一種熱媒加熱爐的製作方法

2023-12-02 02:59:01

本發明涉及熱媒加熱爐技術領域，尤其涉及一種熱媒加熱爐。

背景技術：

石油生產行業是產能大戶，同時也是用能大戶。我國原油具有高粘、低凝和偏重的特點，並且多數油田的開採已進入後期，原油以重油居多，因此，在油田集輸與長距離管輸過程中多採用加熱的方式輸送。在油田集輸與管輸首站以天然氣為燃料，管輸途中以原油為燃料，長距離管輸過程中的能耗佔到輸油量的0.5％左右，導致管輸過程中，在消耗天然氣與石油資源的同時，也造成了環境汙染。

國內原油油田集輸與長距離管輸過程中，對原油的加熱主要通過加熱爐實現，使用最多的加熱爐有水套加熱爐、熱煤加熱爐和火筒式加熱爐。其中，水套加熱爐效率低，排煙溫度高，由於結構簡單，導致不完全燃燒又造成對能源浪費與環境汙染。

另外，熱煤加熱爐由於原油不直接通過加熱爐爐管，不會因偏流等原因引起結焦，熱媒對金屬無腐蝕、爐子壽命長、加熱效率高的特點，自上世紀80年代引進到我國以後，在原油油田集輸與長距離管輸過程中得到了廣泛應用。如西部原油輸送管道從烏魯木齊至蘭州，幹線全長1545km，全線除烏魯木齊首站加熱爐以天然氣為燃料外，其餘加熱爐均用原油為燃料，全線各站共設置加熱爐35臺，其中熱媒加熱爐33臺。

在熱媒加熱爐中，使用最多的為圓形盤管式，熱媒通過爐體中的盤管時被加熱，高溫熱媒通過換熱利用後再回到熱媒加熱爐中加熱，整個系統中熱媒形成一個閉式循環。但是，當加熱爐遇到突然停電時，盤管中的導熱油停止流動，無法及時排除，而燃燒爐膛內的燃料繼續 向受熱面加熱，導致熱媒(一般為有機熱載體)聚合結焦，以致盤管變形，更嚴重甚至可能發生火災。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供了一種熱媒加熱爐，可有效提高燃料利用率，增加熱媒加熱爐的安全性，並減少原油輸送過程中的碳排放。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種熱媒加熱爐，包括高溫段，和分別與所述高溫段連接的預熱段、中溫段和膨脹罐；

所述高溫段包括高溫段殼體和熱媒管道，所述熱媒管道盤設於所述高溫段殼體的內壁上，且所述熱媒管道與所述高溫段殼體同軸，所述高溫段殼體與所述熱媒管道內部形成明火加熱區；所述熱媒管道一端為高溫熱媒出口，另一端為高溫熱媒入口，所述高溫熱媒出口和所述高溫熱媒入口分別伸出所述高溫段殼體；所述高溫段殼體上設有燃料進口和緊急放空口，所述燃料進口設置於所述高溫段殼體的側壁上，所述燃料進口連通所述明火加熱區，所述緊急放空口設置於所述高溫段殼體的底部，所述緊急放空口連通所述熱媒管道；

所述中溫段上設有高溫煙氣入口、高溫煙氣出口、低溫熱媒入口以及低溫熱媒出口，所述高溫煙氣入口連通明火加熱區，使明火加熱區內的高溫煙氣進入中溫段，所述低溫熱媒出口連通所述高溫熱媒入口，所述中溫段內利用所述高溫煙氣對低溫熱媒進行預熱後，將所述預熱的低溫熱媒送入所述熱媒管道；

所述預熱段設置於所述中溫段頂部，所述預熱段上設有空氣入口、空氣出口和煙氣排放口，所述預熱段底部連通所述高溫煙氣出口，將所述中溫段內的高溫煙氣引入所述預熱段，所述預熱段利用所述高溫煙氣對所述空氣進行預熱後，所述預熱的空氣通過所述空氣出口與燃 料混合後、從所述燃料進口進入所述明火加熱區，所述煙氣排放口用於排放高溫煙氣；

所述膨脹罐設置於所述高溫段頂部，所述膨脹罐通過膨脹口與所述熱媒管道連通。

進一步的，前述熱媒管道內還間隔的設置有若干擾流元件。

進一步的，前述中溫段內設有兩塊擋板，所述擋板將中溫段內部依次分隔為低溫熱媒區、預熱熱媒區和預熱區，所述低溫熱媒區與所述低溫熱媒入口連通，所述預熱熱媒區與所述高溫熱媒入口連通，所述預熱區內設置翅片管換熱器，所述翅片管換熱器一端連通所述低溫熱媒區，另一端連通所述預熱熱媒區；所述翅片管換熱器內設有擾流元件。

進一步的，前述預熱段內設有兩塊擋板，所述擋板將預熱段內部依次分隔為低溫空氣區、換熱區和預熱空氣區，所述低溫空氣區與所述空氣入口連通，所述預熱空氣區與所述空氣出口連通，所述換熱區內設置翅片管換熱器，所述翅片管換熱器一端連通所述低溫空氣區，另一端連通所述預熱空氣區；所述翅片管換熱器內設有擾流元件。

優選的，前述熱媒管道的橫截面為圓拱形。

優選的，前述緊急放空口的數量為至少2個，且所述緊急放空口沿所述高溫段的軸向均勻分布。

優選的，前述擾流元件為扭曲帶、彈簧或者異性扭曲帶。

優選的，前述煙氣排放口上設有煙囪。

優選的，前述膨脹口的數量為至少2個，且所述膨脹口沿所述高溫段軸向均勻分布。

進一步的，前述高溫熱媒出口還連通有用熱單元。

(三)有益效果

本發明的上述技術方案具有以下有益效果：

本發明提供了一種熱媒加熱爐，包括高溫段、中溫段和預熱段，高溫段用於對熱媒進行加熱，中溫段利用高溫段內產生的高溫煙氣對 熱媒進行預熱，預熱段利用高溫煙氣的餘熱對燃燒用的空氣進行預熱，實現了對熱能的梯級利用，能有效提高爐效率及燃料利用率，同時保證煙氣排放溫度。

本發明設置了緊急放空閥，用於突發停電時對高溫熱媒緊急放空，避免事故發生，提高熱媒加熱爐的安全性。

附圖說明

圖1為本發明熱媒加熱爐的結構示意圖；

圖2為本發明中熱媒管道的截面示意圖。

其中，1：低溫熱媒入口；2：高溫熱媒入口；3：高溫熱媒出口；4：燃料進口；5：高溫煙氣入口；6：高溫煙氣出口；7：煙氣排放口；8：熱媒管道；9：緊急放空口；10：膨脹罐；11：煙囪；12：擾流元件；13：膨脹口；14：空氣入口；15：空氣出口；16：高溫段；17：中溫段；18：預熱段。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不能用來限制本發明的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上；術語「上」、「下」、「左」、「右」、「內」、「外」、「前端」、「後端」、「頭部」、「尾部」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也 可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對於本領域的普通技術人員而言，可視具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

如圖1所示，本實施例提供的一種熱媒加熱爐，包括高溫段16，和分別與高溫段16連接的預熱段18、中溫段17和膨脹罐10；

如圖2所示，高溫段16包括高溫段16殼體和熱媒管道8，熱媒管道8盤設於高溫段16殼體的內壁上，且所述熱媒管道與所述高溫段殼體同軸，熱媒管道8與高溫段16殼體為一體結構，高溫段16殼體與熱媒管道8內部形成明火加熱區，其傳熱溫差最高；熱媒管道8的橫截面為圓拱形。熱媒管道8與高溫段16殼體一體化設計，且熱媒管道8的截面積為圓拱形，與同樣直徑的圓盤管道相比，本發明採用的圓拱形熱媒管道8的流通面積增加10％以上，同時受熱面積沒有減少。

熱媒管道8內還間隔的設置有若干擾流元件12。本實施例在熱媒管道8中加入了非連續形式的擾流元件12，可有效提高管道內熱媒徑向擾動，減小管道內徑向的熱媒溫度梯度，起到強化傳熱與防止結焦的效果，增加熱媒加熱爐的燃料利用率。其中，每兩個擾流元件12之間的距離保證熱媒處於擾動狀態，使層流層變薄。

熱媒管道8一端為高溫熱媒出口3，另一端為高溫熱媒入口2，高溫熱媒出口3和高溫熱媒入口2分別伸出高溫段16殼體；高溫熱媒出口3還連通有用熱單元。高溫段16殼體上設有燃料進口4和緊急放空口9，燃料進口4設置於高溫段16殼體的側壁上，燃料進口4連通明火加熱區，緊急放空口9設置於高溫段16殼體的底部，緊急放空口9連通熱媒管道8；緊急放空口9的數量為至少2個，且緊急放空口9沿高溫段16的軸向均勻分布。緊急放空口9用於突發停電時，放空加熱爐熱媒管道8內的高溫熱媒，防止其聚合結焦，避免事故發生。與現有技術相比，緊急情況下，本實施例中的高溫熱媒可以直接從高溫段16殼體上放出，且可以設置多個緊急排放口。

中溫段17是高溫煙氣與低溫導熱油的換熱段。中溫段17上設有 高溫煙氣入口5、高溫煙氣出口6、低溫熱媒入口1以及低溫熱媒出口，高溫煙氣入口5連通明火加熱區，使明火加熱區內的高溫煙氣進入中溫段17，低溫熱媒出口連通高溫熱媒入口2，中溫段17內利用高溫煙氣對低溫熱媒進行預熱後，將預熱的低溫熱媒送入熱媒管道8；

中溫段17內設有兩塊擋板，擋板將中溫段17內部依次分隔為低溫熱媒區、預熱熱媒區和預熱區，低溫熱媒區與低溫熱媒入口1連通，預熱熱媒區與高溫熱媒入口2連通，預熱區內設置翅片管換熱器，翅片管換熱器一端連通低溫熱媒區，另一端連通預熱熱媒區；翅片管換熱器內設有擾流元件12。

預熱段18設置於所述中溫段17頂部，預熱段18上設有空氣入口14，空氣出口15和煙氣排放口7，預熱段18底部連通高溫煙氣出口6，將中溫段17內的高溫煙氣引入預熱段18，預熱段18利用高溫煙氣對空氣進行預熱後，預熱的空氣通過空氣出口15與燃料混合後、從燃料進口4進入明火加熱區，煙氣排放口7用於排放高溫煙氣；煙氣排放口7設置於預熱段18的頂部，煙氣排放口7上設有煙囪11。預熱段18用於回收煙氣餘熱，將其與空氣進行換熱，有效降低排煙溫度，同時提高燃燒空氣溫度，提高爐效。

預熱段18內設有兩塊擋板，擋板將預熱段18內部依次分隔為低溫空氣區、換熱區和預熱空氣區，低溫空氣區與空氣入口14連通，預熱空氣區與空氣出口15連通，換熱區內設置翅片管換熱器，翅片管換熱器一端連通所述低溫空氣區，另一端連通所述預熱空氣區；翅片管換熱器內設有擾流元件12。

其中，前述的擾流元件12可以為扭曲帶、彈簧或者異性扭曲帶。

膨脹罐10設置於高溫段16頂部，膨脹罐10通過膨脹口13與熱媒管道8連通。膨脹口13的數量為至少2個，且所述膨脹口13沿所述高溫段16軸向均勻分布，還可以起到穩固支撐膨脹罐10的作用。當熱媒膨脹時，膨脹罐10接受部分高溫熱媒，當熱媒降溫時重新回到管道中。與現有技術相比，本實施例中的膨脹罐10設置於高溫段16 頂部，與高溫段16距離較近，可以快速地接受膨脹的熱媒，且不會使熱媒損失較多的熱量。

本實施例中的熱媒首先通過中溫段17的換熱器與高溫煙氣換熱，然後通過高溫段16的熱媒管道8被加熱到所需溫度，最後進入用熱單元；燃料在高溫段16內燃燒產生明火加熱熱媒，產生的高溫煙氣在中溫段17內加熱換熱器中的熱媒，高溫煙氣最後進入預熱段18後排放，實現了熱能的梯級利用，提高了加熱爐效率，同時保證了煙氣排放溫度。

因此，在工作中，本實施例提供的熱媒加熱爐的具體工作流程為：

1.低溫熱媒由低溫熱媒入口1進入中溫段17的換熱器管程內，與高溫煙氣換熱後，由高溫熱媒入口2進入加熱爐高溫段16，當熱媒加熱到所需溫度後由熱媒出口離開加熱系統去用熱單元。

2.燃料由燃料進口4進入加熱爐高溫段16並在明火燃燒區內燃燒，加熱熱媒管道8內的熱媒。燃燒產生的高溫煙氣由中溫段17的高溫煙氣入口5進入中溫段17換熱器的殼程，高溫煙氣經過與熱媒換熱後，由高溫煙氣出口6進入預熱段18與燃燒空氣進行換熱，高溫煙氣與空氣換熱後，由煙氣排放口7進入煙囪11排放。空氣從空氣入口14進入預熱段18與高溫煙氣換熱後，從空氣出口15離開並與燃料氣混合後，從燃料進口4進入加熱爐助燃。

3.當熱媒被加熱時，產生體積膨脹，部分高溫熱媒由膨脹口13進入到膨脹罐10中。當溫度降低時，熱媒重新回到熱媒加熱通道中。

4.當發生突發性停電時，熱媒循環停止。啟動緊急放空口9，高溫熱媒在重力作用下即可排出熱媒管道8，從而避免結焦。

綜上所述，本發明實施例公開了一種熱媒加熱爐，其中高溫段16內的熱媒管道8與高溫段16殼體為一個整體，且膨脹罐10和高溫段16也可以設置為一個整體，使整個系統結構緊湊，高溫段16、中溫段17和預熱段18對高溫煙氣的利用，實現了熱能的梯級高效利用，同時 通過預熱段18使排煙溫度低於150℃，達到節能環保的效果。在加熱爐高溫段16部分，設有多個高溫熱媒緊急放空口9，在突發停電的情況下，通過開啟放空閥即可避免可能發生的事故。

本發明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將本發明限於所公開的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。