CN108489290A - 一种高温烟气余热回收*** - Google Patents

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范华
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张玫
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Abstract

本发明属于煤焦油深加工技术领域,具体涉及一种高温烟气余热回收***。高温换热器与高温烟气风机的接口处设置有高温膨胀节,高温换热器旁设置有冷风旁通管和鼓风机,高温换热器与高温燃烧器之间设置有风量计和风量调节阀,纯辐射型加热炉与高温换热器之间通过高温烟道连接,高温烟道上设置带有自动调节阀的烟气旁通烟道,高温烟气风机设置在高温换热器的下游,高温换热器换热后的烟气通过高温烟气风机引入低温烟道,最后通过纯辐射型加热炉顶部的烟囱排放。本发明可以将常规余热回收***回收不了的温度高于450℃的高温烟气降至450℃以下,从而回收高温烟气中的高温段的热量,降低能耗。

Description

一种高温烟气余热回收***
技术领域
本发明属于煤焦油深加工技术领域,具体涉及一种高温烟气余热回收***。
背景技术
煤焦油深加工***的管式炉,由于被加热介质为易结焦流体,为了后期运行维护方便,常常采用纯辐射型管式炉,排烟温度通常超过450℃。常规的余热回收***适用于排烟温度低于450℃的烟气,而排烟温度高于450℃,当负荷较大时采用余热锅炉加以综合利用,但对于焦油深加工行业的管式炉,由于整体负荷较小,同时排烟温度高于450℃,高温烟气余热回收的方法较少。在煤焦油深加工***中,装置偶尔发生负荷波动,带来管式炉排烟温度短时超高,会影响到余热回收***,尤其是烟气引风机安全运行及使用寿命。高温余热回收***的排烟温度高,由于材料自身的热膨胀属性,会带来常规余热回收所不具备的高温应力问题,关键的高温换热器及烟管道需要特殊设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于回收排烟温度在450到750℃的高温余热回收***,通过高温余热回收,可将高温烟气温度降至低于450℃以下,进而可再连接常规的余热回收***进一步回收热量。
为达到上述目的,本发明所采取的技术方案为:
一种高温烟气余热回收***,高温换热器与高温烟气风机的接口处设置有高温膨胀节,高温换热器旁设置有冷风旁通管和鼓风机,高温换热器与高温燃烧器之间设置有风量计和风量调节阀,纯辐射型加热炉与高温换热器之间通过高温烟道连接,高温烟道上设置带有自动调节阀的烟气旁通烟道,高温烟气风机设置在高温换热器的下游,高温换热器换热后的烟气通过高温烟气风机引入低温烟道,最后通过纯辐射型加热炉顶部的烟囱排放。
所述的高温换热器包括高温换热管组,高温换热管组采用一端支撑,另一端为自由端,高温换热管组上端与内部膨胀节连接,高温换热管组底部与低温烟气导管连接,低温烟气导管上设有清扫排液口,高温换热管组四周由钢壳密封形成换热管壳程,换热管壳程上部为带有清扫预留口的高温烟气导管。
所述的高温膨胀节为波纹管式结构,使用不锈钢304以上材质。
所述的高温烟道采用外保温结构,使用不锈钢304以上材质。
所述的低温烟道上设置有低温烟道预留接口。
所述的高温烟气风机采用循环水用于冷却,使用不锈钢304以上材质。
所述的高温烟气风机与高温换热器之间设置低温烟管温度测点,当低温烟管温度测点测量烟气温度超过一限值时,带有自动调节阀的烟气旁通烟道上自动调节阀打开,部分高温烟气从带有自动调节阀的烟气旁通烟道直接排放到低温烟道中,降低高温烟气风机的进口温度;旁路的烟气流量由低温烟管温度测点反馈控制,保证进入高温烟气风机的烟气温度不超温。
正常运行时,高于450℃高温烟气从纯辐射型加热炉的烟囱处引出,通过高温烟道进入高温换热器;常温的助燃风通过鼓风机从大气引入高温换热器,助燃风在高温换热器中与高温烟气换热产生高温助燃风;低负荷运行时,通过增大旁通助燃风通过量,提高换热管的管壁温度,避免高温换热器的露点腐蚀。
该***故障或检修时,鼓风机正常使用,冷风走冷风旁通管,而不经过高温换热器,直接进入高温燃烧器中;纯辐射型加热炉顶部的密封型烟囱挡板打开,高温烟气直接从烟囱直排,而不进入***。
高温烟气从高温烟气导管进入高温换热管组,换热后的低温烟气从低温烟气导管排出;常温助燃风从高温换热器的侧部进入换热管壳程,通过多道折流换热,从高温换热器侧部排出;清扫预留口通过外接蒸汽或水冲洗清理高温换热管组内壁,清理后的废液由清扫排液口排出。
本发明所取得的有益效果为:
通过一套含有自带膨胀节的高温空气预热器、高温烟气风机的余热回收***,可以将常规余热回收***回收不了的,温度高于450℃的高温烟气降至450℃以下,从而回收高温烟气中的高温段的热量,降低装置的能耗。
在高温烟道处设有一带有自动调节阀的支路,通过换热器出口的温度测点反馈调节自动调节阀的开度,引入冷风,从而达到保护烟气风机的效果,从而保证了整个装置不会因为负荷的偶尔波动导致整体停车。
对外设置一低温烟气接口,可根据实际工程需要,增设普通的余热回收***或脱硫脱硝工艺***,扩大了本***的适用性。
本发明在35万吨/年煤焦油深加工项目中进行了试用。管式炉热负荷3MW,未设置高温换热***时,管式炉排放温度为709℃,热效率63%,燃料耗量1062Nm3/h;接入高温换热***后,排烟温度降至375℃,热效率升至78%,燃料耗量858Nm3/h,每年按运行8000h核算,每年可节省燃料1634千立。
附图说明
图1为高温烟气余热回收***的流程图;
图2为高温烟气余热回收***的整体结构图;
图3为高温烟气余热回收***的局部示意图I;
图4为高温烟气余热回收***的局部示意图II;
图5为高温换热器的结构示意图;
图中:1、鼓风机;2、高温膨胀节;3、高温换热器;4、冷风旁通管;5、风量计;6、风量调节阀;7、高温燃烧器;8、纯辐射型加热炉;9、高温烟道;10、带有自动调节阀的烟气旁通烟道;11、低温烟管温度测点;12、低温烟道预留接口;13、低温烟道;14、高温烟气风机;15、烟囱;16、密封型烟囱挡板;3-1、高温换热管组;3-2、内部膨胀节;3-3、清扫预留口;3-4、高温烟气导管;3-5、清扫排液口;3-6、低温烟气导管;3-7、换热管壳程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1—5所示,本发明所述高温烟气余热回收***包括鼓风机1、高温换热器3、高温燃烧器7、纯辐射型加热炉8以及高温烟气风机14。为了防止高温管道的膨胀对设备带来较大膨胀推力,高温换热器3与高温烟气风机14的接口处设置有高温膨胀节2,高温换热器3旁设置有冷风旁通管4和鼓风机1,高温换热器3与高温燃烧器7之间设置有流量测量和调节用的风量计5和风量调节阀6,纯辐射型加热炉8与高温换热器3之间通过高温烟道9连接,同时在高温烟道9上设置带有自动调节阀的烟气旁通烟道10,高温换热器3换热后的烟气通过高温烟气风机14引入低温烟道13,最后通过纯辐射型加热炉8的顶部烟囱15排放,同时在低温烟道13上设有低温烟道预留接口12。
高温换热器3包括高温换热管组3-1,高温换热管组3-1上端与内部膨胀节3-2连接,高温换热管组3-1底部与低温烟气导管3-6连接,低温烟气导管3-6上设有清扫排液口3-5,高温换热管组3-1四周由钢壳密封形成了换热管壳程3-7,换热管壳程3-7上部为带有清扫预留口3-3的高温烟气导管3-4。
所述高温膨胀节2材料使用不锈钢304以上材质,使用波纹管式结构,其带来的好处是可以有效抵抗高温烟气带来的腐蚀和氧化,同时可有效吸收管道带来的膨胀量;
所述高温烟道9采用外保温结构,而不采用内保温结构。其带来的好处可以避免内部保温材料脱落的杂质进入高温风机和换热器,从而引起***运行的故障;
所述高温烟道9上设置了带有自动调节阀的烟气旁通烟道10,其带来的好处是可以避免加热炉偶尔负荷波动带来的不必要紧急停车,从而提高整体运行的稳定性;
所述低温烟道13上设置低温烟道预留接口12,其带来的好处是根据实际工程需要,可将换热后的低于450℃的烟气接入常规的余热回收***或引进脱硫脱硝***,扩大了***的适用性;
所述高温烟气风机14材料使用不锈钢304以上材质,并采用循环水用于冷却,其带来的好处是可以有降低风机的实际运行温度,提高风机运行寿命;
所述高温换热器3中在高温换热管组3-1端部设置内部膨胀节3-2,内部膨胀节3-2使用不锈钢304以上材质,其带来的好处是可在设备内部吸收高温换热管束的膨胀,保证换热器安全稳定运行;
所述高温换热器3中在高温烟气导管3-4上设有清扫预留口3-3,在低温烟气导管3-6上设有清扫排液口3-5,其带来的好处是可在不拆除高温空气预热器的情况下,对换热管束内部进行清扫,简化了维护工序,提高换热器的寿命。
正常运行时,高于450℃高温烟气从纯辐射型加热炉8的烟囱15处引出,通过高温烟道9进入高温换热器3,为避免杂质引入高温换热器3和高温烟气风机14,高温烟道9使用外保温,管道材质根据使用温度选择不锈钢304或以上材质。高温烟气风机14放置在高温换热器3的下游,温度较低的区域。从高温烟气风机14出口到烟囱15处的低温烟道13则可根据实际需要选择内保温或外保温;当选择内保温时,烟管的材质可为普通碳钢。为吸收管道因高温产生的热膨胀,在高温烟气风机14和高温换热器3的进出口分别设置了不锈钢高温膨胀节2。高温烟气风机14则选择使用不锈钢材质,同时引入冷却循环水用于降低风机的使用温度。
为防止纯辐射型加热炉8负荷偶尔波动带来的烟气温度超高,高温烟道9上设置了带有自动调节阀的烟气旁通烟道10,以及在高温烟气风机14和高温换热器3之间设置低温烟管温度测点11。当低温烟管温度测点11测量烟气温度超过一限值时,带有自动调节阀的烟气旁通烟道10上自动调节阀打开,部分高温烟气从带有自动调节阀的烟气旁通烟道10直接排放到低温烟道13中,从而可降低高温烟气风机14的进口温度。旁路的烟气流量可由低温烟管温度测点11反馈控制,从而保证进入高温烟气风机14的烟气温度不超温。
在低温烟道13上设有低温烟道预留接口12,用盲法兰密封,口径与低温烟道13一致。当实际工程需要时,可外接普通余热回收***,进一步回收烟气中的热量;或外接脱硫脱硝***,用于降低污染物排放量。
常温的助燃风通过鼓风机1从大气引入高温换热器3,鼓风机1可根据设计需要选择单台或两台(1开1备)。为了维修方便及避免低温腐蚀,在高温换热器3旁设置冷风旁通管4。正常运行时,助燃风可在高温换热器3中与高温烟气换热产生高温助燃风。当装置低负荷运行时,可通过增大旁通助燃风通过量,可提高换热管的管壁温度,进而避免高温换热器的露点腐蚀。在高温换热器3的下游可按需要选择设置风量计5和风量调节阀6,根据测量值精确控制助燃风量,也可降低装置能耗。
当高温余热回收***故障或检修时,可通过以下操作将高温烟气回收***隔离。鼓风机1正常使用,冷风走冷风旁通管4,而不经过高温换热器3,直接进入高温燃烧器7中;纯辐射型加热炉8顶部的密封型烟囱挡板16打开,高温烟气直接从烟囱15直排,而不进入高温换热***。
本发明的关键设备高温换热器3是通过以下方式实现的:高温烟气从高温换热器3顶部高温烟气导管3-4进入高温换热管组3-1,换热后的低温烟气从换热器底部低温烟气导管3-6排出。常温助燃风从高温换热器3的侧部进入换热管壳程3-7,通过多道折流换热,从高温换热器3侧部排出。高温换热管组3-1可根据使用温度不同选择304不锈钢及以上材质。高温换热管组3-1采用一端支撑(本例为底部支撑,也可上部支撑),而高温换热管组3-1的另一端为自由端,与内部膨胀节3-2连接,内部膨胀节3-2可吸收高温换热管内部3-1的高温膨胀量,保证高温换热器3对外连接的接口在运行中保证无位移。为防止烟气中粘稠组分附在高温换热器3中,在高温烟气导管3-4留有清扫预留口3-3,可通过外接蒸汽或水,冲洗清理高温换热管组3-1内壁,清理后的废液可由低温烟气导管3-6上的清扫排液口3-5排出,从而延长了高温换热器3的使用寿命。

Claims (10)

1.一种高温烟气余热回收***,其特征在于:高温换热器与高温烟气风机的接口处设置有高温膨胀节,高温换热器旁设置有冷风旁通管和鼓风机,高温换热器与高温燃烧器之间设置有风量计和风量调节阀,纯辐射型加热炉与高温换热器之间通过高温烟道连接,高温烟道上设置带有自动调节阀的烟气旁通烟道,高温烟气风机设置在高温换热器的下游,高温换热器换热后的烟气通过高温烟气风机引入低温烟道,最后通过纯辐射型加热炉顶部的烟囱排放。
2.根据权利要求1所述的高温烟气余热回收***,其特征在于:所述的高温换热器包括高温换热管组,高温换热管组采用一端支撑,另一端为自由端,高温换热管组上端与内部膨胀节连接,高温换热管组底部与低温烟气导管连接,低温烟气导管上设有清扫排液口,高温换热管组四周由钢壳密封形成换热管壳程,换热管壳程上部为带有清扫预留口的高温烟气导管。
3.根据权利要求1所述的高温烟气余热回收***,其特征在于:所述的高温膨胀节为波纹管式结构,使用不锈钢304以上材质。
4.根据权利要求1所述的高温烟气余热回收***,其特征在于:所述的高温烟道采用外保温结构,使用不锈钢304以上材质。
5.根据权利要求1所述的高温烟气余热回收***,其特征在于:所述的低温烟道上设置有低温烟道预留接口。
6.根据权利要求1所述的高温烟气余热回收***,其特征在于:所述的高温烟气风机采用循环水用于冷却,使用不锈钢304以上材质。
7.根据权利要求1所述的高温烟气余热回收***,其特征在于:所述的高温烟气风机与高温换热器之间设置低温烟管温度测点,当低温烟管温度测点测量烟气温度超过一限值时,带有自动调节阀的烟气旁通烟道上自动调节阀打开,部分高温烟气从带有自动调节阀的烟气旁通烟道直接排放到低温烟道中,降低高温烟气风机的进口温度;旁路的烟气流量由低温烟管温度测点反馈控制,保证进入高温烟气风机的烟气温度不超温。
8.根据权利要求1所述的高温烟气余热回收***,其特征在于:正常运行时,高于450℃高温烟气从纯辐射型加热炉的烟囱处引出,通过高温烟道进入高温换热器;常温的助燃风通过鼓风机从大气引入高温换热器,助燃风在高温换热器中与高温烟气换热产生高温助燃风;低负荷运行时,通过增大旁通助燃风通过量,提高换热管的管壁温度,避免高温换热器的露点腐蚀。
9.根据权利要求1所述的高温烟气余热回收***,其特征在于:该***故障或检修时,鼓风机正常使用,冷风走冷风旁通管,而不经过高温换热器,直接进入高温燃烧器中;纯辐射型加热炉顶部的密封型烟囱挡板打开,高温烟气直接从烟囱直排,而不进入***。
10.根据权利要求2所述的高温烟气余热回收***,其特征在于:高温烟气从高温烟气导管进入高温换热管组,换热后的低温烟气从低温烟气导管排出;常温助燃风从高温换热器的侧部进入换热管壳程,通过多道折流换热,从高温换热器侧部排出;清扫预留口通过外接蒸汽或水冲洗清理高温换热管组内壁,清理后的废液由清扫排液口排出。
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