CN104729309A - 一种用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦方法，它主要利用热风发生器产生的高温空气清除换热器内粘附的焦油。该系统包括反吹除焦单元、冷却单元、自动控制单元等。自动控制单元可记录换热器中烟气侧的压差，当压差高于设定峰值时，则启动反吹除焦单元；除焦时，热风发生器产生的高温空气快速去除换热器内的焦油，再将废气通入吸附室进行焦油吸附处理；在除焦过程中，另设有冷却单元来防止换热器内部温度过高。本发明的系统具有在线除焦功能，对环境友好，可广泛推广应用于加热炉等的烟气余热回收系统，提高系统效率。

Description

一种用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦方法

技术领域

本发明专利涉及一种用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦方法，及其该方法涉及的系统。

背景技术

进入21世纪，随着化石燃料的日渐枯竭以及环境污染的日益严重，节能减排无疑成为一个热门课题。目前，国内钢铁及石油行业的加热炉在生产过程中，一般加热炉烟气余热回收为了避免产生露点腐蚀及结焦等问题，常常将预热助燃空气后的烟气(通常在300℃左右)直接排出，造成余热的浪费。如果将烟气温度降到露点温度以下，虽然可以使更多的热量得以利用，但换热器内会产生的结焦现象，并且结焦不利于换热，严重时就会影响到生产。针对换热器结焦现象，必须适时进行清理才能继续使用，以满足生产条件，个别炼油厂采用高压水清洗方法，高压水方法费时费力，安全系数低。目前国内大的炼油厂采用蒸汽烧焦法，这样做成本低，虽然蒸汽除焦方法能大大缩短停机时间，但蒸汽法有其固有的弊端：安全系数比高压水更低，工人劳动强度大，温度控制不好会将换热管烧弯曲。现在国外发达国家采用机械除焦方法，也就是通常所说的PIGGING，国内称作通球，国内通球基本是用于只管管道清洗，既调试后的管道清洗，而不适用于急弯弯管或90度铸造弯头(堵头)，国外的机械除焦技术远优越于国内，除焦效率很高，但是机械除焦最大的缺点就是不能在线清焦，而且拆卸比较麻烦。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦方法。在一些特殊的烟气余热回收系统中，如燃料气中含有少量硫磷等，为防止焦油析出，排烟温度一般在露点温度以上，系统效率较低。为进一步提高系统效率，可将排烟温度降至露点温度以下，但会有焦油析出，堵塞换热器，严重影响换热性能。针对现有技术中存在的不足，本发明旨在克服一般含有少量硫磷的烟气管道内结焦的缺陷，提出了一种用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦方法。其优点是：将烟气冷却到露点温度以下，回收低品位热能，及时清除焦油，从而降低能耗，节约能源，同时可以降低污染物的排放，有利于环保。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦方法，系统包括反吹除焦单元、冷却单元、自动控制单元等，其特征在于：

所述反吹除焦单元主要包括鼓风机、热风发生器、喷嘴、焦油废气阀门、吸附室。热风发生单元安装在换热器出口的旁路上，通过导入管伸入到烟气主管道中。当除焦时，首先将烟气切换至旁路通道，再利用热风发生装置，使700～900℃的高温空气由喷头均匀高速流出，吹向翅片板换热器，从而使焦油短时间内完全去除，同时高温空气将废气从除焦旁路带入废气吸附室，再利用活性炭进行吸附处理。

所述冷却单元主要包括过鼓风机、空气进口阀门、空气出口阀门、离心泵、冷却水进口阀门、冷却水出口阀门。对空气进行预热时：鼓风机吸入外界的空气通过阀门进入翅片板换热器与烟气进行热交换，然后将预热后的空气通入加热炉，来提高加热炉余热利用率；对换热器进行除焦时：先将空气管道的进出口阀门关闭，打开冷却水进出口阀门，利用离心泵将冷却水通过阀门进入翅片板换热器，防止除焦时产生的高温空气损坏换热器，然后使冷却水通入蓄水槽，实现冷却水的循环利用。

所述自动控制单元包括热电偶、压差变送器、液位计以及管路电磁阀。本系统阀门配有连锁装置，实现自动控制。设定换热器内烟气侧压差峰谷值，当压差超过峰值时，控制系统自动打开电磁阀(3，4，21，17)，关闭电磁阀(2，5，12，18)以及鼓风机(19)，烟气切换至旁路通道，关闭空气系统，打开离心泵(20)，切换至水浴，启动热风发生器(14)和鼓风机(15)，进行除焦；除焦过程中，通过换热器烟气侧进出口热电偶(6、10)的数据调整冷却水液位，保证换热器不超温；当压差低于谷值时，关闭热风发生器(14)、离心泵(20)和鼓风机(15)，待冷却水排尽后，打开电磁阀(2，5，12，18)，关闭电磁阀(3，4，21，17)，将烟气切换回主管道，打开鼓风机(19)，切换回空气控制系统。从而实现自动除焦全过程。

所述翅片板换热器，不仅具有传统板翅式换热器结构紧凑，轻巧，适应性强，传热效率高的优点，还有比表面积大，使用寿命长，效率高等特点。翅片板换热器材质采用316L不锈钢，热流体内通加热炉的烟气，烟气含有少量的硫磷化合物；在正常换热过程中冷流体内通空气，烟气将加热炉的助燃空气进行预热，节约了大量能源，在除焦过程中冷流体内通冷却水，快速降低换热器内的温度，防止因温度过高而烧坏换热器。

控制系统利用电磁阀自动切换烟气管道及冷却单元。在非除焦状态，关闭热风发生器喷头处的阀门能有效防止腐蚀热风发生装置；除焦前将烟气切换至旁路通道，与换热器除焦单元隔开，可以有效地防止爆炸；还可以将预热空气部分与水浴部分进行切换。

本系统阀门配有连锁装置，实现自动控制。

附图说明

图1为本发明实施例的用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦系统图。

图2为本发明实施例的热风发生器结构示意图。

图3为本发明实施例的喷头管口分布结构示意图(正三角形)。

图4为本发明实施例的喷头管口分布结构示意图(转角正三角形)。

具体实施方案

以下结合附图对本发明进一步说明。

本发明的用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦工艺，该工艺不仅能够有效清除钢铁行业、石油行业的加热炉烟道管内的焦油，而且还能应用到生物质焦油及炼焦等领域。其核心是结合除焦工艺优化余热回收系统，其中最重要的为热风除焦系统与旁路系统。

如图1至4所示，本实施例的用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦系统，包括加热炉(1)，空气出口阀门(2)、冷却水出口阀门(3)、烟气旁路阀门(4)、烟气主管路进口阀门(5)、热电偶(6，10)、液位计(7)、烟气旁路通道(8)、差压变送器(9)、烟囱(11)、烟气主管路出口阀门(12)、喷嘴(13)、热风发生器(14)、鼓风机(15，19)、翅片板换热器(16)、冷却水进口阀门(17)、空气进口阀门(18)、离心泵(20)、焦油废气阀门(21)、吸附室(22)等。

本发明的换热设备采用翅片板换热器(16)，其具有传热效率高、结构紧凑、轻巧、适应性强等特点，能够很好地满足烟气余热回收方法。高温烟气来自于加热炉(1)，烟气可根据需求随时切换至旁路通道(8)。热风发生器(14)安装在换热器烟气出口管路处，高温空气导入管伸入至烟气管道中。压差变送器(9)和热电偶(6，10)分别安装在换热器烟气侧管道两端，控制系统记录着换热器烟气进出口的压差与温度。冷流单元有两套管路，换热器冷流体进出管道均安装三通及阀门，一个是预热空气管路，一个是水浴管路，换热器冷却水侧安装一个液位计(7)，便于观察换热器内的水位。本系统阀门配有连锁装置，各个管道均有电磁阀控制，电磁阀、压差变送器(9)、热电偶(6，10)、热风发生器(14)、鼓风机(15，19)、离心泵(20)均连接至控制系统，实行自动控制。加热炉的助燃空气通过换热器与烟气进行换热，提高余热利用率。

其工作过程是，在对空气预热过程中，翅片板换热器(16)内烟气的温度就会下降，自然会有焦油产生，于是会粘结在换热器内，随着设备的长时间运行，焦油会越积越多，就会有部分管子被堵住，进而换热器两端的压差就会增加，压差变送器(9)根据压力的变化转变为电信号，并将电信号传送到控制系统，然后与设定好的压差峰谷值进行比较，当达到设定的峰值时，控制系统首先打开阀门(4)，将烟气切换至旁路通道(8)，使烟气直接从烟囱(11)直接排出，关闭阀门(5，12)，防止产生的高温空气直接从烟囱排出。同时关闭鼓风机(19)和阀门(2，18)，打开离心泵(20)与阀门(3，17)，为了能够减少换热器的热应力，将预热空气装置切换成水浴装置，然后打开阀门(21)、热风发生器(14)及鼓风机(15)，初始风量不宜过大，产生的700～900℃左右的高温空气会从喷嘴(13)均匀流出，从而在短时间内将换热器内产生的焦油烧掉，同时将燃烧后的废气从焦油废气阀门(21)吹入吸附室(22)，再利用活性炭进行吸附处理，防止污染环境；除焦过程中，根据换热器进出口热电偶(6、10)的数据自动调整水浴位置，以保证换热器内的温度不会过高；待换热器两端压差减小到设定的谷值时，再关闭热风发生器(14)、鼓风机(15)、离心泵(20)及阀门(17，21)，打开阀门(5，12)，关闭阀门(4)，将烟气切换回主通道，待冷却水排尽后，关闭阀门(3)，打开阀门(2，18)及鼓风机(19)，水浴冷却装置切换回预热空气装置，表示完成整个除焦过程。本发明还具有结构简单合理，使用安全可靠，使用寿命长，节能，环保，应用范围宽等特点。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (9)

1.一种用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦系统，包括反吹除焦单元、冷却单元、自动控制单元，其特征在于：

——所述反吹除焦单元包括鼓风机(15)、热风发生器(14)、喷嘴(13)、焦油废气阀门(21)、吸附室(22)；打开烟气旁路阀门(4)，关闭烟气主管道阀门(5、12)，使烟气进入旁路管道(8)，从烟囱(11)排出；鼓风机(15)吸入外界空气，利用热风发生器(14)使空气加热，再通过喷嘴(13)均匀地流经翅片板换热器表面，废气由热风带入旁路管道内，通过焦油废气阀门(21)到达吸附室(22)；

——所述冷却单元包括预热空气部分和水浴部分，预热空气部分包括鼓风机(19)、空气进口阀门(18)、空气出口阀门(2)；水浴部分包括离心泵(20)、冷却水进口阀门(17)、冷却水出口阀门(3)；鼓风机(19)吸入的空气通过空气进口阀门(18)进入翅片板换热器与烟气进行换热，预热后的空气通过空气出口阀门(2)进入加热炉(1)；离心泵(20)将冷却水通过冷却水进口阀门(17)，经冷却水出口阀门(3)进入蓄水槽；

——所述自动控制单元包括热电偶(6，10)、压差变送器(9)、液位计(7)以及管路电磁阀；所述热电偶(6，10)、压差变送器(9)安装在换热器烟气侧管道的两端，所述液位计(7)安装在换热器的冷却水管路侧。

2.根据权利要求1所述的反吹除焦系统，其特征在于：所述喷嘴(13)为多孔喷嘴(13)，采用正三角形或转角正三角形方式排布。

3.根据权利要求1所述的反吹除焦系统，其特征在于：所述自动控制单元配有连锁装置，实现对热电偶、压差变送器、液位计、电磁阀、鼓风机、离心泵及热风发生器全自动控制。

4.一种用于烟气余热回收系统的高效反吹除焦方法，包括反吹除焦步骤、冷却步骤、自动控制步骤；其特征在于：反吹除焦步骤包括鼓风机(15)、热风发生器(14)、喷嘴(13)、焦油废气阀门(21)、吸附室(22)；冷却步骤包括预热空气部分和水浴部分，预热空气部分包括鼓风机(19)、空气进口阀门(18)、空气出口阀门(2)；水浴部分包括离心泵(20)、冷却水进口阀门(17)、冷却水出口阀门(3)；自动控制步骤包括热电偶(6，10)、压差变送器(9)、液位计(7)以及管路电磁阀。

5.根据权利要求4所述的反吹除焦方法，其特征在于：所述反吹除焦步骤，除焦时，先打开烟气旁路阀门(4)，关闭烟气主管道阀门(5、12)，使烟气进入旁路管道(8)，直接从烟囱(11)排出，再进行除焦。鼓风机(15)吸入外界空气，利用热风发生器(14)使空气迅速加热至700～900℃，再通过喷嘴(13)均匀地流经翅片板换热器表面，将换热器内粘附的焦油快速去除，处理后的废气由热风带入旁路管道内，通过焦油废气阀门(21)到达吸附室(22)，再利用活性炭对废气进行吸附处理。

6.根据权利要求4所述的反吹除焦方法，其特征在于：所述冷却步骤，

——预热空气时：鼓风机(19)吸入的空气通过空气进口阀门(18)进入翅片板换热器与烟气进行换热，然后将预热后的空气通过空气出口阀门(2)进入加热炉(1)，来提高余热利用率；

——水浴部分：离心泵(20)将冷却水通过冷却水进口阀门(17)进入翅片板换热器，维持一定的液位高度(70％～80％)，防止除焦时产生的高温空气损坏换热器；最后冷却水经冷却水出口阀门(3)进入蓄水槽，实现冷却水的循环利用。

7.根据权利要求4所述的反吹除焦方法，其特征在于：所述自动控制步骤，

——所述热电偶(6，10)安装在换热器烟气侧管道的两端，记录烟气进出口温度。除焦时，提供换热器内温度数据以便控制冷却水的流量以及热风发生器的温度及风量；

——所述压差变送器(9)安装在换热器烟气侧管道的两端，记录烟气侧压差，当达到设定峰值时，启动除焦命令；当低于设定谷值时，关闭除焦命令；

——所述液位计(7)安装在换热器的冷却水管路侧，当通入冷却水时，测量、记录换热器内冷却水的位置。

8.根据权利要求5、6或7所述的反吹除焦方法，其特征在于：所述喷嘴(13)为多孔喷嘴(13)，利用反吹除焦方式，通过多孔喷嘴(13)向换热器内反向通入高温空气；所述多孔喷嘴(13)采用多种形式排布，如正三角形、转角正三角形等排布方式，使得空气流速均匀，除焦效率高。

9.根据权利要求5、6或7所述的反吹除焦方法，其特征在于：所述烟气旁路通道在除焦过程与除焦步骤完全隔开，实现在线除焦，且具有防爆效果，同时换热系统一旦出现故障，便可将烟气切换至旁路通道，不会造成停车；从加热炉出来的烟气管道一直到进入炉膛的预热空气管道外侧均采用石棉进行保温，从而减少热损。