專利名稱：一種管式加熱爐的制作方法
技術領域：
本發明屬于加熱設備技術領域，特別涉及一種管式加熱爐。
背景技術：
管式加熱爐是石油煉制、石油化工和化學、化纖工業中廣泛使用的工藝加熱爐，以燃油或燃氣為燃料，火焰直接加熱管內流體。目前，管式加熱爐排煙溫度普遍較高，一般在160℃～180℃，有的可能會超過200℃，熱效率通常在90％以下(以燃料低熱值為計算基準)。煙氣中還有大量物理顯熱不能利用。更重要的是，由于燃油和燃氣燃燒產生的煙氣中含有大量水蒸氣，其汽化潛熱白白的隨煙氣排出，造成很大浪費。同時，煙氣中的SO2、SO3、CO2、NOx等有害氣體含量相對較高，對環境產生的污染還比較嚴重。
在管式加熱爐中，煙氣的酸露點腐蝕是阻止加熱爐熱效率進一步提高的重要因素之一。在目前情況下，許多企業的燃料油和燃料氣還沒有完全脫硫，管式加熱爐所排煙氣的酸露點很高，通常在110℃～140℃左右，有的甚至更高。余熱回收系統中的空氣預熱器發生低溫露點腐蝕的情況時有發生。
解決管式加熱爐的低溫露點腐蝕，通常采用兩種方法，一種方法是不考慮熱效率，將煙氣溫度提高到露點以上20℃～30℃排放，避免露點腐蝕；另一個方法是采用耐腐蝕材料。但是，即使管式加熱爐設計時把排煙溫度提高到露點以上20℃～30℃，由于實際生產中的加熱爐負荷變化等原因，仍然會發生露點腐蝕。因此上述兩種方法經常聯合使用。
有些情況下，管式加熱爐由于操作負荷變化或設計參數不當，排煙溫度在煙氣的酸露點以下，由于沒有解決露點腐蝕問題，給余熱回收設備和加熱爐的安全運行帶來了不良影響。如某石化分公司一套常減壓蒸餾裝置的常壓爐原設計排煙溫度120℃，導致空氣預熱器露點腐蝕嚴重。1999年以前，常壓爐空氣預熱器往往只能完好地使用4～5個月，之后集灰斗下的排污口就會流出“酸水”。隨著時間的推移，腐蝕不斷惡化，開始影響燃燒器的正常燃燒，燃燒不充分、冒黑煙，加熱爐的熱效率降低、能耗上升被迫甩掉預熱器。1999年對常壓爐空氣預熱器進行改造，重新設計，排煙溫度控制在160℃以上。
在材料防腐方面，國內出現了許多如搪瓷管、鎳基合金涂層管和聚四氟乙烯塑料涂層管等新型防腐材料，在工業上獲得了成功的應用。
空氣預熱器的煙氣酸露點防腐材料問題的解決，為有效利用煙氣露點以下的低溫顯熱和冷凝液的汽化潛熱提供了可能。據計算，如果把煙氣溫度從180℃降低到100℃，僅利用煙氣的顯熱，就可以將加熱爐的熱效率提高4個百分點以上。潛熱對加熱爐熱效率的作用也是很大的。據介紹，如果把陜北天然氣燃燒產生的水蒸氣全部冷凝，僅利用汽化潛熱就可以將熱效率提高10個百分點以上。因此，如果把煙氣溫度從180℃降低到100℃，產生的冷凝液量估算為煙氣中水蒸氣總含量的10％，則潛熱對加熱爐熱效率的貢獻也在1個百分點以上，綜合潛熱和顯熱可在很大程度上提高熱效率。
但到目前為止，管式加熱爐的設計規范，如我國的SHT/3036-2003《一般煉油裝置用火焰加熱爐》、國際標準化組織的ISO137052001《石油和天然氣工業——一般煉油裝置用火焰加熱爐》及美國的API 560《一般煉油裝置用火焰加熱爐》2001年第三版，依然希望空氣預熱器在煙氣酸露點溫度以上操作。在管式加熱爐領域，沒有見到有關回收煙氣露點以下的低溫顯熱和冷凝液的汽化潛熱，并采用冷凝式空氣預熱器的報道。

發明內容
本發明是針對現有技術中管式加熱爐排煙溫度高，熱效率低，沒有利用煙氣露點以下的低溫顯熱和冷凝液汽化潛熱的缺點，而提供一種新型的管式加熱爐。使用本發明所提供的加熱爐，其加熱爐的排煙溫度可降低到100℃左右，實現煙氣中含酸水蒸氣的部分冷凝，且在回收煙氣低溫顯熱的同時，能回收部分含酸水蒸氣的汽化潛熱，進一步提高加熱爐熱效率，節約能源。
本發明提供一種管式加熱爐，包括加熱爐本體和余熱回收系統，加熱爐本體內設置有煙囪檔板，加熱爐本體于煙囪檔板下方設置有高溫煙氣出口，余熱回收系統包括空氣預熱器，其特征在于空氣預熱器由非冷凝式空氣預熱器和冷凝式空氣預熱器兩段組成，非冷凝式空氣預熱器上設置有非冷凝式空氣預熱器煙氣入口、非冷凝式空氣預熱器空氣出口、非冷凝式空氣預熱器煙氣出口和非冷凝式空氣預熱器空氣入口，內部設有非冷凝式空氣預熱器調節檔板，非冷凝式空氣預熱器煙氣入口通過高溫煙氣管道與加熱爐本體上的高溫煙氣出口相連，冷凝式空氣預熱器上設有冷凝式空氣預熱器煙氣入口、冷凝式空氣預熱器空氣出口和冷凝式空氣預熱器空氣入口，內部設有冷凝式空氣預熱器調節檔板，非冷凝式空氣預熱器煙氣出口與冷凝式空氣預熱器煙氣入口之間通過兩預熱器間煙氣管道相連，非冷凝式空氣預熱器空氣入口與冷凝式空氣預熱器空氣進口之間通過兩預熱器間空氣管道相連，余熱回收系統中另設有冷凝液收集池、引風機和鼓風機，冷凝液收集池直接設在冷凝式空氣預熱器下方，引風機與冷凝液收集池相連接，鼓風機與冷凝式空氣預熱器相連。
本發明所述的非冷凝式空氣預熱器和冷凝式空氣預熱器可以組合為一體，也可以分開設置。其中非冷凝式空氣預熱器根據具體情況可采用擾流子空氣預熱器、復式空氣預熱器或可調節熱負荷的熱管式空氣預熱器。另外，為防止非冷凝式空氣預熱器積灰，非冷凝式空氣預熱器內可設置聲波吹灰器、激波式吹灰器等吹灰設施。冷凝式空氣預熱器可以是間壁換熱式空氣預熱器(如管式或板式空氣預熱器)，也可以是間接式空氣預熱器(如熱管式空氣預熱器)等多種結構形式。這些空氣預熱器的結構和操作方式，均為本領域公知技術。
為了防止冷凝式空氣預熱器積灰，本發明的冷凝式空氣預熱器內可設有沖洗液沖洗設施。冷凝式空氣預熱器內產生的冷凝液、灰垢以及沖洗液進入冷凝液收集池內，收集池側壁設有冷凝液溢流管，當冷凝液超過溢流管高度后自動溢流。
由于工作在低溫露點腐蝕的環境下，冷凝式空氣預熱器煙氣側管束及其他煙氣接觸面覆蓋有陶瓷、玻璃、塑料或耐蝕金屬等耐腐蝕材料，最好是聚四氟乙烯塑料。
為防止可能的低溫露點腐蝕，本發明的引風機葉片采用不銹鋼等耐腐蝕材料制作。
為中和冷凝液的酸性，水封的冷凝液收集池內一般含有氧化鈣或石灰石等中和劑。
本發明把能夠冷凝煙氣中的含酸水蒸氣，用含酸水蒸氣的汽化潛熱和煙氣的低溫顯熱預熱燃燒用空氣的空氣預熱器稱為冷凝式空氣預熱器；把不能冷凝煙氣中的含酸水蒸氣，僅僅通過煙氣顯熱預熱燃燒用空氣的空氣預熱器稱為非冷凝式空氣預熱器。本發明的管式加熱爐能夠冷凝煙氣中的含酸水蒸氣，使得其中的汽化潛熱和煙氣的低溫顯熱同時回收利用，因此稱為冷凝型管式加熱爐。
根據已知的工程經驗，如果煙氣的低溫露點在110℃～140℃左右，只要將進入空氣預熱器的空氣溫度提高到60℃～100℃左右，煙氣以160℃以上的溫度出空氣預熱器，空氣預熱器就可以避免露點腐蝕的發生。在正常操作工況下，可控制本發明的非冷凝式空氣預熱器內不會發生露點腐蝕。因此，非冷凝式空氣預熱器可以采用普通材料制造。
煙氣中的水蒸氣開始冷凝后，煙氣就達到了所謂的飽和狀態。隨著熱量交換的進行，煙氣溫度不斷降低，水蒸氣不斷冷凝下來。如果將處于飽和狀態的煙氣直接排入煙囪或煙道，由于一般煙囪或煙道更冷，煙氣溫度在冷凝式空氣預熱器下游繼續下降，將還會有部分水蒸氣冷凝下來。為防止上述情況發生，本發明的冷凝式空氣預熱器內設置有冷凝式空氣預熱器煙氣調節檔板，可調整用于換熱煙氣的量從而保證冷凝式空氣預熱器下游的煙氣處于不飽和狀態。
本發明所提供的冷凝型管式加熱爐，其余熱回收系統中帶有非冷凝式空氣預熱器和冷凝式空氣預熱器，在這兩段空氣預熱器的作用下，其加熱爐的排煙溫度可降低到100℃左右；且在冷凝式空氣預熱器中，由于煙氣中含酸水蒸氣的部分冷凝，冷凝式空氣預熱器在回收煙氣低溫顯熱的同時，又回收了部分含酸水蒸氣的汽化潛熱，有效地提高了加熱爐的熱效率，其熱效率一般大于90％，可以達到95％，甚至更高(以燃料低熱值為計算基準)。冷凝式空氣預熱器中的含酸水蒸氣在冷凝時或冷凝后，可以吸附煙氣中的部分有害物質，降低污染物的排放量，保護環境。另外，在本發明中，由于煙氣在冷凝式空氣預熱器中始終由上向下流動，從而保證冷凝液的下落方向與煙氣流向一致。隨著煙氣溫度的逐步降低，冷凝液量不斷增加，使冷凝液的含酸量逐步降低，最后進入冷凝液收集池排出，避免對冷凝式空氣預熱器的二次腐蝕。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明，但并不限制本發明。


圖1為本發明的一個實施方案示意圖。
圖2為本發明的第二個實施方案余熱回收部分示意圖。
圖3為本發明的第三個實施方案余熱回收部分示意圖。
圖中所示附圖標記為1、管式加熱爐本體，2、高溫煙氣管道，3、非冷凝式空氣預熱器，4、冷凝式空氣預熱器，5、冷凝液收集池，6、引風機，7、低溫煙氣管道，8、冷空氣管道，9、鼓風機，10、熱空氣管道，11、獨立煙囪，12、沖洗管，13、冷凝式空氣預熱器調節擋板，14、溢流管，15、兩預熱器間煙氣管道，16、兩預熱器間空氣管道，17、煙囪擋板，18、非冷凝式空氣預熱器煙氣入口，19、非冷凝式空氣預熱器煙氣出口，20、冷凝式空氣預熱器煙氣入口，21、冷凝式空氣預熱器空氣入口，22、冷凝式空氣預熱器空氣出口，23、非冷凝式空氣預熱器空氣入口，24、非冷凝式空氣預熱器空氣出口，27、煙氣旁路，28、煙氣旁路調節擋板，29、高溫煙氣出口，30、非冷凝式空氣預熱器調節擋板。
具體實施例方式
圖1中，非冷凝式空氣預熱器和冷凝式空氣預熱器均為熱管式。如圖1所示，管式加熱爐包括加熱爐本體1和余熱回收系統，加熱爐本體1內設置有煙囪檔板17，加熱爐本體1于煙囪檔板17下方設置有高溫煙氣出口29，余熱回收系統包括空氣預熱器，空氣預熱器由非冷凝式熱管空氣預熱器3和冷凝式空氣預熱器4兩段組成，非冷凝式空氣預熱器3上部設置有非冷凝式空氣預熱器煙氣入口18和非冷凝式空氣預熱器空氣出口24，下部設有非冷凝式空氣預熱器煙氣出口19和非冷凝式空氣預熱器空氣入口23，內部設有非冷凝式空氣預熱器調節檔板30，非冷凝式空氣預熱器煙氣入口18通過高溫煙氣管道2與加熱爐本體1上的高溫煙氣出口29相連，冷凝式空氣預熱器4的上部設有冷凝式空氣預熱器煙氣入口20和冷凝式空氣預熱器空氣出口22，下部設有冷凝式空氣預熱器空氣入口21，內部設有冷凝式空氣預熱器調節檔板13，非冷凝式空氣預熱器煙氣出口19與冷凝式空氣預熱器煙氣入口20之間通過兩預熱器間煙氣管道15相連，非冷凝式空氣預熱器空氣入口23與冷凝式空氣預熱器空氣出口22之間通過兩預熱器間空氣管道16相連，余熱回收系統中另設有冷凝液收集池5、引風機6和鼓風機9，冷凝液收集池5直接設在冷凝式空氣預熱器4下方，引風機6與冷凝液收集池5相連接，鼓風機9通過冷凝式空氣預熱器空氣入口21與冷凝式空氣預熱器4相連，冷凝式空氣預熱器4內設置有沖洗管12。
圖1所示本發明管式加熱爐的操作情況是高溫煙氣由管式加熱爐本體1的煙囪擋板17下方的高溫煙氣出口29排出，經高溫煙氣管道2由非冷凝式空氣預熱器煙氣入口18進入非冷凝式空氣預熱器3，在此釋放出顯熱后，煙氣溫度降低到160℃～180℃左右，非冷凝式空氣預熱器調節擋板30可以調節換熱面積，保證非冷凝式空氣預熱器3下游的煙氣處于煙氣露點溫度以上。經過釋放顯熱后的中溫煙氣，由非冷凝式空氣預熱器煙氣出口19出來，再經兩預熱器間煙氣管道15，從冷凝式空氣預熱器煙氣入口20進入冷凝式空氣預熱器4，繼續釋放顯熱，同時有部分含酸水蒸氣冷凝釋放潛熱，煙氣溫度進一步降低到100℃左右，產生的冷凝液在重力作用下進入冷凝液收集池5。冷凝式空氣預熱器4內的冷凝式空氣預熱器調節擋板13可以調節不參加換熱的煙氣量，保證冷凝式空氣預熱器4下游的煙氣處于不飽和狀態。不飽和狀態的低溫煙氣由引風機6從冷凝液收集池5引出，通過低溫煙氣管道7返回管式加熱爐本體1，然后由煙囪排出。或者低溫煙氣出引風機6后，直接通過獨立煙囪11排出。燃燒用空氣通過冷空氣管道8由鼓風機9鼓入，經冷凝式空氣預熱器空氣入口21將空氣送入冷凝式空氣預熱器4，預熱到60℃～100℃后，由冷凝式空氣預熱器空氣出口22出來，通過兩預熱器間空氣管道16，經非冷凝式空氣預熱器空氣入口23進入非冷凝式空氣預熱器3進一步預熱，之后，經非冷凝式空氣預熱器空氣出口24通過熱空氣管道10進入管式加熱爐本體1為燃燒器供風。
為防止冷凝式空氣預熱器4積灰，冷凝式空氣預熱器4內設有沖洗管12，沖洗液自沖洗管12進入，對冷凝式空氣預熱器4進行沖洗。
冷凝液收集池5側壁設有冷凝液溢流管14，當冷凝液超過溢流管14的標高后自動溢流。
圖2與圖1不同的是，非冷凝式空氣預熱器3為擾流子空氣預熱器，非冷凝式空氣預熱器空氣出口24設置在非冷凝式空氣預熱器3的一個側面，非冷凝式空氣預熱器空氣入口23設置在非冷凝式空氣預熱器3的另一個側面，冷凝式空氣預熱器空氣出口22設置在冷凝式空氣預熱器4的上部，冷凝式空氣預熱器空氣入口21設置在冷凝式空氣預熱器4的下部。
圖3與圖1不同的是，非冷凝式空氣預熱器為非冷凝式擾流子空氣預熱器25，冷凝式空氣預熱器4為間壁式空氣預熱器，冷凝式空氣預熱器中起調節作用的檔板為煙氣旁路調節擋板28，通過煙氣旁路27來進行調節；非冷凝式空氣預熱器空氣出口24設置在非冷凝式空氣預熱器3的一個側面，非冷凝式空氣預熱器空氣入口23設置在非冷凝式空氣預熱器3的另一個側面，冷凝式空氣預熱器空氣出口22設置在冷凝式空氣預熱器4的一個側面，冷凝式空氣預熱器空氣入口21設置在冷凝式空氣預熱器4的另一個側面。
權利要求
1.一種管式加熱爐，包括加熱爐本體和余熱回收系統，加熱爐本體內設置有煙囪檔板，加熱爐本體于煙囪檔板下方設置有高溫煙氣出口，余熱回收系統包括空氣預熱器，其特征在于空氣預熱器由非冷凝式空氣預熱器和冷凝式空氣預熱器兩段組成，非冷凝式空氣預熱器上設置有非冷凝式空氣預熱器煙氣入口、非冷凝式空氣預熱器空氣出口、非冷凝式空氣預熱器煙氣出口和非冷凝式空氣預熱器空氣入口，內部設有非冷凝式空氣預熱器調節檔板，非冷凝式空氣預熱器煙氣入口通過高溫煙氣管道與加熱爐本體上的高溫煙氣出口相連，冷凝式空氣預熱器上設有冷凝式空氣預熱器煙氣入口、冷凝式空氣預熱器空氣出口和冷凝式空氣預熱器空氣入口，內部設有冷凝式空氣預熱器調節檔板，非冷凝式空氣預熱器煙氣出口與冷凝式空氣預熱器煙氣入口之間通過兩預熱器間煙氣管道相連，非冷凝式空氣預熱器空氣入口與冷凝式空氣預熱器空氣進口之間通過兩預熱器間空氣管道相連，余熱回收系統中另設有冷凝液收集池、引風機和鼓風機，冷凝液收集池直接設在冷凝式空氣預熱器下方，引風機與冷凝液收集池相連接，鼓風機與冷凝式空氣預熱器相連。
2.根據權利要求1所述的管式加熱爐，其特征在于非冷凝式空氣預熱器和冷凝式空氣預熱器組合為一體。
3.根據權利要求1所述的管式加熱爐，其特征在于非冷凝式空氣預熱器和冷凝式空氣預熱器是分開設置的。
4.根據權利要求1所述的管式加熱爐，其特征在于冷凝式空氣預熱器內煙氣接觸面覆蓋有耐腐蝕材料。
5.根據權利要求4所述的管式加熱爐，其特征在于冷凝式空氣預熱器內煙氣接觸面覆蓋有陶瓷、玻璃、塑料或耐蝕金屬。
6.根據權利要求5所述的管式加熱爐，其特征在于冷凝式空氣預熱器內煙氣接觸面覆蓋有聚四氟乙烯塑料。
7.根據權利要求1所述的管式加熱爐，其特征在于冷凝式空氣預熱器內設有沖洗液沖洗設施。
全文摘要
本發明公開了一種管式加熱爐，包括加熱爐本體和余熱回收系統，余熱回收系統包括空氣預熱器，其中空氣預熱器由非冷凝式空氣預熱器和冷凝式空氣預熱器兩段組成，余熱回收系統中另設有冷凝液收集池、引風機和鼓風機，冷凝液收集池直接設在冷凝式空氣預熱器下方，冷凝液收集池與引風機相連接，鼓風機與冷凝式空氣預熱器相連。使用本發明所提供的加熱爐，其加熱爐的排煙溫度可降低到100℃左右，實現煙氣中含酸水蒸氣的部分冷凝，且在回收煙氣低溫顯熱的同時，能回收部分含酸水蒸氣的汽化潛熱，進一步提高加熱爐熱效率，節約能源。
文檔編號F27D17/00GK1793766SQ20061001730
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月5日 優先權日2006年1月5日
發明者王德瑞 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石化集團洛陽石油化工工程公司