激波吹灰器的研究與應(yīng)用

洪文儀

（廣東茂名市交通高級(jí)技工學(xué)校，廣東茂名 525000）

0 前言

加熱爐是煉油廠常、減壓蒸餾裝置的重要設(shè)備之一，也是裝置主要耗能設(shè)備，其燃料消耗就約占常減壓蒸餾裝置總能耗的80%以上。因此，提高加熱爐熱效率，對(duì)降低裝置的能耗具有舉足輕重的作用。在其他條件不變的情況下，降低加熱爐的排煙熱損失是提高熱效率的重要手段之一，排煙損失在加熱爐的熱損失中占有較大的比例。當(dāng)爐子熱效率（90%）較高時(shí)，排煙熱損失約占總熱損失的70%～80%。

作為煙氣余熱回收設(shè)備對(duì)流室的爐管，當(dāng)加熱爐不完全燃燒產(chǎn)生的碳粒和燃料中的灰分等煙塵吸附在對(duì)流室爐管的外表面，增加熱阻，降低傳熱效果，隨著積灰的增加，排煙溫度迅速上升，為保證加熱爐長(zhǎng)期在高效率下運(yùn)行，就必須堅(jiān)持用吹灰器定期清除積灰[1]。傳統(tǒng)上一般采用蒸汽吹灰，隨著煉油廠節(jié)能措施的不斷深入，各種新型的吹灰器出現(xiàn)在人們的面前，激波吹灰器就是其中一種。茂名石化分公司第三套常減壓蒸餾裝置應(yīng)用激波吹灰器取代傳統(tǒng)的蒸汽吹灰器，收到了很好的效果。

1 裝置運(yùn)行情況

茂名石化分公司第三套常減壓蒸餾裝置，設(shè)計(jì)處理能力為2.5 Mt/a，主要加工中東高硫原油。常壓爐（以下簡(jiǎn)稱爐-1）設(shè)計(jì)負(fù)荷38.4 MW，熱效率89%。減壓爐（以下簡(jiǎn)稱爐-2）設(shè)計(jì)負(fù)荷13.9 MW，熱效率88%。常壓爐、減壓爐頂部設(shè)有三層對(duì)流管，介質(zhì)分別是蒸汽、原油冷進(jìn)料、軟化水，自然排煙。改造前，常、減壓爐對(duì)流室均采用電動(dòng)伸縮式蒸汽吹灰器。在連續(xù)的生產(chǎn)過程中電動(dòng)伸縮式蒸汽吹灰器存在著以下問題：

（1）吹灰范圍小，存在死角，因?yàn)檎羝荒軉蜗蛄鲃?dòng)，直噴將爐管上的積灰吹走；

（2）蒸汽泄漏給加熱爐的運(yùn)行帶來(lái)潛在的隱患，蒸汽冷凝水與附在爐管表面上的硫化物相遇，腐蝕加劇，甚至腐蝕爐管至穿孔；

（3）電動(dòng)伸縮式蒸汽吹灰器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吹灰效果不理想，使用周期短，熱效率低，故障率較高，在線維修困難，不能滿足長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)這些問題曾在2002年1月進(jìn)行過大修，但收效較小，當(dāng)裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，加熱爐因以上問題，熱效率開始明顯下降，爐-2甚至降至86%。見表1。

表1 2004年9月加熱爐的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2 加熱爐積灰的種類分析及影響

2.1 種類分析

（1）粘性積灰

粘性積灰是的熱爐管表面上的碳粒、灰分與煙氣的化學(xué)產(chǎn)物，牢固性強(qiáng)，腐蝕性強(qiáng)。

（2）疏松積灰

煙氣中的灰粒帶有電荷，所以灰粒易粘附在爐管表面上，形成疏松積灰，但如果過多地吸收水份，則會(huì)沉積成灰垢，難以清除。

2.2 積灰對(duì)加熱爐的影響

（1）積灰的存在大大增加爐管的熱阻率，傳熱效果減弱，熱效率低；（2）加熱爐管積灰降低煙氣通量，增大煙氣阻力，導(dǎo)致裝置處理量隨之降低[2]。

3 激波吹灰器的原理和特點(diǎn)

3.1 激波吹灰器的工作原理

圖1是ESW激波吹灰器的原理示意圖。燃料和其氧化劑（通常是空氣）以適當(dāng)?shù)谋壤怀淙胍粋€(gè)特殊的混合罐里，在那里空氣和燃?xì)饣旌铣赡軌虍a(chǎn)生爆燃的混合氣體，并充滿混合罐和它之后的管道和罐體。隨后，一個(gè)高能的點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃點(diǎn)火罐中的混合氣。點(diǎn)火罐中的的爆燃火焰在通過火焰導(dǎo)管時(shí)被逐漸加速，并在火焰的前鋒面形成爆轟波。當(dāng)爆轟波傳至激波發(fā)生器中時(shí)，它點(diǎn)燃激波發(fā)生器中的混合燃?xì)?，并使激波在激波發(fā)生器的罐體內(nèi)受到調(diào)制，加強(qiáng)其壓力峰值。最后，調(diào)制合適的激波從激波發(fā)生器中產(chǎn)生，并通過激波發(fā)射噴管導(dǎo)入爐膛內(nèi)部。通過對(duì)激波發(fā)生器罐體和激波發(fā)射噴口的設(shè)計(jì)，可以控制所得到的激波的強(qiáng)度。因而，可以使激波的強(qiáng)度最適合其對(duì)應(yīng)工作受熱面上的積灰類型，達(dá)到最佳的吹灰效果。激波劇烈的壓力脈動(dòng)縱波對(duì)積灰產(chǎn)生一種先壓后拉的作用，促使其碎裂和脫離積灰基底；同時(shí)折射激波使積灰與基底之間的結(jié)合面產(chǎn)生剪力，使積灰與基底的結(jié)合面發(fā)生分離[3-4]。

圖1 ESW激波吹灰器的原理示意圖

3.2 激波吹灰器的特點(diǎn)

（1）與蒸汽吹灰器相比，整套激波吹灰器裝置沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從激波發(fā)生、傳遞、調(diào)制，整個(gè)運(yùn)行過程不存在機(jī)械傳動(dòng)故障。故運(yùn)行穩(wěn)定，維修方便，維修成本大為降低。

（2）激波吹灰克服了蒸汽吹灰對(duì)牢固性強(qiáng)的粘性積灰作用極差的缺點(diǎn)，對(duì)積灰產(chǎn)生劇烈的先壓后拉和剪力作用。促使其碎裂和脫落。激波吹灰操作簡(jiǎn)單，吹灰干凈、設(shè)備損耗小，能耗小。

（3）蒸汽吹灰濕度大，腐蝕爐管嚴(yán)重，激波吹灰器以壓縮空氣和干氣作介質(zhì)，保證爐管的干燥，大大降低了對(duì)爐管腐蝕情況。

4 激波吹灰器的應(yīng)用及效果

4.1 選型

選用ESW100型激波吹灰器代替原來(lái)的電動(dòng)伸縮式蒸汽吹灰器。常壓爐20臺(tái)，減壓爐10臺(tái)。

圖2 激波吹灰裝置系統(tǒng)圖

4.2 安裝部位及流程

激波吹灰器的激波發(fā)生器及噴口安裝在對(duì)流室的內(nèi)噴口正對(duì)著爐管，爐-1分5層，每層4臺(tái)，南北各2臺(tái)組成一個(gè)吹灰層面；爐-2也分5層，每層2臺(tái)，北向安裝，主控器安裝在二層平臺(tái)上，方便吹灰操作。燃?xì)庠礊闊拸S干氣，壓力為0.4 MPa。空氣源為非凈化風(fēng)，壓力0.35 MPa。激波吹灰裝置系統(tǒng)如圖2。

4.3 使用效果

裝置于2004年12月改造后，ESW100型激波吹灰器投用至今，運(yùn)行基本正常，并取得了明顯的效果。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）在吹灰時(shí)，對(duì)流室上、中、下煙氣溫度變化不大；由于每次吹灰爆炸所產(chǎn)生的吹灰煙氣很少，對(duì)流室中的煙氣量極少，所以不用調(diào)整煙道擋板，不影響爐子的正常操作。

（2）爐子吹灰比較干凈，使?fàn)t管的傳熱效率保持在高水平，提高了爐子的熱效率。應(yīng)用激波吹灰器前后爐-1數(shù)據(jù)見表2。

（3）減輕了對(duì)流室爐管的露點(diǎn)腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，有利于長(zhǎng)周期運(yùn)行。

（4）運(yùn)行程序簡(jiǎn)單，操作方便容易，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，大大降低操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。吹灰時(shí)只需要開啟電源，按下吹灰開關(guān)即可[5]。

5 經(jīng)濟(jì)效益

（1）在原有的原油加工量及生產(chǎn)方案基礎(chǔ)上，激波吹灰器對(duì)過熱蒸汽管、軟化水釘頭管的積灰清掃得比較干凈，加熱爐排煙溫度有明顯下降，約20℃。

（2）吹灰后加熱爐的熱效率從87.5%上升至89.9%，上升了2.4%。

（3）運(yùn)行成本很低。如ESW-100型激波發(fā)生器，為間隔式工作方式，大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)。一次吹灰所需瓦斯總量標(biāo)準(zhǔn)0.126 m3，即0.25 kg，總能量低于30 g標(biāo)煤在燃燒時(shí)的總發(fā)熱量。按瓦斯價(jià)格5元/kg，每次吹灰所需瓦斯費(fèi)用僅為1.25元。如果使用現(xiàn)成的燃料氣，例如乙炔或煉廠干氣、液化氣等，則整個(gè)運(yùn)行成本相當(dāng)?shù)土Ｕ羝祷移髅看未祷揖湍芎牡?噸蒸汽。按每噸蒸汽138元，則所需費(fèi)用為276元。

表2 應(yīng)用激波吹灰器前后加熱爐數(shù)據(jù)比較

6 存在問題

通過這幾年的運(yùn)行，激波吹灰器還存在著一些問題和需要改進(jìn)的地方：

（1）當(dāng)燃?xì)獾膲毫ψ兓^大時(shí)，會(huì)使激波吹灰器燃?xì)馀c空氣混合比不當(dāng)，造成吹灰器不響或響聲發(fā)脆；

（2）噴口前的火焰導(dǎo)管容易受吹灰后倒吸過來(lái)的含有SO2、SO3和H2O的煙氣露點(diǎn)腐蝕穿孔；

（3）激波吹灰器在吹灰時(shí)，爆炸產(chǎn)生的響聲過大，造成噪音污染。

7 結(jié)論

從茂名石化分公司第三套常減壓蒸餾裝置加熱爐使用情況說明，與原蒸汽吹灰器相比，激波吹灰器操作簡(jiǎn)單、不需日常維護(hù)、去積灰效率和加熱爐熱效率大大提高，運(yùn)行費(fèi)用低廉，加熱爐運(yùn)行穩(wěn)定，能降低裝置的總能耗，可在煉油系統(tǒng)中大力推廣。

［1］徐彬.常壓爐空氣預(yù)熱器熱管失效原因及對(duì)策［J］.設(shè)備管理與維修，2009（5）：103-105.

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［3］李斌，王躍武，賀炳恩，等.激波吹灰器在減壓爐上的應(yīng)用［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2004（5）：15-18.

［4］尹力.激波吹灰原理及其在青島電廠的運(yùn)用［J］.山東電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004（11）：30-33.

［5］陳茂.ESW激波吹灰器在工業(yè)中的應(yīng)用［J］.科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007（03）：11-15.