提高常減壓加熱爐熱效率探討

張連生（中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

提高常減壓加熱爐熱效率探討

張連生（中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

某煉化企業(yè)800萬(wàn)噸/年常減壓蒸餾裝置加熱爐由于較長(zhǎng)時(shí)間使用燃料油，導(dǎo)致?tīng)t管表面結(jié)垢，出現(xiàn)加熱爐排煙溫度升高、熱效率降低的現(xiàn)象，為解決這個(gè)問(wèn)題，調(diào)整了操作。本文對(duì)調(diào)整及提高加熱爐熱效率總結(jié)和探討。

常減壓蒸餾加熱爐；熱效率；提高

1 裝置簡(jiǎn)介

某煉化企業(yè)800萬(wàn)噸/年常減壓蒸餾裝置主要由原油電脫鹽、800萬(wàn)噸/年常壓蒸餾、250萬(wàn)噸/年減壓蒸餾、輕烴回收等部分組成，常壓蒸餾、減壓蒸餾分別由常壓爐、減壓爐提供熱量，加熱爐原設(shè)計(jì)單燒燃料氣，由于燃料氣資源緊張，上游公司無(wú)法保證該項(xiàng)目燃料氣供應(yīng)，由此更改為“燃料油、燃料氣混燒”方案。

2 存在的問(wèn)題

該裝置于2013年底進(jìn)行過(guò)一次大修后，目前已經(jīng)運(yùn)行將近3年，按照煉油裝置一般3年一修的要求，已經(jīng)即將到達(dá)檢維修周期，但根據(jù)生產(chǎn)的需要和對(duì)生產(chǎn)裝置的評(píng)定，公司決定四年一修。雖然該裝置總體運(yùn)行問(wèn)題不大，但是局部還是需要優(yōu)化調(diào)整，特別是加熱爐排煙溫度升高、氧含量高，導(dǎo)致熱效率降低，需要進(jìn)行處理。該裝置常壓爐和減壓爐煙氣在對(duì)流段后合并，共用煙氣預(yù)熱回收系統(tǒng)，由引風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，與伴熱空氣在空氣預(yù)熱器中換熱，然后經(jīng)煙囪排向大氣，并設(shè)置煙氣直排煙囪蝶閥，流程上和空氣預(yù)熱器并聯(lián)，特殊情況下，打開(kāi)蝶閥，煙氣也可不經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器，直接經(jīng)煙囪排向大氣。詳見(jiàn)圖-1。

該裝置加熱熱爐在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，短時(shí)間曾經(jīng)使用催化油漿作燃料油，由于催化油漿中的粉塵、重金屬含量較高，尤其是N、V、N等極易造成爐管結(jié)垢和腐蝕的成分增加，燃料中硫含量也較高，在燃燒過(guò)程中易形成各種金屬氧化物和硫酸鹽，粘結(jié)在爐管的外表面上，爐管積灰嚴(yán)重，使其傳熱系數(shù)下降，并導(dǎo)致加熱爐熱效率降低。通過(guò)看火孔觀察，輻射室爐管發(fā)白，有明顯灰垢積存。為減少輻射室爐管積灰，曾經(jīng)外加清灰劑，暫時(shí)解決了爐管導(dǎo)熱效率低的問(wèn)題，但僅有部分積灰隨煙氣排出，還有一部分積存在空氣預(yù)熱器內(nèi)，從而降低加熱爐的熱效率。9月上旬常壓爐排煙系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表-1。

表-1：9月下旬常壓爐排煙系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（每天數(shù)據(jù)采集時(shí)間為16：00）

由于篇幅有限，表-1只列出了一旬的數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)和近一段時(shí)期的數(shù)據(jù)相差不大，基本反映近期加熱爐的運(yùn)行狀況，具有一定的代表性。

熱效率測(cè)算：按照加熱爐熱效率計(jì)算公式η=[100-(q+ 2.5)]%，測(cè)算出調(diào)整前加熱爐的熱效率（η1）為：η1=[100-(q1+ 2.5)]%（當(dāng)氧含量為4.3～6.3%時(shí)q1=0.0577t1-1.74），查表-1，溫度（t1）平均值為：222.5℃，即：

η1={100-[（0.0577×222.5-1.74）+2.5]}%=86.4%

通過(guò)分析加熱爐主要存在如下問(wèn)題：

（1）加熱爐煙氣中氧含量偏高，超出工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的≯5%的范圍，說(shuō)明輻射室存在漏風(fēng)現(xiàn)象，影響爐子熱效率。

（2）排煙溫度由開(kāi)工初期的160℃左右上升到222.5℃，說(shuō)明輻射室、對(duì)流室爐管和空氣預(yù)熱器等部位積灰嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了爐子熱效率。

（3）預(yù)熱器系統(tǒng)壓降升高，已經(jīng)達(dá)到1.54KPa。說(shuō)明空氣預(yù)熱器積灰更加嚴(yán)重，預(yù)熱器導(dǎo)熱效果變差，不僅影響爐子熱效率，且不利于長(zhǎng)周期運(yùn)行。

（4）由于爐膛局部?jī)?nèi)襯里損壞，甚至個(gè)別點(diǎn)脫落，導(dǎo)致加熱爐外壁溫度局部超高，輻射室、對(duì)流室部分點(diǎn)超過(guò)80℃，對(duì)流室個(gè)別部位超過(guò)100℃。

3 處理方法

（1）針對(duì)氧含量偏高的問(wèn)題，主要采取如下措施：

①控制好“三門(mén)一板”?！叭T(mén)一板”對(duì)燃料的完全燃燒有很大的作用，直接影響到爐子的熱效率。

風(fēng)門(mén)：風(fēng)量小，燃料燃燒不完全，煙氣中一氧化碳含量高。風(fēng)量太大，過(guò)?？諝庀禂?shù)大，煙氣中氧含量高，降低爐子熱效率。一般過(guò)剩空氣系數(shù)為1.12～1.2，即煙氣中氧含量2～5%比較合適。

油門(mén)：決定了燃料油霧化的好壞，如果油門(mén)太大，火焰發(fā)黑，發(fā)漂，造成局部過(guò)熱，甚至結(jié)焦。

汽門(mén)：汽門(mén)太小，霧化不好，燃燒不分。汽門(mén)太大，火焰太剛，易縮火。

煙道擋板：煙道擋板用于調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓，開(kāi)度過(guò)大，負(fù)壓過(guò)大，空氣漏入爐膛，煙氣中氧含量高，降低爐子熱效率，開(kāi)度過(guò)小，爐膛會(huì)出現(xiàn)正壓，甚至回火。

②檢查爐子看火窗、看火孔密封是否良好，對(duì)有問(wèn)題的進(jìn)行修復(fù)，避免空氣漏入爐膛。

③檢查吹灰器系統(tǒng)是否泄漏，保證在非吹灰期間無(wú)非凈化風(fēng)漏入爐膛。

（2）針對(duì)排煙溫度高、煙氣系統(tǒng)壓降大的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)各專(zhuān)業(yè)管理部門(mén)和生產(chǎn)部門(mén)討論，一致認(rèn)為空氣預(yù)熱器積灰嚴(yán)重、部分換熱熱管失效是熱效率低的主要原因，考慮到距離大檢修還有一年的時(shí)間，確定實(shí)施加熱爐不停爐清灰方案。

①為了清灰徹底，首先采用清灰劑對(duì)爐子輻射室和對(duì)流室吹灰，確保輻射室和對(duì)流室清理干凈，使其積灰徹底后移至空氣預(yù)熱器。

②煙氣直排煙囪蝶閥打開(kāi)，煙氣系統(tǒng)流程改為直排，停通、引風(fēng)機(jī)，把煙氣從空氣預(yù)熱系統(tǒng)切出，加熱爐伴燒風(fēng)改為自然供風(fēng)。

③安排檢維修單位拆開(kāi)空氣預(yù)熱器，進(jìn)行不停爐清灰、更換失效熱管。

在打開(kāi)空氣預(yù)熱器后檢查發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)低溫部位積灰嚴(yán)重，灰垢呈粘性，質(zhì)地較硬，熱管翅片間幾乎積滿，且預(yù)熱器煙氣側(cè)低溫部位存在著酸性腐蝕，而且有部分熱管被腐蝕穿孔，熱管真空破壞、管內(nèi)傳熱工質(zhì)漏出而失效。此次共對(duì)756根積灰的熱管抽出、清垢，并檢查熱管失效情況，共檢測(cè)出158根（約占總熱管的20%）熱管失效并進(jìn)行更換。

4 處理后的效果

空氣預(yù)熱器清灰檢修后于9月18日20時(shí)投用正常。本次清灰前排煙溫度為222.5℃，清灰后排煙溫度為170.4℃左右，降低了52℃。空氣預(yù)熱器壓降由1.54KPa降至0.96KPa，壓差降低了0.58 KPa，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表-2。

表-2 9月下旬常壓爐排煙系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（每天數(shù)據(jù)采集時(shí)間為16：00）

熱效率計(jì)算：投用后10天根據(jù)表-2中數(shù)據(jù)的平均值，測(cè)算出調(diào)整后爐子的熱效率（η2）為：η2=[100-(q2+2.5)]%，當(dāng)氧含量為1.7～4.3%時(shí)，q2=0.0469t2-0.911，查表-2，溫度（t2）平均值為：170.4℃，即：

η2={100-[（0.0469×170.4-0.911）+2.5]}%=90.42%

結(jié)論：檢修后，加熱爐熱效率由86.4%提高至90.42%，提高4.02%，效果顯著。

5 存在的問(wèn)題

（1）爐外壁溫度較高，需要等待裝置大檢修時(shí)處理。

（2）雖然經(jīng)過(guò)清灰、空氣預(yù)熱器檢修后常壓爐和減壓爐的排煙溫度由222.5℃降低至170.4℃，但仍然高于設(shè)計(jì)排煙溫度，而且與同類(lèi)裝置的先進(jìn)水平（140～160℃）有一定差距。有待大檢修時(shí)徹底處理，進(jìn)一步提高加熱爐熱效率。

（3）協(xié)調(diào)上游公司保證燃料氣供應(yīng)，大檢修把加熱爐火嘴全部更換為燃料氣火嘴，不僅節(jié)能，還有利于環(huán)保達(dá)標(biāo)的要求。

[1]唐孟海，胡兆靈.常減壓蒸餾裝置技術(shù)問(wèn)答.中國(guó)石化出版社.2007年出版.

張連生，工程師，國(guó)家注冊(cè)安全工程師，現(xiàn)就職于海南煉油化工有限公司HSE部，從事HSE管理工作。