专利名称：高温节能钢管式空气预热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高温节能钢管式空气预热器。主要用于管式加热炉烟气余热回收系统。属于石化设备技术领域。
背景技术：
上世纪七十年代末，由于世界性能源危机的出现，石化行业中的耗能大户管式加热炉采取了各种节能措施，回收烟气余热以降低排烟温度提高炉子热效率。在众多的节能措施中尤以采用空气预热器由烟气直接预热燃烧空气的系统更简便，自成体系而不受装置上工艺流程的约束成为最主要的节能措施。钢管式空气预热器由于其结构简单，制造容易，价格便宜，运行可靠而受到广泛的应用。
钢管式空气预热器的烟气入口温度不超过450℃，一般在300～380℃，这主要从预热器端管板的通用材质和结构的抗热胀性能所考虑的，因此空气预热温度通常在300℃以下。
近年来，随着装置的逐渐大型化和对余热回收理念的改变，余热回收已不单纯是将加热炉对流段换热流程尾部的低温位余热进行回收，而是从整个装置的能量平衡进行考虑，将加热炉燃烧空气预热温度提高到500℃以上，特别是对乙烯裂解炉、制氢转化炉、焚烧炉等炉膛温度较高，热负荷较大的炉型，提高燃烧空气温度对整个装置的能量平衡及节能降耗有着异常显著的效果。在某些化工行业的装置上，燃烧空气的温度已达670℃。
传统的钢管式空气预热器无论是立式还是卧式，在管束的进出口端均有管板，两端管板与管束、两端管板与对流钢架均为刚性连接，在高温下难以解决热膨胀问题。因此，该结构已不能满足新参数提出的要求。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种在高温下能解决热膨胀问题的高温节能钢管式空气预热器。
本实用新型的目的是这样实现的一种高温节能钢管式空气预热器，包括预热器壳体和回程管束，回程管束包括低温集箱、低温管束、中间集箱、高温管束和高温集箱，低温集箱和高温集箱上部敞口，低温管束的管子上端与低温集箱固定连接；高温管束的管子上端与高温集箱固定连接，低温管束的管子和高温管束的管子的下端均与中间集箱固定连接，这五个部件组成一个U形，称之为回程管束，回程管束的上部与预热器壳体的顶部固定连接，下部为悬垂状态，壳体左右为烟气进出口，上部为回程管束的安装口即空气的进出口。空气走管程，由低温集箱进入，经低温管束、中间集箱、高温管束，从高温集箱出去；烟气走预热器壳程，与空气的走向为交错逆流。
当烟气温度发生变化时，低温管束、高温管束及中间集箱可沿管束轴线方向自由地伸长或缩短。因此，本发明在高温下能解决热膨胀问题的高温节能钢管式空气预热器。
图1为具有单个回程管束的本实用新型的整体结构剖视图。
图2为图1的左侧视图。
图3为单个回程管束的结构示意图。
图4为图3的左侧视图。
图5为单排三列回程管束组合后的本实用新型的整体结构剖视图。
图6为图5的左侧视图。
图7为两排三列回程管束组合后的本实用新型的整体结构剖视图。
图8为图7的左侧视图。
图9为外加高频翅片，内加扰流片的传热管结构剖视图。
图中1-预热器壳体；2-回程管束；3-回弯头；21-低温集箱；22-低温管束；23-中间集箱；24-高温管束；25-高温集箱。
具体实施方式
参见图1～2，图1～2为本实用新型的具有单个回程管束的高温节能钢管式空气预热器整体结构剖视图。它主要由预热器壳体1和单个回程管束2组成。预热器壳体1由钢架11、壁板12及内衬里13组成。单个回程管束2由带有进口法兰的低温集箱21、低温管束22、中间集箱23、高温管束24和带有进口法兰的高温集箱25组成。低温管束22的管子的上端按相同的管间距和排间距与低温集箱21箱底焊接在一起；高温管束24的管子按相同的管间距和排间距与高温集箱25箱底焊接在一起，低温管束22的管子和高温管束24的管子的下端同时与中间集箱23箱顶焊接在一起，这五个部件焊好后组成一个U形，称之为单个回程管束2，如图3～4。壳体1左右为烟气进出口16、14，上部为回程管束的安装口即空气的进出口18、17，前后部为全封闭，底部为全封闭，但在底部中部为一个矩形槽15。壳体1里面均衬有耐热衬里13。回程管束2的上部也就是低温集箱21和高温集箱22焊在壳体1的顶部钢结构11上，其特点是空气的进口和出口均在同一侧。回程管束2的中下部也就是低温管束22、高温管束24以及与它们相连接的中间集箱23自然下垂，中间集箱23位于壳体1底部的矩形槽15内，中间集箱13底部与衬里13之间留有管束垂直向下的热胀间隙e，周边留有安装间隙f。空气走管程，由低温集箱21进入，经低温管束22、中间集箱23、高温管束24，从高温集箱25出去；烟气走预热器壳程，与空气的走向为交错逆流。当烟气温度发生变化时，低温管束22、高温管束24及中间集箱23可沿管束轴线方向自由地伸长或缩短。
单个回程管束是从结构强度和安装便捷上考虑的最小换热单元。低温管束和高温管束的列数及排数可作适当调整。烟气及空气的质量流速可通过增减回程管束的列数来进行调整，而烟气换热温差的大小则可通过增减回程管束的排数来进行调整。也就是回程管束的列和排可进行任意组合。整个高温节能钢管式空气预热器可由单个回程管束和壳体组成。也可由M列个回程管束和壳体组成，如图5～6；或由N排个回程管束和壳体组成；或由M列个回程管束和N排个回程管束以及壳体组成。M和N为大于1的整数，但当N大于1排时，排与排的空气进出口之间须加回弯头进行连接。
低温管束的管子与高温管束的管子有效换热长度相同，管子的列数相同，管子的排数可不相同，但低温管束的管子的排数等于或少于高温管束管子的排数。低温管束及高温管束可根据自身不同的管壁温度而采用不同的管材。
在高温烟气情况下(700～900℃)，为安全可靠，换热管宜采用光管；而中低温度情况下，换热管宜采用管内外增加了强化传热元件的换热管，如管外加高频焊翅片，管内加扰流片，如图9所示。
权利要求1.一种高温节能钢管式空气预热器，其特征在于它包括预热器壳体(1)和回程管束(2)，回程管束(2)包括低温集箱(21)、低温管束(22)、中间集箱(23)、高温管束(24)和高温集箱(25)，低温集箱(21)和高温集箱(25)上部敞口，低温管束(22)的管子上端与低温集箱(21)固定连接；高温管束(24)的管子上端与高温集箱(25)固定连接，低温管束(22)的管子和高温管束(24)的管子的下端均与中间集箱(23)固定连接，这五个部件组成一个U形，称之为回程管束，回程管束(2)的上部与预热器壳体(1)的顶部固定连接，下部为悬垂状态，壳体(1)左右为烟气进出口(16、14)，上部为回程管束(2)的安装口即空气的进出口(18、17)。
2.根据权利要求1所述的一种高温节能钢管式空气预热器，其特征在于回程管束(2)为单个。
3.根据权利要求1所述的一种高温节能钢管式空气预热器，其特征在于回程管束(2)有M列个，M为大于1的整数。
4.根据权利要求1所述的一种高温节能钢管式空气预热器，其特征在于回程管束有N排个，N为大于1的整数，排与排的空气进出口(18、17)之间用回弯头(3)连接。
5.根据权利要求1所述的一种高温节能钢管式空气预热器，其特征在于回程管束有M列个和有N排个，M、N为大于1的整数，排与排的空气进出口(18、17)之间用回弯头(3)连接。
6.根据权利要求1或2、3、4、5所述的一种高温节能钢管式空气预热器，其特征在于中间集箱(13)底部与壳体底部之间留有管束垂直向下的热胀间隙e。
7.根据权利要求1或2、3、4、5所述的一种高温节能钢管式空气预热器，其特征在于壳体1底部中部为一个槽(15)，中间集箱(23)位于壳体(1)底部的槽(15)内。
8.根据权利要求1或2、3、4、5所述的一种高温节能钢管式空气预热器，其特征在于壳体(1)里面均衬有耐热衬里(13)。
9.根据权利要求1或2、3、4、5所述的一种高温节能钢管式空气预热器，其特征在于低温管束(21)的管子与高温管束(24)的管子有效换热长度相同。
10.根据权利要求9所述的一种高温节能钢管式空气预热器，其特征在于低温管束(21)的管子的排数等于或少于高温管束(24)管子的排数。
专利摘要本实用新型涉及一种高温节能钢管式空气预热器，包括预热器壳体1和回程管束2，回程管束2包括低温集箱21、低温管束22、中间集箱23、高温管束24和高温集箱25，低温管束22的管子上端与低温集箱21固定连接；高温管束24的管子上端与高温集箱25固定连接，低温管束22的管子和高温管束24的管子的下端均与中间集箱23固定连接，这五个部件组成一个U形，回程管束2的上部与预热器壳体1的顶部固定连接，下部为悬垂状态，壳体1左右为烟气进出口16、14，上部为回程管束的安装口即空气的进出口18、17。当烟气温度发生变化时，低温管束、高温管束及中间集箱可沿管束轴线方向自由地伸长或缩短。因此，本实用新型在高温下能解决热膨胀问题的高温节能钢管式空气预热器。
文档编号F23J15/02GK2689073SQ20042002563
公开日2005年3月30日 申请日期2004年3月22日 优先权日2004年3月22日
发明者周国华, 陶贤, 曹惠忠, 刘亚萍 申请人:江阴市石油化工设备有限公司