CN203771443U - 一种空气预热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种石油化工行业管式加热炉所用的空气预热器，包括壳体、上法兰、下法兰、中间管板、石墨热管，石墨热管垂直穿过中间管板安装在壳体内，壳体和上法兰、下法兰通过螺栓连接组装为一体；其特征在于：在壳体端还安装有气力清灰系统，所述气力清灰系统由主管、电磁阀、支管和自旋转吹灰器组成，电磁阀安装在主管上，主管上分有若干支管，每一支管焊接一台自旋转吹灰器，一一对应吹扫第一排石墨热管。本实用新型一种空气预热器烟气侧设有气力清灰系统，可有效清除烟气在石墨热管上产生的灰垢，使管式炉烟气在温度低于酸露点情况下能够实现和空气的换热，为进一步降低管式炉排烟温度提高热效率创造了条件。

Description

一种空气预热器

技术领域

本实用新型涉及石油化工行业，尤其涉及用于石油化工行业管式加热炉所用的空气预热器。

背景技术

管式加热炉的燃料消耗在炼油装置能耗中占有相当大的比例，少则20％～30％，多则80％～90％。因此，提高管式加热炉的热效率，减少燃料消耗，对降低装置能耗具有十分重要的意义。在管式加热炉的各项热损失中，排烟热损失占有极大的比例，当炉子热效率较高(例如90％)时，排烟热损失占总损失的70％～80％；当炉子热效率较低(例如70％)时，排烟热损失占总损失的比例高达90％以上。因此设法降低管式加热炉的排烟温度，就能极大的提高加热炉热效率。目前在国内炼化企业中，最常用的方法是采用热管空气预热器由烟气直接预热空气来降低加热炉的排烟温度。该方法自成体系，不受工艺流程的约束，同时由于热管空气预热器具有体积小、质量轻、效率高等优点，使该方法迅速得到推广和应用。但降低排烟温度在技术上受到低温露点腐蚀因素的制约，目前很多加热炉烟气的酸露点温度在145℃左右，排烟温度在155℃左右，排烟温度继续降低就会在空气预热器换热面上产生低温露点腐蚀，造成换热面腐蚀穿孔，使管式炉不能正常运行。可以说，低温露点腐蚀已成为热管空气预热器降低管式炉排烟温度、提高热效率的主要障碍。为进一步提高管式炉热效率，亟需一种能耐低温露点腐蚀的热管空气预热器。

中国专利CN1789876A公开了一种“装有石墨热管的热管换热器”，提供了一种应用于制冷技术中能耐低温露点腐蚀的非金属石墨热管换热器，它包括上腔、下腔和石墨热管，上腔装有溴化锂溶液，下腔装有热流体，应用于油田污水废热驱动双吸收式制冷工艺。但上述石墨热管换热器属液-液(气)换热类型，不适合在石油炼制、石油化工领域管式加热炉上的气-气换热类型上应用。管式加热炉的气-气换热类型中烟气和空气传热系数都很小，为强化管外传热，必须采用扩面管(翅片管、钉头管等)；对于管式炉的热烟气，由于燃料中的灰分和燃烧产物的碳粒，热烟气会在换热管表面积灰结垢，影响受热面的传热效果，在受热面积灰严重的情况下，传热能力大约降低30％～50％，为保持受热面正常传热，在石墨热管空气预热器的烟气侧必须设有清灰系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供用于管式加热炉的一种空气预热器，用于解决现有的装有石墨热管的热管换热器在管式加热炉预热段应用时传热效率低，灰垢无法清理的问题。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种空气预热器，包括壳体、上法兰、下法兰、中间管板、石墨热管，石墨热管垂直穿过中间管板安装在壳体内，壳体和上法兰、下法兰通过螺栓连接组装为一体；中间管板把壳体分成互不相通的两个空间空气侧和烟气侧，空气在空气侧两端进出，烟气在烟气侧两端进出，空气和烟气通过石墨热管实现热交换，其特征在于：在壳体端还安装有气力清灰系统，所述气力清灰系统由主管、电磁阀、支管和自旋转吹灰器组成，电磁阀安装在主管上，主管上分有若干支管，每一支管焊接一台自旋转吹灰器，一一对应吹扫第一排石墨热管。

本实用新型一种空气预热器，其进一步特征在于：所述气力清灰系统在壳体两端各安装一组，气流经电磁阀、主管、支管进入自旋转吹灰器，然后从自旋转吹灰器的旋流喷嘴喷出，清除石墨热管上的灰垢。所述自旋转吹灰器由旋流喷嘴、支架组成，旋流喷嘴的一端喷嘴轴安装在支架的支座孔中，另一端气孔与支架的气嘴相对，气孔两端开有旋流槽，气流进入气孔从旋流槽喷出时，能够产生离心力，驱动旋流喷嘴转动。

本实用新型一种空气预热器，其进一步特征在于：在所述石墨热管外安装有烟气侧翅片和空气侧翅片。

本实用新型一种空气预热器，其进一步特征在于：所述空气侧翅片的间距a可以设计较小，一般为5～7mm。

本实用新型一种空气预热器，其进一步特征在于：所述烟气侧翅片的间距b应该设计较宽，一般为10～12mm。

采用本实用新型，具有如下的有益效果：

(1)本实用新型一种空气预热器换热管采用装有翅片的非金属石墨热管，增大了烟气(空气)和石墨热管的换热面积，强化了管外传热效果，实现了管式炉的气-气换热；同时石墨作为非金属材料，能耐较强的硫酸腐蚀，使管式炉烟气在温度低于酸露点情况下能够实现和空气的换热，为进一步降低管式炉排烟温度提高热效率创造了条件。(2)本实用新型一种空气预热器烟气侧设有气力清灰系统，可有效清除烟气在石墨热管上产生的灰垢，使管式炉气-气换热能够长周期稳定运行。该系统根据空气预热器体积较小的特点，利用气体自身静压能实现吹灰喷嘴旋转吹灰，无需再提供额外动力，节能可靠。

附图说明

图1是本实用新型一种空气预热器的结构图；

图2是本实用新型一种空气预热器气力清灰系统结构的俯视图；

图3是本实用新型一种空气预热器自旋转吹灰器的结构图；

图4是本实用新型一种空气预热器旋流喷嘴的A向视图。

图中所示附图标记为：1-空气侧，2-上法兰，3-壳体，4-中间管板，5-自旋转吹灰器，6-支管，7-主管，8-电磁阀，9-下法兰，10-烟气侧，11-气力清灰系统，13-烟气侧翅片，14-石墨热管，15-空气侧翅片，51-旋流喷嘴，52-支架，511-旋流槽，512-喷嘴轴，513-气孔，521-气嘴，522-遮流板，523-支座孔。

为了更好的说明本实用新型，用具体实施例说明，但具体实施例并不限制本实用新型的范围。

具体实施方式

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1是本实用新型一种空气预热器应用于管式加热炉预热段的一种具体实施方式，设有壳体3、上法兰2、下法兰9、中间管板4、石墨热管14、气力清灰系统11组成。石墨热管14垂直穿过中间管板4安装在壳体3内，壳体3和上法兰2、下法兰9通过螺栓连接组装为一体，中间管板4把壳体3分成互不相通的两个空间空气侧1和烟气侧10，空气在空气侧1两端进出，烟气在烟气侧10两端进出，空气和烟气通过石墨热管14实现热交换。通常烟气从280℃～300℃降到130℃～150℃，空气从5℃～25℃升到180℃～200℃，烟气和空气的流向相反，这样空气预热器两端都可以保持较高的换热温差，增强换热效果。

石墨热管14外安装有烟气侧翅片13和空气侧翅片15。对于气-气换热，由于气体导热系数较低，例如常温下空气的导热系数为0.023w／(m.k)，水的导热系数为0.62w／(m.k)，如果在管式炉的气-气换热流程中使用石墨光管，传热效果会很不理想，在石墨光管外加装烟气侧翅片13和空气侧翅片翅片15，加大了传热面积，增强了传热效果，使管式炉烟气通过石墨热管14和空气的换热过程得以实现。在空气预热器空气侧1，由于空气相对洁净，不易在石墨热管14上积灰，空气侧翅片15的间距a可以设计较小，一般为5～7mm；在烟气侧10，由于燃料中的灰分和燃烧产物的碳粒，热烟气会在石墨热管14表面积灰结垢，影响受热面的传热效果，为便于气力清灰系统11吹灰，烟气侧翅片13的间距b应该设计较宽，一般为10～12mm。

烟气侧翅片13和空气侧翅片15均用石墨板制成，石墨作为非金属材料，具有导热性能好，耐硫酸腐蚀等特点，在空气预热器上应用，为管式炉进一步降低排烟温度创造了条件。

参见图2，气力清灰系统11设有主管7、电磁阀8、支管6、自旋转吹灰器5组成，在壳体3两端各安装一组，气流经电磁阀8、主管7、支管6进入自旋转吹灰器5，然后从旋流喷嘴51喷出，清除石墨热管14上的灰垢。气源一般为0.7～1.2MPa的过热蒸汽或压缩空气。在空气预热器中，石墨热管14的管间距较小，热烟气容易在石墨热管14表面积灰结垢，一般炼化企业装置的生产周期为三年或更长时间，积灰结垢使空气预热器不能正常运行，气力清灰系统11根据空气预热器体积较小的特点，利用气体自身静压能实现吹灰喷嘴旋转吹灰，清除石墨热管14上的灰垢，无需再提供额外动力，节能可靠。两组气力清灰系统11按照控制系统分别运行，保证了每一组系统都有足够的吹扫动力。

参见附图3、附图4，自旋转吹灰器5设有旋流喷嘴51、支架52组成。当气流从支架52一端的气嘴521喷出时，在离心力作用下，旋流喷嘴51的喷嘴轴512能够在支架52另一端的支座孔523中转动，随着旋流喷嘴51的转动，气流从气孔513经旋流槽511喷出，边喷出边扫过空气预热器烟气侧10的石墨热管14表面，清除其表面和烟气侧翅片13上的灰垢。旋流喷嘴51的转动依靠气流自身静压能实现吹灰喷嘴旋转吹灰，与现有的电机传动带动吹灰喷嘴旋转吹灰机构相比，本实用新型中自旋转吹灰器5具有结构简单，传动部件少，运行节能可靠等优点。旋流喷嘴51的一端喷嘴轴512安装在支架52的支座孔523中，喷嘴轴512和支座孔523有一定间隙，喷嘴轴512可以在支座孔523中转动；旋流喷嘴51的另一端气孔513与气嘴521相对，气孔513两端开有旋流槽511，气流进入气孔513从旋流槽511喷出时，能够产生离心力，驱动旋流喷嘴51转动。旋流槽511的结构和宽度c属现有成熟技术。支架52的一端为支座孔523，另一端为气嘴521，中间部分为遮流板522，遮流板522为一板状结构，可以遮挡气流喷向壳体3的衬里部分，保护保温材料。

下面结合图1至图4说明本实用新型的操作过程。首先在管式加热炉空气预热器空气侧1通入5℃～25℃的冷空气，建立稳定的空气循环；然后在烟气侧10通入280℃～300℃的热烟气，建立稳定的烟气循环；上述步骤不能颠倒，否则石墨热管14会由于空气侧1的热量不能及时被空气取走而超温，缩短石墨热管14的寿命。等稳定的空气循环和烟气循环建立以后，烟气侧10热烟气的热量就会源源不断地通过石墨热管14传递给空气侧1的冷空气，冷空气从5℃～25℃升到180℃～200℃后变成热空气，送入燃烧系统助燃；280℃～300℃的热烟气降为130℃～150℃的低温烟气经烟囱排入大气。

运行一段时间后，在空气预热器的烟气侧10，石墨热管14的表面及烟气侧翅片13上会积灰结垢，积灰结垢的快慢与燃料性质和燃烧状况有关，燃料品质差，燃烧不完全，积灰结垢的速度就快，积灰结垢的速度快慢可以通过排烟温度判断，如果其它工况不变，排烟温度升高较快，就说明积灰结垢的速度快；排烟温度较稳定，就说明积灰结垢的速度慢。假如石墨热管14的表面及烟气侧翅片13上已经积灰结垢，启动气力清灰系统11，在控制系统控制下，壳体1一端的电磁阀8先打开，气流从管网进入主管7，经支管6、自旋转吹灰器5喷出，自旋转吹灰器5中的旋流喷嘴51边喷出边扫过石墨热管14的表面及烟气侧翅片13完成清灰动作。2～3分钟(时间视积灰程度可调整)后，电磁阀8关闭，壳体1另一端的电磁阀8打开，气流从管网进入另一端主管7重复上述操作，完成对空气预热器的清灰工作。

Claims (6)

1.一种空气预热器，包括壳体、上法兰、下法兰、中间管板、石墨热管，石墨热管垂直穿过中间管板安装在壳体内，壳体和上法兰、下法兰通过螺栓连接组装为一体；中间管板把壳体分成互不相通的两个空间空气侧和烟气侧，空气在空气侧两端进出，烟气在烟气侧两端进出，空气和烟气通过石墨热管实现热交换，其特征在于：在壳体端还安装有气力清灰系统，所述气力清灰系统由主管、电磁阀、支管和自旋转吹灰器组成，电磁阀安装在主管上，主管上分有若干支管，每一支管焊接一台自旋转吹灰器，一一对应吹扫第一排石墨热管。 

2.根据权利要求1所述的一种空气预热器，其特征在于：所述气力清灰系统在壳体两端各安装一组。 

3.根据权利要求1或2所述的一种空气预热器，其特征在于：所述自旋转吹灰器由旋流喷嘴、支架组成，旋流喷嘴的一端喷嘴轴安装在支架的支座孔中，另一端气孔与支架的气嘴相对，气孔两端开有旋流槽。 

4.根据权利要求1所述的一种空气预热器，其特征在于：在所述石墨热管外安装有烟气侧翅片和空气侧翅片。 

5.根据权利要求4所述的一种空气预热器，其特征在于：所述空气侧翅片的间距为5～7mm。 

6.根据权利要求4所述的一种空气预热器，其特征在于：所述烟气侧翅片的间距为10～12mm。