常減壓加熱爐余熱回收系統(tǒng)改造

劉鴻翔

海南煉油化工有限公司，海南儋州 578101

常減壓加熱爐余熱回收系統(tǒng)改造

劉鴻翔

海南煉油化工有限公司，海南儋州 578101

加熱爐耗能占常減壓裝置總能耗的80%以上，其熱效率的高低對(duì)裝置能耗影響很大。海南煉化通過(guò)采用新型空氣預(yù)熱系統(tǒng)等技術(shù)對(duì)常減壓裝置加熱爐系統(tǒng)進(jìn)行了改造，熱效率得到了顯著提高。本文針對(duì)空氣預(yù)熱系統(tǒng)的改造方案、應(yīng)用效果進(jìn)行了研究，對(duì)存在的不足和問(wèn)題進(jìn)行了剖析。

加熱爐；余熱回收；熱效率

0 引言

海南煉化常減壓裝置加熱爐包括一臺(tái)常壓加熱爐、一臺(tái)減壓加熱爐、一套煙氣余熱回收系統(tǒng)和一座80m 高的鋼煙囪。改造前常壓加熱爐設(shè)計(jì)正常操作熱負(fù)荷為65.23mW，減壓加熱爐設(shè)計(jì)正常操作熱負(fù)荷為12.9mW，所燃燒的燃料為油氣混燒，以燒燃料油為主，包括余熱回收系統(tǒng)在內(nèi)的加熱爐計(jì)算熱效率約為91%。實(shí)際運(yùn)行測(cè)試結(jié)果表明加熱爐熱效率在90%左右。為此，在2009年底的大檢修期間，采用擾流子空氣預(yù)熱器等技術(shù)對(duì)加熱爐余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行了改造，排煙溫度由175℃降低到126℃，加熱爐熱效率由90.5%提高到92.5%以上。

1 余熱回收系統(tǒng)改造技術(shù)方案

空氣預(yù)熱器是廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)的加熱爐節(jié)能設(shè)備，其形式主要有管式空氣預(yù)熱器、擾流子空氣預(yù)熱器、熱管式空氣預(yù)熱器、擾流子空氣預(yù)熱器和熱管式空氣預(yù)熱器串聯(lián)組成的復(fù)合式空氣預(yù)熱系統(tǒng)。

管式空氣預(yù)熱器：我國(guó)70年代使用的空氣預(yù)熱器多數(shù)為固定光管式空氣預(yù)熱器，其傳熱系數(shù)K僅達(dá)14 W/（m2·K）～28W/（m2·K）左右，且設(shè)備體積及重量均較大，目前已很少采用。

擾流子空氣預(yù)熱器：擾流子空氣預(yù)熱器是在普通管式空氣預(yù)熱器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)發(fā)展的新型空氣預(yù)熱器。擾流子是構(gòu)造較為簡(jiǎn)單的一種管內(nèi)插入物，紐帶或麻花鐵作為管內(nèi)插入物而強(qiáng)化管內(nèi)側(cè)的傳熱。由于在換熱管內(nèi)增設(shè)了擾流片，增加了管內(nèi)流體擾動(dòng)，提高了管內(nèi)換熱系數(shù)，其傳熱系數(shù)K比普通管式預(yù)熱器大1/3～1/2。

熱管式空氣預(yù)熱器：熱管式空氣預(yù)熱器是一種新型高效傳熱設(shè)備，利用了沸騰吸熱和凝結(jié)放熱這兩項(xiàng)當(dāng)今世界上最強(qiáng)的傳熱技術(shù)，其傳熱系數(shù)為管式預(yù)熱器的2～4倍，設(shè)備緊湊、重量輕、可單管拆換，也較耐露點(diǎn)腐蝕。

復(fù)合式空氣預(yù)熱系統(tǒng)：擾流子空氣預(yù)熱器和熱管式空氣預(yù)熱器普遍存在的問(wèn)題是：當(dāng)排煙溫度較低時(shí)，位于煙氣通道出口處的傳熱管管壁溫度很容易低于煙氣的露點(diǎn)溫度，從而造成嚴(yán)重的低溫露點(diǎn)腐蝕。雖然熱管式空氣預(yù)熱器是一種高效的傳熱設(shè)備，但目前我國(guó)大部分熱管均為鋼－水熱管，使用水作工質(zhì)，由于飽和蒸汽壓較大，煙氣溫度超過(guò)300℃時(shí)，容易爆管。擾流子空氣預(yù)熱器和熱管式空氣預(yù)熱器串聯(lián)組成的復(fù)合式空氣預(yù)熱系統(tǒng)，即高溫?zé)煔舛尾捎脭_流子空氣預(yù)熱器、低溫段采用熱管式空氣預(yù)熱器，揚(yáng)長(zhǎng)避短，解決了空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕和高溫爆管問(wèn)題，能延長(zhǎng)空氣預(yù)熱器的使用壽命。

基于以上原因，海南煉化常減壓裝置對(duì)加熱爐余熱回收系統(tǒng)的改造采用了復(fù)合式空氣預(yù)熱技術(shù)。

2 改造前空氣預(yù)熱系統(tǒng)基本情況

常壓爐、減壓爐共用一套空氣預(yù)熱系統(tǒng)，334℃的煙氣進(jìn)熱管式空氣預(yù)熱器，與通風(fēng)機(jī)出口30℃的冷風(fēng)進(jìn)行熱交換，煙氣冷到186℃后，由引風(fēng)機(jī)排至鋼煙囪。進(jìn)加熱爐熱風(fēng)溫度為241℃。

3 改造方案及改造后運(yùn)行效果

3.1 改造方案

本次空氣預(yù)熱器的改造設(shè)計(jì)以長(zhǎng)期最大（燃?xì)猓┕r為基準(zhǔn)，并核算“短期（燃油：燃?xì)?1：1）”的工況。按長(zhǎng)期最大工況計(jì)算。在原熱管式空氣預(yù)熱器前面增加一臺(tái)擾流子管式空氣預(yù)熱器，將煙氣由370℃降低到310℃，空氣溫度由257℃升高到327℃；接著對(duì)現(xiàn)有空氣預(yù)熱器進(jìn)行改造，殼體利舊，更換內(nèi)部熱管元件，將煙氣由310℃降低到221℃，空氣溫度由152℃升高到257℃；最后在原熱管式空氣預(yù)熱器后面增加一臺(tái)分離式熱管空氣預(yù)熱器，將煙氣由221℃降低到120℃，空氣溫度由33℃升高到152℃。

3.1.1 高溫段空氣預(yù)熱器改造方案

煙氣首先進(jìn)入高溫段新增擾流子空氣預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入原整體式熱管空氣預(yù)熱器換熱，再由引風(fēng)機(jī)引至低溫段新增的分離式熱管空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)再次換熱，之后去煙囪冷風(fēng)區(qū)排放。

高溫段預(yù)熱器為原有的熱管空氣預(yù)熱器，考慮原有鋼-水熱管的壽命問(wèn)題，將一部份鋼-水熱管更換成高溫?zé)峁埽ㄩL(zhǎng)期最大工況下，煙氣計(jì)算溫度300℃以上的鋼-水熱管更換成高溫?zé)峁埽?/p>

原余熱回收系統(tǒng)中的空氣預(yù)熱器（做為高溫段預(yù)熱器）、煙氣引風(fēng)機(jī)、空氣鼓風(fēng)機(jī)、煙囪及各煙、風(fēng)道按原有不變。

3.1.2 低溫段空氣預(yù)熱器改造方案

因長(zhǎng)期最大（燃?xì)猓┕r煙氣溫度降至110℃～130℃（按130℃考慮），所以增加低溫段空氣預(yù)熱器。

低溫段空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)為分體式空氣預(yù)熱器，其煙氣段設(shè)置在原煙氣引風(fēng)機(jī)與煙囪之間的煙道下方，同時(shí)將原煙道支撐向兩邊移位，空出足夠的空間。因低溫段空氣預(yù)熱器在引風(fēng)機(jī)下游，可以避免風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)露和低溫腐蝕。

低溫段空氣預(yù)熱器煙氣段進(jìn)出口分別與原煙道相接，并在煙氣段進(jìn)口處及煙氣段出口前段各設(shè)置一臺(tái)煙道擋板。當(dāng)在“長(zhǎng)期最大（燃?xì)猓惫r下工作時(shí)，將煙氣段出口前段的煙道擋板（煙道擋板1）關(guān)閉，同時(shí)將煙氣段進(jìn)口處的煙道擋板（煙道擋板2）打開(kāi)，則煙氣通過(guò)低溫段空氣預(yù)熱器降溫至130℃左右。當(dāng)在“短期（燃油：燃?xì)?1：1）”工況下工作時(shí)，將煙氣段出口前段的煙道擋板（煙道擋板1）打開(kāi)，同時(shí)將煙氣段進(jìn)口處的煙道擋板（煙道擋板2）并閉，則煙氣不再通過(guò)低溫段空氣預(yù)熱器，系統(tǒng)排煙溫度為160℃左右。

系統(tǒng)排煙溫度在160℃左右的操作條件下，低溫段空氣預(yù)熱器煙氣段能方便整段更換。

3.2 改造后系統(tǒng)狀況

圖1 改造后系統(tǒng)狀況

3.3 改造后的長(zhǎng)期燃?xì)夂投唐谌加腿細(xì)猓?:1）混燒工況操作

長(zhǎng)期燃?xì)夤r下?lián)醢?關(guān)閉（如圖1所示），擋板1、3、4開(kāi)啟。當(dāng)排煙溫度低于120℃時(shí)，密封調(diào)節(jié)擋板5開(kāi)啟，旁通掉部分空氣，確保排煙溫度維持在120℃左右。

短期燃油燃?xì)猓?:1）混燒工況下?lián)醢?、4關(guān)閉（如圖1所示），擋板1、2開(kāi)啟。當(dāng)排煙溫度低于160℃時(shí)，密封調(diào)節(jié)擋板5開(kāi)啟，旁通掉部分空氣，確保排煙溫度維持在160℃左右。

其余操作同為：煙氣自煙囪熱風(fēng)區(qū)，經(jīng)過(guò)高溫段新增擾流子空氣預(yù)熱器后進(jìn)入原整體式熱管空氣預(yù)熱器換熱，再由引風(fēng)機(jī)引至低溫段新增的分離式熱管空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)再次換熱后去煙囪冷風(fēng)區(qū)排放。

空氣由鼓風(fēng)機(jī)送至低溫段新增的分離式熱管空氣預(yù)熱器空氣側(cè)，再經(jīng)原整體式熱管空氣預(yù)熱器和高溫段新增擾流子空氣預(yù)熱器換熱，再與直接經(jīng)空氣旁路旁通至高溫段擾流子空氣出口風(fēng)道的冷空氣（此量視實(shí)際的排煙溫度而定）混合后至加熱爐助燃。

燃?xì)夤r下把低溫段放到了引風(fēng)機(jī)之后，避免了由于燃料氣硫含量偏高時(shí)可能造成風(fēng)機(jī)葉輪的露點(diǎn)腐蝕破壞，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行?？筛鶕?jù)加熱爐的燃料情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行切換，以防止短期混燒工況下的低溫露點(diǎn)腐蝕發(fā)生。增加空氣旁路，可通過(guò)調(diào)節(jié)旁路流量，提高排煙溫度，防止低負(fù)荷時(shí)過(guò)低的煙氣溫度造成低溫腐蝕。

3.4 長(zhǎng)期燃?xì)夤r和短期燃油燃?xì)猓?:1）混燒計(jì)算結(jié)果

表1 長(zhǎng)期燃?xì)夤r空預(yù)器計(jì)算結(jié)果

3.5 改造前后的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

3.5.1 改造前后的工藝數(shù)據(jù)指標(biāo)及對(duì)比

表2 改造前后的工藝數(shù)據(jù)指標(biāo)及對(duì)比

3.5.2 改造后工藝數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比

注：燃料氣工況

3.6 經(jīng)濟(jì)效益及投資回收期估算

通過(guò)對(duì)常減壓加熱爐余熱回收系統(tǒng)的改造，加熱爐排煙溫度由175℃降低到126℃，加熱爐熱效率由90.5%提高到92.5%以上，降低能耗約0.4kgEO/t，節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)燃料油約3 400t。

（53）小葉擬大萼苔Cephaloziella microphylla（Steph.）Douin，men. 李粉霞等（2011）

海南煉化常減壓裝置預(yù)計(jì)2010年加工原油800萬(wàn)t，本次余熱回收系統(tǒng)改造固定資產(chǎn)投資400萬(wàn)，標(biāo)準(zhǔn)燃料油按3175元/t計(jì)算。

年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)燃料油(t)=800×10000×0.43/1000=3440t；

每年收益=3440×3175/10000=1092萬(wàn)元；

每年投資回報(bào)率=（1092-400）/400×100%=173%；

投資回收期小于4個(gè)月。

4 存在的問(wèn)題及對(duì)策

4.1 改造后存在的問(wèn)題

常減壓爐煙氣預(yù)熱系統(tǒng)改造后，達(dá)到了既定的工藝目標(biāo)，但操作中發(fā)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)、出口風(fēng)道和外殼都有強(qiáng)烈振動(dòng)，先后三次使風(fēng)機(jī)出口管道震裂。經(jīng)過(guò)與設(shè)計(jì)院人員的溝通，逐步排除，最終檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、出口風(fēng)道和外殼的強(qiáng)烈振動(dòng)是由于控制風(fēng)量的入口蝶閥導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)方向裝反所引起的。站在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)一側(cè)看，葉輪的旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針，而調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，導(dǎo)葉的旋轉(zhuǎn)方向是逆時(shí)針，使得風(fēng)機(jī)入口逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的空氣必須大角度地改變方向才能進(jìn)入葉輪，強(qiáng)烈的擾動(dòng)是使風(fēng)機(jī)外殼和風(fēng)道產(chǎn)生震動(dòng)和噪音的原因。

從圖2改造后工藝數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，由于分離式空氣預(yù)熱器運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相差較大，分析后得出，可能存在分離式空氣預(yù)熱器熱管緩慢泄漏，導(dǎo)致?lián)Q熱效果降低。

4.2 振動(dòng)消除方法

經(jīng)過(guò)反復(fù)核實(shí)并經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院的確認(rèn)，一致認(rèn)為風(fēng)機(jī)的入口蝶閥導(dǎo)葉安裝錯(cuò)誤是造成風(fēng)機(jī)外殼和風(fēng)道振動(dòng)的根本原因。通過(guò)更換入口蝶閥改變導(dǎo)葉的方向，使導(dǎo)葉在調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，重新起動(dòng)風(fēng)機(jī)后，風(fēng)機(jī)外殼和風(fēng)道的振動(dòng)及噪音大幅度降低。

5 結(jié)論

海南煉化常減壓裝置通過(guò)采用高溫段新增擾流子空氣預(yù)熱器與低溫段新增的分離式熱管空氣預(yù)熱器的組合技術(shù)進(jìn)行加熱爐改造，很好地解決了加熱爐排煙溫度高的問(wèn)題。改造后常減壓加熱爐的熱效率在92%以上，達(dá)到了工業(yè)示范爐的標(biāo)準(zhǔn)。

[1]錢(qián)家麟.管式加熱爐[M].2版.中國(guó)石化出版社，2002，10.

[2]徐彬.管式加熱爐安全運(yùn)行與管理.中國(guó)石化出版社，2005，6.

TE963

A

1674-6708（2010）30-0017-02

劉鴻翔，助理工程師，工作單位：海南煉油化工有限公司