龔毅 王殿舒 郭建
[摘 要]隨著油田開采技術的發展,相變高效加熱爐技術的進步及油田公司節能減排的要求,相變高效加熱爐以節能、環保、安全、自動化程度高、適應工況能力強、操作簡便等諸多優點廣泛應用于各大油田,作為換熱設備的新興產品,將以其諸多的優點逐步替代其他加熱設備。影響加熱爐熱效率的因素,從加熱爐技術改造、優化操作、增加監測、結構改進、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能降耗的相關建議。
[關鍵詞]加熱爐;熱效率;問題分析;方法措施;節能降耗
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備,其技術水平、運行工況直接影響著原油消耗的多少和企業的經濟效益。因此,提高加熱爐熱效率,提高設備的科技含量、合理操作,是企業經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比較多,如:過剩空氣系數;爐管結垢;空氣預熱器;爐體保溫等。提高加熱爐熱效率的關鍵參數是過量空氣系數和排煙溫度,選用適當方法對這兩個參數進行優化,結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充分燃燒產生熱量,熱量經加熱爐火筒(輻射受熱面)及煙管(對流受熱面)傳遞給鍋殼內中間液相熱載體--水,水受熱沸騰由液相變為氣相熱載體--水蒸氣,水蒸氣逐步充滿爐體的氣相空間,由于盤管內被加熱介質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(油、天然氣或水),冷凝后的水在重力作用下落回水空間,如此循環往復,實現了相變換熱過程,從而將燃燒產生的熱量,間接傳給用熱工質,實現加熱的目的,在設計過程中采用特有的排氣方法使加熱爐內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。因此在過剩空氣系數和排煙溫度增高時,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或排煙溫度來實現。
2.1 減少漏風,降低過剩空氣系數
降低過剩空氣系數,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,不但燃料內大量化學能不能完全放出,造成燃料浪費,不完全燃燒產生的CO、碳粒還會污染大氣,甚至會造成爐內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。那么,影響過剩空氣系數的主要因素主要有以下幾點:
(1)燃料性質:氣體燃料易與空氣混合均勻,過剩空氣系數較小(1.1-1.2),液體燃料不易與空氣混合,過剩空氣系數則較高(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。
(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的關鍵。
(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:因為過剩空氣系數是加熱爐操作中的一個可控變量,故有無完善的測控系統對過剩空氣系數的調節影響很大。
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 采用全自動比例調節燃燒器
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手動燃燒器。與國產手動燃燒器相比,采用全自動強制送風比例調節式燃燒器,自動按比例隨機調節過剩空氣系數,在加熱盤管出口及殼體中設置溫度變送器,將溫度信號傳至燃燒器,使燃燒器根據所需的熱負荷自動調節輸入的空氣量和燃料量,調節燃燒器的輸出負荷,可避免“大馬拉小車”的現象。該系統具有燃燒性能好、安全性能好、自動化程度高、操作方便、經濟節約的優點。
3.2 加強監測,制定合理的操作方案
借鑒國外先進技術,可通過運用一種燃燒過程專用計算機最佳控制器,采取計算機網絡參數編程用于加熱爐后臺控制,增加監測,提升監控手段,優化操作,自動調節燃料與空氣的比例,使燃燒過程達到最佳化,從而提高加熱爐現代化測控水平,不但能節約燃料約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。
結合單位實際,根據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測,配置必要而簡單的檢測儀表,如煙氣氧含量分析儀監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,并可實現輸出參數的精確控制,根據監測數據及時調整和制定合理的操作參數,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、經濟生產非常重要。
4 結論與認識
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改造、優化操作、增加監測、結構改進等方法措施,有效提高了加熱爐熱效率,降低了原油消耗,并結合我處輸油站所處地域優勢合理用能,達到節能降耗的目的。 隨著科學技術的進步、采油技術的發展及相變高效加熱爐技術的升級,相變高效加熱爐作為新興加熱設備以其諸多的優點,必將成為其他加熱設備替代產品。
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中國科技博覽2016年1期