一种燃料加热炉余热回收利用方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种燃料加热炉余热回收利用方法及系统，该系统包括：蓄热烟气回收箱，第一四通换向阀，第二四通换向阀，驱动气缸，PLC，空气预热器，引风机，烟囱，加热炉，鼓风机及空气过滤器；蓄热烟气回收箱包括第一蓄热体及第二蓄热体，第一四通换向阀与第一蓄热体、第二蓄热体、空气预热器及烟囱分别连接；第二四通换向阀与第一蓄热体、第二蓄热体、空气预热器及鼓风机分别连接；第一四通换向阀及第二四通换向阀分别连接驱动气缸；驱动气缸在PLC控制下改变第一四通换向阀及第二四通换向阀的相位。本发明可以回收低温烟气余热，同时消除空气预热器的露点腐蚀。
【专利说明】一种燃料加热炉余热回收利用方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明是关于石油化工技术，特别是关于燃料加热炉的余热回收技术，具体的讲，是关于一种燃料加热炉余热回收利用方法及系统。
【背景技术】
[0002]燃料加热炉是石油化工行业的主要设备，其能耗占比达企业用能40%左右，加热炉的余热一般采用空气预热器加以回收。如图1所示，由于传统的余热回收系统技术设备条件约束，余热回收后的最终排烟温度仍然高达140?260°C不等，造成能源的浪费和环境污染。并且空气预热器的内空气盘管的露点腐蚀现象严重，需要经常检修和更换，运行时还要回抽一部分已预热的空气预混，以提高进口空气温度，减少露点腐蚀。另外，原烟气回收后预热的空气温度一般仍然偏低，增加了燃料耗量。石化企业的加热炉总量大，燃料耗量多，目前还没有相关工程技术解决该问题。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种燃料加热炉余热回收利用方法及系统，以回收低温烟气余热，同时消除空气预热器的露点腐蚀。
[0004]为了实现上述目的，本发明提供一种燃料加热炉余热回收利用系统，所述的系统包括:蓄热烟气回收箱，第一四通换向阀，第二四通换向阀，驱动气缸，PLC，空气预热器，弓丨风机，烟?，加热炉，鼓风机及空气过滤器；所述的蓄热烟气回收箱包括第一蓄热体及第二蓄热体，所述的第一四通换向阀与第一蓄热体、第二蓄热体、空气预热器及烟?分别连接；所述的第二四通换向阀与第一蓄热体、第二蓄热体、空气预热器及鼓风机分别连接；所述的第一四通换向阀及第二四通换向阀分别连接所述的驱动气缸；所述驱动气缸在所述的PLC控制下改变所述第一四通换向阀及第二四通换向阀的相位，使得:
[0005]来自所述加热炉的高温烟气依次通过所述空气预热器的壳程及所述的第一蓄热体进入所述烟? ;冷风依次通过空气过滤器及鼓风机进入所述的第二蓄热体加热，加热后的热风通过所述的空气预热器进入所述的加热炉；或者
[0006]来自所述加热炉的高温烟气依次通过所述空气预热器的壳程及所述的第二蓄热体进入所述烟? ;冷风依次通过空气过滤器及鼓风机进入所述的第一蓄热体加热，加热后的热风通过所述的空气预热器的管程进入所述的加热炉。
[0007]进一步地，所述的PLC具体用于根据排烟温度、气体组分及流量控制所述的驱动气缸，使所述的驱动气缸驱动所述第一四通换向阀及第二四通换向阀。
[0008]进一步地，所述的驱动气缸为风动气缸。
[0009]进一步地，所述的驱动气缸为电动气缸。
[0010]为了实现上述目的，本发明还提供一种燃料加热炉余热回收利用方法，应用于上述燃料加热炉余热回收利用系统，所述的方法包括:
[0011]步骤1:控制所述第一四通换向阀及第二四通换向阀，使得来自所述加热炉的高温烟气依次通过所述空气预热器的壳程及所述的第一蓄热体进入所述烟?;冷风依次通过空气过滤器及鼓风机进入所述的第二蓄热体加热，加热后的热风通过所述的空气预热器进入所述的加热炉；
[0012]步骤2:当排烟温度、气体组分及流量满足设定的第一阈值后，控制所述第一四通换向阀及第二四通换向阀，使得来自所述加热炉的高温烟气依次通过所述空气预热器的壳程及所述的第二蓄热体进入所述烟? ;冷风依次通过空气过滤器及鼓风机进入所述的第一蓄热体加热，加热后的热风通过所述的空气预热器的管程进入所述的加热炉；当排烟温度、气体组分及流量满足设定的第二阈值后，返回步骤I。
[0013]进一步地，在所述步骤I中，当来自所述加热炉的高温烟气通过所述空气预热器的壳程时，预热所述空气预热器的管程中的空气。
[0014]进一步地，在所述步骤2中，当来自所述加热炉的高温烟气通过所述空气预热器的壳程时，预热所述空气预热器的管程中的空气。
[0015]进一步地，所述第一四通换向阀及第二四通换向阀换向时，所述第一四通换向阀及第二四通换向阀保持相位差t=f (alv);其中，I为管线长度，V为介质速率，v=f(Ql, Q2)，Ql、Q2分别为介质烟气和空气流量，a为关联系数。
[0016]在一实施例中，排烟温度、空气过剩系数及流量满足设定的第一阈值包括:排烟温度小于105°C，空气过剩系数小于1.1。
[0017]在一实施例中，排烟温度、空气过剩系数及流量满足设定的第二阈值包括:排烟温度小于105°C，空气过剩系数小于1.1。
[0018]本发明实施例的有益效果在于，国内外目前并无回收120至200度的低温烟气工艺，本发明的燃料加热炉余热回收利用系统实现了低温蓄热技术首次在石化加热炉中应用。本发明的燃料加热炉余热回收利用系统的排烟温度低于100度，大量节约燃料，降低了能源消耗。由于进入原空气预热器的空气温度的提高，解决了空气预热器的露点腐蚀问题。进入加热炉的空气温度大幅提高，改善了燃料状况和传热效率。另外，本发明的燃料加热炉余热回收利用系统不需要回流高温空气。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为原加热炉系统的结构示意图；
[0021]图2为本发明实施例燃料加热炉余热回收利用系统的结构示意图；
[0022]图3为本发明实施例燃料加热炉余热回收利用系统处于A状态时的介质流向示意图；
[0023]图4为本发明实施例燃料加热炉余热回收利用系统处于B状态时的介质流向示意图；
[0024]图5为本发明实施例燃料加热炉余热回收利用方法的流程图。【具体实施方式】
[0025]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做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。
[0026]说明书及权利要求中用以修饰组件的“第一”、“第二”、“第三”等序数词的使用本身未暗示任何优先权、优先次序、各组件之间的先后次序、或方法所执行的步骤的次序，而仅用作标识来区分具有相同名称(具有不同序数词)的不同组件。
[0027]如图2、图3及图4所示，本发明提供一种燃料加热炉余热回收利用系统，该燃料加热炉余热回收利用系统包括:蓄热烟气回收箱201，第一四通换向阀301，第二四通换向阀302，驱动气缸303，PLC，空气预热器106，引风机101，烟囱102，加热炉103，鼓风机104及空气过滤器105。
[0028]如图3所示，蓄热烟气回收箱201包括第一蓄热体304及第二蓄热体305，第一四通换向阀301与第一蓄热体304、第二蓄热体305、空气预热器106及烟? 102分别通过管道连接。
[0029]第二四通换向阀302与第一蓄热体304、第二蓄热体305、空气预热器106及鼓风机104分别通过管道连接。
[0030]第一四通换向阀301及第二四通换向阀302分别连接驱动气缸303，驱动气缸303连接着PLC (Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)(图中未示出)。PLC根据排烟温度、气体组分及流量控制驱动气缸303，使驱动气缸303驱动第一四通换向阀301及第二四通换向阀302换向。驱动气缸为风动气缸或电动气缸，具体依据现场情况，测温、控温、鼓风、排烟等操作过程，都是在PLC调节控制下自动完成的。确保了蓄热体在蓄、放热过程中的空气和排烟温度始终精确控制在设定的范围内，确保了烟气的定温排出。
[0031]驱动气缸303在PLC的控制下改变第一四通换向阀301及第二四通换向阀302的相位，使得燃料加热炉余热回收利用系统工作在A状态或者B状态下。
[0032]A状态:第一蓄热体304进烟气吸热，第二蓄热体305进冷风放热，驱动气缸303的驱动下，两个换向阀处于同一相位。来自加热炉103的高温烟气依次通过空气预热器106的壳程及第一蓄热体304进入烟? 102中；冷风依次通过空气过滤器105及鼓风机104进入第二蓄热体305进行加热，加热后变成热风，通过空气预热器106进入加热炉103。
[0033]当第一蓄热体304进烟气吸热，第二蓄热体305进冷风放热状态时，空气预热器106与第一蓄热体304之间的烟气管路通过第二四通换向阀302导通，第一蓄热体304与烟囱102之间的烟气管路通过第一四通换向阀301导通；鼓风机104与第二蓄热体305之间的空气管路通过第二四通换向阀302导通，第二蓄热体305与空气预热器106之间的空气管路通过第一四通换向阀301导通。
[0034]在A状态中，当来自加热炉103的高温烟气通过空气预热器106的壳程时，预热空气预热器106的管程中的空气，降温后的烟气经过第二四通换向阀302进入第一蓄热体304，第一蓄热体304吸收降温后的烟气的热量，生成低温烟气(废烟气)，废烟气通过第一四通换向阀301进入烟囱102。来自鼓风机104的冷风经过第二四通换向阀302进入第二蓄热体305，第二蓄热体305释放热量将冷风预热，预热后变成热风，经过第一四通换向阀301进入空气预热器106的管程再次加热后进入加热炉103。当排烟温度、气体组分及流量满足设定的阈值后，驱动气缸303在PLC的控制下使第一四通换向阀301及第二四通换向阀302换向，进入B状态。在一实施例中，当排烟温度小于105°C、空气过剩系数(气体组分)小于1.1时，进入B状态。气体流量可以根据具体工况设定，不再赘述。
[0035]B状态:第一蓄热体304进冷风放热，第二蓄热体305进烟气吸热。来自加热炉103的高温烟气依次通过空气预热器106的壳程及第二蓄热体305进入烟囱102 ;冷风依次通过空气过滤器105及鼓风机104进入第一蓄热体304加热，加热后变成热风，通过空气预热器106的管程进入加热炉103。
[0036]空气预热器106与第二蓄热体305之间的烟气管路通过第二四通换向阀302导通，第二蓄热体305与烟囱102之间的烟气管路通过第一四通换向阀301导通；鼓风机104与第一蓄热体304之间的空气管路通过第二四通换向阀302导通，第一蓄热体304与空气预热器106之间的空气管路通过第一四通换向阀301导通。
[0037]在B状态中，当来自加热炉103的高温烟气通过空气预热器106的壳程时，预热空气预热器106的管程中的空气，降温后的烟气经过第二四通换向阀302进入第二蓄热体305，第二蓄热体305吸收降温后的烟气的热量，生成低温烟气(废烟气)，废烟气通过第一四通换向阀301进入烟囱102。来自鼓风机104的冷风经过第二四通换向阀302进入第一蓄热体304，第一蓄热体304释放热量将冷风预热，预热后变成热风，经过第一四通换向阀301进入空气预热器106的管程再次加热后进入加热炉103。当排烟温度、气体组分及流量满足设定阈值后，驱动气缸303在PLC的控制下使第一四通换向阀301及第二四通换向阀302换向，返回A状态。在一实施例中，当排烟温度小于105°C、空气过剩系数(气体组分)小于1.1时，进入A状态。气体流量可以根据具体工况设定，不再赘述。
[0038]上述A、B两个状态交替进行，管道和第一蓄热体304及第二蓄热体305内介质(风与烟气)即交替流过。为避免前后两种介质相互干扰，换向时，第一四通换向阀301与第二四通换向阀302需要保持一定的相位差，第一四通换向阀301与第二四通换向阀302的延时间隔及换向周期，需要依据现场管道设置、流量、流速、排烟温度等指标计算后设定。在一实施例中，相位差t=f (alv)，其中，I为管线长度，V为介质速率，v=f(Ql, Q2)，Q1、Q2分别为介质烟气和空气流量，a为介质关联系数。
[0039]如图5所示，本实施例提供一种燃料加热炉余热回收利用方法，应用于上述的燃料加热炉余热回收利用系统，该方法包括:
[0040]S501:控制所述第一四通换向阀及第二四通换向阀，使得来自所述加热炉的高温烟气依次通过所述空气预热器的壳程及所述的第一蓄热体进入所述烟? ;冷风依次通过空气过滤器及鼓风机进入所述的第二蓄热体加热，加热后的热风通过所述的空气预热器进入所述的加热炉；
[0041]S502:判断排烟温度、气体组分及流量是否满足设定的阈值，如果是，进行步骤S503，如果否，继续执行S501。
[0042]S503:控制所述第一四通换向阀及第二四通换向阀，使得来自所述加热炉的高温烟气依次通过所述空气预热器的壳程及所述的第二蓄热体进入所述烟? ;冷风依次通过空气过滤器及鼓风机进入所述的第一蓄热体加热，加热后的热风通过所述的空气预热器的管程进入所述的加热炉。[0043]S504:判断排烟温度、气体组分及流量是否满足设定的阈值，如果是，进行步骤S501，如果否，继续执行S503。[0044]上述S501及S503分别对应A状态及B状态。[0045]在S501中，当来自加热炉103的高温烟气通过空气预热器106的壳程时，预热空气预热器106的管程中的空气，降温后的烟气经过第二四通换向阀302进入第一蓄热体304，第一蓄热体304吸收降温后的烟气的热量，生成低温烟气(废烟气)，废烟气通过第一四通换向阀301进入烟囱102。来自鼓风机104的冷风经过第二四通换向阀302进入第二蓄热体305，第二蓄热体305释放热量将冷风预热，预热后变成热风，经过第一四通换向阀301进入空气预热器106的管程再次加热后进入加热炉103。当排烟温度、气体组分及流量满足设定的阈值后，驱动气缸303在PLC的控制下使第一四通换向阀301及第二四通换向阀302换向，进入S503。
[0046]在S503中，当来自加热炉103的高温烟气通过空气预热器106的壳程时，预热空气预热器106的管程中的空气，降温后的烟气经过第二四通换向阀302进入第二蓄热体305，第二蓄热体305吸收降温后的烟气的热量，生成低温烟气(废烟气)，废烟气通过第一四通换向阀301进入烟囱102。来自鼓风机104的冷风经过第二四通换向阀302进入第一蓄热体304，第一蓄热体304释放热量将冷风预热，预热后变成热风，经过第一四通换向阀301进入空气预热器106的管程再次加热后进入加热炉103。当排烟温度、气体组分及流量满足设定阈值后，驱动气缸303在PLC的控制下使第一四通换向阀301及第二四通换向阀302换向，返回S501。
[0047]上述A、B两个状态交替进行，管道和第一蓄热体304及第二蓄热体305内介质(风与烟气)即交替流过。为避免前后两种介质相互干扰，换向时，第一四通换向阀301与第二四通换向阀302需要保持一定的相位差，第一四通换向阀301与第二四通换向阀302的延时间隔及换向周期，需要依据现场管道设置、流量、流速、排烟温度等指标计算后设定。在一实施例中，相位差t=f (alv);其中，I为管线长度，V为介质速率，v=f (Ql, Q2)，Ql、Q2分别为介质烟气和空气流量，a为关联系数。
[0048]本发明的蓄热体主要有蜂窝陶瓷、蓄热球和蓄热管三种。蜂窝陶瓷的比表面积是球的5倍以上，传热能力大4-5倍，气流阻力只有球的1/3，透热深度小。所以，蜂窝陶瓷比蓄热球更有利于实现低氧燃烧，使炉温均匀、传热速度大。采用蜂窝陶瓷的蓄热室体积大大减少，可布置足够量的烧嘴，满足热负荷需要。而蜂窝陶瓷的直气流通道与小球的迷宫式通道相比更不易堵塞，自洁性好，适用于燃烧不洁净的特点。刚玉/莫来石，堇青石/莫来石复合相蜂窝陶瓷蓄热体具有耐高温、抗腐蚀、热震稳定性好、强度高、蓄热热量大、导热性能好等显著优点。表1为蜂窝陶瓷性能指标(用于RCO催化剂载体)。
[0049]
【权利要求】
1.一种燃料加热炉余热回收利用系统，其特征在于，所述的系统包括:蓄热烟气回收箱，第一四通换向阀，第二四通换向阀，驱动气缸，PLC，空气预热器，引风机，烟囱，加热炉，鼓风机及空气过滤器； 所述的蓄热烟气回收箱包括第一蓄热体及第二蓄热体，所述的第一四通换向阀与第一蓄热体、第二蓄热体、空气预热器及烟?分别连接；所述的第二四通换向阀与第一蓄热体、第二蓄热体、空气预热器及鼓风机分别连接；所述的第一四通换向阀及第二四通换向阀分别连接所述的驱动气缸； 所述驱动气缸在所述的PLC控制下改变所述第一四通换向阀及第二四通换向阀的相位，使得: 来自所述加热炉的高温烟气依次通过所述空气预热器的壳程及所述的第一蓄热体进入所述烟? ;冷风依次通过空气过滤器及鼓风机进入所述的第二蓄热体加热，加热后的热风通过所述的空气预热器进入所述的加热炉；或者 来自所述加热炉的高温烟气依次通过所述空气预热器的壳程及所述的第二蓄热体进入所述烟? ;冷风依次通过空气过滤器及鼓风机进入所述的第一蓄热体加热，加热后的热风通过所述的空气预热器的管程进入所述的加热炉。
2.根据权利要求1所述的燃料加热炉余热回收利用系统，其特征在于，所述的PLC具体用于根据排烟温度、气体组分及流量控制所述的驱动气缸，使所述的驱动气缸驱动所述第一四通换向阀及第二四通换向阀。
3.根据权利要求2所述的燃料加热炉余热回收利用系统，其特征在于，所述的驱动气缸为风动气缸。
4.根据权利要求2所述的 燃料加热炉余热回收利用系统，其特征在于，所述的驱动气缸为电动气缸。
5.一种燃料加热炉余热回收利用方法，应用于权利要求1所述的燃料加热炉余热回收利用系统，其特征在于，所述的方法包括: 步骤1:控制所述第一四通换向阀及第二四通换向阀，使得来自所述加热炉的高温烟气依次通过所述空气预热器的壳程及所述的第一蓄热体进入所述烟? ;冷风依次通过空气过滤器及鼓风机进入所述的第二蓄热体加热，加热后的热风通过所述的空气预热器进入所述的加热炉； 步骤2:当排烟温度、空气过剩系数及流量满足设定的第一阈值后，控制所述第一四通换向阀及第二四通换向阀，使得来自所述加热炉的高温烟气依次通过所述空气预热器的壳程及所述的第二蓄热体进入所述烟? ;冷风依次通过空气过滤器及鼓风机进入所述的第一蓄热体加热，加热后的热风通过所述的空气预热器的管程进入所述的加热炉；当排烟温度、空气过剩系数及流量满足设定的第二阈值后，返回步骤I。
6.根据权利要求5所述的燃料加热炉余热回收利用方法，其特征在于，在所述步骤I中，当来自所述加热炉的高温烟气通过所述空气预热器的壳程时，预热所述空气预热器的管程中的空气。
7.根据权利要求5所述的燃料加热炉余热回收利用方法，其特征在于，在所述步骤2中，当来自所述加热炉的高温烟气通过所述空气预热器的壳程时，预热所述空气预热器的管程中的空气。
8.根据权利要求5所述的燃料加热炉余热回收利用方法，其特征在于，所述第一四通换向阀及第二四通换向阀换向时，所述第一四通换向阀及第二四通换向阀保持相位差t=f(alv);其中，I为管线长度，V为介质速率，v=f(Ql, Q2)，QU Q2分别为介质烟气和空气流量，a为关联系数。
9.根据权利要求5所述的燃料加热炉余热回收利用方法，其特征在于，排烟温度、空气过剩系数及流量满足设定的第一阈值包括:排烟温度小于105°C，空气过剩系数小于1.1。
10.根据权利要求5所述的燃料加热炉余热回收利用方法，其特征在于，排烟温度、空气过剩系数及流量满足设定的第二阈值包括:排烟温度小于105°C，空气过剩系数小于.1.1。.
【文档编号】F27D17/00GK103471410SQ201310425087
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】李 杰, 李一惟 申请人:李 杰