CN201407680Y - 一种热媒烟气余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热媒烟气余热回收装置，包括热媒蒸汽发生器、冷凝器、热媒蒸汽管道和热媒冷凝液管道，在热媒蒸汽管道和热媒蒸汽发生器之间设置一排烟温度控制系统，热媒蒸汽发生器与地面的垂直高度小于冷凝器与地面的垂直高度，热媒蒸汽发生器与冷凝器之间的高度差以保证热媒体在整个系统中循环为准。使用本实用新型可在无须工艺泵的情况下形成热媒体自循环烟气余热回收系统，增加排烟温度控制调节系统，达到严格控制排烟温度的目的。

Description

一种热媒烟气余热回收装置

技术领域

本实用新型属于烟气余热回收，特别涉及一种热媒烟气余热回收装置。

背景技术

各种加热炉、锅炉和窑炉是工业生产装置的耗能大户。如石油化工行业，其燃料耗量约占装置处理量的7％。目前全国石油、石化行业生产加工原油量2.5亿吨/年，仅管式加热炉燃料耗量就有约1800万吨/年。如管式加热炉热效率每提高1％，石油、石化行业可节省燃料20万吨/年，降低生产成本6亿元/年；少排放烟气量30亿Nm³/年。因此提高加热炉、锅炉和窑炉热效率，减少燃料耗量，对于降低我国生产成本，提高经济效益以及“节能减排”有着重要意义。

提高加热炉、锅炉和窑炉热效率，就必须充分利用烟气的余热，降低排烟温度。所以各种烟气余热回收装置在加热炉上被广泛应用。

目前在石油化工、煤化工等工业加热炉、锅炉和窑炉上使用的空气预热系统主要有(1)热油式空气预热系统。(2)回转式空气预热系统。(3)钢管式空气预热系统。(4)玻璃管空气预热系统。(5)热管式空气预热系统。(6)水热媒空气预热系统。其中，热油式空气预热系统仅在有热油介质的装置上使用。回转式空气预热系统因为有转动部件，易出现漏风，维修也较困难。钢管式空气预热系统和玻璃管空气预热系统的缺点是换热面密度小，当量直径大，所占空间较大，特别是低温区受热面的露点腐蚀和积灰堵塞较严重。

热管式空气预热系统主要有：

(1)碳钢-水热管空气预热器：钢-水热管(传热介质为水、管材为碳钢)用于回收温度为250℃以下烟气的余热具有传热介质无毒、无害、无污染、无腐蚀、造价低等优点。但如用于回收温度为250℃以上烟气的余热，易出现工质与钢管产生电化学反应，产生不凝气体，使传热效率下降以及由于热管超温产生的爆管而失效问题。(2)中温热管空气预热器：中温热管(传热介质为钠、萘、化学合成的无机物等，管材为耐热钢)可用于回收温度为400℃以下烟气的余热，但与钢-水热管相比，传热启动温度较高，造价高。另外，加热炉在运行过程中，由于工况、负荷等的变化会引起排烟温度的波动，也会影响空气预热器的运行。

水热媒空气预热系统是近年开发的一种预热空气的装置。水热媒空气预热器具有布置简单、占地小、节省投资、余热回收效率高、能适应加热炉负荷及燃料性质变化等优点，但也存在流程长、系统操作较复杂等缺点。

专利CN1312457公布了一种热管空气预热器，涉及一种加热炉烟气余热回收的热管空气预热器。它广泛应用于石油化工、冶金等领域，由装有不同直径，高、低相间翅片的热管及烟气入口、烟气出口、空气入口、空气出口、加热段、冷却段组成。该预热器可根据现场条件采用顶置式或落地式，利用热管这一高效传热元件将烟气的余热回收，以加热入炉空气，实现节能的目的。

专利CN1312457公布了一种无机热传导热管空气预热器，用于原油加热炉的空气预热器。它是在安装于底座之上的两个相邻矩形的烟气侧和空气侧空腔内，由两腔间的管板和右侧边的管板定位安装众多无机热传导热管元件阵列，烟气侧上方有烟气进口，空气侧上方有空气出口，底座在烟气侧有烟气出口，在空气侧有空气进口。本装置启动速度快，导热速度快，热阻小，均温性好，换热效率高，使用寿命长，便于维修保养。

专利CN200972137公布了一种组合式水热媒空气预热器，包括水热媒空气预热器，该水热媒空气预热器由烟气换热器、空气换热器、从空气换热器换热管到烟气换热器换热管之间的第一热媒水管道及从烟气换热器换热管到空气换热器换热管之间的第二热媒水管道相连通形成的一封闭式循环系统以及除氧给水总管，还包括一管式空气预热器，所述空气换热器的空气出口通过管路连接所述管式空气预热器的空气入口，所述管式空气预热器的烟气出口连接所述烟气换热器的烟气入口。其优点是：可用于加热炉上对流室出口烟气的温度超过300～320℃以上的情况；可消除低温腐蚀造成的危害；设备运行寿命长、维修成本低；能确保加热炉的热效率等于或高于其它空气预热器达到的水平。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种热媒烟气余热回收装置，利用蒸发吸热和凝结放热的传热机理，达到烟气余热回收的目的，该实用新型可用于回收各类加热炉、锅炉和窑炉烟气余热，不仅可获得最大热效率，又可使热媒蒸汽发生器不会发生烟气露点腐蚀和严重积灰、积垢问题。

本实用新型烟气余热回收装置包括热媒蒸汽发生器、冷凝器、从热媒蒸汽发生器到冷凝器之间的热媒蒸汽管道和从冷凝器到热媒蒸汽发生器之间的热媒冷凝液管道、热媒蒸汽管道上设置的放空阀。其特征在于：所述冷凝器高于热媒蒸汽发生器设置，两者间的高度差可保证热媒体在整个系统中循环。

本实用新型进一步特征在于：在热媒蒸汽管道和热媒蒸汽发生器之间设置一排烟温度控制系统。

本实用新型所述排烟温度控制系统包括露点测定仪、热电偶、热媒体调节阀、温度调节器和电气转换器。露点测定仪用于测定烟气的露点温度，热电偶用于测定烟气的排烟温度，热媒体调节阀用来调节热媒蒸汽管道中蒸汽的流量以此来达到控制烟气的排烟温度在露点温度之上5～10℃。其中露点测定仪和热电偶均设置在热媒蒸汽发生器上的烟气出口处。温度调节器根据排烟温度与烟气露点温度的差值，产生换热量调节信号，然后将换热量调节信号传送给电气转换器，电气转换器产生并输出气动信号控制热媒体调节阀的开度。当排烟温度与烟气露点温度差小于5～10℃时，温度调节器产生换热量调节信号通过电气转换器关小热媒体调节阀开度，减小热媒体循环量，降低热媒体与空气换热量，使排烟温度升高。当排烟温度与烟气露点温度差大于5～10℃时，温度调节器产生换热量调节信号通过电气转换器加大热媒体调节阀开度，增加热媒体循环量，提高热媒体与空气换热量，使排烟温度降低；保证排烟温度始终比烟气露点温度高5～10℃。

本实用新型与现有技术相比，其优点是：1)热媒蒸汽发生器与冷凝器之间有一垂直高度差，从而使本实用新型在无须工艺泵的情况下即可形成自循环，减少了设备投资。2)当增加排烟温度控制调节系统时，还能达到严格控制排烟温度的目的，并减少腐蚀。

附图及附图说明

图1是本实用新型一种典型结构示意图。

图2是本实用新型另一种结构示意图。

图中：1——热媒蒸汽发生器；2——冷凝器；

3——排烟温度控制系统；    4——热媒蒸汽发生器下联箱

5——热媒翅片管            6——热媒蒸汽发生器壳体

7——热媒蒸汽发生器上汽包

8——热媒蒸汽发生器壳体保温层

9——放空阀               10——露点测定仪

11——热电偶              12——热媒蒸汽管道

13——热媒冷凝液管道      14——放空阀管道

15——热媒体调节阀        16——温度调节器

17——电气转换器          18——高温烟气

19——冷空气

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括热媒蒸汽发生器1、冷凝器2、从热媒蒸汽发生器1到冷凝器2之间的热媒蒸汽管道12和从冷凝器2到热媒蒸汽发生器1之间的热媒冷凝液管道13形成的一封闭式循环系统，热媒蒸汽管道12上连接一放空阀9，其作用是通过放空阀管道14放空由于热媒体受热产生的不凝气，防止不凝气聚集使蒸汽管道12的压力过高。另外系统中的热媒体损失时，通过该放空阀9进行补充。冷凝器2高于热媒蒸汽发生器1设置，两者间的高度差h以保证热媒体在整个系统中循环为准，本领域技术人员可根据自己的经验很容易确定。

一般情况下， $h=\frac{p_1-p_2}{{\mathrm{\ρ}}_{15.6}}\×\frac{273+15.6}{273+t}$

h---热媒体冷凝器2出口与热媒蒸汽发生器1液面的高度差，单位：m。

p₁---热媒蒸汽发生器1内的蒸汽压力，单位：Pa。

p₂---冷凝器2内的蒸汽压力，单位：Pa。

t---热媒体出冷凝器的温度，单位：℃。

ρ_15.6---热媒体在15.6℃时的密度，单位：kg/m³。

本实用新型所使用热媒体可采用水、添加重铬酸钾的水、水与硫酸钾和酒精的混合物等。

图2是本实用新型另一种结构示意图，与图1所示主要不同点是在热媒蒸汽管道12和热媒蒸汽发生器1之间设置一排烟温度控制系统3。排烟温度控制系统3通常包括露点测定仪10、热电偶11、热媒体调节阀15、温度调节器16和电气转换器17。露点测定仪10用于测定烟气的露点温度，热电偶11用于测定烟气的排烟温度，热媒体调节阀15用来调节热媒蒸汽管道中蒸汽的流量以此来达到控制烟气的排烟温度在露点温度之上5～10℃。其中露点测定仪10和热电偶11均设置在热媒蒸汽发生器1上的烟气出口处。

图2所示本实用新型热媒蒸汽发生器1还包括热媒蒸汽发生器下联箱4、热媒翅片管5、热媒蒸汽发生器壳体6、热媒蒸汽发生器上汽包7和热媒蒸汽发生器壳体保温层8。

如图1、图2所示，高温烟气18经过热媒蒸汽发生器1，与热媒体换热后引出。热媒体与高温烟气换热后，自身蒸发形成气相，并依靠蒸发产生的压力经热媒蒸汽管道12进入冷凝器2。在冷凝器2中，热媒蒸汽与冷空气19进行换热，将冷空气19加热的同时自身被冷凝成液体，然后靠重力经热媒冷凝液管道13再次进入热媒蒸汽发生器1取热，依次循环。冷空气19经过与热媒换热后，被预热到设计温度进入到加热炉燃烧系统。

当在热媒蒸汽发生器1上设置排烟温度控制调节系统3时。排烟温度和热媒蒸汽发生器1热媒体循环量组成一个控制调节回路，选择热媒体闭路循环系统热媒体循环量为调节对象，利用设在热媒蒸汽发生器1烟气出口的在线烟气露点测定仪10测定烟气露点温度，设在热媒蒸汽发生器1烟气出口的热电偶11测定排烟温度。温度调节器16根据排烟温度与烟气露点温度的差值，产生换热量调节信号，然后将换热量调节信号传送给电气转换器17，电气转换器17产生并输出气动信号控制热媒体调节阀15的开度。当排烟温度与烟气露点温度差小于5～10℃时，温度调节器16产生换热量调节信号通过电气转换器17关小热媒体调节阀15开度，减小热媒体循环量，降低热媒体与空气换热量，使排烟温度升高。当排烟温度与烟气露点温度差大于5～10℃时，温度调节器16产生换热量调节信号通过电气转换器17加大热媒体调节阀开度，增加热媒体循环量，提高热媒体与空气换热量，使排烟温度降低；保证排烟温度始终比烟气露点温度高5～10℃，使各类加热炉、锅炉和窑炉获得最大热效率；又使空气预热器不会发生烟气酸露点腐蚀和传热元件严重积灰、积垢问题。

Claims (3)

1、一种热媒烟气余热回收装置，包括热媒蒸汽发生器(1)、冷凝器(2)、从热媒蒸汽发生器(1)到冷凝器(2)之间的热媒蒸汽管道(12)和从冷凝器(2)到热媒蒸汽发生器(1)之间的热媒冷凝液管道(13)，热媒蒸汽管道(12)上连接一放空阀(9)，其特征在于：所述冷凝器(2)高于热媒蒸汽发生器(1)设置，两者间的高度差以保证热媒体在整个系统中循环为准。

2、根据权利要求1所述的热媒烟气余热回收装置，其特征在于：在热媒蒸汽管道(12)和热媒蒸汽发生器(1)之间设置一排烟温度控制系统(3)。

3、根据权利要求2所述的热媒烟气余热回收装置，其特征在于：所述排烟温度控制系统(3)包括露点测定仪(10)、热电偶(11)、热媒体调节阀(15)、温度调节器(16)和电气转换器(17)，露点测定仪(10)和热电偶(11)均设置在热媒蒸汽发生器(1)上的烟气出口处。

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