应用于石化加热炉上的智能相变换热系统的制作方法

本发明涉及烟气余热回收技术领域，具体涉及一种应用于石化加热炉上的智能相变换热系统。

背景技术：

石化加热炉是炼油和石化生产装置的主要设备之一，是炼油和石化生产装置的耗能大户，同时还对环境产生污染的主要污染源。石化加热炉使用的燃料油或气体燃料中均含有硫，燃烧时通常会产生硫氧化物，硫氧化物与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽。当石化加热炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点(称为酸露点)，就会在其表面形成液态硫酸(称为结露)。长期以来，空气预热器的尾部受热面由于结露而引起的腐蚀时常发生，难以避免；以至于目前在石化加热炉设计时不得不通过提高排烟温度或使用传热极差的非金属材料(如搪瓷管)来缓解结露和腐蚀现象的产生，并没有从根本上解决问题。而单纯提高排烟温度又势必造成大量低温能源的浪费，无法进一步回收。

一般常用的换热器为管式换热器，其金属受热面最低壁面温度与热流体排放温度之间大致处于一种倍数关系，即排烟温度为140℃时相应的最低壁温仅为70℃左右。该热管换热器的壁温只能作为校核温度，也就是说，当运行工况因运行需要必须进行调整时，即便知道必然会发生低温腐蚀也无法避免，没有任何办法直接对壁温进行调整控制。

智能相变换热器技术的研发和应用，突破性的解决了上述技术问题。智能相变换热器技术的技术核心和创新在于换热器壁温整体可控可调。在充分发挥相变潜热的热传导的优势下，灵活配置换热器的不同部分，一方面满足最低壁温高于烟气酸露点的要求；另一方面充分发挥相变传热的高效性，使壁温与排烟温度维持较小的温差。在保证受热面不结露的前提下降低排烟温度，“最大幅度”有效地进行降温节能、提高热效率和防腐能力。专利cn201010527948.4、cn201210447265.7、cn201110177653.3等均公开了气液换热器的相变换热系统的应用，但是现有技术的相变换热系统通过多路补气补液维持换热器的稳定，其结构复杂，同时由于水在受热管内发生沸腾时状态不稳定，容易发生水锤、振动的现象，且管路受热不均容易发生损坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种应用于石化加热炉的智能相变换热系统，该系统的空气预热器金属壁温始终保持在酸露点以上，在避免出现低温结露和腐蚀的同时，大幅度回收烟气低温余热。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种应用于石化加热炉的智能相变换热系统，所述系统包括空气预热器、贯通所述空气预热器的用于进烟气的烟道和用于进入预热后冷风的风道，所述系统还包括气液换热器、设于气液换热器上段的空气换热器以及设于气液换热器下段的烟气换热器，所述烟道的尾部连通所述烟气换热器，所述风道的前部连通烟气换热器；所述气液换热器下部连接有进水管，所述进水管通过电动调节阀控制水流量，所述气液换热器的内壁上还设有温度传感器。

进一步的，所述空气换热器和烟气换热器均由多根并联的密闭管排束构件构成，所述烟气换热器的排束构件底部设有水管连接至所述进水管；所述空气换热管的排束构件顶部为进气口，其通过上进气管连接所述气液换热器的蒸汽出口，其底部设有回流管与所述气液换热器连通。

其中，所述上进气管上连接有排气管，所述排气管的出口端设有闸阀。

本发明智能相变换热系统进一步的改进方案中，所述气液换热器包括柱状构造的外壳以及设于壳内的喷液构件；

所述喷液构件包括底部连通所述进水管的基座、沿所述基座向上延伸的主管以及沿主管垂直分布的若干个喷液转盘；与所述喷液转盘接口处的主管上下端通过若干连接柱连接，所述主管的上下端外壁为滑面外壁；所述喷液转盘包括与所述滑面外壁套接的旋转接头、沿旋转接头放射式分布的若干个支管以及设于支管外端的环形细管；所述旋转接与滑面外壁套接的内壁面为滑面，与所述环形细管上分布有多个喷口，所述主管通水后，在水压作用下，喷液构件绕主管的滑面外壁旋转喷液。

进一步的，所述外壳的内底面为弧形构造的溢水池，所述进水管上设有带电动调节阀的分支水管连通至所述溢水池。

进一步的，所述主管下部的内壁为内螺纹构造，所述外壳的下方设有电机，所述电机输出端设有带外螺纹的长轴，其穿入所述外壳并插入基座内；

所述长轴上套设有挡板构件，所述挡板构件包括与所述长轴外螺纹配合的丝杆连接内轴套、与所述主管的内壁内螺纹配合的环形挡板、以及连接所述丝杆连接内轴套和环形挡板的连杆；所述长轴和所述主管下部的内螺纹至少自底部向上延伸至少经过三个旋转接头。

进一步的，若干个所述喷液转盘的直径大小自底部向上依次递减，且对应环形细管上的喷口数量亦依次递减。

进一步的，所述喷口为设于环形细管的环形外侧和/或环形内侧面上。

再进一步的，所述电机为耐高温螺杆泵，其泵轴连接所述长轴。

本发明系统再一个改进的技术方案中，所述进水管前端设有水质的粗过滤设备。

另一方面，本发明应用于石化加热炉的智能相变换热系统还包括电气智控实现可控可调，具体的该所述电气智控系统包括

温度监测模块，设于所述气液换热器的内壁上的温度传感器实时采集温度信号并通过通讯总线上传至所述中控计算机；

流量监测模块,设于所述溢水池的流量感应器实时采集流量信息并通过通讯总线上传至所述中控计算机；

中控计算机，配置为接收采集的温度、流量信息，并根据接受信息向电动调节阀和挡板构件下达相关调节或开关命令，以实现相应壁温值的调节；

调控模块，包括电动调节阀和挡板构件的调节，配置为实现水流量的大小调节或开关调节；

警报模块，配置为当相应部位的温度、流量数据超过警戒范围时，发出相应的警报。

本发明应用于石化加热炉的智能相变换热系统具有如下技术效果：

1.能够在石化加热炉的设计和改造中，大幅度降低烟气的排放温度，使大量中低温热能被有效回收，产生十分可观的经济效益。

2.在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度始终高于酸露点，从根本上避免了结露腐蚀和由此发生的堵灰，大幅度降低设备的维护成本。

3.通过电动调节阀和挡板构件的设计，保证换热器金属受热面最低壁面温度处于可控可调状态，使智能相变换热器具有相当幅度的调节能力，使排烟温度和壁面温度保持相对稳定，并能适应石化加热炉的燃料品种以及负荷的变化。

4.气液换热效率相较现有技术得到大大的提升，且在热管换热器具有更为高效传热特性的同时，通过适时排放不凝气体有效解决相变换热器可能出现的老化问题，同时解决水锥、振动、管路受损的技术问题，大大延长设备的使用寿命。

5.智能相变换热器为分体式结构，增加了安装的灵活性，适应空间范围广，因系统的可靠性，维护低成本。

附图说明

图1为本发明应用于石化加热炉的智能相变换热系统的一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明应用于石化加热炉的智能相变换热整体装置的一种实施方式的结构示意图；

图3为本发明气液换热器的一种实施方式的结构示意图；

图4为本发明气液换热器的喷液转盘的一种实施方式的结构示意图；

图5为本发明气液转换器的喷液转盘与主管连接处的结构示意体图；

图6为本发明气液转换器；

图7为本发明智控部分的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参考附图对本发明的实施例进行描述。参见图1，本发明第一个发明在于一种应用于石化加热炉的智能相变换热系统，所述系统包括空气预热器1、贯通所述空气预热器1的用于进烟气的烟道2和用于进入预热后冷风的风道3，其特征在于，所述系统还包括气液换热器4、设于气液换热器4上段的空气换热器5以及设于气液换热器4下段的烟气换热器6，所述烟道2的尾部连通所述烟气换热器6，所述风道3的前部连通烟气换热器5；所述气液换热器4下部连接有进水管7，所述进水管7通过电动调节阀70控制水流量，所述气液换热器4的内壁上还设有温度传感器40。

具体的换热过程如图2所示，所述空气换热器5和烟气换热器6均由多根并联的密闭管排束构件构成，所述烟气换热器6的排束构件底部设有水管连接至所述进水管7；所述空气换热管5的排束构件顶部为进气口，其通过上进气管50连接所述气液换热器4的蒸汽出口，其底部设有回流管与所述气液换热器4连通。所述上进气管50上连接有排气管51，所述排气管51的出口端设有闸阀52。

本发明将烟气换热器回收的烟气热量用于加热气液换热器内部循环水形成饱和蒸汽，饱和蒸汽经过上升管进入冷风入口处的空气换热器的冷风，将其预热至80℃左右后进入空气预热器，使得空气预热器最终出口热风温度达到200℃左右，换热后蒸汽凝结成水沿下降管回到烟气换热器。排烟温度可以从高温下降到高于设定的最低壁温10-30度。同时吸热段受热面的设计最低壁面温度高于燃料酸露点温度，并保留一定调节余量，从而保证换热器不结露、不积灰、不腐蚀。

当然，该处的方案还通过电气自控设计实现智能相变换热器的数据采集控制。现场采用热电组如温度传感器等仪表作为采集终端，将温度，流量等信号采集到中控室计算机及用户原来dcs上，并可通过计算机或人机界面设置控制参数，包括壁温控制值，闭环控制参数等；以确保壁温处于控制范围内。该实施例中智能相变换热系统准确采集烟道，水管的温度，流量，实现无人自动运行。

本发明第二发明点还在于对气液换热器的改进，图3示出了本发明气液换热器的一种实施方式。具体的，所述气液换热器4包括柱状构造的外壳41以及设于壳内的喷液构件。需要说明的是，该处所述的外壳41的柱状构造并非对其具体结构的限定，该柱状构造为本发明的优选方案，当然在其他构造，如球形、椭圆球形等构造中也可实现本发明的技术内容。

图3-图5所示，所述喷液构件包括底部连通所述进水管7的基座43、沿所述基座43向上延伸的主管44以及沿主管44垂直分布的若干个喷液转盘45；与所述喷液转盘45接口处的主管44上下端通过若干连接柱441连接，所述主管44的上下端外壁为滑面外壁442；所述喷液转盘45包括与所述滑面外壁442套接的旋转接头451、沿旋转接头451放射式分布的若干个支管452以及设于支管452外端的环形细管453；所述旋转接头451与滑面外壁442套接的内壁面为滑面，与所述环形细管453上分布有多个喷口454，所述主管44通水后，在水压作用下，喷液构件绕主管44的滑面外壁442旋转喷液。

使用时，喷液构件通水，水压设定一般较高，在水压冲击下，水流自底部基座内流入，经主管向各个支管流动，流至环形细管后经多个喷口喷出；由于管内水压较高，旋转接头极易发生转动，其带动所述环形细管旋转，将喷口的水旋转喷射而出，从而使喷口处的水与高温烟气充分接触，发生高效热交换。而另一方面，本发明主管与支管的构造相较于现有技术，扩大了管内水与高温烟气的接触面，受热更为均匀，进一步提高效率；该构造避免了因水发生沸腾时状态不稳定发生的水锤、振动的现象。

在一些改进的实施例中，为保证喷口处的水在水流量小的情况下维持喷射状态，还对主管内构造进行了改进。如图6所示，所述主管44下部的内壁为内螺纹构造，所述外壳41的下方设有电机8，所述电机8输出端设有带外螺纹的长轴80，其穿入所述外壳41并插入基座43内。

所述长轴80上套设有挡板构件81，所述挡板构件81包括与所述长轴80外螺纹配合的丝杆连接内轴套810、与所述主管44的内壁内螺纹配合的环形挡板811、以及连接所述内轴套810和环形挡板811的连杆812；所述长轴和所述主管44下部的内螺纹至少自底部向上延伸至少经过三个旋转接头451。

当水流量较小时，通过电机驱动长轴转动，长轴带动丝杆连接内轴套发生轴向移动，即挡板构件81发生轴向移动，其上移将旋转接头处的主管通口(即与所述支管连通的通口)挡住，使管内水流直接通过至上方的通口，减少分流，从而保持足够的水压。

需要说明的是，本发明若干个所述喷液转盘45的直径大小自底部向上依次递减，且对应环形细管453上的喷口454数量亦依次递减。

所述喷口454为设于环形细管454的环形外侧和/或环形内侧面上，以扩大喷口喷射面。所述电机8为耐高温螺杆泵，其泵轴连接所述长轴80。

在本发明的另一些实施例中，图6所示，所述外壳41的内底面为弧形构造的溢水池46，所述进水管7上设有带电动调节阀的分支水管460连通至所述溢水池46。

而在另一实施例中，所述进水管7前端设有水质的粗过滤设备9，用于将大分子颗粒、杂志过滤，以便更好的进入细管。

基于第二个发明点，本发明应用于石化加热炉的智能相变换热系统还包括电气智控部分，所述电气智控部分包括中控计算机10，与中控计算机10相通信的温度监测模块11、流量监测模块12、调控模块13以及警报模块14。

具体的，温度监测模块11，设于所述气液换热器4的内壁上的温度传感器40实时采集温度信号并通过通讯总线上传至所述中控计算机10。

流量监测模块12设于所述溢水池46的流量感应器实时采集流量信息并通过通讯总线上传至所述中控计算机10。

中控计算机10配置为接收采集的温度、流量信息，并根据接受信息向电动调节阀70和挡板构件81下达相关调节或开关命令，以实现相应壁温值的调节。

调控模块13包括空气换热器的进风量、进水管的电动调节阀70和主管的挡板构件81的调节，配置为实现水流量的大小调节或开关调节。

警报模块14配置为当相应部位的温度、流量数据超过警戒范围时，发出相应的警报。

本发明智能相变换热器的相变上段的空气换热器和相变下段的烟气换热器并联的多根联通的管排束具备高传热性能高传热效率的传热组件，在密闭的常压以上的压力范围内(0.1‐0.2mpa),工质软化水相变潜热传递热量。该系统通过调整智能相变换热器热端冷凝速率，即连续调节吸收热端热量的冷却风量(连续调节风或水旁路系统开度)，使得智能相变换热器并联的所有管壁内工质的饱和水压力得到改变，从而影响了饱和水温度，以及和其平衡的壁温。随着煤种中硫份和水份的变化，排烟露点是变化的，连续调节吸收热端热量的冷却风量，将使壁温始终动态跟踪在酸露点之上，排烟温度可以降到很低，仅高于露点温度10-15℃。此外，本发明电气质控部分实现可控可调，能够始终控制在酸露点温度以上，从机理上根本解决设备腐蚀。同时由于最低壁面温度在酸露点温度以上，所以不会产生结露性堵灰。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。