内置式空气预热器和具有其的CO锅炉的制作方法

本发明总体上涉及空气预热器，具体而言，涉及内置式空气预热器以及具有空气预热器的CO锅炉。

背景技术：

根据石油化工催化裂化工艺烟气中CO的含量可以将催化剂再生过程分为完全再生和不完全再生两种型式。目前国内不完全再生型式有较为广泛的应用，尤其是处理量较大的催化裂化设备。催化剂不完全再生型式中催化剂再生产生的烟气(以下称为“再生烟气”)中含有3％-9％的CO。再生烟气中含有有毒的CO，需要经过CO锅炉的焚烧。CO锅炉排出的烟气含有大量的硫化物、氮氧化物等有害气体，为了避免烟气污染环境，通常会在CO锅炉后增加脱硫脱硝系统。

烟气处理装置的任务首要是将再生烟气中的CO气体完全燃烧，使之达到环保排放标准，同时回收余热，降低装置能耗。CO的燃点较高，在640℃左右，目前CO锅炉的炉膛温度一般在800-1100℃左右。再生烟气一般温度在550-650℃，该烟气直接进入CO锅炉焚烧，为了升温到800～1100℃的焚烧温度，需要向CO锅炉提供大量的燃料气。现有技术中，再生烟气进入CO锅炉，由燃料气流量控制炉膛温度为800～1100℃；用鼓风机供给CO锅炉燃烧所需要的助燃空气；烟气中的CO在炉膛内高温条件下以及充足过剩的氧气条件下反应生成CO2，同时释放出大量热量。焚烧后的烟气经锅炉产汽单元冷却至200℃左右，送入脱硫装置进行脱硫处理。

现有技术中，助燃空气未经预热，为保证炉膛高达800-1100℃的焚烧温度，需要加入大量的燃料，同时需要增加相应的燃烧空气，因此烟气量增加很多，导致CO锅炉的烟气阻力增加，从而使得再生烟气不能全部进入CO锅炉燃烧及烟机背压过高，影响烟机做功和系统余热回收效率。

同时，高温烟气直接送入脱硫系统，将造成脱硫剂水分大量蒸发，导致脱硫系统循环水量及耗水量大幅增加，在导致脱硫系统烟囱“白烟”滚滚造成视觉污染的同时带走大量的热能，水耗高，运行费用大。

技术实现要素：

本发明的发明人发现，利用烟气余热预热进入CO锅炉的助燃空气，一方面降低排烟温度，另一方面获得较高温度的助燃空气，可以降低CO锅炉燃料消耗、提高炉效率；此外，对于湿法脱硫而言，这还可以帮助降低脱硫系统的耗水量及运行费用，减少锅炉烟气量从而降低锅炉压降。

有鉴于此，本发明的目的是提供一种空气预热器以及具有这种空气预热器的CO锅炉，所述空气预热器适合于内置到例如CO锅炉之类设备的已有的烟道中。

根据本发明的一个方面，提供一种内置式空气预热器，其包括：空气入口总集箱，其设置有空气入口管；空气出口总集箱，其设置有空气出口管；和若干个换热单元，它们彼此并排地布置且并联地连接在空气入口总集箱和空气出口总集箱之间，每个换热单元具有扁平形状并且包括换热管束，换热管束包括空气入口管箱、空气出口管箱和连接在空气入口管箱与空气出口管箱之间的若干个扁平换热管，该若干个扁平换热管沿其横截面的长边方向排成一列。

优选，所述扁平换热管的横截面的长宽比大于或等于10。

优选，所述空气入口管箱和空气出口管箱分别由扁平管构成，并且所述扁平管的横截面的短边方向与所述扁平换热管的横截面的短边方向一致。

每个换热单元可以包括一个换热管束，该换热管束的空气入口管箱和空气出口管箱分别与空气入口总集箱和空气出口总集箱连接。

或者，每个换热单元可以包括至少两个换热管束，所述至少两个换热管束通过彼此相邻的空气入口管箱和空气出口管箱串联连接，并且位于所述至少两个换热管束两个末端的空气入口管箱和空气出口管箱分别与空气入口总集箱和空气出口总集箱连接。

优选，至少一对彼此相邻的空气入口管箱和空气出口管箱通过承插式快接接头或卡套结构连接。

优选，至少一对彼此相邻的空气入口管箱和空气出口管箱可以是一体形成的。

优选，所述空气入口总集箱和空气出口总集箱在所述扁平换热管的延伸方向上位于扁平换热管的同一端。

优选，所述空气入口管箱和空气出口管箱分别与空气入口总集箱和空气出口总集箱通过承插式快接接头或卡套结构连接。

所述内置式空气预热器还可以包括定距板，该定距板穿设在所述换热单元之间，用于固定各换热单元之间的距离。

根据本发明的另一个方面，提供一种CO锅炉，用于处理催化裂化工艺中催化剂再生产生的再生烟气，该CO锅炉包括：炉膛、设置在炉膛底部的燃烧器、设置在炉膛下游的烟道、以及与烟道结合的产汽单元，所述燃烧器接收燃料和助燃空气进入其中并燃烧，所述炉膛接收再生烟气和助燃空气进入其中并焚烧，再生烟气燃烧产生的焚烧烟气经由所述产汽单元从烟道被排出，其中，所述CO锅炉还包括内置在位于产汽单元下游的烟道中的空气预热器，用于回收焚烧烟气的余热来预热助燃空气，其中，所述空气预热器为如权利要求1-10中任一项所述的内置式空气预热器，所述烟道与空气预热器之间的空间形成供焚烧烟气流动通过的烟气流道，所述空气预热器的空气出口管通往所述燃烧器和炉膛中的至少一者。

在一些情况下，所述位于产汽单元下游的烟道可以沿竖直方向延伸，并具有沿一水平方向开口的烟道出口，此时，优选所述空气预热器设置在正对烟道出口的位置处，并且所述空气预热器的换热单元的扁平形状平行于所述竖直方向和所述水平方向。

优选，所述空气预热器在烟道中安装为使得所述换热管束的扁平换热管沿竖直方向延伸。

优选，所述烟道中设置有沿所述水平方向延伸的导轨，所述空气预热器设置有导轮并且通过该导轮可移动地架设在所述导轨上。

优选，所述烟道的正对所述空气预热器的换热单元的侧壁上设置有吹灰器。

优选，所述烟道的底部设置有排灰口，并且所述排灰口的侧面设置有松动风口。

根据本发明实施例的内置式空气预热器有利于合理利用空间、简化结构、有效换热以及减小烟气阻力。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示意性示出了根据本发明第一实施例的CO锅炉；

图2A和2B示出了根据本发明第二实施例的内置式空气预热器；

图3示出了图2A和图2B所示空气预热器的一种变型；

图4示出了根据本发明第三实施例的内置式空气预热器；

图5示出了图4所示空气预热器的一种变型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

以下首先参照图1介绍根据本发明第一实施例的CO锅炉10。

如图1所示，CO锅炉10包括炉膛12、设置在炉膛12底部的燃烧器11、设置在炉膛12下游的烟道13、以及与烟道13结合的产汽单元14。燃烧器11具有接收燃料的燃料入口11a，供给给燃烧器11的燃料与助燃空气在燃烧器11中混合后点燃，从而加热炉膛12。来自催化剂再生装置的含有CO的再生烟气通过烟气入口12a被送入CO锅炉10的炉膛12，并在炉膛12中与助燃空气混合并焚烧。焚烧产生的焚烧烟气进入烟道13，流经产汽单元14，产汽单元14中发生换热并产生蒸汽，并且焚烧烟气温度降低。产汽单元14可以为过热器、蒸发器、省煤器中的任一种或多种的组合。通常，产汽单元14可以使焚烧烟气的温度降低至200℃左右。

根据本实施例，CO锅炉10还包括内置在位于产汽单元14下游的烟道13中的空气预热器100，用于回收焚烧烟气的余热来预热助燃空气。空气预热器100为内置式空气预热器，这将在下文中更加具体地介绍。烟道13与空气预热器100之间的空间形成供焚烧烟气流动通过的烟气流道。如图所示，空气预热器100的空气出口通往燃烧器11。应该理解的是，根据CO锅炉的不同构造，助燃空气也可以被直接送入炉膛12或同时送入燃烧器11和炉膛12，而本发明在此方面并不受限制。

焚烧烟气经过空气预热器100，与其内的助燃空气换热，降温后的烟气从烟道13的烟道出口15排出，并可以送往烟气脱硫装置20进行脱硫处理。烟气脱硫装置20可以为任意适合的脱硫装置，例如可以为湿法脱硫装置，本发明在此方面不受限制。

通过内置的空气预热器100，CO锅炉10可以回收烟气余热，来预热CO锅炉的燃烧空气，显著减少燃料用量，提高炉效率。此外，可以缓解脱硫装置中的降温工作，尤其是对于湿法脱硫装置而言，大大降低了水耗能耗，实现节能减排。

而且，内置在CO锅炉10烟道中的空气预热器100有助于充分利用CO锅炉10的空间，减少了CO锅炉10与烟气脱硫装置20之间的管道的改造。另外，如上所述，由于直接利用烟道13与空气预热器30B之间的空间作为烟气流道，所以相比于外置的空气预热器而言，简化了空气预热器的构造(省去了构造烟气流道的结构部分，例如空气预热器外罩)。

此外，根据本实施例，如图1所示，CO锅炉10的位于产汽单元14下游的烟道13可以构造为沿竖直方向延伸，并具有沿一水平方向开口的烟道出口15。空气预热器100设置在正对烟道出口15的位置处。这有助于空气预热器100在烟道13中的安装、拆卸和维护。

可选地，如图1所示，可以在烟道13中设置沿所述水平方向延伸的导轨18，并且沿着该导轨18可移动地架设空气预热器100。

为提高换热效果，在空气预热器管束上端可以设置烟气导流装置16。烟气导流装置16例如可以包括多个弧形板片，其主要作用为引导烟气均匀进入空气预热器100的各个换热单元，强化换热效果。

空气预热器100的换热单元对应的烟道13侧壁上可以设置吹灰器19，用于清除空气预热器100的积灰。此外，烟道的底部可以设置排灰口17，并且为提高排灰效率，排灰口17的侧面可以设置松动风口17a。

以下将结合图2至图5更加详细地介绍可用于根据本发明第二实施例的内置式空气预热器100的结构。空气预热器100可以应用于如以上参照图1介绍的根据本发明第一实施例的CO锅炉。

图2A示出了空气预热器100的正视图，图2B示意性地示出了沿图2A所示空气预热器100的中间位置剖切得到的剖视图。

如图2A和2B所示，空气预热器100包括：空气入口总集箱110a、空气出口总集箱110b和彼此并排地布置且并联地连接在空气入口总集箱110a和空气出口总集箱110b之间的若干个换热单元120(见图2B)。空气入口总集箱110a设置有空气入口111；空气出口总集箱110b设置有空气出口112。每个换热单元120具有扁平形状并且包括换热管束130。换热管束130包括空气入口管箱131a、空气出口管箱131b和连接在空气入口管箱131a与空气出口管箱131b之间的若干个扁平换热管132。如图2B中更清楚地显示的，每个换热单元120中的该若干个扁平换热管132沿其横截面的长边方向排成一列。

在优选示例中，扁平换热管132的横截面的长宽比大于或等于10。具有如此大长宽比的横截面的换热管132能有效提高换热效率，并有利于进一步减小对烟气的阻力。更优选地，扁平换热管132为具有长宽比大于10的矩形截面的板管换热管。

在图2A所示示例中，每个换热单元120包括一个换热管束130，换热管束130的空气入口管箱131a和空气出口管箱131b分别与空气入口总集箱110a和空气出口总集箱110b连接。该连接可以是焊接等不可拆卸式连接，也可以是例如通过承插式快接接头或卡套结构实现的可拆卸式连接。

CO锅炉10所需的助燃空气通过空气入口111进入空气入口总集箱110a，空气入口总集箱110a将空气分配给连接在其上的各个换热单元120的空气入口管箱131a，从而空气进入各换热管132并与烟气换热。换热后的空气进入换热单元120的空气出口管箱131b，进一步进入空气出口总集箱110b，由空气出口112输送至CO锅炉10的燃烧器11和/或炉膛12，然后与燃料混合后进入CO锅炉燃烧。

如图2B所示，空气入口管箱131a和空气出口管箱131b分别由扁平管构成，并且该扁平管的横截面的短边方向设置为与扁平换热管132的横截面的短边方向一致。

返回参照图1，优选空气预热器100的换热单元120的扁平形状(平行于图2A的纸面平面方向)平行于竖直方向和烟道出口15所朝向的水平方向。由于焚烧烟气经过产汽单元14之后首先沿竖直方向从上向下流动，然后在到达烟道末端时偏转方向沿烟道出口15所朝向的水平方向流动，所以使空气预热器100的换热单元120具有扁平形状，以及使得该扁平形状平行于所述竖直方向和水平方向，都有利于减小设置空气预热器100所增加的烟气阻力，从而有利于保持CO锅炉的焚烧效率。

再次参照图2B，空气预热器100还可以包括定距板150，该定距板150穿设在换热单元120之间，用于固定各换热单元120之间的距离。这样有利于增强空气预热器100的结构稳定性，提高使用寿命。

此外，在图2A和图2B所示空气预热器100中，空气入口总集箱110a和空气出口总集箱110b可以分别设置有排凝口113和114，用于将空气携带的由于冷凝所产生的水排出。

图3示出了图2A和图2B所示空气预热器的一种变型。图3所示的空气预热器与图2A和图2B所示空气预热器基本上相同，不同之处主要在于用于安装空气预热器的导轮160水平布置，使得空气预热器在安装到CO锅炉10中时，换热管束130的扁平换热管132沿竖直方向延伸。

尽管图3仅示出空气预热器100，但是应该理解，本申请意图覆盖安装有该空气预热器100的CO锅炉。具体而言，本申请意图覆盖这样一种CO锅炉，该CO锅炉具有与图1所示CO锅炉10基本相同的结构，不同之处在于，空气预热器100在烟道中安装为使得换热管束130的扁平换热管132沿竖直方向延伸。

由于空气入口管箱131a和空气出口管箱131b用于连接多个换热管132，而且汇集换热管132中的空气，所以空气入口管箱131a和空气出口管箱131b相比于换热管132具有更大的横截面短边尺寸。换句话说，前者比后者具有更大的厚度。这就造成了烟气在垂直于空气入口管箱131a和空气出口管箱131b流动时受到的阻力要大于在垂直于换热管132流动时受到的阻力。另一方面，CO锅炉的烟道常见的一个特点是，烟道13竖直延伸部分的截面积比烟道出口15的截面积大很多，所以空气预热器在水平方向带来的阻挡要比在竖直方向的阻挡对烟气产生更大的阻力。综合考虑空气预热器100的构造和烟道13的构造，将空气预热器100安装为使得换热管132沿垂直方向延伸，有利于减小在水平方向对烟气的阻力，从而有利于提高烟机效率。

尽管图2A和图2B中示出，空气预热器100的每个换热单元120包括一个换热管束130，但是本发明并不限于此。图4示出了根据本发明第三实施例的内置式空气预热器，该空气换热器中每个换热单元120可以包括两个换热管束130。

具体而言，如图4所示，一个换热单元120可以包括两个换热管束130，这两个换热管束130通过彼此相邻的空气入口管箱131a和空气出口管箱131b串联连接，并且位于两个换热管束130的两个末端的空气入口管箱131a和空气出口管箱131b分别与空气入口总集箱110a和空气出口总集箱110b连接。相邻的空气入口管箱131a和空气出口管箱131b可以通过焊接等方式不可拆卸地连接，也可以例如通过承插式快接接头或卡套结构实现可拆卸式连接。空气入口管箱131a和空气出口管箱131b分别与空气入口总集箱110a和空气出口总集箱110b的连接也可以是不可拆卸连接或可拆卸连接。

图5示出了图4所示空气预热器的一种变型，其中，一对彼此相邻的空气入口管箱和空气出口管箱是一体形成的，即由同一管箱131c构成。

本领域技术人员应该理解，尽管以上参照图4和图5以一个换热单元120包括两个换热管束130为例进行说明，但是本发明并不限于换热管束的具体数量，而是可以例如以图4和图5所示的换热管束130为单元根据使用的需要来对换热单元进行扩展，使之包括两个以上的换热管束。

此外，空气预热器100的换热元件的材质选用耐腐蚀、耐高温、导热优良的金属或非金属。优先选用抗烟气露点腐蚀的合金(例如不锈钢)或陶瓷、玻璃等材质。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。