高效加熱爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油工業(yè)中對原油、水、天然氣等各類介質(zhì)加熱的加熱爐，具體是一種高效加熱爐。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，石油行業(yè)的油氣集輸領(lǐng)域普遍使用加熱爐對原油、水、天然氣等各類介質(zhì)加熱，以滿足油氣集輸工藝的需要。大多數(shù)加熱爐以天然氣為燃料，一年四季都在運行，是油田生產(chǎn)中的主要耗能設(shè)備。現(xiàn)有加熱爐設(shè)計熱效率一般在85-90%之間，平均運行熱效率在85%左右。加熱爐的熱效率主要取決于排煙熱損失，排煙溫度越高，熱損失越大，熱效率也越低；現(xiàn)有加熱爐的排煙溫度一般在150°C以上，蘊含著較多熱量，并且天然氣燃燒產(chǎn)生的大量水蒸汽中，還蘊含著大量的相變潛熱。因此，現(xiàn)有加熱爐的運行熱效率仍有較大的提升空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在解決上述加熱爐運行熱效率提升的問題，而提供一種高效加熱爐。
[0004]本發(fā)明解決所述問題采用的技術(shù)方案是:
一種高效加熱爐，包括鍋殼、工質(zhì)換熱器、燃燒器、爐膽、煙管、煙箱、煙?、煙道、風(fēng)道、風(fēng)機，爐膽和煙管設(shè)置于鍋殼內(nèi)并浸沒于傳熱介質(zhì)水中，鍋殼頂部安裝有真空閥；還包括一級換熱器、二級換熱器，一級換熱器和二級換熱器均為管殼式換熱器，一級換熱器位于二級換熱器的頂部，為立式裝配結(jié)構(gòu)，兩級換熱器的管程串聯(lián)連通；一級換熱器為煙氣與被加熱工質(zhì)的換熱器，一級換熱器的管程進口通過煙道連接煙箱的高溫?zé)煔獬隹?，一級換熱器殼程設(shè)置被加熱介質(zhì)的進、出口，被加熱介質(zhì)與管程中的高溫?zé)煔膺M行換熱，再進入加熱爐的工質(zhì)換熱器；二級換熱器為煙氣與加熱爐助燃空氣的換熱器，二級換熱器殼程上設(shè)有助燃空氣的進、出口，二級換熱器下部的管箱設(shè)有與煙?連接的煙氣出口，經(jīng)一級換熱器換熱后的煙氣進入二級換熱器的管程，與進入殼程的助燃空氣換熱；二級換熱器的助燃空氣出口通過助燃熱空氣管道連接加熱爐的燃燒器，二級換熱器底部設(shè)有冷凝水出口。
[0005]所述高效加熱爐以天然氣為燃料，燃燒器將天然氣燃燒，產(chǎn)生的熱量通過鍋殼內(nèi)的爐膽和煙管傳遞給鍋殼內(nèi)的中間介質(zhì)水，中間介質(zhì)水吸收熱量后，通過水蒸汽冷凝傳熱或者熱水溫差傳熱的方式，將熱量傳遞給位于鍋殼內(nèi)或者鍋殼外部的工質(zhì)換熱器，將換熱器中的介質(zhì)加熱。
[0006]煙管內(nèi)的煙氣經(jīng)過與鍋殼內(nèi)的水充分換熱后，仍具有較高的溫度，含有大量熱能。這些煙氣經(jīng)過煙道進入一級換熱器的管程，與進入殼程的低溫被加熱介質(zhì)進行換熱，吸收煙氣熱量后的介質(zhì)通過管道進入加熱爐的工質(zhì)換熱器，被加熱爐繼續(xù)加熱。經(jīng)過一級換熱器換熱后的煙氣進入二級換熱器管程，與風(fēng)機(或直接)送入二級換熱器殼程的助燃空氣再次換熱，使煙氣溫度進一步降低，當(dāng)溫度低于煙氣冷凝溫度時，煙氣中的部分水蒸汽由汽態(tài)冷凝為液態(tài)，釋放出大量汽化潛熱。低溫?zé)煔夂屠淠?jīng)二級換熱器底部排出，冷凝水由冷凝水出口排出，低溫?zé)煔饨?jīng)煙囪排出。經(jīng)二級換熱器加熱后的高溫助燃空氣，由風(fēng)道進入燃燒器(或燃燒器與風(fēng)機合為一體)入口，與天然氣混合燃燒。
[0007]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:
加熱爐配置兩級換熱器，利用加熱爐排出的高溫?zé)煔?，依次與被加熱介質(zhì)和助燃空氣換熱，經(jīng)過兩級煙氣換熱，將煙氣中的熱量充分利用，顯著提高了加熱爐的熱效率，能夠使加熱爐運行熱效率達到95%以上。
[0008]作為優(yōu)選，本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案是:
工質(zhì)換熱器設(shè)置在鍋殼內(nèi)的爐膽與煙管上部，鍋殼內(nèi)的工質(zhì)換熱器為盤型管束或者列管式管束換熱器。
[0009]工質(zhì)換熱器設(shè)置在鍋殼外部且位于鍋殼頂部，鍋殼外的工質(zhì)換熱器為帶殼體的盤型管束換熱器或者是管殼式換熱器，鍋殼與工質(zhì)換熱器殼體之間通過蒸汽管道、回水管道連通。
【附圖說明】
[0010]圖1是工質(zhì)換熱器位于鍋殼內(nèi)的本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的A向視圖；
圖3是圖1的B向視圖；
圖4是工質(zhì)換熱器位于鍋殼外的本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖4的A向視圖；
圖6是圖4的B向視圖；
圖中:1-鍋殼，2-爐膽，3-煙管，4-工質(zhì)換熱器，5-煙箱，6-燃燒器，7- 一級換熱器，
8-二級換熱器，9-煙園，10-風(fēng)道，11-煙道，12-風(fēng)機，13-冷凝水出口，14-被加熱介質(zhì)出口，15-煙氣進口，16-被加熱介質(zhì)進口，17-被加熱空氣出口，18-煙氣出口，19-被加熱空氣進口，20-工質(zhì)換熱器被加熱介質(zhì)進口，21-工質(zhì)換熱器被加熱介質(zhì)出口，22-低溫?zé)煔獬隹冢?3-基座，24-回水管道，25-蒸汽管道。
【具體實施方式】
[0011]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明，目的僅在于更好的理解本
【發(fā)明內(nèi)容】
，因此所舉之例并非對本
【發(fā)明內(nèi)容】
的限制。
[0012]一種高效加熱爐，見圖1、圖2、圖3，主要由鍋殼1、爐膽2、煙管3、工質(zhì)換熱器4、煙箱5、燃燒器6、一級換熱器7、二級換熱器8、煙囪9、風(fēng)道10、煙道11、風(fēng)機12、基座23組成，鍋殼I為臥式筒體結(jié)構(gòu)，在鍋殼I內(nèi)部設(shè)有爐膽2和煙管3，煙管3可以是單根煙管也可以是多根煙管，爐膽2、煙管3浸沒于鍋殼I內(nèi)的傳熱介質(zhì)水中，爐膽2和煙管3的上方設(shè)置有工質(zhì)換熱器4，且工質(zhì)換熱器4位于傳熱介質(zhì)水面之上，工質(zhì)換熱器4為盤型管束或者列管式管束換熱器；在鍋殼I前部設(shè)置有煙箱5，煙箱5設(shè)有煙氣出口 18 ;爐膽2的前端安裝有燃燒器6 ;工質(zhì)換熱器4設(shè)有熱介質(zhì)進口 20和熱介質(zhì)出口 21。
[0013]鍋殼I外部一側(cè)設(shè)置有一級換熱器7和二級換熱器8，一級換熱器7和二級換熱器8均為管殼式換熱器，一級換熱器7位于二級換熱器8的頂部，為立式裝配結(jié)構(gòu)，兩級換熱器的管程串聯(lián)連通；一級換熱器7為煙氣與被加熱工質(zhì)的換熱器，一級換熱器7上分別設(shè)置有被加熱介質(zhì)進口 16、被加熱介質(zhì)出口 14、煙氣進口 15，煙氣進口 15通過煙道11與煙箱5的煙氣出口 18連接，被加熱介質(zhì)出口 14通過介質(zhì)管道與工質(zhì)換熱器被加熱介質(zhì)進口 20連接；二級換熱器8為煙氣與加熱爐助燃空氣的換熱器，二級換熱器8上分別設(shè)置有被加熱空氣進口 19、被加熱空氣出口 17、低溫?zé)煔獬隹?22，被加熱空氣進口 19連接風(fēng)機12，被加熱空氣出口 17通過風(fēng)道10連接加熱爐的燃燒器6，低溫?zé)煔獬隹?22與煙囪9連接；二級換熱器8底部設(shè)置有冷凝水出口 13。
[0014]一級換熱器7、二級換熱器8，煙囪9、風(fēng)機12集中安裝在基座23上。
[0015]高效加熱爐以天然氣為燃料，燃燒器6將天然氣燃燒，產(chǎn)生的熱量通過鍋殼I內(nèi)的爐膽2和煙管2傳遞給鍋殼I內(nèi)的中間介質(zhì)水，中間介質(zhì)水吸收熱量后，通過水蒸汽冷凝傳熱方式，將熱量傳遞給位于鍋殼I內(nèi)的工質(zhì)換熱器4，將換熱器中的介質(zhì)加熱。
[0016]煙管3內(nèi)的煙氣經(jīng)過與鍋殼I內(nèi)的水充分換熱后，仍具有較高的溫度，含有大量熱能，這些煙氣經(jīng)過煙道11進入一級換熱器7的管程。
[0017]低溫被加熱介質(zhì)由被加熱介質(zhì)進口 16進入一級換熱器7的殼程，在此與煙氣進行換熱，低溫被加熱介質(zhì)吸收煙氣熱量后，由被加熱介質(zhì)出口 14排出，通過介質(zhì)管道由工質(zhì)換熱器被加熱介質(zhì)進口 20進入工質(zhì)換熱器4繼續(xù)加熱，被加熱好的介質(zhì)再經(jīng)過工質(zhì)換熱器被加熱介質(zhì)出口 21排至外輸流程。
[0018]經(jīng)過一級換熱器7換熱后的煙氣進入二級換熱器8的管程，助燃空氣通過風(fēng)機12由被加熱空氣進口 19送入二級換熱器8殼程，助燃空氣與煙氣換熱，吸收煙氣中的熱量，使煙氣溫度進一步降低，當(dāng)溫度低于煙氣冷凝溫度時，煙氣中的部分水蒸汽由汽態(tài)冷凝為液態(tài)，釋放出大量汽化潛熱。低溫?zé)煔饨?jīng)過二級換熱器8的低溫?zé)煔獬隹?22送入煙囪9排出；冷凝水經(jīng)二級換熱器8底部的冷凝水出口 13排出。
[0019]經(jīng)二級換熱器8加熱后的高溫助燃空氣由被加熱空氣出口 17通過風(fēng)道10進入燃燒器6，與天然氣混合燃燒。
[0020]圖4、圖5、圖6所示的高效加熱爐，與圖1、圖2、圖3所示的高效加熱爐相比，僅在于工質(zhì)換熱器4的設(shè)置位置不同，亦即，工質(zhì)換熱器4設(shè)置在鍋殼I外部且位于鍋殼I頂部，鍋殼I外的工質(zhì)換熱器4為帶殼體的盤型管束換熱器或者是管殼式換熱器，鍋殼I與工質(zhì)換熱器4殼體之間通過蒸汽管道25、回水管道24連通。鍋殼I內(nèi)產(chǎn)生的高溫水蒸汽由蒸汽管道25進入工質(zhì)換熱器4，與工質(zhì)換熱器4中的被加熱介質(zhì)進行熱交換，將熱量傳遞給被加熱介質(zhì)，水蒸汽釋放汽化潛熱后由汽態(tài)冷凝為液態(tài)，通過回水管道24再回到鍋殼I內(nèi)。
[0021]風(fēng)機12可以與燃燒器6做成一體結(jié)構(gòu)，風(fēng)機12的出口也可與二級換熱器8的殼程進口相連。
[0022]以上所述僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高效加熱爐，包括鍋殼、工質(zhì)換熱器、燃燒器、爐膽、煙管、煙箱、煙?、煙道、風(fēng)道、風(fēng)機，爐膽和煙管設(shè)置于鍋殼內(nèi)并浸沒于傳熱介質(zhì)水中，鍋殼頂部安裝有真空閥；其特征在于:還包括一級換熱器、二級換熱器，一級換熱器和二級換熱器均為管殼式換熱器，一級換熱器位于二級換熱器的頂部，為立式裝配結(jié)構(gòu)，兩級換熱器的管程串聯(lián)連通；一級換熱器為煙氣與被加熱工質(zhì)的換熱器，一級換熱器的管程進口通過煙道連接煙箱的高溫?zé)煔獬隹?，一級換熱器殼程設(shè)置被加熱介質(zhì)的進、出口，被加熱介質(zhì)與管程中的高溫?zé)煔膺M行換熱，再進入加熱爐的工質(zhì)換熱器；二級換熱器為煙氣與加熱爐助燃空氣的換熱器，二級換熱器殼程上設(shè)有助燃空氣的進、出口，二級換熱器下部的管箱設(shè)有與煙囪連接的煙氣出口，經(jīng)一級換熱器換熱后的煙氣進入二級換熱器的管程，與進入殼程的助燃空氣換熱；二級換熱器的助燃空氣出口通過助燃熱空氣管道連接加熱爐的燃燒器，二級換熱器底部設(shè)有冷凝水出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的高效加熱爐，其特征在于:工質(zhì)換熱器設(shè)置在鍋殼內(nèi)的爐膽與煙管上部，鍋殼內(nèi)的工質(zhì)換熱器為盤型管束或者列管式管束換熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的高效加熱爐，其特征在于:工質(zhì)換熱器設(shè)置在鍋殼外部且位于鍋殼頂部，鍋殼外的工質(zhì)換熱器為帶殼體的盤型管束換熱器或者是管殼式換熱器，鍋殼與工質(zhì)換熱器殼體之間通過蒸汽管道、回水管道連通。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石油工業(yè)中對原油、水、天然氣等各類介質(zhì)加熱的高效加熱爐。該加熱爐配置有立式裝配、管程串聯(lián)連通的兩級換熱器；一級換熱器管程進口連接煙箱的高溫?zé)煔獬隹冢患墦Q熱器殼程設(shè)置被加熱介質(zhì)的進、出口，被加熱介質(zhì)與管程中的高溫?zé)煔鈸Q熱，再進入加熱爐的工質(zhì)換熱器；二級換熱器殼程上設(shè)有助燃空氣進、出口，二級換熱器下部的煙氣出口與煙囪連接，經(jīng)一級換熱器換熱后的煙氣進入二級換熱器的管程，與進入殼程的助燃空氣換熱；二級換熱器的助燃空氣出口通過助燃熱空氣管道連接加熱爐的燃燒器，二級換熱器底部設(shè)有冷凝水出口。本發(fā)明經(jīng)過兩級煙氣換熱，將煙氣中的熱量充分利用，大幅提高了加熱爐熱效率。
【IPC分類】F24H7-02
【公開號】CN104697171
【申請?zhí)枴緾N201510100895
【發(fā)明人】劉兆海, 楊笑松, 李月梅, 程偉, 劉敬敏, 李樹德, 王 鋒, 琚澤慶
【申請人】唐山冀東石油機械有限責(zé)任公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月9日