重型空氣預熱器應用的節能環保效果

蔡寶超

中海煉化惠州煉化分公司，廣東 惠州 516086

一、前言

隨著能源日趨緊張，節能已成為石化行業當前的重要任務之一。煉廠加熱爐是石化行業的主要耗能設備之一，如何提高加熱爐的熱效率，降低能耗對整個企業的節能降耗有著重要的意義。

加熱爐的排煙溫度是影響加熱爐熱效率的主要指標，排煙溫度下降20℃，可提高加熱爐的熱效率約1%。但是由于煙氣中存在酸性氣，溫度過低，又會對設備產生腐蝕，所以合理控制排煙溫度和氧含量，在不發生低溫腐蝕的前提下，盡量降低排煙溫度和排煙氧含量，可確保加熱爐高效率、安全和長周期運行。常減壓裝置為了提高加熱爐效率，達到節能降耗的目的，一般都設有空氣預熱器，回收煙氣的余熱，因此開好空氣預熱系統是降低排煙溫度，提高加熱爐熱效率的有效措施。

二、空氣預熱器運行現狀

中海油惠州煉油項目1 200萬t/a常減壓裝置是目前國內單系列處理量最大的常減壓裝置，加熱爐部分采用1臺常壓爐、1臺減壓爐和1套余熱回收系統配置，兩臺加熱爐煙氣集中由10 929kW熱管式空氣預熱器回收，加熱爐的設計綜合熱效率90%。該裝置2009年4月開工投產后，加熱爐的最終排煙溫度逐漸由160 ℃升高目前的200℃左右，加熱爐熱效率88.4%，和國內同類裝置相比熱效率偏低，主要原因是空氣預熱器回收率低，目前中石油中石化多家煉廠通過技術改造使加熱爐的熱效率達到91%以上。該空氣預熱器運行情況如下。

（1）2010年9月打開檢查，熱翅片管束上積灰不嚴重。目前已經出現內漏。

（2）空氣預熱器設計負荷低，沒有調整余量。

（3）熱管失效、效率下降，并出現了露腐蝕問題。

（4）維持效率時間不超過1a。

近年來，隨著裝置的大型化，加熱爐總負荷越來越高（惠煉常減壓裝置負荷高達128MW），對節能的要求和加熱爐效率要求越來越高。通過計算，惠煉常減壓爐熱效率每提高1%，每小時可節省燃料油110kg，每年可產生440萬元經濟效益，據測算，加熱爐的熱效率有3.6%左右的提升空間，可以降低常減壓裝置0.3kg／t的能耗， 此外該項目也可以給企業和社會帶來顯著的經濟和環保效益，因此該空氣預熱器改造項目是非常必要的。

三、空氣預熱器選型對比

1.改造目標

（1）在低溫段不發生露點腐蝕的情況下，確保排煙溫度≤140℃，加熱爐綜合熱效率達到92%。

采用SPSS 22.0統計軟件進行處理分析實驗數據，結果用表示，多組間比較用q檢驗，計數資料用χ2檢驗。

（2）確保低溫段不發生露點腐蝕。

（3）設備平穩運行5a。

2.技術比選

目前煉化行業使用的空氣預熱器主要有3種類型：熱管式空氣預熱器、板殼式鑄鐵空氣預熱器及重型空氣預熱器。惠煉原采用的就是熱管式空氣預熱器，使用效果不理想，所以本次對比選型不予考慮，以下重點對其余兩種空氣預熱器進行比較。

3.板殼式鑄鐵空氣預熱器

該種型式的空氣預熱器在國外被廣泛應用，國內剛剛開始推廣。其特點如下。

（1）屬于專利設備，整體結構緊湊、傳熱系數高、壓力降小。

（2）換熱元件為合金鑄鐵，耐露點腐蝕能力強，但不允許發生露點腐蝕工況。

（3）低溫段采取板殼式空氣預熱器（鑄鐵平板）δ＝5mm，國內外尚無業績，且板殼式空氣預熱器（碳鋼薄板）不易應用于燃油加熱爐，易集灰，損壞不易修復。

（4）目前國內還沒有鑄鐵板殼式空氣預熱器在常減壓裝置成功使用的案例，由于沒有業績，本項目一旦采用該種技術，風險較大。

4.重型空氣預熱器

該空氣預熱器適用于熱負荷比較大的加熱爐，其特點如下。

（1）為四管程管式結構，設備本體自帶支撐，低溫段設置水沖洗，不需要配套吹灰器。

（2）低溫段采用耐酸搪瓷傳熱管，表面光滑，不易積灰，可以最大限度地防止露點腐蝕。

（3）該預熱器可靠性高，操作維修費用低，壽命長，與對流爐管壽命基本相當，能滿足4年1修的要求，煙氣側由翅片擴面，無內 漏。

（4）排煙溫度可以實現DCS自動控制，在中石油、中石化有廣泛的使用業績。

圖1

重型空氣預熱器換熱流程如圖1所示。

5.對比結果

從國內目前情況，選擇重型空氣預熱器比較符合改造的目的，能達到經濟性，穩妥性。重型空氣預熱器使用壽命長，設備壽命保證不低于10a，換熱部件使用壽命不低于4a，不存在熱管式空氣預熱器的熱管失效問題。

6.具體改造內容

改造內容為更換原熱管空氣預熱器；提高煙氣入原熱管預熱器的位置高度；空氣出口與原風道相連； 新空氣預熱器基礎需修改；利用原鼓風機和引風機。

在空氣預熱器末端采用工業搪瓷作為傳熱表面，為防止熱膨脹和機械損傷，搪瓷管采用了柔性支撐和密封。搪瓷段設置了水噴淋措施，可以保證設備長周期、高效工作。在控制上采用了聯鎖，排煙溫度可以自動控制。

四、使用效果評價

1.效果驗證

惠煉常減壓裝置重型空氣預熱器投用運行1個月之后，裝置處理量逐步調整到1 400t/h，預熱器出口部位煙氣露點溫度檢測完畢，空氣預熱器具備標定條件，標定數據如表1所示。

表1

通過以上標定數據，結論如下。

（1）預熱器排煙溫度116℃，綜合熱效率92.6%，優于項目建設目標92%。常、減壓爐熱效率計算見表2。

表2

（2）煙氣的露點溫度為68℃，排煙溫度為116℃，遠高于露點溫度，不可能發生預熱器低溫段露點腐蝕，有利于設備的長周期運行，另一方面，該種型式的預熱器低溫段為搪瓷換熱管，完全可以在露點溫度以下工作，只不過是出于對碳鋼材質引風機避免露點腐蝕工況的考慮，才選擇了比較保守的排煙溫度不低于110℃的控制方案。

（3）風道旁路閥開度40%，排煙溫度還有進一步降低的空間。

2.改造前后相關目標數據對比

改造前后相關目標數據如表3所示。

表3

3.效果評價

（1）投資估算。項目總投資800萬元，其中設備費702萬，土建費20萬，工程費78萬。

（2）經濟效益。燃料油價格為5 300元/t，年運行時間8 400h，加熱爐總熱負荷為81.46（常壓爐）＋46.53（減壓爐）=128MW。則改造前后節能約128/0.886 4（改造前加熱爐效率）-128/0.926（改造后加熱爐效率）=6.175MW。折合燃料油530.95kg/h。年節約燃料油約4 460t/a。年節能效益約2 363.8萬元。投資回收期為0.353年。

（3）社會效益。該項技術不但節約了能量，還減少了污染物的排放，符合低碳排放的長期國策，不但有明顯的經濟效益，也有顯著的社會效益。每年節省4 460t燃料油，經計算，折合每年減少煙氣排放量為8.55萬t／a.

[1]趙艷玲,付玉生,劉宗強.搪瓷管重型空氣預熱器在常減壓裝置的應用[J].齊魯石油化工,2011.

[2]杜俊濤.熱管式空氣預熱器及其在煉廠加熱爐中的應用[J].河南化工,2011,(11).