本实用新型属于锅炉设备领域，特别涉及一种高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器。
背景技术：
目前，国内的高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器、或者是烟气/空气单预热器、烟气/煤气单预热器均采用以热管作为传热元件的热管式换热器。热管式换热器具有一定的优点，如流体流动阻力小、热侧和冷侧都可以加翅片扩展传热面等。但是，热管元件的材质一般均采用碳钢，热管内的工作介质采用水，这样做成的传热元件就是水-碳钢热管，在工程上使用极为普遍。在高温条件下，碳钢中的铁Fe和水会发生化学反应，生成Fe3O4、Fe2O3，同时释放出氢气。
3Fe+4H2O＝Fe3O4+4H2↑
4Fe+6H2O＝2Fe2O3+3H2↑
为了避免热管内表面发生上述反应，在制作时需要对热管的元件进行钝化处理。然而，在钝化的薄弱处、无法钝化的焊缝处仍会发生上述反应，无法从根本上杜绝热管内产生氢气的现象，氢气的不断产生使热管内的真空度不断下降，换热效率逐年递减；同时，热管在制作时不能达到绝对真空，氢气和空气占据了热管冷凝段内一定的长度，主要表现在排烟温度逐年升高，煤气和空气的出口温度逐年下降。
据文献报道，一般热管性能下降的趋势表现为使得空气、煤气的预热温度每年下降5～10℃左右，也就是烟气的排放温度每年升高5～10℃左右。热管换热器的正常使用寿命为～5年。当5年以后，空气、煤气的温升比最初下降最多达～50℃，烟气的降温幅度也近似下降～50℃。如对于5500m3高炉，热风炉的烟气量为～490000Nm3/h，50℃温降的热量大约有21590kW，相当于多燃烧了高炉煤气～19820Nm3/h(按照高炉煤气热值～938kCal/Nm3)；如果采用高炉煤气燃烧产蒸汽发电，通常发电效率为～33％，则此部分热量相当于每小时损失高品位的电能约7125kW。另外，从高炉炼铁的效率方面考虑，据文献报道，热风风温降低100℃，炼铁的焦比增加20kg/吨铁，5500m3高炉的风量一般为61.4×104Nm3/h，因此，热风炉烟气排放温度增加50℃，可近似认为高炉热风的温度下降～40℃，以每天炼铁量13000吨计算，则每天增加焦炭耗量～104吨。
由上述效能分析可知，热管式空气、煤气预热器换热效率的下降，给整个高炉炼铁工艺会带来巨大的经济损失。
高炉煤气的硫化物组成为H2S、COS、CS2、噻吩、硫醇，折合成SO2含量为～50mg/Nm3，湿法除尘后的高炉煤气含水率为饱和状态，同时含有～30g/Nm3的机械水(液态)、及一定的Cl-。而由高炉煤气燃烧产生的烟气成分相对稳定，其含水量～4.5％，由高炉煤气中硫化物燃烧后带来的SO2含量～30mg/Nm3，根据苏联锅炉烟气露点温度计算公式：
由此可计算出热风炉烟气的酸露点温度为～85℃，因此，对于热管式空气换热器来说，当设备在冬天运行时，空气进口温度如为～－15℃，则空气进口侧烟气通道内的热管壁温会降到约65℃左右，空气进口处的热管管壁处在酸露点温度以下运行，表面会有烟气中的酸蒸汽凝结，一定时间后空气进口处的热管壁会被腐蚀穿孔，造成该处热管失效。同时，失效热管的范围会随着冬季运行时间的延长而不断扩大，整体的设备换热效率逐渐下降。热管式空气换热器的效率下降进而会使热管式煤气换热器的运行性能也随之变化，偏离设计，排烟温度升高。
对于热管煤气换热器而言，烟气侧和煤气侧依靠中间隔板和热管焊接把两者隔开，煤气侧的排水不畅，长时间后会导致煤气进口处中间隔板及其与热管间的焊缝被积水腐蚀而穿孔，使得微正压的煤气极易泄漏到负压的烟气中，严重时会发生爆炸，故热管式煤气换热器存在很大的安全隐患。
但是，对于热管式换热器而言，烟气温度一旦达到高温，烟气必须进入旁路分流。这是因为，水-碳钢热管的介质长期使用的温度(即工作温度)最高一般不能超过250℃，因为此时对应的热管内介质的工作压力为～4.0MPa，温度再高，压力也升高，超过了热管管壁的承受范围，水-碳钢热管会爆炸，所以，一旦烟气超温，烟气必须分流，使得通过热管元件的烟气量减少、煤气量和空气量不变，以降低热管的工作温度；这样就导致了因排烟温度升高而引起的烟气热量的浪费。
技术实现要素：
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器。
技术方案：本实用新型提供的一种高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器，包括烟气换热器、空气换热器、煤气换热器、第一换热管、第二换热管、第三换热管；所述第一换热管、第二换热管、第三换热管的结构相同，分别包括一组平行设置的直管和弯管，且相邻直管通过弯管连接；所述第一换热管的直管位于烟气换热器内，第一换热管的弯管位于烟气换热器外；所述第二换热管的直管位于空气换热器内，第二换热管的弯管位于空气换热器外；所述第三换热管的直管位于煤气换热器内，第三换热管的弯管位于煤气换热器外；所述第二换热管、第三换热管并联后，两端分别与第一换热管的两端连接，所述第一换热管的进口管道上或出口管道上设有热媒泵；第一换热管、第二换热管、第三换热管内使用导热油作为热媒。
作为改进，在加热湿法除尘来的高炉煤气时，所述煤气换热器内靠近煤气进口处设有煤气脱水器。对于干法除尘来的高炉煤气则不需要设煤气脱水器。
作为另一种改进，在加热湿法除尘来的高炉煤气时，所述煤气换热器内靠近煤气进口处设有蒸汽加热器。对于干法除尘来的高炉煤气则不需要设蒸汽加热器。
作为另一种改进，还包括联动调节管路和测温装置，所述联动调节管路上设有调节阀，所述联动调节管路两端分别与第一换热管的两端连接，所述测温装置设于第一换热管的热媒进口处。
有益效果：本实用新型提供的高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器耐高温、无泄漏、性能稳定，寿命长，投资低，布置灵活，智能控制。
该高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器，实际上是存在两组换热器，即分别是烟气与空气的换热器组、烟气与煤气的换热器组；两组换热器可实现智能联动调节同时换热；两组换热器也可分开单独运行，例如，单独运行烟气与空气的换热器组时，见图3，热媒在烟气换热器与空气换热器之间流动，形成高炉热风炉烟气/空气单预热器，再如，单独运行烟气与煤气的换热器组时，见图4，热媒在烟气换热器与煤气换热器之间流动，形成高炉热风炉烟气/煤气单预热器。
具体而言：
(1)耐温高。
本实用新型中，当烟气进换热器的温度较低时，如最高在300℃以下，参与强制循环传热的热媒可采用普通的YD320导热油；当烟气进换热器的温度中等时，如最高在350℃以下，参与强制循环传热的热媒可采用T55导热油；当烟气进换热器的温度较高时，如最高在400℃左右，参与强制循环传热的热媒可采用T66导热油。YD320的极限使用温度在300℃，T55的极限使用温度在315℃，T66的极限使用温度在345℃。根据烟气温度，合理选择导热油后，可以确保烟气/煤气/空气换热器内的热媒介质处于安全状态，不需要对烟气分流，这样避免了像使用热管式换热器那样高温烟气时需要分流的措施，节省了烟气管路及相关阀门，也尽可能多地对烟气回收热量，避免了烟气热量的浪费。
(2)无泄漏。
本实用新型中，降温的烟气侧和升温的空气、煤气分别在两个完全隔离的箱体中，绝对分开，热烟气、冷空气、冷煤气之间无泄漏发生，而泄漏在热管换热器中是不可避免地存在。
(3)性能稳定，寿命长，投资低。
本实用新型中，由于采用导热油强制循环，性能稳定，使用寿命可长达8～10年。而热管式换热器由于管内不凝结气体的存在，导致性能下降，平均寿命一般在5年。从长期运行来看，热管式换热器的投资是本方案投资的～2倍。
(4)布置灵活。
换热器的降温侧和升温侧与热管换热器的有所不同，不必将二者必须整体布置，可分开，适应现场的场地特点，布置灵活。
(5)智能控制
本实用新型中，由于导热油的流动为循环泵所驱动，其流量及进、出口温度均为可控，由此带来两大优越性，实现智能控制：1)以此可用来调节换热器烟气侧的壁面温度，防止烟气侧传热面酸露点腐蚀的发生；2)当煤气或空气的流量有所变动需要调整煤气或空气的出口温度时，可通过调节导热油的流量及其温度方便地实现。
(6)针对湿法除尘高炉煤气的含水率高的特点，在煤气进换热器前设置了脱水器，用以去除煤气中的液态水滴。由于脱水器不能100％地除去煤气中的液态水滴，煤气中可能含有一定量的Cl-，其与水结合会生成盐酸，会对换热器壁面产生腐蚀。因此，我们在脱水器后设置一组蒸汽加热管束，采用低压饱和蒸汽(如～0.6MPaG饱和)加热高炉煤气，使煤气中未被去除的液态水滴吸热蒸发成水蒸气，管束内流经低压蒸汽，管束外流经高炉煤气，煤气的温度基本不变，使煤气换热器的换热管表面始终保持干燥，避免了Cl-及盐酸对换热器壁面的腐蚀，保证换热器的长期稳定运行。
(7)该装置通过控制导热油强制循环的流量和进、出温度，使得主换热器所有换热管的烟气侧壁温都控制在露点温度以上，绝对不产生露点腐蚀，保证设备的长期稳定运行。
该装置通过控制导热油强制循环的流量和进、出温度，可根据需要调整空气和煤气的出口温度，尤其对于冬季运行时，空气进口偏低的工况，避免了烟气/空气换热器组中烟气侧的酸露点腐蚀。
(8)换热器中，设备内的传热面焊缝及弯头均外置，传热管间的焊缝及弯头露出壳体外，再加保温。由于传热管本身采购的是符合标准的无缝钢管，基本无缺陷，同时，烟道内的传热面当考虑合适的烟气流速、壁面温度、强度、刚度等因素后，烟道内的传热面损坏的可能性极小，因此，即使设备运行中出现泄漏等问题时，那必定是传热管间的焊缝出现了问题、或者是弯头由于弯制过程中的减薄会导致损坏而出现问题，外置焊缝容易检查发现、修补。小漏时可以不停车，只有当泄漏严重时，才需要停车检修。
附图说明
图1为高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器的结构示意图。
图2为第一换热管、第二换热管或第三换热管的结构示意图。
图3为单独运行烟气与空气的换热器组的连接示意图。
图4为单独运行烟气与煤气的换热器组的连接示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器作出进一步说明。
高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器，见图1，包括烟气换热器1、空气换热器2、煤气换热器3、第一换热管4、第二换热管5、第三换热管6；第一换热管4、第二换热管5、第三换热管6的结构相同，见图2，分别包括一组平行设置的直管7和弯管8，且相邻直管7通过弯管8连接；第一换热管4的直管7位于烟气换热器1内，第一换热管4的弯管8位于烟气换热器1外；第二换热管5的直管7位于空气换热器2内，第二换热管5的弯管8位于空气换热器2外；第三换热管6的直管7位于煤气换热器3内，第三换热管6的弯管8位于煤气换热器3外；第二换热管5、第三换热管6并联后，两端分别与第一换热管4的两端连接，第一换热管4的进口管道上或出口管道上设有热媒泵9；第一换热管4、第二换热管5、第三换热管6内使用导热油作为热媒。
在煤气换热器3中通入湿法除尘处理后的煤气时，煤气换热器3内靠近煤气进口处自进口到出口还依次设有煤气脱水器10和蒸汽加热器11。在煤气换热器3中通入干法除尘处理后的煤气时，无需设置煤气脱水器10和蒸汽加热器11。
还包括联动调节管路12和测温装置13，联动调节管路12上设有调节阀14，联动调节管路12两端分别与第一换热管4的两端连接，测温装置13设于第一换热管4的热媒进口处。
该装置采用热煤在热源与冷源之间强制循环，热媒吸收热源的放热量，再把热量传递给冷源，从而达到把热源的热量传给冷源的目的。
具体而言，该高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器，存在两组换热器，即分别是烟气与空气的换热器组、烟气与煤气的换热器组。两组换热器在一般情况下分开单独运行，特殊情况下可实现智能联动调节。
其中，热媒采用耐高温的导热油，例如采用T66导热油，具体如下：
根据正常情况下空气流量、煤气流量及其进出口温度要求，将烟气中回收的余热分成两部分：一部分热量传递给空气，另一部分热量传递给煤气。
(1)在烟气换热器1中，直管7采用翅片管式换热器结构，～100℃的T66导热油在循环泵驱动下进入烟气换热器1与烟气换热，T66导热油在换热管内流动，吸收烟气的放热量，升温。烟气在换热管外流动，降温。换热管外扩展翅片的目的是为了弥补烟气对流换热系数较低的不足。
(2)在空气换热器2中，高温的T66导热油进入空气换热器2与空气换热，使得空气升温，T66导热油降温后回到循环泵再次被泵送至烟气换热器1。
(3)在煤气换热器3中，对于湿法除尘来得高炉煤气，在煤气进入换热器之前，首先设置煤气脱水器10，去除煤气中的机械水液态水滴，除水后的煤气进入蒸汽加热器11，利用低压饱和蒸汽加热煤气，使煤气中未被除去的液态水分吸热变成饱和饱和水蒸汽，煤气温度基本不变。T66导热油进入煤气换热器3与煤气换热，使得煤气由～30℃升温，T66导热油降温后回到循环泵再次被泵送至烟气换热器1。翅片管水平放置，有利于煤气中的灰尘的重力沉降。
技术特征：
1.一种高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器，其特征在于：包括烟气换热器(1)、空气换热器(2)、煤气换热器(3)、第一换热管(4)、第二换热管(5)、第三换热管(6)；所述第一换热管(4)、第二换热管(5)、第三换热管(6)的结构相同，分别包括一组平行设置的直管(7)和弯管(8)，且相邻直管(7)通过弯管(8)连接；所述第一换热管(4)的直管(7)位于烟气换热器(1)内，第一换热管(4)的弯管(8)位于烟气换热器(1)外；所述第二换热管(5)的直管(7)位于空气换热器(2)内，第二换热管(5)的弯管(8)位于空气换热器(2)外；所述第三换热管(6)的直管(7)位于煤气换热器(3)内，第三换热管(6)的弯管(8)位于煤气换热器(3)外；所述第二换热管(5)、第三换热管(6)并联后，两端分别与第一换热管(4)的两端连接，所述第一换热管(4)的进口管道上或出口管道上设有热媒泵(9)；第一换热管(4)、第二换热管(5)、第三换热管(6)、及连接管内流动的介质使用导热油作为热媒。
2.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器，其特征在于：所述煤气换热器(3)内靠近煤气进口处设有煤气脱水器(10)。
3.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器，其特征在于：所述煤气换热器(3)内靠近煤气进口处设有蒸汽加热器(11)。
4.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器，其特征在于：还包括联动调节管路(12)和测温装置(13)，所述联动调节管路(12)上设有调节阀(14)，所述联动调节管路(12)两端分别与第一换热管(4)的两端连接，所述测温装置(13)设于第一换热管(4)的热媒进口处。
5.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器，其特征在于：所述直管(7)上设有一组翅片(15)。
技术总结
本实用新型提供的一种高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器，包括烟气换热器、空气换热器、煤气换热器、第一换热管、第二换热管、第三换热管；所述第一换热管、第二换热管、第三换热管的结构相同，分别包括一组平行设置的直管和弯管，且相邻直管通过弯管连接；所述第二换热管、第三换热管并联后，两端分别与第一换热管的两端连接，所述第一换热管的进口管道上或出口管道上设有热媒泵；第一换热管、第二换热管、第三换热管内使用导热油作为热媒。该双预热器耐高温、无泄漏、性能稳定，寿命长，投资低，布置灵活，智能控制。
技术研发人员：陆建宁;彭友谊;郑璇
受保护的技术使用者：南京华电节能环保设备有限公司
技术研发日：2018.10.04
技术公布日：2019.05.24
声明：
“高炉热风炉烟气/煤气/空气双预热器的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：南京华电节能环保设备有限公司
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2024年08月01日 ~ 03日 
