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(tuán)中石化煉化工程集團(tuán)洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心洛陽(yáng)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(yàn)小型熱態(tài)試驗(yàn)5 除垢試驗(yàn)除垢試驗(yàn)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(yàn)工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)8 結(jié)語(yǔ)結(jié)語(yǔ)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(wàn)噸萬(wàn)噸2006200620112011年中石化煉油企業(yè)加熱爐熱效率對(duì)比年中石化煉油企業(yè)加熱爐熱效率對(duì)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(diǎn)臨界點(diǎn)運(yùn)行?？諝忸A(yù)熱器已在煙氣酸露點(diǎn)臨界點(diǎn)運(yùn)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(biāo)技術(shù)目標(biāo)（1 1）加熱爐熱效率達(dá)到加熱爐熱效率達(dá)到94%94%；（2 2）加熱爐排煙溫度加熱爐排煙溫度9090100100；（3 3）長(zhǎng)周期）長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。安全穩(wěn)定運(yùn)行。 項(xiàng)目簡(jiǎn)介項(xiàng)目簡(jiǎn)介 2013年年1月，月，“煉油加熱爐深度節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)研究煉油加熱爐深度節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)研究”中國(guó)中國(guó)石油化工股份有限公司立項(xiàng)石油化工股份有限公司立項(xiàng)，合

4、同號(hào)為：，合同號(hào)為：313041。 SEG洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心負(fù)責(zé)負(fù)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(yàn)；（）小型熱態(tài)試驗(yàn)；（3）過(guò)程控過(guò)程控制制；（；（4）課題總結(jié)）課題總結(jié)。 中石化荊門(mén)分公司負(fù)責(zé)中石化荊門(mén)分公司負(fù)責(zé)： 實(shí)施工業(yè)實(shí)施工業(yè)應(yīng)用應(yīng)用試驗(yàn)試驗(yàn)。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(guò)的抗露點(diǎn)腐蝕空氣預(yù)熱器材料使用過(guò)的抗露點(diǎn)腐蝕空氣預(yù)熱器材料序號(hào)序號(hào)材料名稱材料名稱腐蝕速率腐蝕速率（mg/cm2h） （70 50%H2SO4）使用時(shí)間使用時(shí)間有效使用溫度有效使用溫度1碳鋼碳鋼103.513個(gè)月個(gè)月1402ND鋼（鋼（09G

5、rCuSb）7.30312個(gè)月個(gè)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(gè)月個(gè)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(duì)比非金屬材料參數(shù)對(duì)比序號(hào)序號(hào)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(zhǎng)期耐腐蝕長(zhǎng)期耐腐蝕5%85%H2SO4長(zhǎng)期耐腐長(zhǎng)期耐腐5%85%H2SO4耐酸耐酸1級(jí)級(jí)2導(dǎo)熱率導(dǎo)熱率W/W/（mKmK）1001000.221.253抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度MPaMPa3030

6、30354抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)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(píng) 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(gè)平面內(nèi)，每一個(gè)碳原子都原子按整六角形排列于各平面上，在每一個(gè)平面內(nèi)，每一個(gè)碳原子都和其他三個(gè)碳原子以共價(jià)鍵連接。這種共價(jià)鍵結(jié)合非常牢固，其他化和其他

7、三個(gè)碳原子以共價(jià)鍵連接。這種共價(jià)鍵結(jié)合非常牢固，其他化學(xué)基團(tuán)來(lái)取代它們很困難。學(xué)基團(tuán)來(lái)取代它們很困難。 石墨材料是一種超強(qiáng)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(qiáng)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）?？梢栽冢??？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(yàn)次數(shù)，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)減少試驗(yàn)次數(shù)，

8、節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)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(jiǎn)壁結(jié)構(gòu)。兩組流道為簡(jiǎn)壁結(jié)構(gòu)。熱煙氣從軸向流過(guò)，與流過(guò)徑向流熱煙氣從軸向流過(guò)，與流過(guò)徑向流道的冷空氣進(jìn)行換熱，從而達(dá)到預(yù)道的冷空氣進(jìn)行換熱，從而達(dá)到預(yù)熱空氣的目的。熱空氣的目的。石墨空氣預(yù)熱器簡(jiǎn)化模擬石墨空氣預(yù)熱器簡(jiǎn)化模擬石墨空氣預(yù)熱器石墨空氣預(yù)熱器簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)化模型CFX數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果數(shù)值模擬計(jì)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(yuǎn)大于進(jìn)出口流速及連通段流速；）孔內(nèi)流速遠(yuǎn)大于進(jìn)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(jì)算結(jié)果數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果石墨空氣預(yù)熱器石墨空氣預(yù)熱器溫度場(chǎng)云圖溫度場(chǎng)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(yàn)小型熱態(tài)試驗(yàn)熱態(tài)試驗(yàn)石墨蜂窩空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)圖熱態(tài)試驗(yàn)石墨蜂窩空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)圖熱態(tài)試驗(yàn)工藝流程熱態(tài)試驗(yàn)工藝流程熱態(tài)試驗(yàn)工藝流程圖熱態(tài)試驗(yàn)工藝流程圖熱態(tài)試驗(yàn)裝置熱態(tài)試驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)裝置參數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置參數(shù)（1）煙氣量：）煙氣量：3000Nm3/h；（2）煙氣進(jìn)口溫度：）煙氣進(jìn)口溫度：150。熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)論

10、熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)論 試驗(yàn)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(yàn)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(yùn)行。以下煙氣環(huán)境中安全運(yùn)行。5 除垢試驗(yàn)除垢試驗(yàn)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(shí)間，清洗時(shí)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(guò)程管孔除垢過(guò)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(jìn)口段、煙氣出口過(guò)渡段、空氣進(jìn)口段、石墨傳熱芯體、煙氣進(jìn)口段、煙氣出口過(guò)渡段、空氣進(jìn)口段、空氣出口段等?？諝獬隹诙蔚?。7 工業(yè)應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用荊門(mén)分公司荊門(mén)分公司6060萬(wàn)噸萬(wàn)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(shí)際熱效率實(shí)際熱效率91%左右。左右。工業(yè)應(yīng)用前標(biāo)定數(shù)據(jù)工業(yè)應(yīng)用前標(biāo)定數(shù)據(jù)表表3 工業(yè)工業(yè)試驗(yàn)應(yīng)用前試驗(yàn)應(yīng)用前標(biāo)定數(shù)據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù) 項(xiàng)項(xiàng) 目目單位

12、單位空氣側(cè)空氣側(cè)煙氣側(cè)煙氣側(cè)進(jìn)口溫度進(jìn)口溫度 16251.5出口溫度出口溫度221.4138.9進(jìn)口壓力進(jìn)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(yàn)應(yīng)用前試驗(yàn)應(yīng)用前熱效率計(jì)算表熱效率計(jì)算表項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱符號(hào)符號(hào)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(jì)參數(shù)空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)參數(shù)表表5 工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)石墨空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)參數(shù)石墨空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)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(wèn)題，腐蝕穿孔問(wèn)題，進(jìn)一步降低煙氣排進(jìn)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(biāo)定數(shù)據(jù)分析工業(yè)標(biāo)定數(shù)

14、據(jù)分析表表6 綜合熱效率計(jì)算表綜合熱效率計(jì)算表項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱符號(hào)符號(hào)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(yùn)行至更低的排煙溫度下安全運(yùn)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(jìn)行節(jié)能改造后，重整加熱爐進(jìn)行節(jié)能改造后，可以解決低溫段露點(diǎn)腐蝕穿孔問(wèn)題，可以解決低溫段露點(diǎn)腐蝕穿孔問(wèn)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(yùn)行燃料氣（以年運(yùn)行8400小時(shí)計(jì)）小時(shí)計(jì)）351噸。噸。以燃料氣價(jià)格以燃料氣價(jià)格3631元元/噸計(jì)算，每年噸計(jì)算，每年可增加經(jīng)濟(jì)效益可增加經(jīng)濟(jì)效益127.45萬(wàn)元。萬(wàn)元。8 創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)（1）耐低溫露點(diǎn)腐蝕石墨空氣預(yù)熱器技術(shù)，跨越了耐低溫露點(diǎn)腐蝕石墨空氣預(yù)熱器技術(shù)，跨越了煙氣露點(diǎn)腐蝕障礙煙氣露點(diǎn)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(guó)內(nèi)首次在煉油加熱爐上應(yīng)用石墨空氣預(yù)熱器國(guó)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(shí)產(chǎn)權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利授權(quán)專利授權(quán)6項(xiàng)項(xiàng)： （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(diǎn)腐蝕