淺談煉化裝置加熱爐節(jié)能技術(shù)

趙子龍

大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711

加熱爐是煉油和石油化工生產(chǎn)裝置的主要耗能設(shè)備，其能耗占裝置總能耗的20%~70%。降低其能耗對(duì)整個(gè)石油和石化行業(yè)節(jié)能工作有著重要意義。由加熱爐熱效率反平衡法計(jì)算公式可知，提高熱效率、減少燃料消耗量的措施為：降低排煙損失、不完全燃燒損失、表面散熱損失和附屬設(shè)備耗能。

一、降低排煙損失

1.回收煙氣中的余熱，降低排煙溫度

目前國(guó)內(nèi)外各煉廠采用的余熱回收措施大致有以下幾種類(lèi)型。

(1)從工藝流程與裝置總體平衡考慮，有冷進(jìn)料及工藝分支物流預(yù)熱空氣。

(2)從加熱爐本體考慮，有對(duì)流段增加管束及對(duì)流段采用釘頭管、翅片管等。

(3)從改進(jìn)和簡(jiǎn)化循環(huán)系統(tǒng)考慮有熱載體循環(huán)，包括開(kāi)路與閉路熱載體循環(huán)。

(4)從增加附屬回收設(shè)備考慮，有鋼管式、玻璃管式、回轉(zhuǎn)式、鑄鐵管式、擾流子式、熱管式及板式空氣預(yù)熱器等。

(5)從與其他設(shè)備聯(lián)合節(jié)能考慮，有余熱鍋爐及熱電聯(lián)產(chǎn)。

余熱回收技術(shù)選用原則是：應(yīng)首先在爐子現(xiàn)有設(shè)備上考慮，如利用低溫工藝介質(zhì)降低排煙溫度和利用對(duì)流空間增加對(duì)流室傳熱面積，強(qiáng)化對(duì)流傳熱；其次再考慮增加附屬設(shè)備和采用各種預(yù)熱器和余熱鍋爐方法回收煙氣余熱。對(duì)增加設(shè)備的費(fèi)用應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，投資回收年限一般不超過(guò)3年。

吹灰器是清除加熱爐對(duì)流爐管積灰，保證加熱爐長(zhǎng)期高效運(yùn)行的設(shè)備。目前煉化加熱爐使用的吹灰器有：聲波吹灰器、激波吹灰器和蒸汽吹灰器。聲波吹灰器由于吹灰的能量較小，對(duì)于黏性小且又疏松的積灰具有良好的吹灰效果，使用的經(jīng)濟(jì)性也較好，對(duì)于重質(zhì)燃料油燃燒產(chǎn)生的黏性灰吹灰效果較差。激波吹灰器又稱(chēng)脈沖或爆炸吹灰器，由于吹灰的能量較聲波吹灰器大，吹灰效果較好，但產(chǎn)生激波時(shí)引起的振動(dòng)對(duì)加熱爐的襯里和對(duì)流爐管的使用壽命有一定的影響。蒸汽吹灰器使用歷史悠久、技術(shù)成熟、吹灰效果好，但存在吹灰管易變形、傳動(dòng)部件易出故障、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。

2.降低α，減少排煙量

在加熱爐中，燃料不可能完全燃燒。燃燒所用實(shí)際空氣量與理論空氣量之比稱(chēng)做過(guò)?？諝庀禂?shù)α。加熱爐的煙氣排放量與α成正比，在排煙溫度一定的條件下，α越大，加熱爐的熱效率越低，降低α可以提高加熱爐熱效率。但α太大不僅使得熱效率降低，還會(huì)加速爐管和爐內(nèi)構(gòu)件的氧化；提高SOx的生成量，從而加劇露點(diǎn)腐蝕。降低α的有效措施如下。

(1)選用技術(shù)水平領(lǐng)先的燃燒器，保證燃料在較低的α下完全燃燒。

(2)在操作過(guò)程中管好“三門(mén)一板”(調(diào)風(fēng)門(mén)、霧化介質(zhì)閥門(mén)、燃料油閥門(mén)和煙囪擋板)，確保加熱爐在合理的α下運(yùn)行。

(3)做好加熱爐的堵漏工作，保證爐體的完整性和密封性，盡量減少看火門(mén)、防爆門(mén)、人孔和彎頭箱等處的漏風(fēng)量。

二、降低爐體表面散熱損失

采用導(dǎo)熱系數(shù)小，整體性好，使用壽命長(zhǎng)的耐熱保溫材料做襯里，控制爐體表面散熱損失：無(wú)余熱回收系統(tǒng)時(shí)，爐壁熱損≤2%；有余熱回收系統(tǒng)時(shí)，爐壁熱損≤3%。

采用澆注料和陶纖噴涂復(fù)合襯里，既克服了全用澆注料施工時(shí)間長(zhǎng)、隔熱效果差(澆注料導(dǎo)熱系數(shù)高)的缺點(diǎn)，又克服了全用陶纖噴涂襯里易脫落的缺點(diǎn)。例如大慶石化公司煉油廠制氫裝置轉(zhuǎn)化爐在2008年增加陶瓷噴涂后轉(zhuǎn)化爐爐頂平均溫度下降了40℃，爐墻平均溫度下降了15℃，瓦斯的單耗較噴涂前降低了585.87 kg/t。

三、降低不完全燃燒損失

燃料的不完全燃燒損失主要取決于燃料性質(zhì)和燃燒器技術(shù)水平。在燃料一定時(shí)，燃料的不完全燃燒損失主要取決于燃燒器技術(shù)水平。降低燃燒損失的措施如下。

(1)采用技術(shù)水平先進(jìn)的燃燒器：具有先進(jìn)的配風(fēng)技術(shù)、燃油霧化技術(shù)；火道、噴嘴和調(diào)風(fēng)器三者相互匹配、在燃料燃燒完全條件下α低、霧化介質(zhì)耗量少。

(2)對(duì)燃料進(jìn)行改質(zhì)：如重質(zhì)燃料油減黏處理或加入添加劑，降低黏度，提高霧化性能。在國(guó)內(nèi)某設(shè)計(jì)院開(kāi)發(fā)出了一種燃料油添加劑，使用后，在燃料油含硫量不變條件下，煙氣露點(diǎn)溫度下降20℃；另外還有含硫瓦斯脫硫、低壓瓦斯增加壓力等工藝技術(shù)。

四、降低輔助能耗

已經(jīng)采用強(qiáng)制供風(fēng)的大、中負(fù)荷加熱爐的鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)。

采用技術(shù)水平先進(jìn)的(蒸汽耗量少)燃燒器和吹灰器，減少燃料油霧化蒸汽用量和吹灰能耗。

五、加強(qiáng)管理、精心操作

(1)根據(jù)調(diào)查總結(jié)，1臺(tái)加熱爐，如進(jìn)行精心操作和調(diào)節(jié)與進(jìn)行粗放式操作和調(diào)節(jié)相比，其全年平均熱效率可提高2%。

(2)重視加熱爐日常管理工作，按照股份公司有關(guān)規(guī)定或管理、操作規(guī)程進(jìn)行加熱爐的日常管理和操作調(diào)節(jié)。

(3)重視技術(shù)改造工作，采用新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝、新材料對(duì)加熱爐進(jìn)行改造或更新，保證技術(shù)的先進(jìn)性。

(4)重視易損件的更換和大檢修工作，保證加熱爐設(shè)施齊全、完好。

(5)對(duì)管理人員或操作工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，提高其業(yè)務(wù)素質(zhì)。

六、其他節(jié)能措施

1.優(yōu)化裝置換熱流程，降低加熱爐熱負(fù)荷

煉化加熱爐的熱負(fù)荷隨裝置換熱流程的不同而改變，根據(jù)裝置的特點(diǎn)，對(duì)換熱流程進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化。最大限度的降低加熱爐熱負(fù)荷是減少加熱爐能耗的有效措施。如1套800萬(wàn)t/a常減壓裝置，采用優(yōu)化換熱流程技術(shù)，常壓爐的熱負(fù)荷為58.1MW，燃料耗量為5 314kg/h；不采用優(yōu)化換熱流程技術(shù)，常壓爐的熱負(fù)荷為103.7MW，燃料耗量為9 641kg/h。

2.余熱利用

把空氣冷卻器放出的熱空氣引入加熱爐空氣預(yù)熱器。

3.石化加熱爐排管優(yōu)化

采用“多管程、小管徑”排管，有效地縮短原料油流過(guò)爐管的長(zhǎng)度，降低壓力降，減少原料泵的能耗；同時(shí)提高加熱爐單位體積內(nèi)爐管傳熱面積和爐管對(duì)流傳熱系數(shù)。

4.采用“燃燒系統(tǒng)優(yōu)化和強(qiáng)化輻射室傳熱”技術(shù)

輻射室爐管表面平均熱強(qiáng)度約是對(duì)流室表面平均熱強(qiáng)度2倍，采用“燃燒系統(tǒng)優(yōu)化和強(qiáng)化輻射室傳熱”技術(shù)，不但可增加輻射室傳熱量，減少全爐爐管用量，而且可以降低煙氣出輻射室的溫度，為提高石化加熱爐熱效率奠定基礎(chǔ)。

5.采用“以熱效率巡優(yōu)為目標(biāo)的智能控制系統(tǒng)”

加熱爐如采用自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)與人工操作和調(diào)節(jié)相比，加熱爐全年平均熱效率高2%。并且使加熱爐的控制效果和精度上了新臺(tái)階。

6.采用富氧燃燒

含氧量高于21%的空氣稱(chēng)為富氧空氣，現(xiàn)有燃燒器如采用富氧燃燒則有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)可以提高輻射室溫度，增加輻射室傳熱溫差，強(qiáng)化輻射室傳熱。乙烯裂解爐、化肥轉(zhuǎn)化爐、制氫爐輻射室需要較高的溫度，可利用富氧燃燒這一優(yōu)點(diǎn)，重整爐利用富氧燃燒這一優(yōu)點(diǎn)可以降低流體壓降。

(2)可以有效地減少排煙量，在排煙溫度不變的條件下，減少排煙損失，提高加熱爐熱效率。例如燕山石化公司煉油廠II套催化裂化裝置于1998年采用富氧再生工藝，實(shí)際生產(chǎn)中氧濃度達(dá)23%~26%，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2 640萬(wàn)元/年；江蘇某廠燃油鍋爐采用富氧助燃后，鍋爐熱效率提高了8.3%，燃油節(jié)約率16.64%，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

7.乙烯爐、化肥一段轉(zhuǎn)換爐、制氫爐與蒸汽透平機(jī)聯(lián)合技術(shù)

乙烯爐、化肥一段轉(zhuǎn)換爐、制氫爐與蒸汽透平機(jī)聯(lián)合技術(shù)輻射室的溫度在1 100℃，利用如此高溫度的煙氣預(yù)熱溫度較低的原料，從熱量利用上講是不合理的。利用乙烯爐、化肥一段轉(zhuǎn)換爐、制氫爐輻射室出口煙氣產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽后再預(yù)熱原料，利用高溫、高壓蒸汽拖動(dòng)主風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)和大型鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)。經(jīng)過(guò)作功的蒸汽可以用于生產(chǎn)工藝用蒸汽。此技術(shù)既可優(yōu)化熱量利用，又可以有效地減少二次能源(電能)耗量，經(jīng)濟(jì)效益很好，是提高燃料利用率，降低能耗的前沿技術(shù)之一。

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