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1、探讨加热炉的主要节能措施及制约因素潘诚（塔里木油田公司塔西南石化厂炼油二车间 新疆泽普 844804）摘要：本文介绍了加热炉主要的节能途径、主要技术措施及应注意的问题，并阐述了进一步提高加热炉节能水平的制约因素。关键词：炼油装置 加热炉 节能 热效率1 前言自燃料气单价从今年4月1日起由0.51元每方涨到0.81元每方后，加热炉就成了重整装置的能耗大户，其节能措施对于提高装置的节能水平具有重要意义。本文重点介绍加热炉一些主要节能途径；探讨节能途径的主要技术措施。以及提高加热炉节能水平的制约因素：降低排烟温度，要考虑经济性和露点腐蚀；过分降低炉外壁温度，会导致费用过高；预热空气温度过高对环保不利
2、。提出了进一步提高加热炉节能水平的建议；开发新的余热回收工艺。2 加热炉节能的主要途径炼油装置加热炉的节能措施比一般工业炉要灵活得多，这是由于它所加热的工艺介质在经过后续设备完成蒸馏或其他加工过程之后，产品需要冷却到一定温度才能送出下一个装置，冷的原料和热的产品之间往往要进行复杂的热交换。另外，一个装置内常常不只有一台加热炉，还有各种其他设备，它们之间在热能利用方面往往是可以互补的。这就有可能也有必要首先把加热炉同整个装置结合在一起，全面考虑和优化，以便采取综合节能措施。2.1 优化换热流程，降低加热炉热负荷炼油装置的特点是：加热炉的热负荷随换热流程的不同而改变。优化换热流程、降低加热炉热负荷
3、，是减少燃料消耗、降低装置能耗最直接、最有效的措施。以本装置重整炉为例：重整进料前的精制油温度即冷路温度57，,经过一组利用反应器出口余热为能量的换热器E1201和E1202后精制油被加热到400，然后再经过四合一炉进一步将已有一定温度的（400）油气加热到480。经过换热流程的优化，原油换热终温(即四合一炉入口温度)从57提高到了400， 重整炉热负荷几乎减少了近80%，取得了显著成果。2.2 加热炉与其他设备联合回收余热炼油装置的产品，有一些是要经过空冷才能送出下一个单元的。如果将这些空气冷却器排出来的热空气（例如本装置重整空气冷却器下方或附近的环境温度一般都有5060甚至更高）收集起来供
4、给炉子作燃烧空气或者用来加热冷油，那么就可以回收一部分热能，从而降低装置的能耗。常见的有用热油式空气预热器代替空冷器，将原来空冷的油品引入热油式空气预热器，冷却后送出下一个单元。2.3 提高加热炉热效率1热效率是衡量加热炉先进性的一个重要指标，其高低关系着炼油装置能耗的高低。可用简化的热效率平衡表达式描述： (1- Q1- Q2- Q3)100% 式中： 为加热炉热效率；Q1为排烟损失占加热炉总供热的比值， 是排烟温度和过剩空气系数的函数；Q2为不完全燃烧损失占加热炉总供热的比值；Q3为散热损失占加热炉总供热的比值。2.3.1 降低排烟温度以减少排烟损失2排烟损失在加热炉的热损失中占极大的比例
5、：当炉子热效率较高(例如90%)时，排烟损失所占比例为70%80%；当炉子热效率较低(例如70%)时，所占比例高达90%以上。降低排烟温度和降低过剩空气系数都能减少排烟损失。降低排烟温度的主要措施有以下几种： 减小末端温差， 即减小排烟温度与被加热介质入对流室温度之差。这项措施涉及到一次投资和运转费用的权衡问题，应该由详细的技术经济比较来决定。末端温差大，一次投资少，但加热炉热效率低，运转费用高；末端温差小，一次投资大，热效率高，运转费用低。 将需要加热的低温介质，如热载体等引入对流室末端。把加热炉的对流室作为换热器，加入换热流程中一并优化。 采用各种空气预热器以预热空气，烟气预热空气是加热炉
6、回收烟气余热、提高热效率主要的和最常用的方法。 采用烟气“余热锅炉”分担一部分热载体炉的热负荷。如重整装置的“四合一”重整炉：四个炉辐射室用隔墙分别隔开，各炉辐射室的烟气混合后集中通过炉子顶部共用的对流段先加热热载体，再通过热管预热空气。 除灰除垢， 以保证加热炉长期在高热效率下运转。不完全燃烧产生的炭粒和燃料中的灰分等烟尘均会污染对流室炉管的外表面和空气预热器的换热面，增加热阻，降低传热效果。随着积灰的增加，排烟温度迅速上升，热效率显著下降。为了保证加热炉长期在高热效率下运转，必须坚持用吹灰器定期清除积灰。2.3.2 降低过剩空气系数以减少排烟损失3加热炉是靠燃料燃烧供给热量的。在工业炉中，
7、燃料不可能在化学平衡的空气量(理论空气量)下完全燃烧，总要在有一定过剩空气量的条件下才能完全燃烧。对于一般炼油装置的加热炉在烧气时，正常的过剩空气系数 为1.051.15。在实际操作中，如果过剩空气量增加，排烟时大量的过剩空气将热量带走排入大气，使排烟损失增加，热效率降低。由于过剩的空气是在排烟温度下排入大气的， 所以排烟温度越高，过剩空气带走的热量就越多，对热效率的影响也就越大。降低过剩空气系数的办法很多：首先是要选用性能良好的燃烧器，保证在较低的过剩空气系数下完全燃烧；其次是应做好加热炉的堵漏，因为炼油加热炉几乎都是负压操作的，如果看火门、人孔门、弯头箱门等关闭不严或炉墙有泄漏之处，从这些
8、地方漏入炉内的空气一般都不参与燃烧而白白带走热量。2.3.3 减少不完全燃烧损失在排烟损失中，除了前面所述的烟气物理热损失之外， 还有由于不完全燃烧而造成的化学热损失。不完全燃烧除造成热损失、降低热效率外，还造成大气污染。减少不完全燃烧损失的措施，首先是选用性能良好的燃烧器，并及时和定期进行维护，使燃烧器长期保持在良好状态下运行，以保证在正常操作范围内能完全燃烧；其次是在操作中精心调节，以保证过剩空气量既不太多，也不太少4。2.3.4 减少散热损失 加热炉外壁以辐射和对流两种方式向大气散热，散热量与炉外壁温度、环境温度和加热炉所处位置的风速等有关。对于已经使用多年、炉墙已有损坏的炉子，及时修补
9、炉墙以减少散热损失、提高热效率却是很有必要的。3 加热炉节能措施的制约因素加热炉热效率的提高并不是无止境的，它要受技术、经济和环保等方面的制约。对制约因素不采取行之有效的解决措施，而过分追求高热效率并不是明智的。其所付出的代价可能是过高的一次投资、过早的设备损坏或者较短的操作周期等等。3.1 降低排烟温度的制约因素从理论上讲， 排烟温度可以降到接近环境温度，这时可以获得最高的热效率。但在工程实际中，这是不可能的，因为排烟温度的降低要受经济和技术两方面的制约5。随着排烟温度的降低，烟气余热回收系统的末端温差越来越小，传热效果也越来越差，回收余热的换热面积也就越来越大。因此，必须根据经济评价确定一
10、个经济合理的余热回收末端温差。另外降低排烟温度在技术方面主要受烟气露点的制约。余热回收换热面的温度必须高于烟气的露点温度，否则换热面将受到露点腐蚀而损坏。另外，换热面在露点下积的灰将是“黏灰”，黏灰是很难清除的。这种黏灰越积越多，烟气侧的阻力迅速增加，甚至使余热回收系统难以操作而被迫停运6。防止露点腐蚀和黏灰沉积的有效办法是将低温段换热面的温度控制在如图3-1 所示的曲线以上。图3-1 燃料中硫含量与最低金属壁温度的关系当炼油加热炉烧劣质燃料时，这些劣质燃料中在所难免都含硫、氮化物等杂质。在这种条件下，提高热效率和降低排烟温度比较困难。3.2 降低炉外壁温度的局限性降低炉外壁温度，减少散热损失
11、，提高热效率，这是肯定的。但炉外壁温度降到多少才是合理的，这要通过技术经济分析才能决定。分析时应考虑到两点：包括炉墙材料费在内的一次投资随着炉外壁温度的降低而增加；包括燃料费在内的运行费用随炉外壁温度的降低而减少。该温度主要取决于耐火隔热材料的价格和燃料价格。因此，过分追求太低的炉外壁温度，要求更厚的炉衬厚度或更高级的耐火隔热材料，也有失偏颇。另外，炉外壁温度的确定还要考虑安全方面的要求， 以避免烫伤。3.3 环保方面的局限性烟气预热空气是提高加热炉热效率最常用的措施。但是，随着空气温度的提高，空气密度下降， 燃烧产物中的NOx增加。如果没有适当的措施来降低NOx，则对环保不利。4 加热炉进一
12、步节能的期望和建议从20 世纪70 年代至今，炼油加热炉的热效率一再提高， 从70左右提高到现在的90左右，各种节能设备和监控设施已基本完善，取得了很大成绩。但是，加热炉的节能征途并未走到胜利的终点，还有较大的进取空间。当然，这需要做很多工作，但这并不是不可能的。下面将探讨加热炉今后的工作方向。4.1 认真净化燃料，降低露点温度国内个别在用加热炉的热效率已有达到93的。分析其原因，都是燃料很干净，基本上不含硫。因此，为了进一步提高加热炉热效率，首要的任务就是净化燃料。对于烧燃料气的加热炉，净化燃料主要是燃料气脱硫。气体脱硫是很成熟的工业技术，可以说燃料气达到基本上不含硫。这时，从余热回收系统排
13、出的烟气温度可以在100左右， 热效率可达94。4.2 开发新的余热回收工艺，解决露点腐蚀和黏灰堵塞7对于露点腐蚀，通常的解决方法是选用耐露点腐蚀的材料( 如铸铁、ND 钢、搪瓷管、玻璃管等) 作换热面，或净化燃料如降低燃料气中的硫含量来降低露点。这是很正常的，多年来也是这么做的。但是，也可以换个角度思维：将可能产生露点腐蚀的部位独立出来，采用有一定耐露点腐蚀的材料作换热面，让其腐蚀，并设计成便于用高压水冲洗清除黏灰和便于拆换的结构。这种结构能够在烟气露点温度之下回收热能，只要定期用高压水冲洗就能安全操作，直到其腐蚀到一定程度，不能再坚持使用时，再更换新的换热面。4.3 开发新的燃烧方式节能从
14、源头做起，到目前为止，炼油装置加热炉是用常规燃烧方法将热量释放出来，被加热介质在辐射室主要通过辐射传热方式吸热。烟气中剩余的热量，还需要建立对流室，让烟气余热主要以对流传热方式传给被加热介质。为了节能，烟气中最后剩余的热量还要通过空气预热器回收。一般来说，烟气与炉管之间的传热方式中，辐射传热的速率数值是两者温度数值的4 次方差，而对流传热的速率数值则是两者温度数值的1 次方差。因此，辐射传热是最经济的传热方式。也就是说，传递同样多的热量，辐射传热所需的传热面积最小。如果加热炉采用新的燃烧方式，只用辐射室，不用对流室，同时做到高热效率完成传热任务，将节省大量投资。5 结语综上所述，虽然加热炉在节
15、能方面取得了较大的成绩，但还未登上最高峰。只要我们不断地开发新技术，克服制约、局限节能的因素，就可以更上一层楼。参考文献1 于开源, 张连素, 曾玲敏.油田加热炉热效率影响因素现场测试研究J.应用能源技术,2 001,7 ( 4 ). 2 马雷.石油化工管式加热炉的烟气分析J.节能技术,1 9 9 8,( 4 ):9 一1 1.3杨向平.增大加热炉对流段加热面积以提高热效率J.炼油设计,1 9 9 9,( 5 ):4 3.4 李厚福.提高加热炉热效率技术改造J.节能,2 00,( 1 ):4 2.5 万嘉田.对加热炉挖潜增效有重大突破的燃烧器LGH 型强化燃烧器J.天然气与石油,2 0 0 2 ( 1 ):4.6 谢庆荣, 魏宝瑚.新型吹灰器在辽化加热炉上的应用J.石油化工设备技术,1 9 9 6,1 7 ( 4 ):4 4 一4 5.7 索涛, 刘会强.声波吹灰器及其在加热炉上的应用J.石油化工设备技术,2 0 0 1,2 2 ( 4 ):2 5 一27.
