石油化工工藝加熱爐監(jiān)測分析及節(jié)能措施

張玫 卓爭輝 陳戰(zhàn)（中國石油西北石化節(jié)能監(jiān)測中心）

石油化工工藝加熱爐監(jiān)測分析及節(jié)能措施

張玫 卓爭輝 陳戰(zhàn)（中國石油西北石化節(jié)能監(jiān)測中心）

按照Q/SY1066—2010《石油化工工藝加熱爐節(jié)能監(jiān)測方法》要求，對某些企業(yè)石化工藝加熱爐排煙溫度、空氣過剩系數(shù)、一氧化碳含量、外表面溫度、熱效率5個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了綜合監(jiān)測，結(jié)果表明：石化加熱爐的綜合監(jiān)測合格率逐年提升，但是熱效率仍未達(dá)到節(jié)能要求。結(jié)合數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)場見證，對影響加熱爐熱效率的諸因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)排煙溫度偏高、空氣過剩系數(shù)偏大或偏小以及絕熱保溫缺陷是導(dǎo)致熱效率不合格的主要因素，并有針對性地提出最大限度降低排煙溫度 （高于煙氣露點(diǎn) 30 ℃）、控制空氣過剩系數(shù)在最佳范圍內(nèi)以及強(qiáng)化絕熱保溫效果的具體措施。

工藝加熱爐 監(jiān)測 熱效率 節(jié)能措施

工藝加熱爐是石油化工企業(yè)能耗集中的設(shè)備，約占整個(gè)生產(chǎn)過程能耗的 50%～60%。目前，中國石油天然氣集團(tuán)公司煉化板塊所屬20余家地區(qū)分公司在役運(yùn)行的工藝加熱爐有近 600臺(tái)，上報(bào)工藝加熱爐設(shè)計(jì)熱負(fù)荷總計(jì)約8000MW，有效熱負(fù)荷總計(jì)卻只有約6000MW，負(fù)荷率在75%左右，燃料消耗量大，運(yùn)行管理水平未達(dá)到中國石油天然氣企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Q/SY1066—2010 《石油化工工藝加熱爐節(jié)能監(jiān)測 方 法》[1]要 求 。 本 文 根 據(jù) 某 些 企 業(yè) 工 藝 加 熱 爐 節(jié)能監(jiān)測結(jié)果，進(jìn)行了綜合分析，并有針對性地提出具體對策。

1 監(jiān)測方法及分析依據(jù)

Q/SY1066—2010 《石油化工工 藝加熱 爐節(jié)能監(jiān)測方法》規(guī)定了詳細(xì)的監(jiān)測方法及分析依據(jù)。監(jiān)測單項(xiàng)共5個(gè)，即：排煙溫度、空氣過剩系數(shù)、一氧化碳含量、外表面溫度和熱效率，5個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)全 部 合 格 才 能 評 判 工 藝 加 熱 爐 綜 合 監(jiān) 測 合 格[1]， 標(biāo)準(zhǔn)中的公式或圖表是本文計(jì)算分析依據(jù)。

2 監(jiān)測結(jié)果及討論

2.1綜合監(jiān)測合格率

2007—2011 年，綜合監(jiān)測合格率呈上升趨勢，但從五年的平均合格率 37.4%來看，仍然處于較低的水平，見圖1。

圖1 工藝加熱爐綜合監(jiān)測合格率

2007～2011年工藝加熱爐監(jiān)測的熱效率平均合格率為 69.7%，而影響加熱爐熱效率的主要因素主要是排煙溫度、空氣過剩系數(shù)和爐外表面溫度。這3項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測合格率偏低必然造成工藝加熱爐熱效率降低，見表1。

表1 2007—2011年工藝加熱爐5個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測

2.2排煙溫度對熱效率的影響

當(dāng)工藝加熱爐煙道氣中氧氣含量、一氧化碳含量為一定值時(shí)，排煙溫度每增加 10℃，排煙熱損失 增 加 0.4% ～0.5% ， 加 熱 爐熱效率 即 降 低 0.4% ～0.5%[1]。

2007—2011 年排煙溫度監(jiān)測平均合格率僅為69.3%，是造成加熱爐熱效率監(jiān)測合格率偏低的主要原因之一。

加熱爐未設(shè)置余熱回收系統(tǒng)、未定期吹灰或不徹底導(dǎo)致爐管結(jié)垢、對流傳熱面積偏小、爐膛漏風(fēng)以及爐內(nèi)產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕未得到及時(shí)維修等均可使排煙溫度升高。

2.3空氣過剩系數(shù)對熱效率的影響

空氣過剩系數(shù)太小，空氣量不足，則燃燒不完全，不完全燃燒熱損失加大，加熱爐的熱效率降低；空氣過剩，排煙熱損失增大，熱效率也會(huì)降低[2]；只有將空氣過剩系數(shù)控制在一個(gè)最佳范圍內(nèi)，才可有效降低燃料消耗，減少煙氣量，使熱損失最低，熱效率最高，見圖2。

圖2 空氣系數(shù)與加熱爐熱效率的關(guān)系

從表2可以看出：由于常壓爐爐體持續(xù)漏風(fēng)，氧含量逐漸增大，空氣過剩系數(shù)不斷升高，排煙損失加大，熱效率降低。因此，通過監(jiān)測氧含量即可知道空氣過剩系數(shù)的變化。

表2 常壓爐空氣過剩系數(shù)與熱效率數(shù)據(jù)

常壓爐、減壓爐、制氫轉(zhuǎn)化爐都存在從輻射段（或?qū)α鞫危┑娇諝忸A(yù)熱器出口氧含量呈上升趨勢現(xiàn)象，且相差較大，說明加熱爐爐體或空氣預(yù)熱器嚴(yán)重漏風(fēng)。大量冷空氣漏入爐體內(nèi)，使排煙氧含量增大、空氣系數(shù)升高，致使煙氣量增加且多余的空氣帶走大量熱量，加熱爐排煙損失增大，見表3。

表3 某石化公司加熱爐氧含量監(jiān)測數(shù)據(jù)

當(dāng)爐內(nèi)空氣量不足，燃料燃燒不完全，CO含量增大、不完全燃燒損失加大，熱效率也會(huì)降低。因此，必須通過合理調(diào)節(jié)配風(fēng)，不斷尋求控制最佳空氣系數(shù)，達(dá)到完全燃燒，提高加熱爐熱效率。

2.4爐外表面溫度對熱效率的影響

加熱爐外表面溫度偏高，始終是近幾年監(jiān)測中存在的普遍問題。爐體表面溫度在5個(gè)單項(xiàng)考核指標(biāo)中合格率最低，它也是影響加熱爐熱效率的主要因素之一。

隨著爐內(nèi)耐火層和絕熱層損傷程度的增加，爐外表面溫度急速升高，結(jié)果使?fàn)t體散熱損失增大，熱效率降低，見表4。

表4 墻襯里損傷程度與外表面溫度的關(guān)系

利用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行加熱爐襯里的缺陷檢測工作，發(fā)現(xiàn)加熱爐溫度超標(biāo)部位多為爐管支架固定處、襯里接縫處、部分看火口和防爆門及周圍等。

以一臺(tái)年產(chǎn)量為 15×104t乙烯裂解爐輻射段側(cè)墻為測試面,當(dāng)爐膛溫度、入爐燃料量和爐墻結(jié)構(gòu)一定時(shí)，環(huán)境溫度和風(fēng)速對爐外表面溫度和表面熱流 量 均 有 影 響[1]， 其 中 風(fēng) 速 的 影 響 是 十 分 顯 著 的 。因此，在實(shí)際監(jiān)測加熱爐熱效率時(shí)，不能忽視這兩個(gè)因素，見表5。

表5 環(huán)境溫度、風(fēng)速對爐外表面溫度的影響

3 節(jié)能措施

3.1降低排煙溫度

1）設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)，減少排煙損失。

2）加強(qiáng)吹灰提高換熱效果。采用性能優(yōu)良的吹灰器，定時(shí)對加熱爐吹灰保持受熱面清潔，防止局部過熱和管內(nèi)的積灰和結(jié)焦。

3）增加傳熱面積。可采用翅片管或丁頭管；應(yīng)推廣選用高效熱管。

4）精心操作、合理調(diào)整加熱爐爐膛負(fù)壓。避免空氣漏入對流區(qū)，使得未燃燒的燃料在對流段發(fā)生二次燃燒、造成排煙溫度升高。一般加熱爐正常控制負(fù)壓在 100Pa以下，負(fù)壓過大勢必造成排煙熱損失增大。

5）降低排煙溫度要避免酸露點(diǎn)腐蝕。降低排煙溫度可減少排煙熱損失，但卻受到煙氣露點(diǎn)溫度特 別 是 空 氣 預(yù) 熱 器 冷 端 溫 度 的 制 約[2]。 煙 氣 的 露 點(diǎn)溫度與燃料中的硫含量、過剩空氣、煙氣中的水蒸氣 含 量 有 關(guān)[3]。 為 防 止 低 溫 對 加 熱 爐 盤 管 或 空 預(yù) 器的 腐蝕，排 煙 溫 度 一 般要比煙 氣 露 點(diǎn) 高 30 ℃[3]。

3.2減少加熱爐的漏風(fēng)，降低空氣系數(shù)

1）降低加熱爐空氣過剩系數(shù)。主要措施：

◇調(diào)節(jié)好三門一板，在保證完全燃燒的前提下，盡量降低入爐空氣量，降低空氣過剩系數(shù)。

◇消除爐體漏風(fēng)。對于最終排煙處氧含量比輻射段出口處氧含量偏高的加熱爐，應(yīng)重點(diǎn)檢查、整改對流段或空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)、破損以及腐蝕部位。及時(shí)修復(fù)觀火孔處保溫，更換、填充對流段的軟保溫層，消除引風(fēng)機(jī)與空預(yù)器或?qū)α鞫蔚膹椥赃B接處的縫隙來減少漏點(diǎn)。同時(shí)，調(diào)節(jié)好煙囪擋板，合理控制爐頂負(fù)壓減少爐體漏風(fēng)，降低空氣過剩系數(shù)。

2）選用高效節(jié)能型燃燒器提高燃燒效率。近年來，相繼出現(xiàn)了LGH強(qiáng)化傳熱型燃燒器、低NOX燃燒器、重質(zhì)燃油助劑等，促進(jìn)了燃燒技術(shù)的發(fā)展，提高了加熱爐的燃燒效率。

3）合理控制燃燒供風(fēng)。既要控制煙氣中的氧含量低，還要控制煙氣中的CO含量，只要是沒有檢測到CO含量，就可以繼續(xù)降低供風(fēng)量；但是如果CO含量超過了預(yù)定值，即使是氧含量超標(biāo)，也要繼續(xù)增加供風(fēng)，否則就相當(dāng)于燃料在放空。不但能耗增加，而且造成新的污染。

3.3改善爐壁保溫，減少散熱損失，提高加熱爐熱效率

一般爐壁的散熱損失占總供給熱量的 2.5%～3%。如果保溫不良，則爐外表面溫度升高，散熱損失將大于這個(gè)正常指標(biāo)，使加熱爐的熱效率降低。

1）搞好加熱爐檢修和維護(hù)，保證爐墻沒有大的裂紋和孔洞，使煙氣不致串入爐墻和爐壁之間，造成爐壁局部過熱。

2）采用高效爐襯材料，減少散熱損失。由于石油化工的加熱爐是連續(xù)性操作的加熱爐，常用的爐襯有磚結(jié)構(gòu)、澆注料襯里結(jié)構(gòu)等，其節(jié)能效果有限。目前，煉化企業(yè)一些加熱爐采用陶瓷纖維結(jié)構(gòu)和復(fù)合襯里結(jié)構(gòu)，取得了較好的效果。部分企業(yè)為了進(jìn)一步提高傳熱效果，采取了在爐墻內(nèi)襯噴涂熱輻射涂料等措施，加強(qiáng)爐墻的輻射能力，提高了加熱爐的熱效率。同時(shí)，涂料噴于磚與陶纖表面后，使磚、陶纖表面形成保護(hù)層，能防止?fàn)t壁磚、陶纖因長時(shí)間燒烘而粉化，從而延長爐襯的使用壽命。

4 結(jié)束語

通過對石油化工工藝加熱爐監(jiān)測分析及節(jié)能措施的探討得出結(jié)論：若提高工藝加熱爐的熱效率，必須通過最大限度地降低排煙溫度、有效控制空氣過剩系數(shù)以及改善加熱爐絕熱保溫效果這些節(jié)能措施來降低加熱爐的排煙損失、不完全燃燒損失和散熱損失等，提高其熱效率。雖然本文沒有述及工藝節(jié)能內(nèi)容，但是優(yōu)化工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)及加強(qiáng)工藝節(jié)能管理仍是節(jié)能的首要措施。隨著加熱爐熱效率的提高，燃料消耗和生產(chǎn)成本將相應(yīng)下降，生產(chǎn)裝置的整體經(jīng)濟(jì)效益將進(jìn)一步提高，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

[1] 中國石油天然氣集團(tuán)公司節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì). Q/SY1066—2010 石油化工工藝加熱爐節(jié)能監(jiān)測方法[S].北京:石油工業(yè)出版社,2010.

[2] 史培甫.工業(yè)鍋爐節(jié)能減排應(yīng)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:14-21.

[3] 劉長愛.煙氣酸露點(diǎn)腐蝕對煉油加熱爐及余熱回收系統(tǒng)的危害與防治[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2010,31（5）:45-46.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.007.021

2013-05-18）

張玫，工程師，1984年畢業(yè)于蘭化職工大學(xué) （有機(jī)工 藝 合 成 專 業(yè)）， 從 事 節(jié) 能 管 理 及 監(jiān) 測 技 術(shù) 方 面 工 作 ， E-mail：zhangmei-ls@petrochina.com.cn， 地址：甘肅省蘭州 市 西 固 區(qū) 福 利 西路191號(hào)，730060。