一种具有脱硝功能的复合式空气预热器的制作方法

本发明涉及石化行业加热炉烟气余热回收及氮氧化合物脱除技术领域，特别涉及一种集换热、脱硝多功能一体化的复合式空气预热器。

背景技术：

随着炼化企业对节能减排工作的不断重视，高温烟气的余热回收成为节能的重要措施，而回收热能后的烟气排放温度也越来越低，烟气低温酸露腐蚀问题也日益突显。常规的板式、管式预热器在烟气的低温换热段往往会受到其酸露点的制约，当换热壁温低于烟气酸露点温度时壁面上会凝结产生酸液，会腐蚀预热器金属部件，大大缩短了预热器的寿命，并提高了工业生产成本；排放到空气中的氮氧化合物是造成雾霾和酸雨的主要污染源之一，随着国家对大气污染治理力度的不断加强，对氮氧化合物的排放指标越来越严格，因此降低排放烟气中氮氧化合物浓度的相关研究及措施得到了越来越多的关注。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种具有脱硝功能的复合式空气预热器，该预热器能脱除烟气中的氮氧化合物，并且利用不同温度段的铸铁板排形成多个温度段的组合，实现全温段的换热。

一种具有脱硝功能复合式空气预热器，该预热器采用三种不同空气侧翅片密集度的铸铁板排控制冷热气体两侧的换热系数，以达到控制壁温实现空气与烟气间的换热目的；在铸铁板翅片无法控制酸露形成的低温段使用玻璃管预热器进行换热；铸铁板排的烟气侧的表面设有脱硝催化剂，烟道中通过喷氨管路喷入氨气与烟气进行混合，混合烟气中的氮氧化合物和氨气在催化剂的作用下产生反应，生成对大气无污染的氮气和水。

进一步地，所述三种不同空气侧翅片密集度的铸铁板排分别为高温段铸铁板排、中温段铸铁板排和低温段铸铁板排，预热器还包括主体框架、保温层和折流板；

所述高温段铸铁板排、中温段铸铁板排和低温段铸铁板排为前后贯通的矩形壳体结构，其外表面具有沿竖直方向的竖翅片，壳体结构内部形成空气通道；高温段铸铁板排和中温段铸铁板排的内表面具有水平方向的横翅片，高温段铸铁板排的横翅片的密度大于中温段铸铁板排，低温段铸铁板排的内表面无翅片；所述高温段铸铁板排、中温段铸铁板排、低温段铸铁板排和玻璃管预热器由高到低竖直安装在主体框架上，高温段铸铁板排、中温段铸铁板排、低温段铸铁板排和玻璃管预热器的侧面填充保温层，所述折流板安装在两两相邻部件的空气通道处，玻璃管预热器的一端为空气入口，另一端对应折流板，玻璃管预热器的下方为烟气出口，所述高温段铸铁板排的一端对应折流板，另一端为空气出口，高温段铸铁板排的上方为烟气入口，烟气通过高温段铸铁板排、中温段铸铁板排和低温段铸铁板排的竖翅片间的间隙及玻璃管预热器中玻璃管之间的间隙沿竖直方向从烟气出口排出；空气经玻璃管预热器的空气入口进入，到达另一端的折流板，经折流后进入低温段铸铁板排的一端，从另一端流出后折入中温段铸铁板排，最后经高温段铸铁板排空气出口流出。

进一步地，所述高温段铸铁板排、中温段铸铁板排和低温段铸铁板排的数量根据换热需要选择一组或一组以上，铸铁板排的烟气侧表面的脱硝催化剂由上至下连续设置。

进一步地，不同温段铸铁板排根据控制金属壁面温度的需要组合实现可控的温升变化。

进一步地，所述脱硝催化剂通过粘接剂粘接在铸铁板排烟气侧的表面，使用粘合剂可以高效的将脱硝催化剂粘合在换热板上。

进一步地，所述高温段铸铁板排、中温段铸铁板排和低温段铸铁板排分别由两组呈镜像对称的高温段铸铁板、中温段铸铁板和低温段铸铁板组成，所述高温段铸铁板、中温段铸铁板和低温段铸铁板的外侧面均加工有沿竖直方向的竖翅片；高温段铸铁板、中温段铸铁板的内表面加工沿水平方向的横翅片，高温段铸铁板上横翅片的密度大于中温段铸铁板；高温段铸铁板、中温段铸铁板和低温段铸铁板的两端均加工有密封槽，对应的连接面上加工连接孔，高温段铸铁板、中温段铸铁板和低温段铸铁板通过连接孔两两对接后形成两端开放的矩形结构组件，矩形结构组件上形成封闭的密封槽，密封槽内装入密封条来实现空气通道和烟气通道的密封；两个矩形结构组件通过两端的连接孔固定连接后分别形成高温段铸铁板排、中温段铸铁板排和低温段铸铁板排。

进一步地，所述密封条采用陶瓷纤维条。

进一步地，所述玻璃管预热器包括安装板、密封板、密封环和玻璃管；所述安装板和密封板固定在一起，所述玻璃管通过密封环与安装板和密封板上的安装孔实现密封安装，使得带有压力的烟气通过玻璃管外壁时不产生气体泄露。

有益效果：

1、本发明采用铸铁板与玻璃管预热器的组合形式，通过三种不同齿形变化的铸铁板的板排与玻璃管段预热器的组合，能够有效的控制空气流经的各阶温段温度变化的壁温，实现了换热器的全温段的金属壁面温度可控换热；在铸铁板排的烟气侧的表面设有脱硝催化剂，通过向进烟管路中喷入氨气，实现对烟气的脱硝处理，有效地降低了烟气对大气的污染。

2、本发明通过铸铁板与玻璃管组合的应用使得换热器换热效率大幅提高，烟气温度可以控制的更低，减少了温度损失，提高了能源转换效果，减少了能源浪费。

3、本发明在烟气流经的低温段采用了玻璃管代替了传统金属材料，在烟气通流的过程中，能有效的避免预热器内部因温度变化大而出现的低温凝露导致材料腐蚀的问题。

4、本发明利用了铸铁板光滑的与烟气流动方向一致的内侧翅片和玻璃管表面光滑不易附着灰尘的特性，实现了内部烟气流经各温段时，铸铁板光滑的内侧翅片和玻璃管外表面对灰尘结垢能有效去除。

5、本发明通过铸铁板与玻璃管组合的应用，使用寿命比其它传统的换热器大幅延长，并且大幅的减轻了换热器的总重量。

6、本发明通过铸铁板与玻璃管组合的应用，通过铸铁板高温段、铸铁板中温段、铸铁板低温段、玻璃管低温段多个温度段的不同安装组合，结构形式安装简单，预热器不易失效，容易实现后期的局部修理以及系统大修；使产品维修以及局部修理容易实现。

7、本发明利用陶瓷纤维条作为密封条对铸铁板连接间隙有效的填充，保证铸铁板间连接的缝隙充分密封，在保证烟气和空气回路完全气密的情况下，能够吸收因温度变化造成的连续铸铁板排间的任何微小的膨胀与收缩，吸收金属板间的热膨胀，避免了预热器内部产生的难以调整控制的应力与间隙，保证换热器能够可靠工作和达到高效的换热。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图(主视图+左视图)；

图2为本发明的高温段铸铁板排安装示意图；

图3为本发明的中温段铸铁板排安装示意图；

图4为本发明的低温段铸铁板排安装示意图；

图5为本发明的玻璃管段安装示意图；

图6为本发明的高温段铸铁板零件图；

图7为本发明的中温段铸铁板零件图；

图8为本发明的低温段铸铁板零件图；

其中，1-进烟管路、2-出烟管路；5-冲洗水管；6-玻璃管预热器；7-主体框架；8-保温层；9-高温段铸铁板排；10-中温段铸铁板排；11-低温段铸铁板排；13-高温段铸铁板；14-连接螺栓；15-螺母；16-垫圈；17-密封条；18-中温段铸铁板；19-低温段铸铁板；20-玻璃管安装板；21-玻璃管；22-密封环；23-密封板；24-横翅片；25-竖翅片；26-密封槽；27-加强筋、28-连接孔；31-空气入口管路、32-空气出口管路；35-折流板；41-喷氨管路；42-喷氨格栅。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种复合式空气预热器，该预热器包括进烟管路1、出烟管路2、主体框架5、高温段铸铁板排9、中温段铸铁板排10、低温段铸铁板排11、玻璃管预热器6、保温层8、折流板35和冲洗水管5；

两组高温段铸铁板排9、两组中温段铸铁板排10、一组低温段铸铁板排11和玻璃管预热器4由高到低竖直安装在主体框架5上，冲洗水管5安装在玻璃管预热器6和低温段铸铁板排11之间，两组高温段铸铁板排9和中温段铸铁板排10中，位于上方的一组在铸铁板排的烟气侧的表面设有脱硝催化剂；

高温段铸铁板排9、中温段铸铁板排10、低温段铸铁板排11和玻璃管预热器6的侧面填充保温层8，折流板35安装在两两相邻部件的空气通道处，玻璃管预热器6的一端为空气入口，连接有空气入口管路31，另一端对应折流板35，玻璃管预热器6的下方为烟气出口，连接有出烟管路2，高温段铸铁板排9的一端对应另一块折流板7，另一端为空气出口，连接有空气口管路32，高温段铸铁板排9的上方为烟气入口，连接有进烟管路1，进烟管路1的入口端安装喷氨管路41和喷氨格栅42，烟气通过高温段铸铁板排9、中温段铸铁板排10和低温段铸铁板排11的竖翅片间的间隙及玻璃管预热器6中玻璃管之间的间隙沿竖直方向从出烟管路2排出；空气经玻璃管预热器6的空气入口进入，到达另一端的折流板35，经折流后进入低温段铸铁板排11的一端，从另一端流出后折入中温段铸铁板排2，最后经高温段铸铁板排9从空气口管路32流出。

如附图2、3和4所示，高温段铸铁板排9、中温段铸铁板排10和低温段铸铁板排11为前后贯通的矩形壳体结构，其外表面具有沿竖直方向的竖翅片25，壳体结构内部形成空气通道；高温段铸铁板排和中温段铸铁板排的内表面具有水平方向的横翅片24，高温段铸铁板排9的横翅片24的密度大于中温段铸铁板排10，低温段铸铁板排11的内表面无翅片。

如附图6、7和8所示，高温段铸铁板排9、中温段铸铁板排10和低温段铸铁板排11分别由两组呈镜像对称的高温段铸铁板13、中温段铸铁板18和低温段铸铁板19组成，高温段铸铁板、中温段铸铁板和低温段铸铁板的外侧面均加工有沿竖直方向的竖翅片25；高温段铸铁板、中温段铸铁板的内表面加工沿水平方向的横翅片24，高温段铸铁板上横翅片的密度大于中温段铸铁板；高温段铸铁板、中温段铸铁板和低温段铸铁板的两端均加工有密封槽26，对应的连接面上加工连接孔28，高温段铸铁板13、中温段铸铁板18和低温段铸铁板19两两对接后形成两端开放的矩形结构组件，通过连接孔28以及连接螺栓14、螺母15和垫圈16固定连接在一起，矩形结构组件上形成封闭的密封槽26，密封槽内装入密封条来实现空气通道和烟气通道的密封；两个矩形结构组件通过两端的连接孔28以及连接螺栓14、螺母15和垫圈16固定连接后分别形成高温段铸铁板排1、中温段铸铁板排2和低温段铸铁板排3。

为了增加连接强度，高温段铸铁板13、中温段铸铁板18和低温段铸铁板19在长度方向的连接部位上铸造有三角形的加强筋27.

如附图5所示，玻璃管预热器6包括安装板20、密封板23、密封环22和玻璃管21；密封板23的材料采用聚四氟乙烯。

安装板20与密封板23用拉铆钉固定后，开好孔的安装板20与密封板23对齐后，将密封板23开孔；将密封环22穿过并装卡固定于互为镜像的安装板20与密封板23之间；将玻璃管21穿过两侧的密封环22，使其达到玻璃管21与两侧的密封环22、密封环22与密封板23、密封板23与安装板21之间的紧密接触达到整体密封；使得带有一定压力的烟气通过玻璃管21外壁时不产生气体泄露；玻璃管21两端部与空气通道相连接。

换热工作原理：高温烟气由进烟管路1进入本复合式预热器，高温烟气垂直向下，依次流经高温段铸铁板排9的各铸铁板的竖翅片25内翅壁、中温段铸铁板排10的各铸铁板的烟气侧竖翅片25内翅壁、低温段铸铁板排11的各铸铁板的烟气侧竖翅片内翅壁、玻璃管段预热器6的各玻璃管21的管外壁后，由出烟管路2流出，进入低温烟气管道后待进一步处理。高温段铸铁板排9的铸铁板的竖翅片25将吸收高温烟气的热量传导到外侧的横翅片24，实现在最大的传热面积下将热量传导到外侧的空气中并将流经横翅片24的空气加热；中温段铸铁板排10的铸铁板的竖翅片25将吸收经过高温段铸铁板排1降温后的烟气的热量传导到空气侧的横翅片24，实现在最大的传热面积下将热量传导到外侧的空气中并将流经横翅片24的空气加热；低温段铸铁板排11的铸铁板的竖翅片25将吸收经过中温段铸铁板排10降温后的烟气热量传导到横翅片24，实现在最大的传热面积下将热量传导到外侧的空气中并将流经横翅片24的空气加热；经过低温段铸铁板排11降温后的烟气温度接近露点温度，低温烟气流经玻璃管段预热器6后将余热传导到玻璃管21内测的空气中，对流经玻璃管21的空气继续加热，完成了高温烟气的降温过程。经过三次降温的烟气温度控制在要求范围内，最大限度的将余热回收，减少能量的损失。

低温空气由空气入口管路31依次流经玻璃管预热器6的各玻璃管21内壁后流出，进入低温段铸铁板排11的空气入口侧，流经低温段铸铁板排11的无翅片的空气流道，由低温段铸铁板排11的出口侧流出，通过折流板35折流后进入中温段铸铁板排10的空气入口侧，流经中温段铸铁板板排10的各铸铁板的横翅片24后，由中温段铸铁板板排10的出口侧，通过折流板35进入高温段铸铁板排9的空气入口侧，流经高温段铸铁板板排9的各铸铁板的空气侧横翅片24，经空气出口管路32进入到外部的高温空气管道。

流经复合预热器的空气温度变化情况：

空气的温度变化与高温烟气降温相反，流经玻璃管预热器6的玻璃管内壁的空气被加热后进入低温段铸铁板排11后，被流经低温段的烟气加热后的铸铁板的空气侧板加热；被加热后的空气沿空气通道进入到中温段铸铁板排10；被流经中温段的烟气加热后的铸铁板的横翅片24继续加热；被加热后的空气沿空气通道继续进入到高温段铸铁板排9，继续被高温段铸铁板13的横翅片24加热，被多次加热的高温空气经空气出口管路32进入高温空气管道，完成了低温空气被加热的过程。通过对铸铁板高温段、铸铁板中温段、铸铁板低温段、玻璃管低温段多个温度段的不同组合以及铸铁板上横翅片密度的大小控制，实现完成全温段的换热。

脱硝原理：氨通过喷氨格栅42均匀喷入进烟管路1，混合后的烟气中的氮氧化合物与氨充分接触，通过设有脱硝催化剂的高温段铸铁板排9和中温段铸铁板排10后转化成氮气和水。其中，高温段脱硝铸铁翅片上涂覆的催化剂高活性反应温度区间分别是200-450℃；中温段脱硝铸铁翅片上涂覆的催化剂高活性反应温度区间分别是160-200℃。经过脱硝及换热后的烟气通过出烟管路2排出，经过换热的空气通过空气出口管路32排出。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。