新型石墨空氣預(yù)熱器技術(shù)

1、新型石墨空氣預(yù)熱器技術(shù)新型石墨空氣預(yù)熱器技術(shù)中石化煉化工程集團中石化煉化工程集團洛陽技術(shù)研發(fā)中心洛陽技術(shù)研發(fā)中心目錄1 概述概述2 新型空氣預(yù)熱器材料及型式新型空氣預(yù)熱器材料及型式3 新型空氣預(yù)熱器數(shù)值模擬優(yōu)化新型空氣預(yù)熱器數(shù)值模擬優(yōu)化4 小型熱態(tài)試驗小型熱態(tài)試驗5 除垢試驗除垢試驗6 工業(yè)用大型石墨空氣預(yù)熱器研制工業(yè)用大型石墨空氣預(yù)熱器研制7 工業(yè)應(yīng)用試驗工業(yè)應(yīng)用試驗8 結(jié)語結(jié)語概述u 加熱爐燃料消耗占煉油廠能耗的加熱爐燃料消耗占煉油廠能耗的50%左右，深度節(jié)能，可大幅降低能耗。左右，深度節(jié)能，可大幅降低能耗。u 熱效率提高的瓶頸熱效率提高的瓶頸: 低溫腐蝕低溫腐蝕熱效率提高熱效率提高0.2

2、，年，年節(jié)約燃料油節(jié)約燃料油1.5萬噸萬噸2006200620112011年中石化煉油企業(yè)加熱爐熱效率對比年中石化煉油企業(yè)加熱爐熱效率對比空氣預(yù)熱器現(xiàn)狀空氣預(yù)熱器現(xiàn)狀 u 排煙溫度一般為排煙溫度一般為120150，空氣預(yù)熱器已在煙氣酸露點臨界點運行?？諝忸A(yù)熱器已在煙氣酸露點臨界點運行。u 加熱爐熱效率為加熱爐熱效率為9092%。u 空氣預(yù)熱器主要型式空氣預(yù)熱器主要型式: 熱管、擾流子、搪瓷管、鑄鐵板等。熱管、擾流子、搪瓷管、鑄鐵板等。間壁空預(yù)器換熱面溫度間壁空預(yù)器換熱面溫度 傳統(tǒng)管式空預(yù)器（傳統(tǒng)管式空預(yù)器（包括擾流包括擾流子）的溫度曲線子）的溫度曲線高溫?zé)煔馊敫邷責(zé)煔馊?圖圖 例例 排煙溫度排

3、煙溫度 壁溫溫度壁溫溫度 空氣溫度空氣溫度 換熱系數(shù)換熱系數(shù) 42.6w/m換熱系數(shù)換熱系數(shù)61.4w/m250 194 150 150 （排煙溫度）（排煙溫度）80 （ 最低壁面溫度）最低壁面溫度）25 （空氣溫度）（空氣溫度）常溫空氣入常溫空氣入技術(shù)目標技術(shù)目標（1 1）加熱爐熱效率達到加熱爐熱效率達到94%94%；（2 2）加熱爐排煙溫度加熱爐排煙溫度9090100100；（3 3）長周期）長周期安全穩(wěn)定運行。安全穩(wěn)定運行。 項目簡介項目簡介 2013年年1月，月，“煉油加熱爐深度節(jié)能技術(shù)開發(fā)研究煉油加熱爐深度節(jié)能技術(shù)開發(fā)研究”中國中國石油化工股份有限公司立項石油化工股份有限公司立項，合

4、同號為：，合同號為：313041。 SEG洛陽技術(shù)研發(fā)中心洛陽技術(shù)研發(fā)中心負責(zé)負責(zé)： （1）制定制定技術(shù)技術(shù)方案方案；（；（2）小型熱態(tài)試驗；（）小型熱態(tài)試驗；（3）過程控過程控制制；（；（4）課題總結(jié)）課題總結(jié)。 中石化荊門分公司負責(zé)中石化荊門分公司負責(zé)： 實施工業(yè)實施工業(yè)應(yīng)用應(yīng)用試驗試驗。新型空氣預(yù)熱器材料及型式新型空氣預(yù)熱器材料及型式 表表1 使用過的抗露點腐蝕空氣預(yù)熱器材料使用過的抗露點腐蝕空氣預(yù)熱器材料序號序號材料名稱材料名稱腐蝕速率腐蝕速率（mg/cm2h） （70 50%H2SO4）使用時間使用時間有效使用溫度有效使用溫度1碳鋼碳鋼103.513個月個月1402ND鋼（鋼（09G

5、rCuSb）7.30312個月個月1203Cast（日本）（日本）63.013年年1204CRIA（日本）（日本）13.413年年1206鑄鐵鑄鐵5.5713年年1107非金屬搪瓷涂層非金屬搪瓷涂層0.02最短最短3個月個月120新型空氣預(yù)熱器材料新型空氣預(yù)熱器材料 表表2 非金屬材料參數(shù)對比非金屬材料參數(shù)對比序號序號特性特性單位單位石墨石墨氟塑料氟塑料(PFA)硼硅玻璃硼硅玻璃1抗硫酸腐蝕能抗硫酸腐蝕能 長期耐腐蝕長期耐腐蝕5%85%H2SO4長期耐腐長期耐腐5%85%H2SO4耐酸耐酸1級級2導(dǎo)熱率導(dǎo)熱率W/W/（mKmK）1001000.221.253抗拉強度抗拉強度MPaMPa3030

6、30354抗壓強度抗壓強度MPaMPa808016.7 5線脹系數(shù)線脹系數(shù)mm/mm/（mmmm）6 61010-6-61210-5 3.310-66許用溫度許用溫度202022022020240260u 可加工性可加工性u 導(dǎo)熱率導(dǎo)熱率 (碳鋼導(dǎo)熱率碳鋼導(dǎo)熱率52 W/（mK）石墨性能石墨性能 石墨是碳的同素異晶體，石墨晶體屬六方晶系。在石墨晶體中，碳石墨是碳的同素異晶體，石墨晶體屬六方晶系。在石墨晶體中，碳原子按整六角形排列于各平面上，在每一個平面內(nèi)，每一個碳原子都原子按整六角形排列于各平面上，在每一個平面內(nèi)，每一個碳原子都和其他三個碳原子以共價鍵連接。這種共價鍵結(jié)合非常牢固，其他化和其他

7、三個碳原子以共價鍵連接。這種共價鍵結(jié)合非常牢固，其他化學(xué)基團來取代它們很困難。學(xué)基團來取代它們很困難。 石墨材料是一種超強的抗酸腐蝕材料，基本不與硫酸發(fā)生反應(yīng)石墨材料是一種超強的抗酸腐蝕材料，基本不與硫酸發(fā)生反應(yīng),并并且具有良好的導(dǎo)熱能力，其熱導(dǎo)率為且具有良好的導(dǎo)熱能力，其熱導(dǎo)率為55110W/（mK）。可以在）?？梢栽?00 以下以下安全工作。安全工作。因此石墨材料是理想的空氣預(yù)熱器芯體材料。因此石墨材料是理想的空氣預(yù)熱器芯體材料。新型空氣預(yù)熱器數(shù)值模擬優(yōu)化新型空氣預(yù)熱器數(shù)值模擬優(yōu)化 新材料（石墨）、新結(jié)構(gòu)（蜂窩）新材料（石墨）、新結(jié)構(gòu)（蜂窩） 減少試驗次數(shù)，節(jié)省開發(fā)時間和經(jīng)費減少試驗次數(shù)，

8、節(jié)省開發(fā)時間和經(jīng)費石墨蜂窩空氣預(yù)熱器石墨蜂窩空氣預(yù)熱器立體模型立體模型 在石墨傳熱單元體上設(shè)置有軸向在石墨傳熱單元體上設(shè)置有軸向和徑向流道，和徑向流道， 兩組流道為簡壁結(jié)構(gòu)。兩組流道為簡壁結(jié)構(gòu)。熱煙氣從軸向流過，與流過徑向流熱煙氣從軸向流過，與流過徑向流道的冷空氣進行換熱，從而達到預(yù)道的冷空氣進行換熱，從而達到預(yù)熱空氣的目的。熱空氣的目的。石墨空氣預(yù)熱器簡化模擬石墨空氣預(yù)熱器簡化模擬石墨空氣預(yù)熱器石墨空氣預(yù)熱器簡化模型簡化模型CFX數(shù)值模擬計算結(jié)果數(shù)值模擬計算結(jié)果石墨空氣預(yù)熱器石墨空氣預(yù)熱器速度矢量圖速度矢量圖（1）孔內(nèi)流速遠大于進出口流速及連通段流速；）孔內(nèi)流速遠大于進出口流速及連通段流速；

9、（2）流道孔徑?jīng)Q定了空氣預(yù)熱器的傳熱性能及阻力特性。）流道孔徑?jīng)Q定了空氣預(yù)熱器的傳熱性能及阻力特性。CFX數(shù)值模擬計算結(jié)果數(shù)值模擬計算結(jié)果石墨空氣預(yù)熱器石墨空氣預(yù)熱器溫度場云圖溫度場云圖受空氣冷端溫度的影響，煙氣出口端溫度存在不均勻分布；受空氣冷端溫度的影響，煙氣出口端溫度存在不均勻分布；4 小型熱態(tài)試驗小型熱態(tài)試驗熱態(tài)試驗石墨蜂窩空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)圖熱態(tài)試驗石墨蜂窩空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)圖熱態(tài)試驗工藝流程熱態(tài)試驗工藝流程熱態(tài)試驗工藝流程圖熱態(tài)試驗工藝流程圖熱態(tài)試驗裝置熱態(tài)試驗裝置 實驗裝置參數(shù)實驗裝置參數(shù)（1）煙氣量：）煙氣量：3000Nm3/h；（2）煙氣進口溫度：）煙氣進口溫度：150。熱態(tài)試驗結(jié)論

10、熱態(tài)試驗結(jié)論 試驗考察了石墨蜂窩空氣預(yù)熱器在不同工況下的傳熱性能、耐溫性試驗考察了石墨蜂窩空氣預(yù)熱器在不同工況下的傳熱性能、耐溫性和密封性，石墨蜂窩空氣預(yù)熱器傳熱性能和阻力特性滿足加熱爐低溫和密封性，石墨蜂窩空氣預(yù)熱器傳熱性能和阻力特性滿足加熱爐低溫?zé)煔庥酂峄厥找?，能在煙氣余熱回收要求，能?50250以下煙氣環(huán)境中安全運行。以下煙氣環(huán)境中安全運行。5 除垢試驗除垢試驗高壓水除垢流程示意圖高壓水除垢流程示意圖 除垢效果除垢效果 清洗介質(zhì)：壓力清洗介質(zhì)：壓力5.67.0MPa，清洗時間，清洗時間510s 模擬灰垢：水泥模擬灰垢：水泥+沙子沙子+水玻璃水玻璃高壓水射流結(jié)構(gòu)圖高壓水射流結(jié)構(gòu)圖管孔除

11、垢過程管孔除垢過程6 工業(yè)用大型石墨空氣預(yù)熱器研制工業(yè)用大型石墨空氣預(yù)熱器研制 組成組成：石墨傳熱芯體、煙氣進口段、煙氣出口過渡段、空氣進口段、石墨傳熱芯體、煙氣進口段、煙氣出口過渡段、空氣進口段、空氣出口段等?？諝獬隹诙蔚取? 工業(yè)應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用荊門分公司荊門分公司6060萬噸萬噸/ /年連續(xù)重整裝置加熱爐年連續(xù)重整裝置加熱爐空氣預(yù)熱器：熱管空氣預(yù)熱器：熱管+搪瓷列管搪瓷列管低溫段搪瓷管出現(xiàn)腐蝕穿孔，低溫段搪瓷管出現(xiàn)腐蝕穿孔，空氣串入煙氣，空氣串入煙氣，實際熱效率實際熱效率91%左右。左右。工業(yè)應(yīng)用前標定數(shù)據(jù)工業(yè)應(yīng)用前標定數(shù)據(jù)表表3 工業(yè)工業(yè)試驗應(yīng)用前試驗應(yīng)用前標定數(shù)據(jù)標定數(shù)據(jù) 項項 目目單位

12、單位空氣側(cè)空氣側(cè)煙氣側(cè)煙氣側(cè)進口溫度進口溫度 16251.5出口溫度出口溫度221.4138.9進口壓力進口壓力Pa1117-448出口壓力出口壓力Pa811-847.3排煙溫度：排煙溫度：138.9綜合熱效率：綜合熱效率：91.13%表表4 工業(yè)工業(yè)試驗應(yīng)用前試驗應(yīng)用前熱效率計算表熱效率計算表項目名稱項目名稱符號符號數(shù)值數(shù)值備注備注排煙損失q16.16%排煙損失熱量/供給能量燃料不完全燃燒損失q20不完全燃燒熱量/供給能量散熱損失q32.06%散熱損失熱量/供給能量附屬設(shè)備損失q40.65%附屬設(shè)備耗能/供給能量綜合熱效率91.13%反平衡法：=1-(q1+q2+q3+q4)工業(yè)應(yīng)用技術(shù)方案

13、工業(yè)應(yīng)用技術(shù)方案空氣預(yù)熱器設(shè)計參數(shù)空氣預(yù)熱器設(shè)計參數(shù)表表5 工業(yè)應(yīng)用試驗工業(yè)應(yīng)用試驗石墨空氣預(yù)熱器設(shè)計參數(shù)石墨空氣預(yù)熱器設(shè)計參數(shù)名名 稱稱單位單位數(shù)值數(shù)值煙氣流量煙氣流量Kg/h27072煙氣入口溫度煙氣入口溫度150煙氣出口溫度煙氣出口溫度95煙氣阻力降煙氣阻力降Pa400空氣流量空氣流量Kg/h25560空氣入口溫度空氣入口溫度15空氣出口溫度空氣出口溫度70空氣阻力降空氣阻力降Pa700換熱量換熱量kW446.8解決低溫段搪瓷管解決低溫段搪瓷管腐蝕穿孔問題，腐蝕穿孔問題，進一步降低煙氣排進一步降低煙氣排煙溫度，提高加熱煙溫度，提高加熱爐綜合熱效率。爐綜合熱效率。工業(yè)標定數(shù)據(jù)分析工業(yè)標定數(shù)

14、據(jù)分析表表6 綜合熱效率計算表綜合熱效率計算表項目名稱項目名稱符號符號數(shù)值數(shù)值備注備注排煙損失排煙損失q13.18%排煙損失熱量排煙損失熱量/供給能量供給能量燃料不完全燃燒損失燃料不完全燃燒損失q20不完全燃燒熱量不完全燃燒熱量/供給能量供給能量散熱損失散熱損失q32.13%散熱損失熱量散熱損失熱量/供給能量供給能量附屬設(shè)備損失附屬設(shè)備損失q40.67%附屬設(shè)備耗能附屬設(shè)備耗能/供給能量供給能量綜合熱效率綜合熱效率94.02%反平衡法：反平衡法：=1-(q1+q2+q3+q4)工業(yè)應(yīng)用結(jié)論工業(yè)應(yīng)用結(jié)論（1）空氣預(yù)熱空氣預(yù)熱預(yù)熱器預(yù)熱器具有優(yōu)良的傳熱能力和耐酸腐蝕能力，可以在具有優(yōu)良的傳熱能力和

15、耐酸腐蝕能力，可以在100以下甚以下甚至更低的排煙溫度下安全運行至更低的排煙溫度下安全運行。（2）加熱爐熱效率由加熱爐熱效率由91.13%升至升至94.02%。（3）重整加熱爐進行節(jié)能改造后，重整加熱爐進行節(jié)能改造后，可以解決低溫段露點腐蝕穿孔問題，可以解決低溫段露點腐蝕穿孔問題，多回收熱量多回收熱量0.486 MW。每年可節(jié)約。每年可節(jié)約燃料氣（以年運行燃料氣（以年運行8400小時計）小時計）351噸。噸。以燃料氣價格以燃料氣價格3631元元/噸計算，每年噸計算，每年可增加經(jīng)濟效益可增加經(jīng)濟效益127.45萬元。萬元。8 創(chuàng)新點創(chuàng)新點（1）耐低溫露點腐蝕石墨空氣預(yù)熱器技術(shù)，跨越了耐低溫露點腐蝕石墨空氣預(yù)熱器技術(shù)，跨越了煙氣露點腐蝕障礙煙氣露點腐蝕障礙；（2）研發(fā)工業(yè)大型石墨空氣預(yù)熱器技術(shù)；研發(fā)工業(yè)大型石墨空氣預(yù)熱器技術(shù)；（3）國內(nèi)首次在煉油加熱爐上應(yīng)用石墨空氣預(yù)熱器國內(nèi)首次在煉油加熱爐上應(yīng)用石墨空氣預(yù)熱器深度節(jié)能技術(shù)，排煙溫度降至深度節(jié)能技術(shù)，排煙溫度降至94。知識產(chǎn)權(quán)知識產(chǎn)權(quán)專利授權(quán)專利授權(quán)6項項： （1）“一種空氣預(yù)熱器一種空氣預(yù)熱器”，CN203771443U （2）“石墨管與管板的密封結(jié)構(gòu)石墨管與管板的密封結(jié)構(gòu)”，CN202066408U （3） “一種空氣預(yù)熱器系統(tǒng)一種空氣預(yù)熱器系統(tǒng)”，CN202066050U （4）“一種避免余熱回收裝置發(fā)生煙氣露點腐蝕