CN201582842U - 一种组合式空气预热器 - Google Patents

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段彦明
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Abstract

本实用新型公开了一种组合式空气预热器,以解决现有组合式空气预热器分别存在的有辅助能源消耗、操作复杂或是发生烟气酸露点腐蚀等问题。本实用新型所设高温区空气预热器为扰流子空气预热器(3),中温区空气预热器为热管空气预热器(4),低温区空气预热器为热媒体自循环空气预热器(5)。热媒体自循环空气预热器包括蒸发段(8)和冷凝段(7),蒸发段和冷凝段均设有蒸气集合管、冷凝液集合管、换热管;蒸气集合管之间设有蒸气连接管,冷凝液集合管之间设有冷凝液回流管。上述的管路系统内装填有热媒体。在热媒体自循环空气预热器上设有烟气排放温度控制系统。本实用新型主要用于石油炼制、石油化工和煤化工领域的管式加热炉装置。

Description

一种组合式空气预热器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及石油炼制、石油化工和煤化工领域的管式加热炉装置所用的一种 组合式空气预热器。
背景技术
[0002] 空气预热器是管式加热炉装置回收烟气余热的主要设备。管式加热炉对流段排出 的烟气温度约为300〜400°C ;在过剩空气系数不变的条件下,烟气排放温度每降低20°C, 管式加热炉的热效率就提高约1%。因此,各种空气预热器获得了广泛的应用。目前在石油 炼制、石油化工和煤化工等领域工业加热炉上使用的空气预热器,主要有热油式空气预热 器、回转式空气预热器、钢管式空气预热器、玻璃管空气预热器、热管式空气预热器和水热 媒空气预热器等,此外还有组合式空气预热器。组合式空气预热器由几种类型的空气预热 器组合而成;各种类型的空气预热器用于不同的换热温度段,可以充分发挥各自的特长,同 时避免问题的发生,取得较好的使用效果。
[0003] 中国专利CN 200972137Y公开了一种组合式水热媒空气预热器,包括水热媒空气 预热器和管式空气预热器。水热媒空气预热器设有烟气换热器、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。组合 式水热媒空气预热器可用于加热炉上对流室出口烟气温度超过300〜320°C以上的情况, 但自身需要热水循环泵(设于第一热媒水管道上),使热媒水在封闭管路中不断循环。这 就会造成辅助能源消耗(电力消耗),且使空气预热器系统的可靠性降低、操作复杂。CN 201028779Y公开了一种组合式空气预热器,包括高温区换热器、中温区换热器和低温区换 热器。其中高温区换热器为螺旋槽管式荆棘扰流换热器,中温区换热器为热管式换热器,低 温区换热器为搪瓷螺旋槽管式换热器。所述换热器均为空气预热器。由于该组合式空气预 热器没有安装烟气排放温度控制系统,因此有可能在烟气酸露点温度以下运行。虽然低温 区采用了搪瓷螺旋槽管式换热器,但由于搪瓷烧结时不可避免地会形成针孔、砂眼等缺陷, 低温酸性物质(稀硫酸)会经这些缺陷腐蚀传热元件,造成传热元件失效,影响空气预热器 的正常使用。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的是提供一种组合式空气预热器,以解决现有组合式空气预热器 分别存在的有辅助能源消耗、操作复杂,或是因没有安装烟气排放温度控制系统而使低温 区空气预热器发生烟气酸露点腐蚀的问题。
[0005] 为解决上述问题,本实用新型采用的技术方案是:一种组合式空气预热器,包括高 温区空气预热器、中温区空气预热器和低温区空气预热器,高温区空气预热器为扰流子空 气预热器,中温区空气预热器为热管空气预热器,其特征在于:低温区空气预热器为热媒体 自循环空气预热器,热媒体自循环空气预热器包括蒸发段和位于其上方的冷凝段,蒸发段的上部设有第一蒸气集合管,下部设有第一冷凝液集合管,第一蒸气集合管与第一冷凝液 集合管之间设有换热管,冷凝段的上部设有第二蒸气集合管,下部设有第二冷凝液集合管, 第二蒸气集合管与第二冷凝液集合管之间设有换热管,第一蒸气集合管与第二蒸气集合管 之间设有蒸气连接管,第一冷凝液集合管与第二冷凝液集合管之间设有冷凝液回流管,上 述的管路系统内装填有热媒体,扰流子空气预热器的烟气通道、热管空气预热器的烟气通 道、热媒体自循环空气预热器的蒸发段依次连通,热媒体自循环空气预热器的冷凝段、热管 空气预热器的空气通道、扰流子空气预热器的空气通道依次连通,在热媒体自循环空气预 热器上设有烟气排放温度控制系统。
[0006] 采用本实用新型,具有如下的有益效果:组合式空气预热器的三种空气预热器,可 以在各自最适合的温度范围内工作。高温区空气预热器采用扰流子空气预热器,充分利用 了其结构简单紧凑、严密性好、不易泄露、易于制造、价格便宜、无转动部件、运行可靠等优 点。中温区空气预热器采用热管空气预热器,充分利用了热管空气预热器体积小、重量轻、 效率高、传热温差小等优点。在中温温度范围内使用,不会产生热管爆管而失效的问题,保 证了长期安全使用。扰流子空气预热器与热管空气预热器组合使用,具有良好的经济性。低 温区空气预热器采用热媒体自循环空气预热器。热媒体在蒸发段吸收烟气热量,自身由冷 凝液蒸发形成蒸气;在冷凝段向空气放热,自身由蒸气变化为冷凝液。热媒体在蒸气压力和 冷凝液重力的作用下可以在管路系统内连续自动循环,不需要热媒体循环泵。这样,就不会 造成辅助能源消耗,同时还提高了系统的可靠性,并使操作较为简单。此外,热媒体自循环 空气预热器具有换热负荷调节灵活、适应性强的特点。根据加热炉热负荷、燃料性质、环境 温度变化,可以比较容易地通过烟气排放温度控制系统来调节热媒体循环量,及时调节低 温区空气预热器的烟气排放温度,始终将烟气排放温度控制在烟气酸露点温度以上(烟气 排放温度一般稳定在高于烟气酸露点温度10°c左右),从而防止烟气酸露点腐蚀的发生。
[0007] 整体来看,本实用新型组合式空气预热器的换热流程较短。其体积小、重量轻、效 率高,且适应性强、负荷调节灵活,可以平稳、可靠地运行。
[0008] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。附图和具体实 施方式并不限制本实用新型要求保护的范围。
附图说明
[0009] 图1是本实用新型组合式空气预热器的结构示意图。 具体实施方式
[0010] 参见图1,本实用新型的组合式空气预热器,包括高温区空气预热器、中温区空气 预热器和低温区空气预热器。高温区空气预热器为扰流子空气预热器3,中温区空气预热器 为热管空气预热器4,都是工程上常用的;均设有烟气通道和空气通道。图1所示扰流子空 气预热器3所用的换热管为扰流子翅片管;它的管外设有翅片,可以增加烟气侧的传热面 积;管内设有扰流子,通过扰动空气、减薄空气的边界层,来提高空气侧的传热能力。扰流子 空气预热器3的换热管材料一般为碳钢(包括钢管和扰流子)。适用于高温区温度范围的 其它类型的扰流子换热管,都可以采用。热管空气预热器4最好使用碳钢-水热管(热管 钢管材料为碳钢;工质为水,或水中加入部分乙醇)。热管外设有翅片,可以增加烟气侧和空气侧的传热面积。适用于中温区温度范围的其它类型的热管,也都可以采用。
[0011] 参见图1,低温区空气预热器为热媒体自循环空气预热器5,热媒体自循环空气预 热器5包括蒸发段8和位于其上方的冷凝段7 ;蒸发段8和冷凝段7之间设有隔板。蒸发段 8的上部设有第一蒸气集合管82,下部设有第一冷凝液集合管81,第一蒸气集合管82与第 一冷凝液集合管81之间设有换热管6。冷凝段7的上部设有第二蒸气集合管72,下部设有 第二冷凝液集合管71,第二蒸气集合管72与第二冷凝液集合管71之间设有换热管6。第 一蒸气集合管82与第二蒸气集合管72之间设有蒸气连接管73,第一冷凝液集合管81与第 二冷凝液集合管71之间设有冷凝液回流管83。上述的各管道组成热媒体自循环空气预热 器5的管路系统,管路系统内装填有热媒体,组成一个热媒体闭路循环系统。热媒体最好是 水,也可以是乙醇;装填量一般占管路系统总容积的四分之一至三分之一。第二蒸气集合管 72上设有蒸气排空管74,其上设有阀门。各管道的材料一般为碳钢。
[0012] 扰流子空气预热器3的烟气通道、热管空气预热器4的烟气通道、热媒体自循环空 气预热器5的蒸发段8依次连通,热媒体自循环空气预热器5的冷凝段7、热管空气预热器 4的空气通道、扰流子空气预热器3的空气通道依次连通。其中,扰流子空气预热器3的烟 气通道出口端通过连接管9与热管空气预热器4的烟气通道进口端连通;其它各处的连接, 均为直接连接。扰流子空气预热器3的烟气通道进口端设有烟气进口通道2,空气通道出 口端设有空气出口通道1。热媒体自循环空气预热器蒸发段8的出口端设有烟气出口通道 10,冷凝段7的进口端设有空气进口通道11。各空气预热器均设有外壳,外壳设有保温材 料,与现有技术相同。
[0013] 本实用新型在热媒体自循环空气预热器5上设有烟气排放温度控制系统。图1所 示的烟气排放温度控制系统,由依次设置并用电缆线连接的热电偶12、温度变送器13、温 度控制器14和电动流量调节阀15组成;它们都是常用的。热电偶12插入热媒体自循环空 气预热器蒸发段8的出口端所设的烟气出口通道10内,电动流量调节阀15设于热媒体自 循环空气预热器5的蒸气连接管73上。
[0014] 下面以本实用新型用于石油化工领域的管式加热炉装置为例,说明其操作过程。 来自管式加热炉对流段的300〜400°C的高温烟气首先经烟气进口通道2进入扰流子空气 预热器3的烟气通道内放热,将温度降低到230〜250°C ;接着经连接管9进入热管空气预 热器4的烟气通道内放热,将温度降低到170〜190°C ;最后进入热媒体自循环空气预热器 5的蒸发段8继续放热,将温度降低到130〜150°C,由烟气出口通道10流出、进烟囱排放。
[0015] 与此同时,用鼓风机将常温空气(按15.5°C计算)首先经空气进口通道11送入热 媒体自循环空气预热器5的冷凝段7中吸热,将温度升高到70〜90°C ;接着进入热管空气 预热器4的空气通道内吸热,将温度升高到160〜180°C ;最后进入扰流子空气预热器3的 空气通道内继续吸热,将温度升高到230〜250°C,由空气出口通道1流出、进入管式加热炉 的燃烧系统。
[0016] 在热媒体自循环空气预热器5的蒸发段8,烟气放热,换热管6内的热媒体(冷凝 液)吸收烟气热量,在降低烟气温度的同时自身蒸发形成蒸气、向上流动进入第一蒸气集 合管82。在蒸气压力作用下,第一蒸气集合管82内的热媒体蒸气通过蒸气连接管73向上 流动、进入第二蒸气集合管72。第二蒸气集合管72内的热媒体蒸气在蒸气压力作用下在冷 凝段7中的换热管6内向下流动,被空气吸收热量(亦即向空气放热),在提高空气温度的同时自身冷凝形成冷凝液、在重力作用下向下流动进入第二冷凝液集合管71。第二冷凝液 集合管71内的热媒体冷凝液在重力作用下通过冷凝液回流管83向下流动、进入第一冷凝 液集合管81。第一冷凝液集合管81中的冷凝液再在重力压力作用下在蒸发段8中的换热 管6内向上流动、吸收烟气热量。上述的过程连续自动循环进行,利用烟气余热经热媒体间 接预热空气。
[0017] 上述操作过程开始时,蒸气排空管74上的阀门打开,排出热媒体自循环空气预热 器5管路系统内的空气和一部分热媒体蒸气,使管路系统内形成一定的真空度(一般为 30%〜95% ),以利于热媒体的气化。达到所需的真空度后,将蒸气排空管74上的阀门关 闭。向管路系统内装填热媒体时,也可以通过蒸气排空管74注入。
[0018] 在上述的操作过程中,烟气排放温度控制系统的调节过程如下。热电偶12检测出 热媒体自循环空气预热器蒸发段8的出口端所设的烟气出口通道10内的烟气排放温度,通 过温度变送器13传递给温度控制器14。温度控制器14根据预先设定的数值,向电动流量 调节阀15发出控制信号,自动调节其开度。当烟气排放温度高于设定值时,电动流量调节 阀15的开度增大,使经蒸气连接管73从蒸发段8流向冷凝段7的热媒体蒸气流量增大;蒸 发段8中换热管6内的热媒体从烟气中吸收的热量增加,进而使烟气排放温度降低。当烟 气排放温度底于设定值时,电动流量调节阀15的开度减小,使经蒸气连接管73从蒸发段8 流向冷凝段7的热媒体蒸气流量减小;蒸发段8中换热管6内的热媒体从烟气中吸收的热 量减少,进而使烟气排放温度升高。通过上述的调节,最终可达到控制烟气排放温度的目 的。一般是将烟气排放温度稳定在高于烟气酸露点温度10°C左右;这样既可以防止低温区 的热媒体自循环空气预热器5发生烟气酸露点腐蚀,又可以保障其达到较高的换热效率。
[0019] 图1中,以未注明附图标记的实心箭头表示烟气的流动方向,空心箭头表示空气 的流动方向。另外在图1中,某些部分没有剖视,例如热管空气预热器4的热管、热媒体自 循环空气预热器5的管路系统、烟气进口通道2、烟气出口通道10、空气进口通道11、空气出 □通道1。
[0020] 本实用新型组合式空气预热器,主要用于石油炼制、石油化工和煤化工领域的管 式加热炉装置。
6

Claims (4)

  1. 一种组合式空气预热器,包括高温区空气预热器、中温区空气预热器和低温区空气预热器,高温区空气预热器为扰流子空气预热器(3),中温区空气预热器为热管空气预热器(4),其特征在于:低温区空气预热器为热媒体自循环空气预热器(5),热媒体自循环空气预热器(5)包括蒸发段(8)和位于其上方的冷凝段(7),蒸发段(8)的上部设有第一蒸气集合管(82),下部设有第一冷凝液集合管(81),第一蒸气集合管(82)与第一冷凝液集合管(81)之间设有换热管(6),冷凝段(7)的上部设有第二蒸气集合管(72),下部设有第二冷凝液集合管(71),第二蒸气集合管(72)与第二冷凝液集合管(71)之间设有换热管(6),第一蒸气集合管(82)与第二蒸气集合管(72)之间设有蒸气连接管(73),第一冷凝液集合管(81)与第二冷凝液集合管(71)之间设有冷凝液回流管(83),上述的管路系统内装填有热媒体,扰流子空气预热器(3)的烟气通道、热管空气预热器(4)的烟气通道、热媒体自循环空气预热器(5)的蒸发段(8)依次连通,热媒体自循环空气预热器(5)的冷凝段(7)、热管空气预热器(4)的空气通道、扰流子空气预热器(3)的空气通道依次连通,在热媒体自循环空气预热器(5)上设有烟气排放温度控制系统。
  2. 2.根据权利要求1所述的组合式空气预热器,其特征在于:所述的烟气排放温度控制 系统由依次设置并用电缆线连接的热电偶(12)、温度变送器(13)、温度控制器(14)和电动 流量调节阀(15)组成,热电偶(12)插入热媒体自循环空气预热器蒸发段(8)的出口端所 设的烟气出口通道(10)内,电动流量调节阀(15)设于热媒体自循环空气预热器(5)的蒸 气连接管(73)上。
  3. 3.根据权利要求1或2所述的组合式空气预热器,其特征在于:热媒体自循环空气预 热器(5)所用的热媒体为水或乙醇。
  4. 4.根据权利要求1或2所述的组合式空气预热器,其特征在于:热管空气预热器(4)所 用的热管为碳钢-水热管。
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