专利名称：一种复式空气预热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及空气加热技术领域的一种复式空气预热器。
背景技术：
空气预热器作为节能设备，在石油化工行业的管式加热炉系统中广泛采用，对提高管式加热炉的热效率、节约能源起到了重要作用。管式加热炉系统目前普遍采用的空气预热器形式主要有扰流子空气预热器和热管式空气预热器，这两种空气预热器普遍存在的问题是当排烟温度较低时(低于180℃)，位于烟气通道出口处的传热管管壁温度很容易低于烟气的露点温度，从而造成严重的低温酸露点腐蚀。另外，以水为工质的普通碳钢热管在排烟温度高于350℃时，容易爆管。因此，上述两种空气预热器的使用寿命普遍较短。为解决上述问题，中国专利ZL02267489.6(授权公告号为CN2563448Y)提出了一种“复式空气预热器”，由热管式空气预热器和扰流子空气预热器组合而成；高温烟气段采用扰流子空气预热器，低温烟气段采用热管式空气预热器，扬长避短，解决了部分石油化工管式加热炉系统中空气预热器的低温酸露点腐蚀以及热管的高温爆管问题，延长了空气预热器的使用寿命。但是，有些石油化工管式加热炉的操作负荷波动很大，比如加氢裂化、加氢处理等装置，其操作初期和操作末期管式加热炉的热负荷就有很大变化，有时可能相差几倍。在管式加热炉热负荷波动的情况下，如果复式空气预热器的热负荷不能相应地改变，就可能仍然存在低温酸露点腐蚀问题。具体而言，当管式加热炉热负荷较小时，按较大热负荷设计的复式空气预热器此时可能就回收了过多的热量，导致排烟温度较低，使复式空气预热器中位于烟气通道出口处的热管的管壁温度很可能低于烟气的露点温度，造成低温酸露点腐蚀。同时，由于排烟温度的降低，对于靠烟囱的自然抽力维持炉膛负压操作的管式加热炉而言，还有可能产生炉膛正压的安全隐患。另外，即使管式加热炉的热负荷波动不大，但如果管式加热炉在运行过程中燃料性质改变，采用高硫燃料代替不含硫或低硫燃料，由于烟气酸露点温度升高，按不含硫或低硫燃料情况设计的复式空气预热器仍有可能产生低温酸露点腐蚀。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是现有的复式空气预热器在管式加热炉的热负荷变化时因排烟温度不易控制而使排烟温度较低从而产生低温酸露点腐蚀、并有可能造成管式加热炉操作不安全的问题。
为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是一种复式空气预热器，由热管式空气预热器、扰流子空气预热器和二者之间的过渡段组成，它包括热管式空气预热器空气通道、扰流子空气预热器空气通道，以及烟气通道、空气出口通道，热管式空气预热器的热管设于热管式空气预热器空气通道和烟气通道内，扰流子空气预热器空气通道位于烟气通道内，所述过渡段的入口端与热管式空气预热器空气通道连通，出口端与扰流子空气预热器空气通道连通，其特征在于在热管式空气预热器空气通道内设有空气通道隔板，空气通道隔板将热管式空气预热器空气通道分隔为内空气通道和外空气通道，在内空气通道和/或外空气通道内设有调节挡板，在过渡段内设有过渡段隔板，过渡段隔板将过渡段分隔为过渡段内通道和过渡段外通道，并将扰流子空气预热器空气通道分隔为内层空气通道和外层空气通道，内空气通道、过渡段内通道、内层空气通道、空气出口通道相连通，外空气通道、过渡段外通道、外层空气通道、空气出口通道相连通。
采用本实用新型，具有如下的有益效果本实用新型设计合理，结构简单。由于其将热管式空气预热器空气通道、过渡段设计为双通道结构，将扰流子空气预热器空气通道分隔为内、外层空气通道，并在热管式空气预热器的内空气通道和/或外空气通道内设置调节挡板，采用可调双通道空气预热路线；由排烟温度控制调节挡板的开度，通过调节空气在两个空气流动通道内的流量来调节复式空气预热器的热负荷，使之在管式加热炉的热负荷大范围波动时具有运行自如的热负荷匹配能力，从而有效地控制排烟温度，防止复式空气预热器出现低温酸露点腐蚀以及热管的高温爆管，并保证管式加热炉在稳定的排烟温度下安全运行。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的一种复式空气预热器沿轴向的剖视图。
图1中的附图标记表示1——调节挡板；2——热管式空气预热器；3——烟气通道；4——热管式空气预热器空气通道；5——空气通道隔板；6——外空气通道；7——内空气通道；8——过渡段；9——过渡段隔板；10——过渡段外通道；11——过渡段内通道；12——扰流子空气预热器；13——外层空气通道；14——内层空气通道；15——空气出口通道；16——烟气—空气隔板。
具体实施方式
如图1所示本实用新型的一种复式空气预热器，由热管式空气预热器2、扰流子空气预热器12和二者之间的过渡段8组成。它包括热管式空气预热器空气通道4、扰流子空气预热器空气通道，以及烟气通道3、空气出口通道15。热管式空气预热器空气通道4与烟气通道3之间设有烟气—空气隔板16，将两者隔开。热管式空气预热器2的传热管为多排多根的热管，设于热管式空气预热器空气通道4和烟气通道3内；如图所示，多排多根的热管穿过烟气—空气隔板16，其由烟气—空气隔板16隔开的两个管段分别位于热管式空气预热器空气通道4与烟气通道3内。扰流子空气预热器空气通道位于烟气通道3内。所述过渡段8的入口端与热管式空气预热器空气通道4连通，出口端与扰流子空气预热器空气通道连通。
在热管式空气预热器空气通道4内设有空气通道隔板5，空气通道隔板5将热管式空气预热器空气通道4分隔为内空气通道7和外空气通道6，其中内空气通道7靠近烟气通道3。位于热管式空气预热器空气通道4内的热管管段由空气通道隔板5再分为两个管段，分别位于内空气通道7与外空气通道6内。图1所示的热管式空气预热器2，在内空气通道7内设有调节挡板1；如图所示，调节挡板1可绕轴转动以调节开度，在内空气通道7的内壁上设有调节挡板1的定位件。调节挡板1可设于内空气通道7和/或外空气通道6内；就是说，在内空气通道7和外空气通道6内可同时分别各设置一个调节挡板1，也可以在其中的一个空气通道(内空气通道7或外空气通道6)内设置一个调节挡板1。在过渡段8内设有过渡段隔板9，过渡段隔板9将过渡段8分隔为过渡段内通道11和过渡段外通道10，并将扰流子空气预热器空气通道分隔为内层空气通道14和外层空气通道13。过渡段内通道11的一端与热管式空气预热器2的内空气通道7连接，另一端与扰流子空气预热器12的内层空气通道14连接(构成内空气流动通道)；过渡段外通道10的一端与热管式空气预热器2的外空气通道6连接，另一端与扰流子空气预热器12的外层空气通道13连接(构成外空气流动通道)。这样，使内空气通道7、过渡段内通道11、内层空气通道14、空气出口通道15相连通，外空气通道6、过渡段外通道10、外层空气通道13、空气出口通道15相连通。过渡段内通道11和过渡段外通道10的流通面积比与扰流子空气预热器12的内层空气通道14和外层空气通道13的流通面积比相匹配(即比值大小相适应)。调节挡板1用于调节空气在内空气流动通道和/或外空气流动通道内的流量，并使空气可以同时在内空气流动通道和外空气流动通道内流动，也可以仅在其中的一个空气流动通道(内空气流动通道或外空气流动通道)内流动。参见图1所示的热管式空气预热器2，位于热管式空气预热器空气通道4内的热管管段长度与位于烟气通道3内的热管管段长度之比一般为1∶1～1∶3，位于内空气通道7内的热管管段长度与位于外空气通道6内的热管管段长度之比一般为1∶2～2∶1。
扰流子空气预热器12的传热管为多排多根的扰流子传热管。操作过程中，空气在扰流子传热管的内部流动，烟气在烟气通道3内在扰流子传热管的外部流动。上述的位于烟气通道3内的扰流子空气预热器空气通道实际上是由各根扰流子传热管管内通道的总和所构成的。如图1所示，内层空气通道14由在烟气通道3的轴向上位于过渡段隔板9与烟气—空气隔板16连接处以上的各根扰流子传热管管内通道的总和所构成，上述扰流子传热管横截面积的总和为内层空气通道14的流通面积；外层空气通道13由在烟气通道3的轴向上位于过渡段隔板9与烟气—空气隔板16连接处以下的(或者说是位于该连接处与烟气通道3入口之间的)各根扰流子传热管管内通道的总和所构成，上述扰流子传热管横截面积的总和为外层空气通道13的流通面积。本实用新型的扰流子空气预热器2，其内层空气通道14与外层空气通道13的流通面积之比一般为1∶2～2∶1。
图1所示复式空气预热器的工作原理是这样的当管式加热炉在最大热负荷下工作时，复式空气预热器的热负荷与之匹配，也在最大热负荷下工作。此时烟气量、空气量最大，需要的换热面积也最大。设于热管式空气预热器2的内空气通道7内的调节挡板1全开，空气经双通道流动一路通过调节挡板1，流经内空气通道7、过渡段内通道11、内层空气通道14，最后由空气出口通道15流出；另一路流经外空气通道6、过渡段外通道10、外层空气通道13，最后由空气出口通道15流出。烟气进入烟气通道3，放热后再由烟气通道3排出。图1中，未注明附图标记的实心箭头表示烟气的流动方向，空心箭头表示空气的流动方向。图1所示复式空气预热器的最大热负荷即是设计热负荷；在设计热负荷下，可以按在烟气通道3内烟气进入热管式空气预热器2的温度为300℃(或250℃～350℃之间的合适温度)来分配热管式空气预热器2和扰流子空气预热器3的热负荷。此时，构成扰流子空气预热器12的内层空气通道14的扰流子传热管的最低管壁温度远远高于烟气酸露点温度，不会产生低温酸露点腐蚀；进入热管式空气预热器2的烟气温度低于350℃，不会使热管产生高温爆管。热管在热管式空气预热器空气通道4内的管段长度与在烟气通道3内的管段长度之比(如上所述，该比值一般为1∶1～1∶3)，是根据烟气露点温度、设计排烟温度以及在烟气通道3内的热管管段最低管壁温度高于露点腐蚀温度来确定的，因此热管式空气预热器2也不会产生低温酸露点腐蚀。这样，就保证了图1所示的复式空气预热器在最大热负荷下工作时不会产生低温酸露点腐蚀和热管的高温爆管。
当管式加热炉在最小热负荷下工作时，复式空气预热器的热负荷与之匹配，也在最小热负荷下工作。此时烟气量、空气量最小，需要的换热面积也最小。调节挡板1全关，空气经单通道流动空气流经外空气通道6、过渡段外通道10、外层空气通道13，最后由空气出口通道15流出。此时内空气通道7、过渡段内通道11、内层空气通道14内没有空气流通，也就没有烟气与空气之间的热量交换。因此，构成内层空气通道14的扰流子传热管的管壁温度同与外层空气通道13内流动的空气换热后流出的烟气温度相当。此时，只要构成外层空气通道13的扰流子传热管的最低管壁温度高于烟气露点温度，就能保证扰流子空气预热器12不会发生露点腐蚀；这可以通过确定内层空气通道14与外层空气通道13的流通面积之比来保证(如上所述，该比值一般为1∶2～2∶1)。由于位于内空气通道7的热管管段不放热，仅有外空气通道6内的热管管段向空气放热，所以热管冷端的长度缩短，使位于烟气通道3内的热管管段的最低管壁温度提高。通过确定位于内空气通道7内的热管管段长度与位于外空气通道6内的热管管段长度之比(如上所述，该比值一般为1∶2～2∶1)，可以保证在烟气通道3内的热管管段的最低管壁温度高于露点腐蚀温度。这样，就保证了图1所示的复式空气预热器在最小热负荷下工作时也不会产生低温酸露点腐蚀。
当管式加热炉在最大热负荷与最小热负荷之间的中间热负荷下工作时，复式空气预热器的热负荷与之匹配，也在最大热负荷与最小热负荷之间的中间热负荷下工作。此时调节挡板1有一定开度，空气经双通道流动一路通过调节挡板1，流经内空气通道7、过渡段内通道11、内层空气通道14，最后由空气出口通道15流出；另一路流经外空气通道6、过渡段外通道10、外层空气通道13，最后由空气出口通道15流出。通过调整调节挡板1的开度调节空气流量，可以保证图1所示的复式空气预热器在中间热负荷下工作时同样不会产生低温酸露点腐蚀。
对于调节挡板1设于外空气通道6内，或者是在内空气通道7和外空气通道6内同时分别设置调节挡板1的复式空气预热器，其通过调节空气流量来调节复式空气预热器的热负荷进而控制排烟温度以防止发生低温酸露点腐蚀、以及防止发生热管高温爆管的工作原理，与图1所示的复式空气预热器类似，说明从略。调节挡板1的调节，可采用手动或自动调节的方式。本实用新型的复式空气预热器由于能有效地控制排烟温度，还可以保证管式加热炉在稳定的排烟温度下安全运行，并能适应管式加热炉燃料性质变化的工况。图1中，复式空气预热器为卧式布置，还可以采用立式布置。
以上结合附图和具体实施方式
对本实用新型复式空气预热器的结构和工作原理进行了详细的说明。本实用新型的复式空气预热器适用范围广泛，不仅适用于石油化工行业中热负荷不变的管式加热炉系统，而且更适用于热负荷出现大幅度变化的管式加热炉系统；不仅适用于石油化工行业，也适用于其它行业类似的余热回收系统。
权利要求1.一种复式空气预热器，由热管式空气预热器(2)、扰流子空气预热器(12)和二者之间的过渡段(8)组成，它包括热管式空气预热器空气通道(4)、扰流子空气预热器空气通道，以及烟气通道(3)、空气出口通道(15)，热管式空气预热器(2)的热管设于热管式空气预热器空气通道(4)和烟气通道(3)内，扰流子空气预热器空气通道位于烟气通道(3)内，所述过渡段(8)的入口端与热管式空气预热器空气通道(4)连通，出口端与扰流子空气预热器空气通道连通，其特征在于在热管式空气预热器空气通道(4)内设有空气通道隔板(5)，空气通道隔板(5)将热管式空气预热器空气通道(4)分隔为内空气通道(7)和外空气通道(6)，在内空气通道(7)和/或外空气通道(6)内设有调节挡板(1)，在过渡段(8)内设有过渡段隔板(9)，过渡段隔板(9)将过渡段(8)分隔为过渡段内通道(11)和过渡段外通道(10)，并将扰流子空气预热器空气通道分隔为内层空气通道(14)和外层空气通道(13)，内空气通道(7)、过渡段内通道(11)、内层空气通道(14)、空气出口通道(15)相连通，外空气通道(6)、过渡段外通道(10)、外层空气通道(13)、空气出口通道(15)相连通。
2.根据权利要求1所述的复式空气预热器，其特征在于位于热管式空气预热器空气通道(4)内的热管管段长度与位于烟气通道(3)内的热管管段长度之比为1∶1～1∶3。
3.根据权利要求1所述的复式空气预热器，其特征在于所述内层空气通道(14)与外层空气通道(13)的流通面积之比为1∶2～2∶1。
4.根据权利要求1或2所述的复式空气预热器，其特征在于位于内空气通道(7)内的热管管段长度与位于外空气通道(6)内的热管管段长度之比为1∶2～2∶1。
专利摘要本实用新型公开了一种复式空气预热器，以解决现有的复式空气预热器在管式加热炉的热负荷变化时因排烟温度不易控制而使排烟温度较低从而造成低温酸露点腐蚀等问题。本实用新型的复式空气预热器在热管式空气预热器空气通道(4)内设有空气通道隔板(5)，将其分隔为内空气通道(7)和外空气通道(6)，在内空气通道(7)和/或外空气通道(6)内设有调节挡板(1)。在过渡段(8)内设有过渡段隔板(9)，将过渡段(8)分隔为过渡段内通道(11)和过渡段外通道(10)，并将扰流子空气预热器空气通道分隔为内层空气通道(14)和外层空气通道(13)。本实用新型适用于石油化工行业的管式加热炉系统以及其它行业类似的余热回收系统。
文档编号F23J13/00GK2760414SQ200520017589
公开日2006年2月22日 申请日期2005年4月27日 优先权日2004年12月24日
发明者王德瑞, 张月平 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石化集团洛阳石油化工工程公司