一种防低温腐蚀的空气预热器系统
技术领域
本实用新型涉及一种加热炉余热回收系统换热设备,尤其涉及一种用于回收利用烟气中余热并且可防低温腐蚀的空气预热器系统。
背景技术
空气预热器是利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需空气以提高锅炉热效率的热交换设备。一般简称为空预器,可分为管箱式、回转式两种;管箱预热器工作原理较为简单,烟气从管箱外部流经,空气从管箱内部通过,通过温差不同传热,与省煤器、过热器等原理相同。
回转式预热器的工作原理是:预热器转子部件由数万计的传热元件组成,当空预器缓慢旋转,烟气和空气逆向交替流经空气预热器。蓄热元件在烟气侧吸热,在空气侧放热,从而达到降低锅炉排烟温度,提高热风温度的预热作用。
现有的空预器容易产生低温腐蚀,影响了空预器的使用寿命,进一步影响了锅炉的使用寿命。低温腐蚀就是当锅炉尾部受热面(省煤器、空预器等)金属壁温低于烟气露点时,烟气中含有硫酸的水蒸气在壁面凝结所造成的腐蚀。
低温腐蚀的形成:燃料中的硫燃烧生成二氧化硫(S+O2=SO2),二氧化硫在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫(2SO2+O2=2SO3),SO3与烟气中的水蒸汽生成硫酸蒸汽(SO3+H2O=H2SO4),硫酸蒸汽的存在使烟气的露点显著升高,由于空预器中空气的温度较低,预热器区段的烟气温度不高,壁温常低于烟气露点,这样硫酸蒸汽就会凝结在空预器受热面上,造成硫酸腐蚀。
低温腐蚀常发生在空预器上,但是当燃料中含硫量较高、过剩空气系数较大,烟气中SO3含量较高,露点升高,并且给水温度较低(汽机高加停用)时,省煤器管也有可能发生低温腐蚀。
近年来,随着石化企业加工原油硫含量的上升,加热炉烟气中的SOX增加,使得烟气酸露点温度升高,导致加热炉余热回收系统换热设备腐蚀加剧,严重影响了加热炉长周期稳定运行。
空预器防低温腐蚀技术目前采用的是:热管式空气预热器、ND钢管式空气预热器、搪瓷管式空气预热器、硼硅玻璃管式空气预热器等,这几种技术均有各自的优缺点,但是它们都有一个无法克服的问题就是均不能实现空气预热器长周期在线运行,最长运行周期不超过三年,最短的在线运行五、六个月就会发生严重的低温腐蚀或设备损坏,导致空气预热器报废。
其中,热管式空气预热器的工作原理是:将管内注入1/3的可蒸发液体,然后将其抽成真空封闭,管子分上、下二段,用管板分隔布置,管子的下段走热烟气,利用烟气热量来加热管内的液体,使其蒸发并上升到管子上段与被加热空气进行传热,放出汽化潜热后汽体冷凝成液体后再下降到管子的下段继续与热烟气换热,蒸发后再上升到上段与被加热空气进行传热,如此往复循环从而实现烟气对空气的加热。因冷空气不与热烟气直接进行换热,从而避免了低温腐蚀现象的产生,但其在长周期运行中空气被吸入换热管内从而导致管内的真空度被破坏,使得管内汽化的蒸汽潜热不能传到管壁上,因而空气不能被继续加热,导致此热管式空气预热器失效。
对于现常用的ND钢管式空气预热器、搪瓷管式空气预热器、硼硅玻璃管式空气预热器均是烟气与空气通过管壁间换热的,烟气从管内流动,空气在管外经过二次以上横向流动,实现空气与烟气之间的换热。
其中,ND钢管式空气预热器的主要原材料是ND钢,ND钢是钢厂开发的一种抵御硫化物腐蚀的材料,但是ND钢钢管的价格昂贵,且此材料在低温腐蚀环境下实际在线运行时间也不会超过三年就会发生低温露点腐蚀而损坏。
而搪瓷管式空气预热器是在烟气接触的管子侧镀上一层搪瓷来防止低温露点腐蚀,但在实际应用中受镀层厚薄不均、管子焊后镀层被破坏等原因影响,实际在线运行不长的一段时间后也相继发生低温露点腐蚀而损坏。
硼硅玻璃管式空气预热器在实际应用中经常发生管板与硼硅玻璃管密封不严、漏烟、漏风以及玻璃管易碎等原因而无法长期在线运行。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决以下技术问题:
一、常用的管箱式空气预热器因待加热空气的温度较低,有时甚至低于含硫烟气露点温度,从而使烟气侧管壁容易因低温腐蚀而遭到破坏,从而导致停炉检修,甚至空气预热器报废的问题;
二、采用热管式空气预热器在长周期运行中,空气易被吸入换热管内从而导致管内的真空度被破坏,使得管内汽化的蒸汽潜热不能传到管壁上,空气不能被继续加热,导致此热管式空气预热器失效的问题;
三、采用ND钢管式空气预热器容易使其制造成本升高,且运行时间较长后也会发生低温露点腐蚀,从而导致空气预热器损坏的问题;
四、采用搪瓷管式空气预热器在实际应用中受镀层容易厚薄不均、管子焊后镀层容易被破坏,导致实际在线运行不长的一段时间后也相继发生低温露点腐蚀而损坏的问题;
五、采用硼硅玻璃管式空气预热器,则在实际应用中经常发生管板与硼硅玻璃管密封不严、漏烟、漏风以及玻璃管易碎等原因而无法长期在线运行的问题;
六、现有的空气预热器不能有效解决低温腐蚀问题,给空气预热器及锅炉的使用带来不便,增加了空气预热器及锅炉的使用、维修成本。
为解决上述技术问题,本实用新型提供一种防低温腐蚀的空气预热器系统,其能有效的防止低温腐蚀,以使空气预热器可长时间在线运行,降低了空气预热器及锅炉使用、维修的成本,提高了锅炉运行的可靠性。
为达此目的,本实用新型采用以下技术方案:
一种防低温腐蚀的空气预热器系统,包括换热系统、热媒系统;
所述换热系统包括烟气-空气换热器、烟气-热媒换热器、热媒-空气换热器,所述烟气-空气换热器、所述烟气-热媒换热器沿烟气流向依次设置在热炉烟道内,所述热媒-空气换热器设置在热炉烟道外;
所述烟气-热媒换热器、热媒-空气换热器与热媒系统串接组成循环系统,通过所述烟气-热媒换热器将烟气热量传递给热媒,所述热媒-空气换热器的空气入口连接风机,外部空气经热媒-空气换热器一次加热后进入烟气-空气换热器,经高温烟气二次加热后用于助燃。
所述热媒系统包括循环泵、膨胀罐、储存罐,其中循环泵、膨胀罐通过管线与烟气-热媒换热器、热媒-空气换热器串接组成循环回路;所述储存罐通过阀组连接膨胀罐和循环回路。
进一步的,所述烟气-热媒换热器的热媒入口端与出口端设置有旁通调节阀。调节进入热媒-空气换热器的热媒温度,使之高于烟气露点温度。
进一步的,所述阀组连接有齿轮泵,用于热媒系统内热媒的补充和导出。
特别的,所述热媒系统热媒采用导热油,导热油是一种热量的传递介质,由于其具有加热均匀,调温控制温准确,能在低蒸汽压下产生高温,传热效果好,节能,输送和操作方便等特点,近年来被广泛应用于各种场合,而且其用途和用量越来越多。
特别的,所述热媒系统热媒采用乙二醇水溶液。
通过将热媒用余热烟气加热直至温度高于含硫烟气中露点温度,再用加热后的热媒加热冷空气,使被加热后的空气温度高于含硫烟气中露点温度,然后再送入到余热烟气中再进一步加热到所需要的热空气温度,因为进入烟气-空气换热器的空气的温度高于含硫烟气中露点温度,所以就不会出现低温腐蚀的现象,这样就延长了设备的使用寿命,而且通过烟气-热媒换热器对余热烟气进行进一步降温,这样使排入到大气的烟气温度降低,不仅节约了能源,还保护了环境。
本实用新型的有益效果为:通过将烟气-热媒换热器内的热媒用余热烟气加热,直至温度高于含硫烟气中露点温度,再用加热后的热媒加热冷空气,使被加热后的空气温度高于含硫烟气中露点温度,然后再送入到余热烟气中再进一步加热到所需要的热空气温度,这样进入烟气-空气换热器的空气的温度高于含硫烟气中露点温度,有效的防止了低温腐蚀的现象发生,实现了长周期的在线运行,避免了设备的损坏以及损坏后因维修需停炉带来的经济损失,也节省了因经常更换而购买新空气预热器的费用;通过烟气-热媒换热器对余热烟气进行进一步降温,这样使排入到大气的烟气温度降低,不仅节约了能源,还保护了环境;通过在烟气-热媒换热器的入口和烟气-热媒换热器出口之间连接旁通调节阀,可以使烟气-热媒换热器内的热媒多次与余热烟气进行热交换,从而使进入热媒-空气换热器的热媒的温度总是高于含硫烟气中露点温度,进一步加强空气箱内的空气的热交换,保证进入烟气-空气换热器的空气温度高于含硫烟气中露点温度,对比现有技术,此空气预热器系统能有效的防止低温腐蚀,以使空气预热器可长时间在线运行,降低了空气预热器及锅炉使用、维修的成本,提高了锅炉运行的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型所示的可防低温腐蚀的空气预热器系统的结构示意图。
图中:
1、烟道;2、热媒-空气换热器;3、烟气-空气换热器;4、烟气-热媒换热器;5、烟囱;6、旁通调节阀;7、离心风机;
8、膨胀罐;81、第一入口;82、第二入口;83、第一出口;84、第二出口;
9、储存罐;10、离心泵;11、储存桶;12、齿轮泵。
具体实施方式
如图1所示,本实用新型所述的一种防低温腐蚀的空气预热器系统包括换热系统、热媒系统;
换热系统包括烟气-空气换热器3、烟气-热媒换热器4、热媒-空气换热器2,烟气-空气换热器3、烟气-热媒换热器4设置在热炉烟道1内,并沿烟气流向依次设置,热媒-空气换热器2设置在热炉烟道1外;
烟气-热媒换热器4的入口连接离心泵10输出端,烟气-热媒换热器4的出口连接热媒-空气换热器2的热媒入口,热媒-空气换热器2的热媒出口连接所述离心泵10的输入端;
热媒-空气换热器2的空气入口连接离心风机7,热媒-空气换热器2的空气出口连接烟气-空气换热器3的入口,烟气-空气换热器3的出口连接热炉燃烧器。通过将先用过热烟气将热媒加热,使热媒的温度高于含硫烟气中露点温度,再用加热后的热媒加热冷空气,使被加热后的空气温度高于含硫烟气中露点温度,然后再送入到余热烟气中再进一步加热到所需要的热空气温度,这样进入烟气-空气换热器3的空气的温度高于含硫烟气中露点温度,也就不会出现低温腐蚀的现象,延长了设备的使用寿命,降低了排烟温度,节约了能源,保护了环境。
在具体实施时,为了保证从烟气-热媒换热器4出去的热媒温度高于含硫烟气中露点温度并方便进行温度控制,所以优选的在烟气-热媒换热器4的出口和入口之间安装一个旁通调节阀6。
热媒系统包括膨胀罐8,膨胀罐8包括第一入口81、第二入口82、第一出口83以及第二出口84,膨胀罐8的第一入口81连接热媒-空气换热器2的热媒出口,以吸收部分受热膨胀的热媒,膨胀罐8的第一出口83连接离心泵10的输入端,以补充被吸收的部分受热膨胀的热媒。
热媒系统还包括热媒储存桶11,热媒储存桶11通过管路连接齿轮泵12的输入端,齿轮泵12的输出端通过管路连接膨胀罐8的第二入口82。通过设置储存桶11,当系统的热媒缺失时,能够及时给整个系统进行热媒补充,以保证系统的正常运行。
膨胀罐8的第二出口84连接有储存罐9,储存罐9通过管路连接齿轮泵12的输入端,齿轮泵12的输出端通过管路连接膨胀罐8的第二入口82。通过设置膨胀罐8不仅可以给循环回路热媒进行补充,还可以解决因热媒加热产生的体积膨胀问题。
本实施例中的热媒选用导热油,因为导热油是一种热量的传递介质,且其具有加热均匀,调温控制温准确,能在低蒸汽压下产生高温,传热效果好,节能,输送和操作方便等特点。
热媒不仅限于导热油,只要具有加热均匀,传热效果好,输送和操作方便的物质均可以选用,比如说,热媒还可以选用乙二醇水溶液。
本实施例中的可防低温腐蚀的空气预热器系统的防低温腐蚀的方法,首先利用烟气加热来自热媒系统的热媒,然后利用加热后的热媒加热冷空气,使被加热后的空气温度高于含硫烟气中露点温度,以使换热器管路不产生低温腐蚀,再将加热后的空气送入到余热烟气中进一步加热到所需要的热空气温度。通过将烟气-热媒换热器内的热媒用余热烟气加热,直至温度高于含硫烟气中露点温度,再用加热后的热媒加热冷空气,使被加热后的空气温度高于含硫烟气中露点温度,然后再送入到余热烟气中再进一步加热到所需要的热空气温度,这样进入烟气-空气换热器的空气的温度高于含硫烟气中露点温度,有效的防止了低温腐蚀的现象发生,实现了长周期的在线运行,避免了设备的损坏以及损坏后因维修需停炉带来的经济损失,也节省了因经常更换而购买新空气预热器的费用;
具体工作过程如下:
一、热媒:
热媒首先通过离心泵10进入烟气-热媒换热器4中,与余热烟气进行热交换,然后再进入通过热媒-空气换热器2的热媒入口进入到热媒-空气换热器2中,与冷空气进行热交换,热交换完毕的热媒一部分通过从热媒-空气换热器2的热媒出口进入离心泵10进行循环利用,为了保证加热炉在各种工况下进入烟气-空气换热器3中的空气温度均高于含硫烟气的露点温度,在烟气-热媒换热器4的出口和入口之间设置旁通调节阀6。
热交换完毕的热媒另一部分从热媒-空气换热器2进入膨胀罐8中,此时由于热媒在热交换过程中由于加热引起热媒体积膨胀,如果将热媒放入膨胀罐8中可以降低热媒膨胀作用,一部分热媒再从第二出口84流出,进入离心泵10进行循环,另一部分热媒进入储存罐9中,由齿轮泵12注入膨胀罐8中进行循环回路的热媒补充。
在膨胀罐8的第二出口84与离心泵10之间还有一条直接连到齿轮泵12输入端的管路,这个是在进入离心泵10的热媒量高于所需要量时,热媒通过此管路由齿轮泵12注入到膨胀罐8中进行调节。
如果整个系统的热媒量低于正常运行使用量时,这时通过储存桶11注入新的热媒,保证整个系统的正常运行。
二、空气
冷空气首先通过离心风机7进入热媒-空气换热器2中,在热媒-空气换热器2中冷空气与来自烟气-热媒换热器4的高温热媒进行热交换,使空气的温度高于含硫烟气的露点温度,然后再由热媒-空气换热器2的空气出口进入烟气-空气换热器3内,与烟道1内的余热烟气进行热交换,使烟气-空气换热器3内的空气达到热炉所需要的空气温度。
三、烟气
烟气在加热炉对流室出口烟道1内从上至下依次冲刷烟气-空气换热器3和烟气-热媒换热器4,通过两级换热器的换热,使烟气的温度下降,然后烟气沿着烟囱13排到大气中(在排入大气前还会进行除尘等工序,此处就不详加说明)。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理,而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释,本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式,这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。