加裝煙氣旁通管路提高加熱爐排煙溫度的效果分析

劉國(guó)豪 張廣超 許琛琛 趙乾坤 董林虎 張軒 張巍

（1.中國(guó)石油管道研究中心；2.中國(guó)石油西部管道新疆輸油氣分公司；3.中國(guó)石油管道公司技術(shù)服務(wù)中心；4.中國(guó)石油管道公司濟(jì)南輸油分公司；5.中國(guó)石油西部管道酒泉輸油氣分公司）

加熱爐是長(zhǎng)輸熱油管道輸送系統(tǒng)主要的耗能設(shè)備之一，單臺(tái)設(shè)備功率大、能耗多，安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與否對(duì)企業(yè)有重要影響。輸油管道加熱爐的燃料有原油和天然氣兩種，其中天然氣在價(jià)格、燃燒產(chǎn)物污染少等方面的優(yōu)勢(shì)使燃?xì)饧訜釥t具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在氣源有保證的前提下建議優(yōu)先選擇燃?xì)饧訜釥t。目前多個(gè)站場(chǎng)進(jìn)行了燃油改燃?xì)獾母脑欤康氖菧p少能耗成本，提高運(yùn)行水平。燃油改燃?xì)庵饕歉鼡Q燃燒器和輔助燃燒系統(tǒng)，對(duì)爐膛內(nèi)及煙囪處結(jié)構(gòu)一般不做改動(dòng)。燃油改燃?xì)夂蠊?jié)省了燃料油預(yù)熱需要的能量，如果改造后沒(méi)有考慮到天然氣燃燒后硫化物、水汽比較多的情況，就會(huì)存在排煙溫度偏低、硫化物和水蒸氣多，易產(chǎn)生酸化物，對(duì)預(yù)熱器、煙道等產(chǎn)生腐蝕甚至穿孔，影響設(shè)備正常運(yùn)行，造成設(shè)備壽命下降且運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)增加。為防止這種情況發(fā)生，需要采取措施提高燃?xì)饧訜釥t排煙溫度，降低酸露點(diǎn)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

1 站內(nèi)加熱爐運(yùn)行現(xiàn)狀

該站內(nèi)有3 臺(tái)同型號(hào)的加熱爐，型號(hào)為YYW-8000Y，額定容量為8 MW，主要用于主管道原油加熱，屬于燃油改燃?xì)獾募訜釥t，燃料氣為上游油田提供的管道天然氣，燃料系統(tǒng)單臺(tái)計(jì)量。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)3 臺(tái)燃?xì)饧訜釥t排煙溫度過(guò)低，煙氣中液態(tài)水多，煙道及對(duì)流室管路腐蝕比較嚴(yán)重。

2 技術(shù)改造主要內(nèi)容與原理

改造主要內(nèi)容是在加熱爐爐體尾部煙氣出口處加裝一直徑φ300 mm 旁通管路，一端裝在對(duì)流室上部的空氣進(jìn)風(fēng)管路上，另一端接到對(duì)流室進(jìn)輻射室的空氣進(jìn)氣管路上，兩端都安裝閥門和擋板，根據(jù)需要可以把空氣進(jìn)氣管路不經(jīng)過(guò)對(duì)流室，直接通過(guò)旁通管路進(jìn)入燃燒室與天然氣混合，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門和擋板的開(kāi)度大小可以調(diào)節(jié)旁通管路空氣量，達(dá)到調(diào)節(jié)排煙溫度的目的。主要的原理就是通過(guò)旁通管路減少煙氣熱交換，使冷空氣不經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器加熱，直接進(jìn)到燃燒室與天然氣混合燃燒。

運(yùn)行操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝的儀表顯示，在排煙溫度過(guò)低時(shí)打開(kāi)旁通管路進(jìn)出口閥門，同時(shí)根據(jù)需要調(diào)整進(jìn)空氣預(yù)熱器的擋板閉合度，使部分或全部冷空氣經(jīng)過(guò)φ300 mm 的旁通管道繞開(kāi)空氣預(yù)熱器直接進(jìn)入加熱爐，減少或停止煙氣熱交換損失來(lái)提高排煙溫度，排煙溫度可以由最低時(shí)的20 ℃提高到全部打開(kāi)后的90 ℃左右。

3 節(jié)能效果對(duì)比測(cè)試要求

為考察加裝煙氣旁通后排煙溫度提升效果，同時(shí)觀察對(duì)設(shè)備運(yùn)行性能的影響，制定相應(yīng)的測(cè)試方案進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。首先測(cè)試加熱爐正常運(yùn)行不打開(kāi)旁通管路的情況，然后在保持加熱爐負(fù)荷不變的情況下，測(cè)試打開(kāi)旁通閥門開(kāi)100%后的主要運(yùn)行指標(biāo)變化情況，主要指標(biāo)包括熱效率、排煙溫度、過(guò)剩空氣系數(shù)。

測(cè)試及計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6381—2008《加熱爐熱工測(cè)定》 ，結(jié)果評(píng)價(jià)按照SY/T 6837—2011《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》、 Q/SY GD0199—2009《加熱爐鍋爐大修節(jié)能效果評(píng)價(jià)方法》執(zhí)行。按照SY/T 6381—2008《加熱爐熱工測(cè)定》的要求，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行正平衡法、反平衡法，以正平衡法結(jié)果為準(zhǔn)，且兩種方法的結(jié)果誤差不超過(guò)±2%。測(cè)試用儀器見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試用儀器

4 測(cè)試結(jié)果與分析

3 臺(tái)加熱爐經(jīng)常運(yùn)行在90%左右的負(fù)荷下，因此本次測(cè)試主要考察正常運(yùn)行負(fù)荷下的相關(guān)數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 加熱爐主要運(yùn)行指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

由表2 可知，3 臺(tái)加熱爐在90%熱負(fù)荷下，與關(guān)閉空預(yù)器旁通狀態(tài)相比，全部開(kāi)通空預(yù)器旁通狀態(tài)下煙氣熱交換減少，排煙溫度從40 ℃提高到85 ℃，提高了45 ℃，排煙溫度提高效果明顯，達(dá)到了改造的目的，同時(shí)其他主要參數(shù)熱效率略有2%的下降，因?yàn)闊煔鉄釗p失增加，但是降低后的熱效率數(shù)值仍然滿足標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6837—2011《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》的要求，且運(yùn)行的安全系數(shù)大大增加。

測(cè)試結(jié)果表明，3 臺(tái)加熱爐在測(cè)試工況下煙氣的過(guò)剩空氣系數(shù)均過(guò)大，均未達(dá)到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6837─2011《油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》中限定值的要求，其他項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)熱效率、排煙溫度等均達(dá)標(biāo)。綜合評(píng)價(jià)，該加熱爐達(dá)到了改造的目的，但同時(shí)運(yùn)行中存在空氣系數(shù)偏大等問(wèn)題，需要調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板，調(diào)整燃料氣和空氣的配比，減少過(guò)剩空氣系數(shù)，進(jìn)一步提高熱效率。

5 結(jié)論

排煙溫度過(guò)高或者過(guò)低都對(duì)加熱爐的運(yùn)行有不良影響。排煙溫度過(guò)高時(shí)說(shuō)明爐膛燃燒效果差，排煙損失高，熱效率偏低；排煙溫度過(guò)低時(shí)熱損失少、熱效率高，但存在著酸露點(diǎn)腐蝕設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)行中必須將排煙溫度維持在一個(gè)合理區(qū)間內(nèi)，以高于酸露點(diǎn)溫度同時(shí)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度區(qū)間最為合理。這就需要日常運(yùn)行中定期吹灰、調(diào)整燃料氣與空氣的燃燒配比等，保證加熱爐維持在高效率區(qū)運(yùn)行。通過(guò)在空氣預(yù)熱器前后加裝旁通管路，使冷空氣直接與天然氣混合燃燒，減少煙氣在對(duì)流室的熱交換熱量損失，達(dá)到了提高排煙溫度的目的，減小了設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。該改造方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，對(duì)設(shè)備的影響小，可以為相關(guān)設(shè)備改造提供參考。