芳烴抽提裝置標(biāo)定狀態(tài)下加熱爐熱效率分析

別中正，李國沖，王文斌

（中國石油廣西石化分公司，廣西 欽州535008）

芳烴抽提裝置標(biāo)定狀態(tài)下加熱爐熱效率分析

別中正，李國沖，王文斌

（中國石油廣西石化分公司，廣西 欽州535008）

主要對芳烴抽提裝置在標(biāo)定狀態(tài)下加熱爐的熱效率進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)措施。通過現(xiàn)場對加熱爐進(jìn)行實(shí)地操作數(shù)據(jù)的測取，總結(jié)并歸納了不同設(shè)備位號進(jìn)出口的流量、溫度參數(shù)，分析了影響爐熱效率的主要原因，并據(jù)此提出了提高本裝置加熱爐熱效率的幾點(diǎn)措施。為設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)單位的加熱爐操作參數(shù)的選取、現(xiàn)場調(diào)試以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供參考。

加熱爐；熱效率；燃燒器；過?？諝庀禂?shù)

芳烴抽提裝置的二甲苯塔重沸爐采用油氣混燒型雙胞胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)料分八路進(jìn)入對流室、輻射室，擴(kuò)徑后出重沸爐。對流室頂部通過191℃熱蒸汽回收煙氣余熱，對流段設(shè)有激波吹灰裝置，煙氣余熱回收系統(tǒng)中設(shè)有離心式鼓風(fēng)機(jī)和搪瓷熱管空氣預(yù)熱器，其設(shè)計(jì)熱效率可達(dá)90%。

整套裝置中，加熱爐作為主要的能耗設(shè)備之一，其熱效率的高低直接影響到運(yùn)行成本，也是評判整套裝置性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。分析影響加熱爐熱效率的因素并尋找提高熱效率的措施，對整套裝置的經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義，也為設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)單位的調(diào)試和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供參考。

1 標(biāo)定狀態(tài)下加熱爐運(yùn)行情況分析

廣西石化芳烴抽提裝置于2010年9月6日一次開車成功，經(jīng)過3個(gè)月的平穩(wěn)運(yùn)行后，本裝置在2010年12月13日14：00時(shí)至2010年12月15日14：00時(shí)進(jìn)行了裝置滿負(fù)荷標(biāo)定工作，用以考察裝置在設(shè)計(jì)的加工負(fù)荷下能否平穩(wěn)運(yùn)行以及各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求。以下為標(biāo)定狀態(tài)下加熱爐相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行簡要分析。

通過計(jì)算，加熱爐在標(biāo)定狀態(tài)下全爐熱效率為89．4%， 過?？諝庀禂?shù)為1．32，熱負(fù)荷為54．5MW。

表1 標(biāo)定狀態(tài)下加熱爐操作數(shù)據(jù)

表2 標(biāo)定狀態(tài)下煙氣分析

影響加熱爐熱效率的主要原因分析如下：

（1）空氣過剩系數(shù)偏大。設(shè)計(jì)空氣過剩系數(shù)為1．15～1．25。 如果空氣過剩系數(shù)為1．2時(shí)，排煙損失可降低為7．43%。

（2）加熱爐熱負(fù)荷偏大，會(huì)引起熱效率下降。

（3）排煙溫度達(dá)到184℃，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)最大值170℃。

2 提高加熱爐熱效率的幾點(diǎn)建議

該設(shè)備由于是新開工的裝置，加熱爐的熱效率基本能夠滿足設(shè)計(jì)工況，為了更好地提高本裝置加熱爐的熱效率，特提出以下幾點(diǎn)建議優(yōu)化今后的加熱爐操作。

2．1 控制過?？諝饬?/p>

過剩空氣系數(shù)對加熱爐的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）對加熱爐熱效率的影響

加熱爐是靠燃料燃燒來提供熱量的。在操作過程中，過剩空氣系數(shù)過大會(huì)使加熱爐內(nèi)煙氣含量增加。在排煙過程中，大量的煙氣將熱量帶走，排入大氣，因此，加熱爐熱損失增多，熱效率下降。由于過?？諝馐窃诔隹跓煔鉁囟认屡湃氪髿獾?，所以排煙溫度越高，過?？諝鈳ё叩臒崃吭蕉?，對熱效率的影響也就越大。

（2）對燃燒溫度的影響

在加熱爐內(nèi)，燃料燃燒溫度越高，火焰和高溫?zé)煔鈧鹘o輻射爐管的熱量就越多，而且是與火焰和高溫?zé)煔獾慕^對溫度成四次方關(guān)系。輻射室燃燒溫度的高低，會(huì)改變爐膛的溫度場分布，影響加熱爐內(nèi)輻射段和對流段傳熱量的比例。當(dāng)過?？諝庀禂?shù)由1．2升高至1．6時(shí)，最高燃燒溫度約下降330℃。加熱爐輻射室過?？諝庀禂?shù)增大后，降低了燃燒溫度，使輻射管熱強(qiáng)度減小，吸熱量下降，對流管又不能彌補(bǔ)輻射管少吸收的熱量，必須增加燃料用量才能保持加熱爐的恒定熱負(fù)荷和管內(nèi)介質(zhì)出口溫度，因此使加熱爐熱效率下降。

（3）對露點(diǎn)溫度的影響

加熱爐尾部受熱面的壁溫保持在煙氣露點(diǎn)溫度以上是防止露點(diǎn)腐蝕和堵塞所必須考慮的一個(gè)主要問題。加熱爐熱效率不能進(jìn)一步提高，往往是受到低溫露點(diǎn)腐蝕的限制。煙氣中的過?？諝饬吭龃蠛螅瑫?huì)使露點(diǎn)溫度升高。因?yàn)檫^?？諝饬窟^大會(huì)促使煙氣中過多地生成SO3，SO3將與煙氣中的水蒸汽H2O化合生成硫酸蒸氣，當(dāng)硫酸蒸氣凝結(jié)到加熱爐尾部溫度較低的受熱面上時(shí)，就會(huì)發(fā)生低溫露點(diǎn)腐蝕。

（4）對環(huán)境的影響

過剩空氣系數(shù)過大會(huì)加劇爐管氧化，促使氮氧化物NO2增加，從而對環(huán)境造成極不利的影響。

鑒于過剩空氣量對加熱爐的燃燒性能影響較大，在操作過程中需要更好地通過調(diào)節(jié)煙囪擋板和風(fēng)道蝶閥來控制過?？諝饬?，使燃料充分燃燒，更好地節(jié)約能源和優(yōu)化環(huán)境。

2．2 減少散熱損失

加熱爐以輻射和對流2種方式向大氣散熱，其散熱量和爐外壁溫度、環(huán)境溫度和風(fēng)速等有關(guān)。環(huán)境溫度和風(fēng)速對爐外壁溫度影響較大，而對散熱損失雖有影響，但影響并不大，一般占爐子總能耗的1%～2%。

本裝置為新建裝置，爐壁熱損失在2．5%左右，通過熱成像分析發(fā)現(xiàn)爐體外表面某些部位存在局部高溫?zé)狳c(diǎn)如圖1、圖2所示。其中圖1溫差峰值為24．9℃，圖2溫差峰值達(dá)到32℃，說明在這些部位存在局部高溫?zé)狳c(diǎn)，需要在下次停工檢修時(shí)對加熱爐襯里進(jìn)行修補(bǔ)。

2．3 提高吹灰器使用效果

加熱爐不完全燃燒產(chǎn)生的碳粒和燃料中的飛灰等煙塵均會(huì)污染輻射室、對流室的爐管和余熱回收系統(tǒng)的外表面，從而增加熱阻，降低傳熱效果。定期清除積灰，對燃油加熱爐尤為重要。本裝置采用QMF－JB－R5818－50型激波吹灰器，使用過程中出現(xiàn)燃料氣壓力波動(dòng)，部分吹灰器不閃爆等故障。根據(jù)吹灰器使用情況，需采用以下措施保證吹灰器的正常運(yùn)行：

（1）定期對燃料氣組分、壓力和流量進(jìn)行檢測，保證燃?xì)夂涂諝獾幕旌媳仍谝?guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)出現(xiàn)燃?xì)饨M分、壓力和流量變化時(shí)，要及時(shí)確定是否為工藝原因或者管線堵塞。

（2）監(jiān)控燃料氣中硫化物含量及燃料油中灰分等雜質(zhì)含量，發(fā)現(xiàn)分析異常后及時(shí)調(diào)整，有效減少和避免加熱爐余熱回收系統(tǒng)的積灰結(jié)垢。

（3）在加熱爐運(yùn)行過程中，根據(jù)爐膛溫度需要不定期從輻射室觀察，并加入適量清灰劑，來清除輻射段和對流段爐管表面的積灰。

2．4 優(yōu)化油氣混燒燃燒器的使用

對于油氣混燒型燃燒器，一次風(fēng)門和二次風(fēng)門的開度，霧化蒸氣的品質(zhì)和使用量，燃料油和燃料氣的使用量都直接影響加熱爐的熱效率。本裝置燃燒器在使用過程中，也出現(xiàn)過燃料油火嘴堵塞，霧化蒸氣帶水，火焰過長、發(fā)飄，爐膛冒煙等異?，F(xiàn)象。因此，今后更要從以下幾方面來優(yōu)化燃燒器的操作：

（1）加強(qiáng)“三門一板”的調(diào)節(jié)，尤其是二次風(fēng)門的調(diào)節(jié)。燒渣油時(shí)，二次風(fēng)門多開一些；燒燃料氣時(shí)則關(guān)閉二次風(fēng)門。

（2）油氣混燒時(shí)，可在某些燃燒器內(nèi)單獨(dú)燒油，其他燃燒器內(nèi)單獨(dú)燒瓦斯氣。同時(shí)燃燒兩種燃料時(shí)，應(yīng)維持一種燃料的恒定負(fù)荷，以另一種燃料控制爐內(nèi)的介質(zhì)溫度。當(dāng)較長時(shí)間內(nèi)單獨(dú)燃燒瓦斯氣時(shí)，應(yīng)將油槍拔出或通入少量蒸氣，以防設(shè)備燒壞。

3 結(jié)論

節(jié)能降耗是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主體，本文根據(jù)芳烴抽提裝置標(biāo)定狀態(tài)下加熱爐的運(yùn)行情況，分析了影響加熱爐熱效率的主要原因，在此基礎(chǔ)上，提出了一系列提高加熱爐效率的合理化建議，為生產(chǎn)單位加熱爐操作參數(shù)的選取和現(xiàn)場調(diào)試提供參考。此外，根據(jù)本裝置的特點(diǎn)，今后還需在以下幾個(gè)方面強(qiáng)化加熱爐節(jié)能效果的研究：

（1）加熱爐工藝介質(zhì)組分較重，造成介質(zhì)進(jìn)出口溫度偏高，影響整個(gè)加熱爐的效率和安全，需要改善上游進(jìn)料工況。

（2）優(yōu)化燃料氣的組分，可以提高激波吹灰器的性能和全爐熱效率。

（3）深化對加熱爐的技術(shù)管理，嚴(yán)格按照操作卡片指導(dǎo)加熱爐的操作，做到受控管理。

［1］ 劉運(yùn)桃．管式加熱爐技術(shù)問答［M］．北京：中國石化出版社，2006．

［2］ 閻國超．煉油化工工藝及設(shè)備概論［M］．山東：石油大學(xué)出版社，1999．

［3］ 徐承恩．催化重整工藝與工程［M］．北京：中國石化出版社，2006．

Thermal Efficiency of Furnace at Calibration State of Aromatics Extraction Unit

BIE Zhong-zheng，LI Guo-chong，WANG Wen-bin
（Guangxi Petrochemical Company，Qinzhou 535008，China）

TQ 052.6

B

1671-9905（2011）06-0061-03

別中正，男，助理工程師，聯(lián)系電話：15177963100，地址：535008廣西欽州廣西石化生產(chǎn)二部，E-mail：biezhongzheng＠petrochina．com．cn

2011-03-31