常減壓加熱爐余熱回收系統改造

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，其熱效率的高低對裝置能耗影響很大。海南煉化通過采用新型空氣預熱系統等技術對常減壓裝置加熱爐系統進行了改造，熱效率得到了顯著提高。本文針對空氣預熱系統的改造方案、應用效果進行了研究，對存在的不足和問題進行了剖析。

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常壓加熱爐、一臺減壓加熱爐、一套煙氣余熱回收系統和一座80m 高的鋼煙囪。改造前常壓加熱爐設計正常操作熱負荷為65.23mW，減壓加熱爐設計正常操作熱負荷為12.9mW，所燃燒的燃料為油氣混燒，以燒燃料油為主，包括余熱回收系統在內的加熱爐計算熱效率約為91%。實際運行測試結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，采用擾流子空氣預熱器等技術對加熱爐余熱回收系統進行了改造，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 余熱回收系統改造技術方案

空氣預熱器是廣泛應用于石油化工行業的加熱爐節能設備，其形式主要有管式空氣預熱器、擾流子空氣預熱器、熱管式空氣預熱器、擾流子空氣預熱器和熱管式空氣預熱器串聯組成的復合式空氣預熱系統。

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

擾流子空氣預熱器：擾流子空氣預熱器是在普通管式空氣預熱器的基礎上加以改進發展的新型空氣預熱器。擾流子是構造較為簡單的一種管內插入物，紐帶或麻花鐵作為管內插入物而強化管內側的傳熱。由于在換熱管內增設了擾流片，增加了管內流體擾動，提高了管內換熱系數，其傳熱系數K比普通管式預熱器大1/3～1/2。

熱管式空氣預熱器：熱管式空氣預熱器是一種新型高效傳熱設備，利用了沸騰吸熱和凝結放熱這兩項當今世界上最強的傳熱技術，其傳熱系數為管式預熱器的2～4倍，設備緊湊、重量輕、可單管拆換，也較耐露點腐蝕。

復合式空氣預熱系統：擾流子空氣預熱器和熱管式空氣預熱器普遍存在的問題是：當排煙溫度較低時，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溫度，從而造成嚴重的低溫露點腐蝕。雖然熱管式空氣預熱器是一種高效的傳熱設備，但目前我國大部分熱管均為鋼－水熱管，使用水作工質，由于飽和蒸汽壓較大，煙氣溫度超過300℃時，容易爆管。擾流子空氣預熱器和熱管式空氣預熱器串聯組成的復合式空氣預熱系統，即高溫煙氣段采用擾流子空氣預熱器、低溫段采用熱管式空氣預熱器，揚長避短，解決了空氣預熱器的低溫腐蝕和高溫爆管問題，能延長空氣預熱器的使用壽命。

基于以上原因，海南煉化常減壓裝置對加熱爐余熱回收系統的改造采用了復合式空氣預熱技術。

2 改造前空氣預熱系統基本情況

常壓爐、減壓爐共用一套空氣預熱系統，334℃的煙氣進熱管式空氣預熱器，與通風機出口30℃的冷風進行熱交換，煙氣冷到186℃后，由引風機排至鋼煙囪。進加熱爐熱風溫度為241℃。

3 改造方案及改造后運行效果

3.1 改造方案

本次空氣預熱器的改造設計以長期最大（燃氣）工況為基準，并核算“短期（燃油：燃氣=1：1）”的工況。按長期最大工況計算。在原熱管式空氣預熱器前面增加一臺擾流子管式空氣預熱器，將煙氣由370℃降低到310℃，空氣溫度由257℃升高到327℃；接著對現有空氣預熱器進行改造，殼體利舊，更換內部熱管元件，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熱器后面增加一臺分離式熱管空氣預熱器，將煙氣由221℃降低到120℃，空氣溫度由33℃升高到152℃。

3.1.1 高溫段空氣預熱器改造方案

煙氣首先進入高溫段新增擾流子空氣預熱器預熱后進入原整體式熱管空氣預熱器換熱，再由引風機引至低溫段新增的分離式熱管空氣預熱器煙氣側再次換熱，之后去煙囪冷風區排放。

高溫段預熱器為原有的熱管空氣預熱器，考慮原有鋼-水熱管的壽命問題，將一部份鋼-水熱管更換成高溫熱管（長期最大工況下，煙氣計算溫度300℃以上的鋼-水熱管更換成高溫熱管）。

原余熱回收系統中的空氣預熱器（做為高溫段預熱器）、煙氣引風機、空氣鼓風機、煙囪及各煙、風道按原有不變。

3.1.2 低溫段空氣預熱器改造方案

因長期最大（燃氣）工況煙氣溫度降至110℃～130℃（按130℃考慮），所以增加低溫段空氣預熱器。

低溫段空氣預熱器設計為分體式空氣預熱器，其煙氣段設置在原煙氣引風機與煙囪之間的煙道下方，同時將原煙道支撐向兩邊移位，空出足夠的空間。因低溫段空氣預熱器在引風機下游，可以避免風機葉輪結露和低溫腐蝕。

低溫段空氣預熱器煙氣段進出口分別與原煙道相接，并在煙氣段進口處及煙氣段出口前段各設置一臺煙道擋板。當在“長期最大（燃氣）”工況下工作時，將煙氣段出口前段的煙道擋板（煙道擋板1）關閉，同時將煙氣段進口處的煙道擋板（煙道擋板2）打開，則煙氣通過低溫段空氣預熱器降溫至130℃左右。當在“短期（燃油：燃氣=1：1）”工況下工作時，將煙氣段出口前段的煙道擋板（煙道擋板1）打開，同時將煙氣段進口處的煙道擋板（煙道擋板2）并閉，則煙氣不再通過低溫段空氣預熱器，系統排煙溫度為160℃左右。

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

3.2 改造后系統狀況

圖1 改造后系統狀況

3.3 改造后的長期燃氣和短期燃油燃氣（1:1）混燒工況操作

長期燃氣工況下擋板2關閉（如圖1所示），擋板1、3、4開啟。當排煙溫度低于120℃時，密封調節擋板5開啟，旁通掉部分空氣，確保排煙溫度維持在120℃左右。

短期燃油燃氣（1:1）混燒工況下擋板3、4關閉（如圖1所示），擋板1、2開啟。當排煙溫度低于160℃時，密封調節擋板5開啟，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：煙氣自煙囪熱風區，經過高溫段新增擾流子空氣預熱器后進入原整體式熱管空氣預熱器換熱，再由引風機引至低溫段新增的分離式熱管空氣預熱器煙氣側再次換熱后去煙囪冷風區排放。

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

燃氣工況下把低溫段放到了引風機之后，避免了由于燃料氣硫含量偏高時可能造成風機葉輪的露點腐蝕破壞，保證系統穩定運行。可根據加熱爐的燃料情況對系統進行切換，以防止短期混燒工況下的低溫露點腐蝕發生。增加空氣旁路，可通過調節旁路流量，提高排煙溫度，防止低負荷時過低的煙氣溫度造成低溫腐蝕。

3.4 長期燃氣工況和短期燃油燃氣（1:1）混燒計算結果

表1 長期燃氣工況空預器計算結果

3.5 改造前后的技術指標對比

3.5.1 改造前后的工藝數據指標及對比

表2 改造前后的工藝數據指標及對比

3.5.2 改造后工藝數據與設計數據對比

注：燃料氣工況

3.6 經濟效益及投資回收期估算

通過對常減壓加熱爐余熱回收系統的改造，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，節省標準燃料油約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計2010年加工原油800萬t，本次余熱回收系統改造固定資產投資400萬，標準燃料油按3175元/t計算。

年節省標準燃料油(t)=800×10000×0.43/1000=3440t；

每年收益=3440×3175/10000=1092萬元；

每年投資回報率=（1092-400）/400×100%=173%；

投資回收期小于4個月。

4 存在的問題及對策

4.1 改造后存在的問題

常減壓爐煙氣預熱系統改造后，達到了既定的工藝目標，但操作中發現通風機、出口風道和外殼都有強烈振動，先后三次使風機出口管道震裂。經過與設計院人員的溝通，逐步排除，最終檢查發現風機、出口風道和外殼的強烈振動是由于控制風量的入口蝶閥導葉旋轉方向裝反所引起的。站在風機進風一側看，葉輪的旋轉方向是順時針，而調節風量時，導葉的旋轉方向是逆時針，使得風機入口逆時針旋轉的空氣必須大角度地改變方向才能進入葉輪，強烈的擾動是使風機外殼和風道產生震動和噪音的原因。

從圖2改造后工藝數據與設計數據對比發現，由于分離式空氣預熱器運行數據與設計數據相差較大，分析后得出，可能存在分離式空氣預熱器熱管緩慢泄漏，導致換熱效果降低。

4.2 振動消除方法

經過反復核實并經過設計院的確認，一致認為風機的入口蝶閥導葉安裝錯誤是造成風機外殼和風道振動的根本原因。通過更換入口蝶閥改變導葉的方向，使導葉在調節風量時的旋轉方向與葉輪的旋轉方向相同，重新起動風機后，風機外殼和風道的振動及噪音大幅度降低。

5 結論

海南煉化常減壓裝置通過采用高溫段新增擾流子空氣預熱器與低溫段新增的分離式熱管空氣預熱器的組合技術進行加熱爐改造，很好地解決了加熱爐排煙溫度高的問題。改造后常減壓加熱爐的熱效率在92%以上，達到了工業示范爐的標準。

[1]錢家麟.管式加熱爐[M].2版.中國石化出版社，2002，10.

[2]徐彬.管式加熱爐安全運行與管理.中國石化出版社，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