龔毅 王殿舒 郭建
[摘 要]隨著油田開采技術(shù)的發(fā)展,相變高效加熱爐技術(shù)的進步及油田公司節(jié)能減排的要求,相變高效加熱爐以節(jié)能、環(huán)保、安全、自動化程度高、適應(yīng)工況能力強、操作簡便等諸多優(yōu)點廣泛應(yīng)用于各大油田,作為換熱設(shè)備的新興產(chǎn)品,將以其諸多的優(yōu)點逐步替代其他加熱設(shè)備。影響加熱爐熱效率的因素,從加熱爐技術(shù)改造、優(yōu)化操作、增加監(jiān)測、結(jié)構(gòu)改進、能源更換等方面入手,提出了提高加熱爐熱效率的方法措施及節(jié)能降耗的相關(guān)建議。
[關(guān)鍵詞]加熱爐;熱效率;問題分析;方法措施;節(jié)能降耗
中圖分類號:TE974. 文獻標識碼:B 文章編號:1009-914X(2016)01-0039-01
加熱爐是目前原油輸送過程中的主要熱源,也是能耗較大的主要設(shè)備,其技術(shù)水平、運行工況直接影響著原油消耗的多少和企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此,提高加熱爐熱效率,提高設(shè)備的科技含量、合理操作,是企業(yè)經(jīng)濟效益最大化的重要保障。 加熱爐熱效率反映了燃料的有效利用率。在同樣的有效熱負荷下,熱效率越高,燃料消耗越少。因此提高熱效率可大大降低熱油管輸費用。衡量加熱爐使用熱效率的操作參數(shù)比較多,如:過剩空氣系數(shù);爐管結(jié)垢;空氣預熱器;爐體保溫等。提高加熱爐熱效率的關(guān)鍵參數(shù)是過量空氣系數(shù)和排煙溫度,選用適當方法對這兩個參數(shù)進行優(yōu)化,結(jié)合實際采取一系列改進完善措施,則可很大程度上提高加熱爐熱效率。
1.相變高效加熱爐的工作原理
相變高效加熱爐燃燒器將燃料在火筒內(nèi)充分燃燒產(chǎn)生熱量,熱量經(jīng)加熱爐火筒(輻射受熱面)及煙管(對流受熱面)傳遞給鍋殼內(nèi)中間液相熱載體--水,水受熱沸騰由液相變?yōu)闅庀酂彷d體--水蒸氣,水蒸氣逐步充滿爐體的氣相空間,由于盤管內(nèi)被加熱介質(zhì)及管壁溫度低于蒸汽溫度,水蒸氣以自然對流換熱的方式將熱量傳遞給用熱工質(zhì)(油、天然氣或水),冷凝后的水在重力作用下落回水空間,如此循環(huán)往復,實現(xiàn)了相變換熱過程,從而將燃燒產(chǎn)生的熱量,間接傳給用熱工質(zhì),實現(xiàn)加熱的目的,在設(shè)計過程中采用特有的排氣方法使加熱爐內(nèi)形成高純度氣相空間,以保證相變高效加熱爐高效率運行。
2.熱效率影響因素分析
加熱爐熱效率是指有效吸熱量占燃料總放熱量的比例。計算公式如下:
η爐=(1-q煙-q散)×100% ,η爐-加熱爐熱效率,q煙-排煙熱損失百分比,q散-通過其它形式損失百分比。
加熱爐正常運行時,應(yīng)保證燃料燃燒充分,不得冒黑煙。排煙熱損失主要由排煙溫度和煙氣量決定,煙氣量主要取決于加熱爐的過剩空氣系數(shù)。因此在過剩空氣系數(shù)和排煙溫度增高時,加熱爐熱效率都將降低。提高熱效率的途徑主要是通過降低過剩空氣系數(shù)或排煙溫度來實現(xiàn)。
2.1 減少漏風,降低過剩空氣系數(shù)
降低過剩空氣系數(shù),能顯著提高加熱爐熱效率。但前提是必須保證燃料完全燃燒。若燃燒不完全,不但燃料內(nèi)大量化學能不能完全放出,造成燃料浪費,不完全燃燒產(chǎn)生的CO、碳粒還會污染大氣,甚至會造成爐內(nèi)二次燃燒而影響加熱爐安全運行。從表面看降低了煙氣中的氧含量,提高了熱效率,但實質(zhì)卻增加了燃料消耗量,并未真正提高熱效率。因此,在保證燃料低耗量且完全燃燒的情況下提高熱效率,必須找到適宜的最佳過剩空氣系數(shù)。那么,影響過剩空氣系數(shù)的主要因素主要有以下幾點:
(1)燃料性質(zhì):氣體燃料易與空氣混合均勻,過剩空氣系數(shù)較小(1.1-1.2),液體燃料不易與空氣混合,過剩空氣系數(shù)則較高(1.2-1.3)。故當使用液體燃料時,必須盡力提高燃料霧化效果,保證燃料與空氣充分混合,以降低過剩空氣系數(shù)。
(2)燃燒器的性能:燃燒器的型號與性能不同,其過剩空氣系數(shù)也不同。所以,大力改造燃燒器性能,研制選用各種高效燃燒器是降低過剩空氣系數(shù)的關(guān)鍵。
(3)爐體密封性:如果爐體密封不好,空氣被大量吸入,使得過剩空氣系數(shù)激增,操作難于控制,安全性能突降,因此必須重視封堵漏風的工作。
(4)加熱爐測控水平:因為過剩空氣系數(shù)是加熱爐操作中的一個可控變量,故有無完善的測控系統(tǒng)對過剩空氣系數(shù)的調(diào)節(jié)影響很大。
2.2 保證對流段換熱良好,維持較低排煙溫度
對流交換熱量一般占加熱爐交換熱的15%~25%,設(shè)法確保對流傳熱和傳熱效率保持在較高水平,便成為降低排煙溫度的關(guān)鍵。在實際運行中,對流管積灰是主要影響因素,積灰通常是因為煙氣中存在燃料燃燒后,殘余的不可燃組分和未燃盡的碳粒,在煙氣運行過程中通過沉積、吸附等作用在換熱管表面形成。積灰嚴重引起的對流段熱負荷增加,將使熱效率大幅度下降。
3 提高加熱爐熱效率的措施
3.1 采用全自動比例調(diào)節(jié)燃燒器
目前,加熱爐燃燒器種類主要有兩種:進口全自動燃燒器和國產(chǎn)手動燃燒器。與國產(chǎn)手動燃燒器相比,采用全自動強制送風比例調(diào)節(jié)式燃燒器,自動按比例隨機調(diào)節(jié)過剩空氣系數(shù),在加熱盤管出口及殼體中設(shè)置溫度變送器,將溫度信號傳至燃燒器,使燃燒器根據(jù)所需的熱負荷自動調(diào)節(jié)輸入的空氣量和燃料量,調(diào)節(jié)燃燒器的輸出負荷,可避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象。該系統(tǒng)具有燃燒性能好、安全性能好、自動化程度高、操作方便、經(jīng)濟節(jié)約的優(yōu)點。
3.2 加強監(jiān)測,制定合理的操作方案
借鑒國外先進技術(shù),可通過運用一種燃燒過程專用計算機最佳控制器,采取計算機網(wǎng)絡(luò)參數(shù)編程用于加熱爐后臺控制,增加監(jiān)測,提升監(jiān)控手段,優(yōu)化操作,自動調(diào)節(jié)燃料與空氣的比例,使燃燒過程達到最佳化,從而提高加熱爐現(xiàn)代化測控水平,不但能節(jié)約燃料約5%,還可使大氣污染減到最低程度,但這種方法自動化程度要求過高,實用性有待推廣。
結(jié)合單位實際,根據(jù)理論計算加熱爐排放的煙氣中,氧含量每增加1%,燃料的消耗量將上升3%左右。建議建立加熱爐煙氣的定期監(jiān)測,配置必要而簡單的檢測儀表,如煙氣氧含量分析儀監(jiān)測加熱爐煙氣殘余氧含量,科學地控制空燃比,以最小的過剩空氣量達到燃料的充分燃燒,大大減少加熱爐維護管理工作量,并可實現(xiàn)輸出參數(shù)的精確控制,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整和制定合理的操作參數(shù),最終達到降低原油消耗的目的。
3.3 修補、完善爐體隔熱保溫設(shè)施,加強管理,降低散熱損失
定期檢查輻射段頂部、對流段有無保溫缺損,爐體保溫層和爐進出口管線保溫有無破碎。加強運行管理,減少看火門、觀察孔、備用燃燒器、防爆門、爐體等部位漏風,減少熱損失。防止這些部位漏入空氣,造成排煙中過剩空氣系數(shù)偏大,而燃燒器由于供風量不足,又存在燃燒不良的情況,導致熱效率降低。因此在實際工作中,增加裝置的密封性能,防止串火對于安全、經(jīng)濟生產(chǎn)非常重要。
4 結(jié)論與認識
本文分析了影響加熱爐熱效率的諸多因素,通過對加熱爐進行技術(shù)改造、優(yōu)化操作、增加監(jiān)測、結(jié)構(gòu)改進等方法措施,有效提高了加熱爐熱效率,降低了原油消耗,并結(jié)合我處輸油站所處地域優(yōu)勢合理用能,達到節(jié)能降耗的目的。 隨著科學技術(shù)的進步、采油技術(shù)的發(fā)展及相變高效加熱爐技術(shù)的升級,相變高效加熱爐作為新興加熱設(shè)備以其諸多的優(yōu)點,必將成為其他加熱設(shè)備替代產(chǎn)品。
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