相變加熱爐熱系統(tǒng)效率的影響因素與對策研究

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。

參考文獻

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