲洗液进入冷凝液收集池内，收集池侧壁设有冷凝液溢流管，当冷凝液超过溢流管高度后自动溢流。
由于工作在低温露点腐蚀的环境下，冷凝式空气预热器烟气侧管束及其他烟气接触面覆盖有陶瓷、玻璃、塑料或耐蚀金属等耐腐蚀材料，最好是聚四氟乙烯塑料。
为防止可能的低温露点腐蚀，本发明的引风机叶片采用不锈钢等耐腐蚀材料制作。
为中和冷凝液的酸性，水封的冷凝液收集池内一般含有氧化钙或石灰石等中和剂。
本发明把能够冷凝烟气中的含酸水蒸气，用含酸水蒸气的汽化潜热和烟气的低温显热预热燃烧用空气的空气预热器称为冷凝式空气预热器；把不能冷凝烟气中的含酸水蒸气，仅仅通过烟气显热预热燃烧用空气的空气预热器称为非冷凝式空气预热器。本发明的管式加热炉能够冷凝烟气中的含酸水蒸气，使得其中的汽化潜热和烟气的低温显热同时回收利用，因此称为冷凝型管式加热炉。
根据已知的工程经验，如果烟气的低温露点在110℃～140℃左右，只要将进入空气预热器的空气温度提高到60℃～100℃左右，烟气以160℃以上的温度出空气预热器，空气预热器就可以避免露点腐蚀的发生。在正常操作工况下，可控制本发明的非冷凝式空气预热器内不会发生露点腐蚀。因此，非冷凝式空气预热器可以采用普通材料制造。
烟气中的水蒸气开始冷凝后，烟气就达到了所谓的饱和状态。随着热量交换的进行，烟气温度不断降低，水蒸气不断冷凝下来。如果将处于饱和状态的烟气直接排入烟囱或烟道，由于一般烟囱或烟道更冷，烟气温度在冷凝式空气预热器下游继续下降，将还会有部分水蒸气冷凝下来。为防止上述情况发生，本发明的冷凝式空气预热器内设置有冷凝式空气预热器烟气调节档板，可调整用于换热烟气的量从而保证冷凝式空气预热器下游的烟气处于不饱和状态。
本发明所提供的冷凝型管式加热炉，其余热回收系统中带有非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器，在这两段空气预热器的作用下，其加热炉的排烟温度可降低到100℃左右；且在冷凝式空气预热器中，由于烟气中含酸水蒸气的部分冷凝，冷凝式空气预热器在回收烟气低温显热的同时，又回收了部分含酸水蒸气的汽化潜热，有效地提高了加热炉的热效率，其热效率一般大于90％，可以达到95％，甚至更高(以燃料低热值为计算基准)。冷凝式空气预热器中的含酸水蒸气在冷凝时或冷凝后，可以吸附烟气中的部分有害物质，降低污染物的排放量，保护环境。另外，在本发明中，由于烟气在冷凝式空气预热器中始终由上向下流动，从而保证冷凝液的下落方向与烟气流向一致。随着烟气温度的逐步降低，冷凝液量不断增加，使冷凝液的含酸量逐步降低，最后进入冷凝液收集池排出，避免对冷凝式空气预热器的二次腐蚀。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但并不限制本发明。
附图说明：
图1为本发明的一个实施方案示意图。
图2为本发明的第二个实施方案余热回收部分示意图。
图3为本发明的第三个实施方案余热回收部分示意图。
图中所示附图标记为：1、管式加热炉本体，2、高温烟气管道，3、非冷凝式空气预热器，4、冷凝式空气预热器，5、冷凝液收集池，6、引风机，7、低温烟气管道，8、冷空气管道，9、鼓风机，10、热空气管道，11、独立烟囱，12、冲洗管，13、冷凝式空气预热器调节挡板，14、溢流管，15、两预热器间烟气管道，16、两预热器间空气管道，17、烟囱挡板，18、非冷凝式空气预热器烟气入口，19、非冷凝式空气预热器烟气出口，20、冷凝式空气预热器烟气入口，21、冷凝式空气预热器空气入口，22、冷凝式空气预热器空气出口，23、非冷凝式空气预热器空气入口，24、非冷凝式空气预热器空气出口，27、烟气旁路，28、烟气旁路调节挡板，29、高温烟气出口，30、非冷凝式空气预热器调节挡板。
具体实施方式
图1中，非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器均为热管式。如图1所示，管式加热炉包括加热炉本体1和余热回收系统，加热炉本体1内设置有烟囱档板17，加热炉本体1于烟囱档板17下方设置有高温烟气出口29，余热回收系统包括空气预热器，空气预热器由非冷凝式热管空气预热器3和冷凝式空气预热器4两段组成，非冷凝式空气预热器3上部设置有非冷凝式空气预热器烟气入口18和非冷凝式空气预热器空气出口24，下部设有非冷凝式空气预热器烟气出口19和非冷凝式空气预热器空气入口23，内部设有非冷凝式空气预热器调节档板30，非冷凝式空气预热器烟气入口18通过高温烟气管道2与加热炉本体1上的高温烟气出口29相连，冷凝式空气预热器4的上部设有冷凝式空气预热器烟气入口20和冷凝式空气预热器空气出口22，下部设有冷凝式空气预热器空气入口21，内部设有冷凝式空气预热器调节档板13，非冷凝式空气预热器烟气出口19与冷凝式空气预热器烟气入口20之间通过两预热器间烟气管道15相连，非冷凝式空气预热器空气入口23与冷凝式空气预热器空气出口22之间通过两预热器间空气管道16相连，余热回收系统中另设有冷凝液收集池5、引风机6和鼓风机9，冷凝液收集池5直接设在冷凝式空气预热器4下方，引风机6与冷凝液收集池5相连接，鼓风机9通过冷凝式空气预热器空气入口21与冷凝式空气预热器4相连，冷凝式空气预热器4内设置有冲洗管12。
图1所示本发明管式加热炉的操作情况是：高温烟气由管式加热炉本体1的烟囱挡板17下方的高温烟气出口29排出，经高温烟气管道2由非冷凝式空气预热器烟气入口18进入非冷凝式空气预热器3，在此释放出显热后，烟气温度降低到160℃～180℃左右，非冷凝式空气预热器调节挡板30可以调节换热面积，保证非冷凝式空气预热器3下游的烟气处于烟气露点温度以上。经过释放显热后的中温烟气，由非冷凝式空气预热器烟气出口19出来，再经两预热器间烟气管道15，从冷凝式空气预热器烟气入口20进入冷凝式空气预热器4，继续释放显热，同时有部分含酸水蒸气冷凝释放潜热，烟气温度进一步降低到100℃左右，产生的冷凝液在重力作用下进入冷凝液收集池5。冷凝式空气预热器4内的冷凝式空气预热器调节挡板13可以调节不参加换热的烟气量，保证冷凝式空气预热器4下游的烟气处于不饱和状态。不饱和状态的低温烟气由引风机6从冷凝液收集池5引出，通过低温烟气管道7返回管式加热炉本体1，然后由烟囱排出。或者低温烟气出引风机6后，直接通过独立烟囱11排出。燃烧用空气通过冷空气管道8由鼓风机9鼓入，经冷凝式空气预热器空气入口21将空气送入冷凝式空气预热器4，预热到60℃～100℃后，由冷凝式空气预热器空气出口22出来，通过两预热器间空气管道16，经非冷凝式空气预热器空气入口23进入非冷凝式空气预热器3进一步预热，之后，经非冷凝式空气预热器空气出口24通过热空气管道10进入管式加热炉本体1为燃烧器供风。
为防止冷凝式空气预热器4积灰，冷凝式空气预热器4内设有冲洗管12，冲洗液自冲洗管12进入，对冷凝式空气预热器4进行冲洗。
冷凝液收集池5侧壁设有冷凝液溢流管14，当冷凝液超过溢流管14的标高后自动溢流。
图2与图1不同的是，非冷凝式空气预热器3为扰流子空气预热器，非冷凝式空气预热器空气出口24设置在非冷凝式空气预热器3的一个侧面，非冷凝式空气预热器空气入口23设置在非冷凝式空气预热器3的另一个侧面，冷凝式空气预热器空气出口22设置在冷凝式空气预热器4的上部，冷凝式空气预热器空气入口21设置在冷凝式空气预热器4的下部。
图3与图1不同的是，非冷凝式空气预热器为非冷凝式扰流子空气预热器25，冷凝式空气预热器4为间壁式空气预热器，冷凝式空气预热器中起调节作用的档板为烟气旁路调节挡板28，通过烟气旁路27来进行调节；非冷凝式空气预热器空气出口24设置在非冷凝式空气预热器3的一个侧面，非冷凝式空气预热器空气入口23设置在非冷凝式空气预热器3的另一个侧面，冷凝式空气预热器空气出口22设置在冷凝式空气预热器4的一个侧面，冷凝式空气预热器空气入口21设置在冷凝式空气预热器4的另一个侧面。

Claims (7)

1.一种管式加热炉，包括加热炉本体和余热回收系统，加热炉本体内设置有烟囱档板，加热炉本体于烟囱档板下方设置有高温烟气出口，余热回收系统包括空气预热器，其特征在于：空气预热器由非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器两段组成，非冷凝式空气预热器上设置有非冷凝式空气预热器烟气入口、非冷凝式空气预热器空气出口、非冷凝式空气预热器烟气出口和非冷凝式空气预热器空气入口，内部设有非冷凝式空气预热器调节档板，非冷凝式空气预热器烟气入口通过高温烟气管道与加热炉本体上的高温烟气出口相连，冷凝式空气预热器上设有冷凝式空气预热器烟气入口、冷凝式空气预热器空气出口和冷凝式空气预热器空气入口，内部设有冷凝式空气预热器调节档板，非冷凝式空气预热器烟气出口与冷凝式空气预热器烟气入口之间通过两预热器间烟气管道相连，非冷凝式空气预热器空气入口与冷凝式空气预热器空气进口之间通过两预热器间空气管道相连，余热回收系统中另设有冷凝液收集池、引风机和鼓风机，冷凝液收集池直接设在冷凝式空气预热器下方，引风机与冷凝液收集池相连接，鼓风机与冷凝式空气预热器相连。
2.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于：非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器组合为一体。
3.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于：非冷凝式空气预热器和冷凝式空气预热器是分开设置的。
4.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于：冷凝式空气预热器内烟气接触面覆盖有耐腐蚀材料。
5.根据权利要求4所述的管式加热炉，其特征在于：冷凝式空气预热器内烟气接触面覆盖有陶瓷、玻璃、塑料或耐蚀金属。
6.根据权利要求5所述的管式加热炉，其特征在于：冷凝式空气预热器内烟气接触面覆盖有聚四氟乙烯塑料。
7.根据权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于：冷凝式空气预热器内设有冲洗液冲洗设施。
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