一种高效水套加热炉

摘要

本发明公开了一种高效水套加热炉。它包括水套、内置有循环液盘管的烟囱、内置有燃气盘管的换热器以及设置在水套内的介质盘管和烟管，水套内设置有与烟囱贯通的蜂窝管，蜂窝管经过烟管连接有火筒，火筒连接有燃烧器，换热器的内腔形成液体流动腔，循环液盘管与换热器连接并能够使循环液盘管和换热器内的液体介质进行流动置换，燃气盘管与燃烧器的燃气管连接，烟囱的腔体内形成气流通道，烟囱与燃烧器的空气管连接。其优点在于：使得燃气与空气混合燃烧更彻底，提高了燃气利用效率；通过烟气余热来预热进入燃烧器的空气和燃料气，有效提高了烟气余热回收利用效率，提高了水套加热炉热效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田辅助加热设备，具体地说是一种高效水套加热炉。

背景技术

水套加热炉是间接加热的油田常用设备，它广泛应用于油气集输系统中，主要用于油气产品的加热降粘输送，天然气在水套加热炉燃烧器内燃烧过程中，产生的高温烟气将热量传递给水套炉内介质，烟气温度逐渐降低，最后由烟囱排出，但目前油田在役的水套加热炉热效率偏低，烟气的排烟温度较高，烟气经烟囱排出，高温烟气所携带的热量没有得到有效利用，直接释放到周围的环境中，造成不必要的热量损失，增加了多余的燃料消耗，降低了加热炉的热效率，同时影响周围环境的温度场，据统计排烟损失热量占燃料燃烧释放全部热量的10%以上，烟囱排烟是一个潜力很大的余热资源，充分回收利用好余热资源，对提高水套加热炉热效率有着重要的意义，目前石油化工领域对于水套加热炉烟囱排烟热量回收的设备设施较少，即便是有的地方采用了烟囱排烟热量回收装置，但是普遍情况下仅仅是在管道上做文章，其结构设计存在严重不合理的问题，使得热量并没有有效被利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、提高热交换效率、提高燃气利用效率并降低烟气温度，从而大幅度提高水套加热炉热效率的烟气余热回收的高效水套加热炉。

为了解决上述技术问题，本发明的高效水套加热炉，包括水套、内置有循环液盘管的烟囱、内置有燃气盘管的换热器以及设置在水套内的介质盘管和烟管，水套内设置有与烟囱贯通的蜂窝管，蜂窝管经过烟管连接有火筒，火筒连接有燃烧器，换热器的内腔形成液体流动腔，循环液盘管与换热器连接并能够使循环液盘管和换热器内的液体介质进行流动置换，燃气盘管与燃烧器的燃气管连接，烟囱的腔体内形成气流通道，烟囱与燃烧器的空气管连接。

所述烟囱还包括囱体、囱体内设置的排布在循环液盘管外围的波纹烟管以及空气连接管，所述空气连接管通过空气泵连接空气管。

所述囱体内还固定安装有盘管支架，所述循环液盘管通过盘管支架安装在囱体内，所述波纹烟管同样通过盘管支架安装在循环液盘管外围。

所述换热器还包括外壳、外壳上设置的循环液入口管、循环液出口管以及连接在燃气盘管上的燃气出管和燃气入管，所述循环液入口管连接循环液盘管的进水口，所述循环液出口管通过循环泵连接循环液盘管的出水口，燃气盘管经过燃气出管与燃气管连接。

所述盘管支架和囱体之间形成环形空间，盘管支架上设置有位于该环形空间内的支撑位，所述波纹烟管通过支撑位依次等距间隔排列在环形空间内。

所述蜂窝管由多根规格相同的六棱管焊接构成，各根相邻的六棱管构成一个中空的六棱柱，所述六棱柱的顶部和底部分别与烟囱和烟管贯通连接。

所述火筒的外壁上缠绕有多个导热环管。

各个所述导热环管的内部均填充有导热介质，各个所述导热环管等间距缠绕固定于火筒外壁。

所述水套的开口端设置有法兰盘，所述水套内设置有支撑板，所述介质盘管穿过法兰盘和支撑板固定在水套内部。

所述法兰盘上连接有人孔。

所述介质盘管分别连接介质入口管和介质出口管。

本发明的优点在于：

（1）由于设置的分别与燃烧器配合的内置有燃气盘管的换热器和内置有循环液盘管的烟囱，一方面，通过换热器预热进入燃烧器的燃气，使得燃气与空气混合燃烧更彻底，提高了燃气利用效率；另外一方面， 通过烟囱将高温烟气携带的余热传递给待燃烧的燃气，提高了燃气的燃烧效率，减低了热量消耗，在此过程中，烟囱内烟气预热进入燃烧器冷空气，还降低了烟气的温度，由此通过烟气余热来预热进入燃烧器的空气和燃料气，有效提高了烟气余热回收利用效率，提高了水套加热炉热效率。

（2）通过烟囱和换热器配合使循环液盘管和换热器内的液体介质进行流动置换，巧妙地利用了设置在烟囱内的循环液盘管对烟气余热进行回收，降低了烟气温度的同时提高了循环液盘管内循环液的温度，进一步提高了烟囱排烟的余热回收利用效率；

（3）利用了设置在盘管支架内的循环液盘管回收烟气余热，预热冷空气，同时利用具有凹凸管段的波纹烟管，增加了换热面积，有效提高了换热效率；

（4）利用设置在换热器内的燃气盘管实现燃气与换热器内液体的间接换热，预热燃气的同时降低了水温度；利用设置在换热器和循环水出口管之间的循环泵实现循环液盘管和换热器内部高、低温水的流动置换，使得高、低温水的散热与吸热顺利进行。

（5）通过在火筒外壁布置导热环管，提高了火筒导热的热交换效率，降低了烟气温度，进一步提高加热炉热效率。

附图说明

图1为本发明高效水套加热炉的整体结构示意图；

图2为本发明中烟囱的结构示意图；

图3为本发明中烟囱的剖面结构示意图；

图4为本发明中换热器的结构示意图；

图5为本发明中蜂窝管的结构示意图；

图6为本发明中蜂窝管的俯视图；

图7为本发明中波纹烟管的结构示意图；

图8为本发明中导热环管的安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的高效水套加热炉作进一步详细说明。

如图所示，本发明的高效水套加热炉，包括水套11、安装在水套上方的烟囱1以及设置在水套内的介质盘管12和烟管13，介质盘管12分别连接介质入口管16和介质出口管17，水套11内设置有位于烟囱1下方的与烟囱1贯通的蜂窝管23，蜂窝管23连接烟管13，烟管13连接火筒14，火筒14连接有燃烧器21，燃烧器21分别连接有燃气管22和空气管24，所说的烟囱1包括冷空气入口2、囱体3、囱体3内设置的8对波纹烟管4以及空气连接管26，利用设置8对波纹烟管4回收烟气余热，预热冷空气，冷空气入口2设置在囱体3的上半部分，空气连接管26通过空气泵25连接空气管24，囱体3内还固定安装有水盘管支架27，水盘管支架27上安装有2组用于对烟气余热进行回收的环形循环水盘管28 ，2组循环水盘管28之间通过循环水连接管29连接，利用2组环形循环水盘管28对烟气余热进行回收，降低了烟气温度的同时提高了盘管内循环水的温度；波纹烟管4同样通过水盘管支架安装在循环水盘管28外围且波纹烟管4由一系列凹凸管段连接构成，利用具有凹凸管段的波纹烟管4，管内壁能改变流体流动状态，使得管内介质湍流流动，外壁能增大传热面积和扰动，由此增加了换热面积，提高了传热系数，从而达到双面强化传热的目的，有效提高了换热效率；水套11上固定安置有位于烟囱1旁侧的换热器9，所说的换热器9包括外壳、外壳内设置的燃气盘管30、外壳上设置的循环水入口（直）管5、循环水出口（直）管7以及连接在燃气盘管30上的燃气出管8和燃气入管10，循环水入口管5穿过囱体3侧壁连接循环水盘管28的进水口，循环水出口管7通过循环水泵6连接循环水盘管28的出水口，燃气盘管30经过燃气出管8与燃气管22连接。

进一步地，所说的水盘管支架27和囱体3之间形成环形空间，水盘管支架27上设置有位于环形空间内的支撑位，8组波纹烟管4通过支撑位依次等距间隔排列在环形空间内；所说的蜂窝管23由多根规格相同的六棱管焊接构成，各根相邻的六棱管构成一个中空的六棱柱，六棱柱的顶部和底部分别与烟囱1和烟管13贯通连接，六棱柱周围的六根六棱管与水套11贯通；所说的火筒14的外壁上缠绕有多个导热环管19，各个导热环管19的内部均填充有导热介质，各个导热环管19首位贯通并等间距缠绕固定于火筒14外壁。

再进一步地，所说的水套11的开口端设置有法兰盘15，水套11内设置有支撑板20，由图可见，支撑板20内嵌于水套11内壁上，介质盘管12穿过法兰盘15和支撑板20固定在水套11内部，法兰盘15上连接有人孔18。

其工作原理如下：

烟囱内部的循环水盘管和外部的换热器贯通连接，烟气沿烟囱向上流动，加热循环水盘管内的水，加热后的水在循环泵作用下输送至换热器，预热经过换热器的燃气，同时，烟囱外壁和盘管支架构成空气通道，烟囱外部的冷空气在吹气机作用下进入烟囱内部的空气通道，与波纹烟管内的烟气换热，加热冷空气，预热空气和预热燃气进入燃烧器燃烧，加热水套炉内的水，从而间接加热介质盘管内的天然气，由此通过烟囱内烟气预热进入燃烧器的燃气和冷空气，降低烟气的温度，有效提高了烟气余热回收利用效率。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。