空氣預(yù)熱器的發(fā)展與展望

1、煉油加熱爐空氣預(yù)熱器的發(fā)展與展望閻西祥 董紹平寧波市鎮(zhèn)海倍速達(dá)石化設(shè)備有限公司 中石化鎮(zhèn)海煉化分公司機(jī)動(dòng)處 郵編 315207摘要 空氣預(yù)熱器是加熱爐的重要設(shè)備，在煉油廠主要起到節(jié)能減排的作用，隨著國(guó)家能源政策和環(huán)保政策的日益加強(qiáng)，其重要性愈發(fā)突出。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有煉油加熱爐空預(yù)器的種類(lèi)、性能進(jìn)行分類(lèi)、對(duì)比，指出其優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展方向，并結(jié)合實(shí)際對(duì)將來(lái)的空氣預(yù)熱器進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：空氣預(yù)熱器 分類(lèi) 露點(diǎn)腐蝕 展望一、 前言空氣預(yù)熱器是煉油廠加熱爐節(jié)能降耗的重要設(shè)備，其通過(guò)對(duì)爐內(nèi)高溫?zé)煔馀c燃燒所用空氣進(jìn)行熱交換，達(dá)到降低排煙溫度，提高空氣溫度的目的，進(jìn)而提高熱效率，降低燃料消耗，減少有害氣體(如二氧化

2、硫、氮氧化物等)的排放。但過(guò)低的排煙溫度會(huì)引起設(shè)備露點(diǎn)腐蝕，降低空預(yù)器使用壽命。為此，以避開(kāi)煙氣露點(diǎn)腐蝕，提升熱效率為動(dòng)力，推動(dòng)了各種類(lèi)型空氣預(yù)熱器功能的不斷提升和完善，使得各種類(lèi)型的空預(yù)器在煉油化工行業(yè)輪番應(yīng)用，帶動(dòng)了空預(yù)器行業(yè)的發(fā)展。二、 空氣預(yù)熱器的重要性空氣預(yù)熱器的工作原理是：受熱面的一側(cè)通過(guò)煙氣、另一側(cè)通過(guò)空氣進(jìn)行熱交熱，結(jié)果是空氣吸熱，煙氣放熱，從而使煙氣排煙溫度下降，提高煙氣余熱的利用程度1。經(jīng)過(guò)多年來(lái)的發(fā)展，空預(yù)器的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜多樣，就位置而言，有放置在爐頂上，也有安放在地面上；就結(jié)構(gòu)而言，有回轉(zhuǎn)、列管、板式、熱管之分?？傮w而言，熱交換是在煙氣側(cè)進(jìn)行，示意圖如下：圖1 空氣預(yù)熱

3、器工藝流程示意圖空預(yù)器在節(jié)能降耗中重要作用【2】體現(xiàn)在：    1、改善并強(qiáng)化燃燒：當(dāng)經(jīng)過(guò)預(yù)熱器后的熱空氣進(jìn)入爐內(nèi)后，加速了燃料的干燥、著火和燃燒過(guò)程，保證爐內(nèi)穩(wěn)定燃燒，起著改善、強(qiáng)化燃燒的作用。    2、強(qiáng)化傳熱：由于爐內(nèi)燃燒得到改善和強(qiáng)化，加上進(jìn)入爐內(nèi)的熱風(fēng)溫度提高，爐內(nèi)平均溫度水平也有提高，從而可強(qiáng)化爐內(nèi)輻射傳熱。    3、減小爐內(nèi)損失，降低排煙溫度，提高鍋爐熱效率：由于爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，輻射熱交換的強(qiáng)化，可以降低化學(xué)不完全燃燒損失；另一方面，空氣預(yù)熱器利用煙氣余熱，進(jìn)一步降低了排煙損失，因此，提高

4、了鍋爐熱效率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)空氣在預(yù)熱器中溫度升高1.5時(shí)，排煙溫度可降低1。在鍋爐煙道中安裝空氣預(yù)熱器后，如果能把空氣預(yù)熱150-160就可以降低排煙溫度110-120，可將鍋爐熱效率提高7-7.5，可節(jié)約燃料11%-12%。  三、 空氣預(yù)熱器的分類(lèi)從工藝上，將空氣預(yù)熱器分為煙氣間接預(yù)熱空氣和直接預(yù)熱空氣【3】?jī)煞N：間接預(yù)熱空氣的主要有早期的工藝分支物流預(yù)熱空氣，冷進(jìn)料-熱油預(yù)熱空氣，熱載體預(yù)熱空氣，這些方案在上世紀(jì)80年代在常減壓蒸餾裝置得到應(yīng)用，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)在由于優(yōu)化換熱流程技術(shù)的完善，將爐子和空氣預(yù)熱器加入，反而使工藝控制復(fù)雜化，因此較少使用。煙氣直接

5、預(yù)熱空氣的方案就是直接將熱量傳遞給空氣，它雖然有氣-氣傳熱效果差的弱點(diǎn)，但自成系統(tǒng)，與其它工藝過(guò)程無(wú)關(guān)，當(dāng)空預(yù)器出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)影響整個(gè)工藝過(guò)程，因此在煉油加熱爐上得到了廣泛的應(yīng)用。按其換熱特點(diǎn)，空預(yù)器分為管式（鋼管、鑄鐵管、玻璃管、搪瓷管）空預(yù)器，熱管式空預(yù)器，板式空預(yù)器、水熱媒空預(yù)器、回轉(zhuǎn)式空預(yù)器等。各式各樣的空預(yù)器的結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算方法各不相同，適用范圍也不相同。就石油化工行業(yè)而言，歐洲國(guó)家比較喜歡鋼管-鑄鐵管-玻璃管三段組合式空氣預(yù)熱器，美國(guó)用回轉(zhuǎn)式空預(yù)器較多【4】，國(guó)內(nèi)則是熱管式空氣預(yù)熱器用的最為普遍。管式空氣預(yù)熱器 管式空氣預(yù)熱器是最早使用的空氣預(yù)熱器，為氣-氣換熱，制造簡(jiǎn)

6、單，維護(hù)成本低，存在傳熱效率率低、質(zhì)量大【5】。存在嚴(yán)重的露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，目前應(yīng)用的搪瓷管、玻璃管預(yù)熱器都是管式空預(yù)器變代升級(jí)。熱管式空氣預(yù)熱器 熱管式空氣預(yù)熱器開(kāi)發(fā)于上世紀(jì)60年代，利用水的相變進(jìn)行熱交換，傳熱效率高，安裝方便，性?xún)r(jià)比較高，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的一種空氣預(yù)熱器【6】。板式空氣預(yù)熱器采用波紋板片作為傳熱元件,一定數(shù)量的波紋板片疊合成板束,煙氣-空氣通過(guò)板片直接換熱, 目前在用的都是單程強(qiáng)制換熱，換熱面積大，熱效率高【7】。水熱媒空氣預(yù)熱器利用除氧水或除鹽水作熱媒,建立一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)。熱媒水通過(guò)放置在加熱爐對(duì)流室出口的煙氣換熱器吸收煙氣的熱量 ,再通過(guò)布置在鼓風(fēng)機(jī)出口的空氣預(yù)熱器放

7、出熱量,加熱空氣，如此循環(huán)將煙氣熱量傳遞 給加熱爐所需的空氣【8】?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器 回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器內(nèi)置蓄熱元件，放置在扇形隔倉(cāng)內(nèi)，交替與煙氣和空氣進(jìn)行換熱。是一種動(dòng)設(shè)備，擁有控制系統(tǒng)【9】。四、空氣預(yù)熱器的發(fā)展圍繞著降低露點(diǎn)腐蝕，提高熱效率，各種空預(yù)器紛紛進(jìn)行了改進(jìn)，甚至跨類(lèi)別進(jìn)行復(fù)合，以適應(yīng)煉油行業(yè)的發(fā)展。1、管式空預(yù)器：近40 年來(lái), 國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼管換熱器進(jìn)行了大量的強(qiáng)化傳熱研究, 取得了豐碩的成果。目前已有的強(qiáng)化傳熱管技術(shù)不下百余種，通過(guò)強(qiáng)化傳熱能提高換熱效率達(dá)50%以上，但抗露點(diǎn)腐蝕能力差，冷風(fēng)端管壁金屬溫度低，存在典型的三角形區(qū)域腐蝕【10】，由此演變出玻璃管或搪瓷管空氣預(yù)熱器，它

8、是鋼管空預(yù)器的升級(jí)產(chǎn)品，搪瓷管空氣預(yù)熱器在低溫段鋼管外表面燒鍍搪瓷來(lái)防止低溫露點(diǎn)的腐蝕,即在普通碳鋼管外涂一層耐酸搪瓷。與碳鋼管相比,傳熱系數(shù)相對(duì)降低率小于5%，搪瓷表面光滑,不易結(jié)垢和積灰,又耐磨損、抗腐蝕。但缺點(diǎn)也是明顯的，一次投資過(guò)大，且制造工藝有待規(guī)范，搪瓷管如果存在針眼、掉瓷等缺陷，腐蝕依然不可避免。如果克服搪瓷管的制造、運(yùn)輸、安裝方面存在的問(wèn)題，應(yīng)該有較強(qiáng)的發(fā)展空間。2、熱管空預(yù)器：熱管空預(yù)器是六十年代出現(xiàn)的一種空氣預(yù)熱器，熱管一般由管殼和內(nèi)部工作液體(工質(zhì))組成。石化行業(yè)中常用的熱管為常溫?zé)峁?，換熱效果強(qiáng)，但工作溫度一般為0-250，在高于300的煙氣中應(yīng)用效果較差【11】，易出

9、現(xiàn)爆管和產(chǎn)生不凝氣。近幾年，高溫?zé)峁芤呀?jīng)開(kāi)始使用，另外根據(jù)熱管和管式空預(yù)器的綜合特性開(kāi)發(fā)出復(fù)合式熱管空氣預(yù)熱器，其工作原理是在高溫部位用管式空預(yù)器進(jìn)行熱交換，在低溫部位用熱管進(jìn)行熱交換，有效避開(kāi)煙氣的露點(diǎn)腐蝕，已經(jīng)得到應(yīng)用，能在露點(diǎn)的臨界點(diǎn)工作，將來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)該在傳質(zhì)上繼續(xù)努力，解決好熱管的不凝氣的集聚，熱管容易失效的問(wèn)題【12】。3、水熱媒空氣預(yù)熱器：利用除氧水或除鹽水作熱媒,建立一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)。為了防止煙氣換熱器發(fā)生 低溫露點(diǎn)腐蝕 ,在水熱媒空氣預(yù)熱器進(jìn)口和循環(huán)水泵入口之間設(shè)置旁路調(diào)節(jié)閥，控制空氣預(yù)熱器的換熱量，保證進(jìn)煙氣換熱器熱媒水的溫度高于露點(diǎn)溫度，即煙氣換熱器的最低壁溫高于露點(diǎn)

10、(一般設(shè)計(jì)值)為130150【13】。水熱媒空氣預(yù)熱器需要與裝置外(或內(nèi))的水系統(tǒng)相連，因此流程長(zhǎng)，在加熱爐區(qū)要增加熱水泵，旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，安全閥等設(shè)備，增加了操作的復(fù)雜性。由于工質(zhì)水的沸點(diǎn)只有100，加熱后的空氣溫度不高，能量等級(jí)（火用值）低，今后的發(fā)展方向是從熱媒介質(zhì)上繼續(xù)改進(jìn)，目前發(fā)現(xiàn)有將水熱媒空預(yù)器和管式空預(yù)器進(jìn)行組合的實(shí)例，和熱管空預(yù)器類(lèi)似【14】。4、板式空氣預(yù)熱器：板式空氣預(yù)熱器采用單程強(qiáng)制換熱，換熱面積大，熱效率高。目前針對(duì)大型換熱器采用模塊設(shè)計(jì)、分模塊制造，便于運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組裝并可以單獨(dú)更換模塊。根據(jù)流體特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)十字流，錯(cuò)流、逆流、以及錯(cuò)流和逆流混合組合布置，以及單流程與多流程

11、組合布置【15】。根據(jù)煙氣溫度以及選用材料特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高溫預(yù)熱與低溫預(yù)熱多級(jí)組合布置。設(shè)備采用全焊式結(jié)構(gòu)，密封性能好，很好的避免了介質(zhì)的泄漏，板片焊接采用自動(dòng)輪焊技術(shù)，并及時(shí)對(duì)焊接中跟蹤定位、壓緊以及檢驗(yàn)，保證了板片的焊接質(zhì)量【16】?，F(xiàn)狀是易積灰，不易清洗，只能適合在潔凈的燃燒環(huán)境下工作，不能用于燃油加熱爐。5、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器：預(yù)熱器轉(zhuǎn)子部件由數(shù)萬(wàn)計(jì)的傳熱元件組成，當(dāng)空預(yù)器緩慢旋轉(zhuǎn)，煙氣和空氣逆向交替流經(jīng)空氣預(yù)熱器。蓄熱元件在煙氣側(cè)吸熱，在空氣側(cè)放熱，從而達(dá)到降低排煙溫度，提高熱風(fēng)溫度的預(yù)熱作用。優(yōu)點(diǎn)是換熱系數(shù)強(qiáng)，缺點(diǎn)是漏風(fēng)不可避免，安裝制造較為復(fù)雜，與之配套的有潤(rùn)滑油系統(tǒng)，密封系統(tǒng)，漏風(fēng)

12、控制系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。針對(duì)電力鍋爐技術(shù)的發(fā)展，由原來(lái)的二分倉(cāng)發(fā)展成三分倉(cāng)、四分倉(cāng)【17】。作為電廠大型機(jī)組配套的主流產(chǎn)品,目前仍是電力行業(yè)大容量機(jī)組采用的主要形式【18】。短期內(nèi)看不到重回?zé)捰托袠I(yè)的跡象。6、空預(yù)器性能比較表1空預(yù)器性能比較傳熱性能投資費(fèi)用抗腐蝕性能維護(hù)性能運(yùn)行周期管式空預(yù)器一般中等一般良好短熱管式空預(yù)器良好低較好良好短水熱媒空預(yù)器一般中等較好一般長(zhǎng)板式空預(yù)器良好中等一般一般短回轉(zhuǎn)式空預(yù)器良好高一般復(fù)雜長(zhǎng)從上表中可以看出，各種空預(yù)器均有自己獨(dú)特的一面，沒(méi)有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，故造成在行業(yè)內(nèi)不能一統(tǒng)天下的局面，針對(duì)此現(xiàn)象，日本公司開(kāi)發(fā)出抗露點(diǎn)腐蝕空氣預(yù)熱器，能將排煙溫度控制在露點(diǎn)溫度以下，

13、免維護(hù)，長(zhǎng)周期高效運(yùn)行，并得到應(yīng)用【19】，國(guó)內(nèi)剛進(jìn)入起步階段，已經(jīng)申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利【20】，并在某公司試運(yùn)行。7、抗露點(diǎn)腐蝕空氣預(yù)熱器圖2 抗露點(diǎn)腐蝕空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)示意圖抗露點(diǎn)腐蝕空氣預(yù)熱器，采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，煙氣從側(cè)面進(jìn)出，可根據(jù)加熱爐的承載情況布置于加熱爐頂部或底部，其核心技術(shù)就是抗露點(diǎn)腐蝕鋼管，為錫合金復(fù)合材料，據(jù)介紹，該鋼管具有鋼材的強(qiáng)度和錫的抗腐蝕性，使用溫度在280°C以下，通過(guò)鋼管外部翅片內(nèi)部增加擾流子進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，得到了良好的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，熱傳導(dǎo)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。由于解決了露點(diǎn)腐蝕的難題，能將排煙溫度降低到100°C以下【21】，將設(shè)計(jì)部門(mén)定下

14、的排煙溫度不能低于150°C的指導(dǎo)原則直接打破，顛覆了傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)理念，能根據(jù)環(huán)保和節(jié)能、工藝的要求，盡量低的設(shè)定排煙溫度，提高加熱爐熱效率，減少碳排放。五、空氣預(yù)熱器的展望長(zhǎng)期的實(shí)踐表明：空預(yù)器的發(fā)展進(jìn)步，其動(dòng)力就是圍繞提高熱效率、克服煙氣露點(diǎn)腐蝕，保證設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行所展開(kāi)，為避開(kāi)露點(diǎn)腐蝕，工程技術(shù)人員想盡各種方案，從管式至熱管至水熱媒，再至板式空預(yù)器，其核心就是避免露點(diǎn)腐蝕，提高熱效率。將來(lái)的空氣預(yù)熱器將從材料的角度，直接選擇真正的抗露點(diǎn)腐蝕材料，將使空預(yù)器的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，從根本上解決露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，再結(jié)合工藝上傳熱技術(shù)的改進(jìn)，將來(lái)的空氣預(yù)熱器將逐步過(guò)渡到操作簡(jiǎn)便，免維護(hù)，

15、長(zhǎng)周期運(yùn)行的軌道上來(lái)，一批新型的抗露點(diǎn)腐蝕預(yù)熱器將更好地服務(wù)于煉油化工行業(yè)。參考文獻(xiàn)【1】 錢(qián)家麟，管式加熱爐（第二版）【M】，中國(guó)石化出版社，2003：541；【2】陳建宏,加熱爐管式預(yù)熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及使用【J】,鋼管,2005年 第2期:38-40；【3】石油化學(xué)工業(yè)部煉油設(shè)計(jì)院，煉油廠管式加熱爐設(shè)計(jì)手冊(cè)【M】，中國(guó)石化出版社，1977：56；【4】ASME.PTC4.3 Air Heater Performance Test Codes(S):426；【5】尾花英朗，熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)【M】，北京：石油工業(yè)出版社，1982:196-199；【6】莊俊，張紅。熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用【M】 。北

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19、refining furnaceYan xixiang ningbo zhenhai best petrochemical equipment  co., Ltd.Dong shaoping Zhenhai Refining & Chemical Co., Ltd.(Abstract) Air preheater is an important equipment in oil refinery furnace, mainly playing the role of energy saving and emission reduction. As the national e

20、nergy policy and environmental policy is increasingly strengthened, its importance is more and more prominently. In this paper, through the comparison of species to the existing refinery furnace air preheater performance, classification, points out their advantages, disadvantages, the direction of d

21、evelopment, and combining with the future prospects.Keywords：air preheater classification dew point corrosion forecastReference1 Qian Jialin, pipe type heating furnace (Second Edition) M, Sinopec press, 2003:541;2 Chen Jianhong, optimization design and the use of tubular preheater of heating furnace

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