一种防积灰堵塞玻璃管换热器及其应用

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，特别是涉及一种防积灰堵塞玻璃管换热器及其应用。

背景技术

目前工业生产中，各类换热器被广泛应用来进行热交换，其中以管壳式换热器应用最为普遍。催化裂化是炼油过程中重要的二次加工，是提高轻质油收率，生产高辛烷值汽油，同时又多产柴油的重要手段。催化裂化装置在进行催化裂化反应过程中会排放出大量的高温烟气，余热锅炉是石化企业中催化裂化装置余热回收的主要设备，催化裂化余热锅炉出口烟气温度在200-220℃，短期有 260℃的工况。烟气中含有催化剂粉尘。未经脱硫的烟气在降温过程中，有硫酸盐等结晶析出，结晶物和粉尘易造成换热器堵塞。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种防积灰堵塞玻璃管换热器及其应用，在换热器的底部设置集尘斗，能够在换热的过程中将烟气夹杂的粉尘以及降温析出的结晶盐进行收集并定时排出，避免粉尘和结晶盐因无法排出而附着在换热管的管壁，导致换热效率降低的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种防积灰堵塞玻璃管换热器，包括壳体，壳体上分别设置有烟气进出口和空气进出口，壳体内设有玻璃换热管组件，玻璃换热管组件的两端分别与空气进出口连通，所述壳体的下部设置有集灰斗，集灰斗的下端排灰口处设置有排灰阀，集灰斗内设置有吹扫管，吹扫管一端伸出集灰斗与气源连接，吹扫管位于集灰斗内的管体上分布有多个吹扫孔，所述玻璃换热管组件中的换热管呈正方形排列，且换热管的管间距S与换热管的外径D之间满足以下条件：S≥D*1.21，使管外介质流速在8-15m/s之间。

作为本发明一种防积灰堵塞玻璃管换热器的进一步优化：相邻换热管之间的净距离≥8mm。

作为本发明一种防积灰堵塞玻璃管换热器的进一步优化：所述换热管的材质为石英玻璃或高硼硅玻璃。

作为本发明一种防积灰堵塞玻璃管换热器的进一步优化：所述换热管和烟气流道均为水平布置。

作为本发明一种防积灰堵塞玻璃管换热器的进一步优化：所述集灰斗内设置有烟气挡板，烟气挡板与换热管相互平行，烟气挡板上端与集灰斗上端相互平齐，烟气挡板的下端置于吹扫管上方。

作为本发明一种防积灰堵塞玻璃管换热器的进一步优化：所述换热管为水平布置，烟气流道为L形；

烟气进口位于集灰斗的侧壁上，烟气出口位于壳体的上端面；

或烟气出口位于集灰斗的侧壁上，烟气进口位于壳体的上端面。

作为本发明一种防积灰堵塞玻璃管换热器的进一步优化：所述换热管的管程为U形或蛇形多流程布置，空气进出口分别设置在壳体的端面，烟气流道为水平布置。

本发明防积灰堵塞玻璃管换热器在催化裂化装置中的应用：在余热锅炉的烟气出口管路上设置防积灰堵塞玻璃管换热器。

本发明防积灰堵塞玻璃管换热器在硫磺回收尾气处理系统中的应用：硫磺回收尾气处理系统包括尾气预热器、尾气加热器、尾气焚烧炉、废热锅炉、冷却器和脱硫设备，含硫尾气经尾气预热器和尾气加热器与烟气换热后进入尾气焚烧炉，尾气焚烧炉产生的高温烟气经废热锅炉后依次进入尾气加热器和尾气预热器与含硫尾气进行热交换，尾气预热器的烟气经冷却器降温后进入脱硫设备，所述尾气预热器为防积灰堵塞玻璃管换热器。

有益效果

一、本发明换热器的底部设置集尘斗，能够在换热的过程中将烟气夹杂的粉尘以及降温析出的结晶盐进行收集并定时排出，避免粉尘和结晶盐因无法排出而附着在换热管的管壁，导致换热效率降低的问题，在催化裂化装置以及硫磺回收尾气处理系统中均有较好的应用前景；

二、本发明换热器的集尘斗内设置有烟气挡板，使烟气都经过换热管区域进行换热，避免集尘斗对换热效率的影响；

三、本发明换热器换热管分布方式以及管间距进行了特殊限定，使得管外烟气流速在8-15m/s之间，这样的设计配合本发明的排尘结构能够避免烟气中的颗粒物形成结晶并附着在换热管表面，影响换热器的换热效率；

四、本发明换热器的换热管采用石英玻璃或高硼硅玻璃材质，玻璃材质的换热管具有较强的耐腐蚀性能，并且其外表面较为光滑，粉尘和结晶盐不易附着在换热管的外部。

附图说明

图1为实施例1中换热器的内部结构示意图Ⅰ；

图2为实施例1中换热器的内部结构示意图Ⅱ；

图3为实施例1中换热器的外部结构示意图；

图4为实施例2中换热器的内部结构示意图Ⅰ；

图5为实施例2中换热器的内部结构示意图Ⅱ；

图6为实施例3中换热器的外部结构示意图；

图7为实施例4中换热器在催化裂化装置中的位置关系示意图；

图8为实施例5中硫磺回收尾气处理系统的尾气处理系统结构示意图；

图9为实施例6中硫磺回收尾气处理系统的尾气处理系统结构结构示意图；

图10为普通换热器运行一段时间后的换热管状态图；

图11为本发明换热器运行一段时间后的换热管状态图；

附图标记：1、壳体，2、烟气进口，3、烟气出口，4、空气进口，5、空气出口，6、换热管，7、集灰斗，8、排灰口，9、排灰阀，10、吹扫管，11、吹扫孔，12、烟气挡板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

如图1-3所示，一种防积灰堵塞玻璃管换热器，包括壳体1。壳体1上分别设置有烟气进出口2,3和空气进出口4,5，壳体1内设有换热管6，换热管6 的材质为石英玻璃，换热管6的两端分别与空气进出口4,5连通。换热管6和烟气流道均为水平布置，壳体1的下部设置有集灰斗7，集灰斗7的下端排灰口8 处设置有排灰阀9，集灰斗7内设置有吹扫管10，吹扫管10一端伸出集灰斗7 与气源连接，吹扫管10位于集灰斗7内的管体侧壁沿其长度方向均匀分布有相互对称的两排吹扫孔11。

玻璃换热管组件中的换热管呈正方形排列，且换热管的管间距S与换热管的外径D之间满足以下条件：S≥D*1.21，且相邻换热管之间的净距离≥8mm 使管外介质流速在8-15m/s之间。这样的设计配合本发明的排尘结构能够避免烟气中的颗粒物形成结晶并附着在换热管表面，影响换热器的换热效率。如图10 和11所示，普通换热器运行一段时间后，其换热管的表面附着有大量的结晶，这些结晶会严重影响换热管的换热效率，降低换热器的工作效率。而本发明的换热器运行一段时间后，换热管的表面仅有一层浮灰，并未出现结晶附着的情况。

当集灰斗7内积存的粉尘及结晶盐较多时，打开排灰阀9，使粉尘和结晶盐在重力作用下从集灰斗7内排出，如果集灰斗7内的粉尘出现结块而无法顺利排出时，通过向吹扫管10吹入高压气体，高压气体由管体两侧的吹扫孔11吹出，将结块的粉尘打散打松，使其顺利排出集灰斗7。

集灰斗7内并排设置有两个烟气挡板12，烟气挡板12与换热管6相互平行，烟气挡板12上端与集灰斗7上端相互平齐，烟气挡板12的下端置于吹扫管10上方。烟气挡板12起到防止烟气短路的作用，也就是说，避免烟气不经过换热区域而直接由烟气出口排出，通过烟气挡板12的设置，使烟气都经过换热管区域进行换热，避免集尘斗对换热效率的影响。

集灰斗7的内壁以及烟气挡板12的两侧壁均设置有聚四氟乙烯涂层，可以防止灰尘堆积在集灰斗7及烟气挡板1上。

实施例2

如图4和5所示，一种防积灰堵塞玻璃管换热器，包括壳体1。壳体1 上分别设置有烟气进出口2,3和空气进出口4,5，壳体1内设有换热管6，换热管 6的材质为高硼硅玻璃，换热管6的两端分别与空气进出口4,5连通。换热管6 为水平布置，烟气流道为L形，烟气进口2位于集灰斗7的侧壁上，烟气出口3 位于壳体1的上端面。壳体1的下部设置有集灰斗7，集灰斗7的下端排灰口8 处设置有排灰阀9，集灰斗7内设置有吹扫管10，吹扫管10一端伸出集灰斗7 与气源连接，吹扫管10位于集灰斗7内的管体侧壁沿其长度方向均匀分布有相互对称的两排吹扫孔11。烟气由壳体1的下部进入换热区域，与换热管内的空气进行换热，降温后的烟气由壳体1上部排出，在换热过程中，烟气夹杂的粉尘以及降温析出的结晶盐在重力作用下掉落至集尘斗7内，避免粉尘和结晶盐因无法排出而附着在换热管的管壁，进而导致换热效率降低。

实施例3

如图6所示，一种防积灰堵塞玻璃管换热器，包括壳体1。壳体1上分别设置有烟气进出口2,3和空气进出口4,5，壳体1内设有换热管6，换热管6 的材质为石英玻璃，换热管6的两端分别与空气进出口4,5连通。换热管6为U 形或蛇形布置，空气进出口4,5均设置在壳体1的上端面，烟气流道为水平布置。壳体1的下部设置有集灰斗7，集灰斗7的下端排灰口8处设置有排灰阀9，集灰斗7内设置有吹扫管10，吹扫管10一端伸出集灰斗7与气源连接，吹扫管10 位于集灰斗7内的管体侧壁沿其长度方向均匀分布有相互对称的两排吹扫孔11。集灰斗7内并排设置有两个烟气挡板12，烟气挡板12与换热管6相互平行，烟气挡板12上端与集灰斗7上端相互平齐，烟气挡板12的下端置于吹扫管10上方。

烟气由壳体1的左侧进入换热区域，与换热管内的空气进行换热，降温后的烟气由壳体1右侧排出，在换热过程中，烟气夹杂的粉尘以及降温析出的结晶盐在重力作用下掉落至集尘斗7内，避免粉尘和结晶盐因无法排出而附着在换热管的管壁，进而导致换热效率降低。

实施例4

如图7所示，一种带防积灰堵塞板管换热器的催化裂化装置，装置的整体结构为现有技术，可以为现有技术中常用的催化裂化装置结构形式。本实施例中催化裂化装置包括反应-再生系统、分馏系统、吸收-稳定系统以及烟气能量回收系统。需要说明的是，由于反应-再生系统、分馏系统、吸收-稳定系统以及烟气能量回收系统均为现有技术，不同于现有技术的是，本实施例中在烟气能量回收系统的余热锅炉的烟气出口管路上设置带防积灰堵塞换热器(实施例1-3中任意一种)，因此在图7中仅示出了烟气能量回收系统中余热锅炉处的示意图。

换热器能够在换热的过程中将烟气夹杂的粉尘以及降温析出的结晶盐进行收集并定时排出，避免粉尘和结晶盐因无法排出而附着在换热管的管壁，导致换热效率降低，进而影响影响催化裂化装置中余热回收效果的问题。

实施例5

如图8所示，一种带防积灰堵塞板管换热器的硫磺回收尾气处理系统，包括尾气预热器、尾气加热器、尾气焚烧炉、废热锅炉、冷却器和脱硫设备，含硫尾气经尾气预热器和尾气加热器与烟气换热后进入尾气焚烧炉，尾气焚烧炉产生的高温烟气经废热锅炉后依次进入尾气加热器和尾气预热器与含硫尾气进行热交换，尾气预热器的烟气经冷却器降温后进入脱硫设备，尾气预热器为防积灰堵塞换热器(实施例1-3中任意一种)。

换热器能够在换热的过程中将烟气夹杂的粉尘以及降温析出的结晶盐进行收集并定时排出，避免粉尘和结晶盐因无法排出而附着在换热管的管壁，导致换热效率降低，进而影响影响硫磺回收尾气处理系统中余热回收效果的问题。

实施例6

如图9所示：一种带防积灰堵塞换热器的硫磺回收尾气处理系统，本实施例的硫磺回收尾气处理系统与实施例5基本相同，不同之处在于：尾气预热器还包括空气换热管和空气进出口，空气换热管的两端分别与空气进出口连通，空气进入尾气预热器与烟气换热后一部分进入尾气焚烧炉的燃烧器内进行助燃，另一部分与脱硫后湿烟气混合消白排放。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。