改造連續(xù)重整加熱爐，提高加熱爐熱效率

魏根源

（中國石油烏魯木齊石化公司煉油廠，新疆烏魯木齊830019）

·技術(shù)進(jìn)步·

改造連續(xù)重整加熱爐，提高加熱爐熱效率

魏根源

（中國石油烏魯木齊石化公司煉油廠，新疆烏魯木齊830019）

分析影響連續(xù)重整裝置加熱爐F-201～204熱效率因素，主要包括排煙溫度、空氣過剩系數(shù)、爐壁散熱等，提出了提高重整加熱爐F-201～204熱效率的措施，即增加加熱爐余熱回收系統(tǒng)。采取燃料分級、低NOX燃燒器、更換加熱爐底板和爐底襯里等措施，使得改造后連續(xù)重整裝置四合一加熱爐熱效率達(dá)到91%以上，從而降低裝置能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

加熱爐；熱效率；排煙溫度；改造

中國石油股份公司烏魯木齊石化分公司煉油廠40萬噸/年連續(xù)重整裝置于2002年8月20日建成，同年9月24日投料試車一次成功，裝置由中國石化工程建設(shè)公司設(shè)計。至2012年裝置已連續(xù)運行10年，重整加熱爐排煙溫度由2002年開工初期的175℃升高至2012年最高值258℃，遠(yuǎn)超排煙溫度設(shè)計值≯180℃的要求，加熱爐熱效率也急劇下降至85.49%。隨著2009年烏石化公司千萬噸大煉油項目啟動，60萬噸/年連續(xù)重整裝置擴(kuò)能改造工作開始實施，本次擴(kuò)能改造主要是通過改造加熱爐、分餾系統(tǒng)以及設(shè)備的更換以滿足裝置負(fù)荷增加50%的要求。

1　影響加熱爐熱效率的因素分析

加熱爐是煉油廠生產(chǎn)中的主要供能設(shè)備，為煉油過程提供所需的能量。加熱爐熱效率是指被加熱介質(zhì)有效吸收熱量占燃料總放熱量的百分比。在同樣的有效熱負(fù)荷下，熱效率越高，燃料耗量越少。熱效率是衡量加熱爐優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)，也是考核裝置的指標(biāo)之一。由于被加熱介質(zhì)的有效吸熱量不易計算,實際計算中一般采用反平衡法即總放熱量減去各種熱損失的方法來求得,其表達(dá)式如下:式中：q煙－排煙熱損百分比（包括不完全燃燒損失）；q散－爐體散熱損失百分比。

加熱爐正常運行時，為滿足環(huán)保要求，不能出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象。通過精心調(diào)節(jié)“三門一板”完全可以保證燃燒充分,不出現(xiàn)冒黑煙及煙氣中含有CO的情況。實際計算中圓筒爐q散一般簡化為一個恒定值，在設(shè)有空氣預(yù)熱器的加熱爐取值為3.0%。

則式（1）簡化為：

對于濕煙氣（氧化鋯在線分析）：

式中：α-過剩空氣系數(shù)；tg-排煙溫度，℃；O2-煙氣中的氧含量，%。

分析上式，提高熱效率的途徑主要是降低排煙熱損,即通過降低排煙溫度tg、降低過?？諝庀禂?shù)α和減少加熱爐散熱損失來實現(xiàn)。

2　采取的改造措施

2.1增加余熱回收系統(tǒng)

重整加熱爐F-201～204是重整反應(yīng)加熱爐，改造前在自然通風(fēng)工況下運行，F(xiàn)-201～204煙氣共用一個煙道，通過80m長的煙囪排入大氣；煉油廠所處區(qū)域全年平均氣溫7.2℃，低溫空氣嚴(yán)重影響加熱爐熱效率。本次改造F-201～204新增一套煙氣/空氣換熱的余熱回收系統(tǒng)，通過冷空氣與煙氣換熱降低加熱爐煙氣排放溫度，提高入爐燃燒的空氣溫度，進(jìn)而提高加熱爐熱效率，空氣預(yù)熱溫度與加熱爐熱效率提高值關(guān)系見圖1。由于烏石化公司所處的烏魯木齊冬季氣溫低至-30℃，為防止露點腐蝕的發(fā)生，新增余熱回收系統(tǒng)采用前置蒸汽-空氣預(yù)熱器先預(yù)熱冷空氣，后與板式空氣/煙氣換熱器換熱回收煙氣余熱。該余熱回收系統(tǒng)設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。工藝流程為：來自對流室的熱煙氣經(jīng)熱煙道進(jìn)入板式空氣預(yù)熱器，與空氣換熱后經(jīng)冷煙道由煙氣引風(fēng)機(jī)引入獨立鋼煙囪排放。冷空氣由空氣鼓風(fēng)機(jī)送入前置蒸汽-空氣預(yù)熱器，換熱后再經(jīng)板式空氣預(yù)熱器與煙氣換熱，熱空氣由熱風(fēng)道供爐底燃燒器燃燒使用。冷風(fēng)道上設(shè)有旁通風(fēng)道，用以調(diào)節(jié)排煙溫度，防止露點腐蝕。各爐爐底風(fēng)道設(shè)有氣動快開風(fēng)門，當(dāng)余熱回收系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，氣動快開風(fēng)門可自動打開，加熱爐轉(zhuǎn)入自然通風(fēng)狀態(tài)下操作。

圖1　空氣預(yù)熱溫度與加熱爐熱效率提高值的關(guān)系

前置蒸汽-空氣預(yù)熱器可通過調(diào)節(jié)蒸汽量控制進(jìn)入板式空氣預(yù)熱器的空氣溫度，減緩低溫?zé)煔鈱υO(shè)備的腐蝕。為減緩煙氣側(cè)部件發(fā)生露點腐蝕，在預(yù)熱器煙氣側(cè)末端金屬壁增設(shè)管壁熱電偶。當(dāng)金屬壁溫度小于107℃，DCS系統(tǒng)報警，操作人員打開冷風(fēng)道旁通，提高煙氣出預(yù)熱器溫度及金屬壁溫度。

擴(kuò)能改造后裝置設(shè)計處理能力為0.6×106t/a，但由于市場供需等因素，裝置負(fù)荷會低于0.4×106t/a，不到設(shè)計負(fù)荷的2/3。裝置負(fù)荷降低，燃料需求量必然減少，風(fēng)量也相應(yīng)減少，在電機(jī)功率不變的情況下，余熱回收系統(tǒng)控制困難且浪費電能?？紤]節(jié)能和操作因素，本次改造所用鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)使用變頻調(diào)速電機(jī)控制進(jìn)風(fēng)量。變頻調(diào)速裝置是在低負(fù)荷生產(chǎn)中，使供風(fēng)系統(tǒng)在滿足燃燒的情況下，有效控制過?？諝庀禂?shù)，節(jié)能效果明顯；應(yīng)用變頻調(diào)速既增加了余熱回收系統(tǒng)的操作彈性，又降低了裝置能耗，更好地適應(yīng)了裝置負(fù)荷的變化。

2.2選用燃料分級、低NOX燃燒器

燃料分級、低NOX燃燒器是根據(jù)燃料分段燃燒原理，配合火盆磚結(jié)構(gòu)，將內(nèi)外燃?xì)鈽寚娮炜追謩e設(shè)計成兩種傾斜噴角，外燃?xì)鈽寚娮靽娍组g又成一定夾角，燃?xì)馀c空氣都分成細(xì)流，增大了兩股氣流的接觸面積，改善燃?xì)馀c空氣的相遇條件，使燃?xì)馀c空氣充分混合，節(jié)能效果顯著。

一級燃料燃燒形成圓形火焰的中心層是高過?？諝饬咳紵?，故降低了中心火焰溫度，多余空氣繼續(xù)向爐膛內(nèi)上噴射，與二段燃料混合燃燒，此時，由于向爐膛內(nèi)噴射的空氣與向爐膛內(nèi)高速噴射的燃料混合氣形成一個負(fù)壓區(qū)，將與爐管進(jìn)行熱交換后溫度已下降的煙氣吸回，冷卻外層火焰，從而使整個圓形火焰溫度降至1450℃以下，避免了N2與O2反應(yīng)生成NO的溫度條件，從而達(dá)到既節(jié)能又降低排放煙氣中NOX濃度的目的。

2.3更換加熱爐底板和爐底襯里

重整加熱爐F-201～204自2002年至2012年運行10年，爐底襯里已出現(xiàn)裂縫，爐底散熱損失嚴(yán)重，為此更換了爐底板和爐底襯里，襯里采用耐火澆注料+耐火磚技術(shù)，消除了原有裂縫的熱損失。

2013年12月60萬噸/年重整裝置改造后一次開車成功，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。改造后加熱爐熱效率達(dá)91%以上，超過設(shè)計值90%。空氣入爐溫度由自然通風(fēng)狀態(tài)的全年平均溫度7.2℃提高至換熱后的199℃。加熱爐煙氣氧含量、排煙溫度、爐底板外壁溫度等都達(dá)到或超過中油同類裝置先進(jìn)水平。以下是改造前（表1）和改造后（表2）加熱爐F-201～204主要參數(shù)數(shù)據(jù)表。

表1　 2012年改造前F-201～204數(shù)據(jù)平均值

表2　 2013年改造后F-201～204數(shù)據(jù)平均值

由表1、表2可知，改造后加熱爐熱效率較改造前提高5.9%，重整加熱爐F-201～204改造是成功的，各項指標(biāo)都達(dá)到或超過設(shè)計值，重整F-201～204加熱爐的耗能占全裝置耗能的43%，改造后對裝置耗能貢獻(xiàn)2.54kg標(biāo)油/t重整進(jìn)料，裝置規(guī)模以60萬噸/a計，可節(jié)省燃料氣1372.1t/a，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

4　結(jié)論

通過改造重整加熱爐F-201～204，熱效率提高了5.9%，裝置可節(jié)省燃料氣1372.1t/a。此次改造的成功為以后老舊加熱爐改造和新建加熱爐提高熱效率提供了借鑒依據(jù)。對于加熱爐改造而言，通過改造余熱回收系統(tǒng)，選用高效空氣預(yù)熱器是目前最為簡單、有效的提高熱效率的方法。

[1]王蘭田，郎清江.一種方便可靠的管式爐熱效率新簡化算法[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，1990（4）：17-28.

[2]錢家麟，于遵宏，李文輝,等.管式加熱爐[M].北京：中國石化出版社，2005.

[3]徐承恩.催化重整工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2009：874-880.

Continuous Reforming Furnace，Heating Furnace Thermal Efficiency

WEI Gen-yuan
（China Urumqi Petrochemical CompanyRefinery，Wuluomuqi 830019，China）

The paper analysis the impact heating furnace of continuous reforming unit F-201～204 thermal efficiency factors，mainlyincludingexhaust temperature，excess air coefficient，the furnace wall heat dissipation，etc.Put forward the improving measures of reforming furnace thermal efficiency F-201～204，increasing the heating furnace waste heat recovery system，through the cold air and flue gas heat to reduce exhaust temperature furnace；choosing grading，low NOXburners；replacing the furnace bottom and castable.After transforming continuous reforming unit four unity of heating furnace thermal efficiency ofmore than 91%，soas toreduce the unit energyconsumption，improve the efficiencyofthe economy.

heatingfurnace；thermal efficiency；smoke temperature；transform

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.04.022

TE624.4+2

B

1008-553X（2016）04-0067-03

2016-03-18

魏根源（1984-），男，畢業(yè)于新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，助理工程師，從事石油化工技術(shù)工作，15999453676,weigy33@sina.com。