一种热媒加热炉的制作方法

本发明涉及热媒加热炉技术领域，尤其涉及一种热媒加热炉。

背景技术：

石油生产行业是产能大户，同时也是用能大户。我国原油具有高粘、低凝和偏重的特点，并且多数油田的开采已进入后期，原油以重油居多，因此，在油田集输与长距离管输过程中多采用加热的方式输送。在油田集输与管输首站以天然气为燃料，管输途中以原油为燃料，长距离管输过程中的能耗占到输油量的0.5％左右，导致管输过程中，在消耗天然气与石油资源的同时，也造成了环境污染。

国内原油油田集输与长距离管输过程中，对原油的加热主要通过加热炉实现，使用最多的加热炉有水套加热炉、热煤加热炉和火筒式加热炉。其中，水套加热炉效率低，排烟温度高，由于结构简单，导致不完全燃烧又造成对能源浪费与环境污染。

另外，热煤加热炉由于原油不直接通过加热炉炉管，不会因偏流等原因引起结焦，热媒对金属无腐蚀、炉子寿命长、加热效率高的特点，自上世纪80年代引进到我国以后，在原油油田集输与长距离管输过程中得到了广泛应用。如西部原油输送管道从乌鲁木齐至兰州，干线全长1545km，全线除乌鲁木齐首站加热炉以天然气为燃料外，其余加热炉均用原油为燃料，全线各站共设置加热炉35台，其中热媒加热炉33台。

在热媒加热炉中，使用最多的为圆形盘管式，热媒通过炉体中的盘管时被加热，高温热媒通过换热利用后再回到热媒加热炉中加热，整个系统中热媒形成一个闭式循环。但是，当加热炉遇到突然停电时，盘管中的导热油停止流动，无法及时排除，而燃烧炉膛内的燃料继续 向受热面加热，导致热媒(一般为有机热载体)聚合结焦，以致盘管变形，更严重甚至可能发生火灾。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种热媒加热炉，可有效提高燃料利用率，增加热媒加热炉的安全性，并减少原油输送过程中的碳排放。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热媒加热炉，包括高温段，和分别与所述高温段连接的预热段、中温段和膨胀罐；

所述高温段包括高温段壳体和热媒管道，所述热媒管道盘设于所述高温段壳体的内壁上，且所述热媒管道与所述高温段壳体同轴，所述高温段壳体与所述热媒管道内部形成明火加热区；所述热媒管道一端为高温热媒出口，另一端为高温热媒入口，所述高温热媒出口和所述高温热媒入口分别伸出所述高温段壳体；所述高温段壳体上设有燃料进口和紧急放空口，所述燃料进口设置于所述高温段壳体的侧壁上，所述燃料进口连通所述明火加热区，所述紧急放空口设置于所述高温段壳体的底部，所述紧急放空口连通所述热媒管道；

所述中温段上设有高温烟气入口、高温烟气出口、低温热媒入口以及低温热媒出口，所述高温烟气入口连通明火加热区，使明火加热区内的高温烟气进入中温段，所述低温热媒出口连通所述高温热媒入口，所述中温段内利用所述高温烟气对低温热媒进行预热后，将所述预热的低温热媒送入所述热媒管道；

所述预热段设置于所述中温段顶部，所述预热段上设有空气入口、空气出口和烟气排放口，所述预热段底部连通所述高温烟气出口，将所述中温段内的高温烟气引入所述预热段，所述预热段利用所述高温烟气对所述空气进行预热后，所述预热的空气通过所述空气出口与燃 料混合后、从所述燃料进口进入所述明火加热区，所述烟气排放口用于排放高温烟气；

所述膨胀罐设置于所述高温段顶部，所述膨胀罐通过膨胀口与所述热媒管道连通。

进一步的，前述热媒管道内还间隔的设置有若干扰流元件。

进一步的，前述中温段内设有两块挡板，所述挡板将中温段内部依次分隔为低温热媒区、预热热媒区和预热区，所述低温热媒区与所述低温热媒入口连通，所述预热热媒区与所述高温热媒入口连通，所述预热区内设置翅片管换热器，所述翅片管换热器一端连通所述低温热媒区，另一端连通所述预热热媒区；所述翅片管换热器内设有扰流元件。

进一步的，前述预热段内设有两块挡板，所述挡板将预热段内部依次分隔为低温空气区、换热区和预热空气区，所述低温空气区与所述空气入口连通，所述预热空气区与所述空气出口连通，所述换热区内设置翅片管换热器，所述翅片管换热器一端连通所述低温空气区，另一端连通所述预热空气区；所述翅片管换热器内设有扰流元件。

优选的，前述热媒管道的横截面为圆拱形。

优选的，前述紧急放空口的数量为至少2个，且所述紧急放空口沿所述高温段的轴向均匀分布。

优选的，前述扰流元件为扭曲带、弹簧或者异性扭曲带。

优选的，前述烟气排放口上设有烟囱。

优选的，前述膨胀口的数量为至少2个，且所述膨胀口沿所述高温段轴向均匀分布。

进一步的，前述高温热媒出口还连通有用热单元。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

本发明提供了一种热媒加热炉，包括高温段、中温段和预热段，高温段用于对热媒进行加热，中温段利用高温段内产生的高温烟气对 热媒进行预热，预热段利用高温烟气的余热对燃烧用的空气进行预热，实现了对热能的梯级利用，能有效提高炉效率及燃料利用率，同时保证烟气排放温度。

本发明设置了紧急放空阀，用于突发停电时对高温热媒紧急放空，避免事故发生，提高热媒加热炉的安全性。

附图说明

图1为本发明热媒加热炉的结构示意图；

图2为本发明中热媒管道的截面示意图。

其中，1：低温热媒入口；2：高温热媒入口；3：高温热媒出口；4：燃料进口；5：高温烟气入口；6：高温烟气出口；7：烟气排放口；8：热媒管道；9：紧急放空口；10：膨胀罐；11：烟囱；12：扰流元件；13：膨胀口；14：空气入口；15：空气出口；16：高温段；17：中温段；18：预热段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也 可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供的一种热媒加热炉，包括高温段16，和分别与高温段16连接的预热段18、中温段17和膨胀罐10；

如图2所示，高温段16包括高温段16壳体和热媒管道8，热媒管道8盘设于高温段16壳体的内壁上，且所述热媒管道与所述高温段壳体同轴，热媒管道8与高温段16壳体为一体结构，高温段16壳体与热媒管道8内部形成明火加热区，其传热温差最高；热媒管道8的横截面为圆拱形。热媒管道8与高温段16壳体一体化设计，且热媒管道8的截面积为圆拱形，与同样直径的圆盘管道相比，本发明采用的圆拱形热媒管道8的流通面积增加10％以上，同时受热面积没有减少。

热媒管道8内还间隔的设置有若干扰流元件12。本实施例在热媒管道8中加入了非连续形式的扰流元件12，可有效提高管道内热媒径向扰动，减小管道内径向的热媒温度梯度，起到强化传热与防止结焦的效果，增加热媒加热炉的燃料利用率。其中，每两个扰流元件12之间的距离保证热媒处于扰动状态，使层流层变薄。

热媒管道8一端为高温热媒出口3，另一端为高温热媒入口2，高温热媒出口3和高温热媒入口2分别伸出高温段16壳体；高温热媒出口3还连通有用热单元。高温段16壳体上设有燃料进口4和紧急放空口9，燃料进口4设置于高温段16壳体的侧壁上，燃料进口4连通明火加热区，紧急放空口9设置于高温段16壳体的底部，紧急放空口9连通热媒管道8；紧急放空口9的数量为至少2个，且紧急放空口9沿高温段16的轴向均匀分布。紧急放空口9用于突发停电时，放空加热炉热媒管道8内的高温热媒，防止其聚合结焦，避免事故发生。与现有技术相比，紧急情况下，本实施例中的高温热媒可以直接从高温段16壳体上放出，且可以设置多个紧急排放口。

中温段17是高温烟气与低温导热油的换热段。中温段17上设有 高温烟气入口5、高温烟气出口6、低温热媒入口1以及低温热媒出口，高温烟气入口5连通明火加热区，使明火加热区内的高温烟气进入中温段17，低温热媒出口连通高温热媒入口2，中温段17内利用高温烟气对低温热媒进行预热后，将预热的低温热媒送入热媒管道8；

中温段17内设有两块挡板，挡板将中温段17内部依次分隔为低温热媒区、预热热媒区和预热区，低温热媒区与低温热媒入口1连通，预热热媒区与高温热媒入口2连通，预热区内设置翅片管换热器，翅片管换热器一端连通低温热媒区，另一端连通预热热媒区；翅片管换热器内设有扰流元件12。

预热段18设置于所述中温段17顶部，预热段18上设有空气入口14，空气出口15和烟气排放口7，预热段18底部连通高温烟气出口6，将中温段17内的高温烟气引入预热段18，预热段18利用高温烟气对空气进行预热后，预热的空气通过空气出口15与燃料混合后、从燃料进口4进入明火加热区，烟气排放口7用于排放高温烟气；烟气排放口7设置于预热段18的顶部，烟气排放口7上设有烟囱11。预热段18用于回收烟气余热，将其与空气进行换热，有效降低排烟温度，同时提高燃烧空气温度，提高炉效。

预热段18内设有两块挡板，挡板将预热段18内部依次分隔为低温空气区、换热区和预热空气区，低温空气区与空气入口14连通，预热空气区与空气出口15连通，换热区内设置翅片管换热器，翅片管换热器一端连通所述低温空气区，另一端连通所述预热空气区；翅片管换热器内设有扰流元件12。

其中，前述的扰流元件12可以为扭曲带、弹簧或者异性扭曲带。

膨胀罐10设置于高温段16顶部，膨胀罐10通过膨胀口13与热媒管道8连通。膨胀口13的数量为至少2个，且所述膨胀口13沿所述高温段16轴向均匀分布，还可以起到稳固支撑膨胀罐10的作用。当热媒膨胀时，膨胀罐10接受部分高温热媒，当热媒降温时重新回到管道中。与现有技术相比，本实施例中的膨胀罐10设置于高温段16 顶部，与高温段16距离较近，可以快速地接受膨胀的热媒，且不会使热媒损失较多的热量。

本实施例中的热媒首先通过中温段17的换热器与高温烟气换热，然后通过高温段16的热媒管道8被加热到所需温度，最后进入用热单元；燃料在高温段16内燃烧产生明火加热热媒，产生的高温烟气在中温段17内加热换热器中的热媒，高温烟气最后进入预热段18后排放，实现了热能的梯级利用，提高了加热炉效率，同时保证了烟气排放温度。

因此，在工作中，本实施例提供的热媒加热炉的具体工作流程为：

1.低温热媒由低温热媒入口1进入中温段17的换热器管程内，与高温烟气换热后，由高温热媒入口2进入加热炉高温段16，当热媒加热到所需温度后由热媒出口离开加热系统去用热单元。

2.燃料由燃料进口4进入加热炉高温段16并在明火燃烧区内燃烧，加热热媒管道8内的热媒。燃烧产生的高温烟气由中温段17的高温烟气入口5进入中温段17换热器的壳程，高温烟气经过与热媒换热后，由高温烟气出口6进入预热段18与燃烧空气进行换热，高温烟气与空气换热后，由烟气排放口7进入烟囱11排放。空气从空气入口14进入预热段18与高温烟气换热后，从空气出口15离开并与燃料气混合后，从燃料进口4进入加热炉助燃。

3.当热媒被加热时，产生体积膨胀，部分高温热媒由膨胀口13进入到膨胀罐10中。当温度降低时，热媒重新回到热媒加热通道中。

4.当发生突发性停电时，热媒循环停止。启动紧急放空口9，高温热媒在重力作用下即可排出热媒管道8，从而避免结焦。

综上所述，本发明实施例公开了一种热媒加热炉，其中高温段16内的热媒管道8与高温段16壳体为一个整体，且膨胀罐10和高温段16也可以设置为一个整体，使整个系统结构紧凑，高温段16、中温段17和预热段18对高温烟气的利用，实现了热能的梯级高效利用，同时 通过预热段18使排烟温度低于150℃，达到节能环保的效果。在加热炉高温段16部分，设有多个高温热媒紧急放空口9，在突发停电的情况下，通过开启放空阀即可避免可能发生的事故。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。