松遼盆地北部鶯山凹陷火石嶺組火山機構的地震識別與分析

吳昊 張智超 任航 崔曉韻

摘 ?????要：隨著環保問題日益突出，節省能源、提高能源利用效率成為整個社會的共識。在煉油裝置中，加熱爐能耗占比最高，因此對加熱爐能效優化直接關系到整體能耗的效率，同時也于最終產品質量有著直接聯系。以煙氣溫度、空氣的過剩因子、不完全燃燒情況以及爐壁熱量損耗等與能耗關系密切的因素作為突破口，從設計、操作、管理等方面提出提高加熱爐熱效率的改進措施。

關 ?鍵 ?詞：煉油裝置;加熱爐;節能;熱效率

中圖分類號：TQ021.8 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）04-0787-04

Abstract： Aiming at the increasingly prominent environmental protection problem in recent years， saving energy and improving efficiency have become the consensus of the whole society. In refining unit， the furnace is a large energy consumer， so the optimization of the energy efficiency of furnace is directly related to the overall energy efficiency，and also directly related to the final product. In this paper，some suggestions were put forward to improve the heating efficiency of furnace in the aspects of design， operation and management based on the key affecting factors for energy efficiency of heating furnace，such as flue temperature， the excess air coefficient， the incomplete combustion and the heat loss of furnace wall.

Key words： Refining unit; Heating furnace; Energy saving; Thermal efficiency

加熱爐作為在石油煉化和工業化學品生產行業的加工裝置的主要能耗設備，它消耗的燃料在整套運行裝置中的能源消耗比重比較大，平均占到 39%，加熱爐在裝置運行時能量利用率的高低影響著煉化生產單位的生產狀態和盈利狀況。但與此同時，也不能盲目單一追求過高的熱效率，使得一次投資過高或產生尾部換熱面低溫露點腐蝕與黏灰堵塞的情況，影響整個裝置的長周期安全生產。其中加熱爐里燃料消耗量在整體的能耗消耗中的占比情況為：焦化裝置的占比在90%上下，常減壓蒸餾裝置介于82%到92%之間，連續重整裝備的占比在82%左右，柴油加氫設備占比在29%左右[1]。所以，將加熱爐在運行過程中的能量利用率在一定范圍內合理提高，以此手段來降低加熱爐燃料消耗量，對于響應習近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的口號、落實各地方政府“節能減排”政策、優化煉油化工企業生產商的經濟效益和改善地方環境水平，都有著非常積極的作用。

1 ?提高加熱爐熱效率的意義

加熱爐的燃料消耗在煉油裝置能耗中占比最高，其中比較低的介于20%到30%之間，高的介于80%到90%之間，詳情見表1。由此可見對加熱爐熱效率的提升，可以通過降低燃料消耗的角度出發，能夠有效的減少裝置以及全廠的能量消耗都有著關鍵作用。

提高加熱爐的熱效率就意味著節省燃料，這是大家所熟知的，但是，大家不太熟悉的是，可以通過公式ΔB=（B原-B新）/B原×100%進行求解，獲取燃料節省比率大小，并且該比率的提升能夠有效的提升熱效率，同時原熱效率的數值越小，對應的差值也就越高，見圖1。例如原熱效率僅50%的加熱爐，如將其熱效率提高10%，那么可以降低15.6%的燃料消耗，但是初始熱效率79%的加熱爐，對應的熱效率增加10%，對應的燃料損耗只能夠減少11%。

2 提高加熱爐熱效率的途徑

2.1 分析煉油裝置特性，以此采取有效舉措

效率的提升最主要的作用就是節能，而相比較工業爐，煉油設備中的加熱爐能夠采用的節能方式更加多樣，所以工藝介質經由加熱爐加熱相關工藝處理后，還需要經歷包括蒸餾等一系列工藝過程，最后還得經過冷卻處理到設定溫度后才可以運出設備。而常溫原料與加熱后的產品之間是存在著復雜的熱傳遞過程。通常一套裝置中有多套加熱爐以及各種不同類別的設備，這些設備之間通過對熱能力的利用與互補。因此對其能耗的優化分析需要綜合考慮并采取綜合節能措施。

煉油裝置最為明顯的特征在于，其加熱爐內部的熱負荷是伴隨換熱過程的變化而變化。對換熱流程的優化能夠有效減少系統的熱負荷，從而降低對燃料的需求。比如在20世紀70年代之前，原油在送入到爐內之前的溫度通常在215 ℃上下，而一臺處理能力在250萬t/a的常減壓裝置配備的常壓爐功率為47.9 MW，經過改良優化入爐溫度已經可以達到300 ℃，而處理能力為1 000萬t/a的常減壓裝置的功率僅需其12.6 MW。在當時最開始的改造手段是從換熱流程入手，原油溫度的提升70 ℃，常壓爐熱負荷所承載的負荷縮減二分之一，可見效果明顯。后期開發處理800萬t/a的常減壓裝置中的常壓爐，通過對換熱流程的優化處理，把入口溫度設定為290 ℃，出口設定為355 ℃，對應的熱負荷只有58.1 MW;同時增設空氣預熱器，助燃空氣從常溫預熱至272 ℃，燃料的消耗量只有5.314 t/h，如果不做上述改進，燃料消耗高達9.641 t/h，按照燃料的單價為1 040元/t，燃油費可以節省3 600萬元/a，所以對換熱過程的優化能夠提升經濟效益同時節約能耗。

2.2 ?加熱爐及相關設備預熱回收

配備加氫裝置的反應爐因其結構復雜，爐管材質需要采用專用材質，在價格上比較昂貴，并且需要具備減小壓降的效果，所以加熱所需的爐型采取純輻射單排管雙面輻射型，反應后的尾氣溫度通常能夠達到700 ℃至800 ℃。在這套裝置里面通常還會配備重沸爐或者是分餾路，介質在進入爐內之前溫度通常都不會很高，一般采用對流-輻射混合的爐型。余熱回收方式常采用聯合回收，有兩種方式，分別是：（1）進入分餾爐中的介質在通過了反應爐對流室過后在通過分餾爐的對流室;（2）把反應爐產生的高溫煙氣引導至分餾爐對流室的入口，充分利用廢棄的余熱來加熱介質，達到降低燃料消耗的效果，實現節約能耗。

其它裝置當有類似情況時也可采用同樣方案。如在針對重整爐的擴建過程中，在原有爐子入口建立一個重整爐對流室，一般可以把進入預處理部分的爐中介質先送入到重整爐的對流室內，再送回到對應的爐中，這樣既可以實現對能耗充分的利用，也實現了對加熱爐的升級改造，增加熱負荷的要求。

如果是小爐群，常見的比如重整裝置里面預處理設備中管式爐，通常而言一個爐子熱負荷不高，如果針對一個爐子采用熱回收方案明顯不合適，最佳方式是將所有爐體作為一個整體采用余熱回收系統，這種方式是重整裝置新建中最常用的一種方式。根據國外的資料調研發現，有廠家將所有爐體產生的煙氣的余熱進行統一回收處理，再利用高煙囪進行排放的操作。

煉油裝置加工得到的成品部分是需要通過空冷冷凝獲取。可以采取一定的措施將空冷產生的熱空氣收集然后為爐區燃燒所用空氣進行預熱，從而達到回收部分熱能的目的，減少設備的整體能耗。后期的新建煉油裝置都會針對這點進行改進，來實現降低能耗。最常見的手段是通過熱油式空氣預熱器來取代空冷器，其中原有冷卻油可以回收利用送入新設備，在進行冷卻處理以后升溫后的冷卻油取出預熱空氣，如果冷卻油溫度沒有達到預熱空氣所需溫度，可以將其熱油式空氣預熱器代替暖風器。通常對空氣的余熱都是從常溫加熱到設定的溫度后，接著送到煙氣余熱回收裝置里，不僅實現余熱的回收，還有效提升預熱空氣，降低過低空氣溫度對余熱回收裝置中低溫露點容易被腐蝕情況，這種舉措在溫度較低的北方地區有比較顯著的作用[2]。

2.3 ?降低過剩空氣系數和排煙損失

爐區熱量的產生都是通過燃料燃燒為系統提供。在實際燃燒的過程中不可能準確提供燃料燃燒所需的精確空氣量，通常通入超過需求的空氣（理論空氣）來保證為燃料燃燒提供足量的空氣，而過量的空氣和理論空氣的比值就是過剩空氣系數α。根據所需的燃料的差異，過剩空氣系數的取值也是有所差異。通常而言，為了保證煉油加熱爐中燃氣充分燃燒，對應的過剩空氣系數α的取值一般介于1.05到1.15之間，如果燃料為燃油的時候，該系數的取值一般介于1.15到1.25之間。不過在實際的設定過程中，該系數過高勢必導致過多的空氣帶走余熱造成熱量的損失，在一定程度上降低熱效率，這是因為煙氣中過多的空氣帶走的熱量都屬于浪費的熱能，帶走越多，熱效率降低越大，進過實驗研究得到圖2中的對比信息，通過圖分析可以知道每提高0.1的空氣過剩系數，對應熱效率的降低情況。所有合理的過剩空氣系數在一定程度上能夠提升熱效率[3]。

針對過剩空氣系數的調整手段比較多，常見的方式是采取性能優異的燃燒器，能夠實現在比較小的過剩空氣系數的前提下實現燃料的充分燃燒。還有就是對風門、氣門、煙囪擋板以及油門的合理管控，能夠有效的確保讓過剩空氣量不至于過高的同時滿足燃燒所需。最后還可以通過對爐體存在漏洞地方進行處理，避免那些無法完全密封的地方泄露爐區中的高溫氣體帶走熱量[4]。

3 ?提高加熱爐熱效率的操作與措施

目前節能措施中最常見的一種技術手段就是空氣預熱系統的應用。通過這套預熱系統不僅能夠充分的利用煙氣中的余熱，讓燃燒所需的空氣的溫度達到設定的溫度，降低對空氣預熱燃料的需求的同時，降低了煙氣排放時的溫度，在很大程度上提升了設備的效率。不過如果對這套系統的使用與管理不夠全面，有時候無法達到最佳的節能效果，因此需要一套健全、完善的方案來實現對該套系統的管控，保證空氣余熱回收系統能夠在較佳工作狀態下運行，保證極大程度上提升爐體的熱效率。針對空氣預熱系統的管控最佳的手段就是結合現有的技術手段對其使用過程進行監控，一旦出現了問題后就能夠及時被發現并針對嚴重程度進行科學的評估，并采取與之對應的處理方案，來對問題進行處理與排查，確保爐體的余熱回收系統始終保持高效穩定的運行狀態[5]。

目前采用的對加熱爐和空氣預熱系統的監控方案主要有下述幾種類型：

a）燃料有害組份監測

這項檢測主要是對燃料中所含S以及H2S含量的監測。

在通過檢測系統檢測的過程中，發現燃料中含有S或者是H2S的含量超過了設定的值的時候，極有可能是脫硫裝置出現了問題，此時需要對脫硫裝置進行檢修甚至更換，同時需要采用加大冷空氣旁通量等手段來增大空預熱器末端換熱面溫度的方法對脫硫裝置進行保護。

b）對爐區內關鍵部位煙氣組份監測

這項檢測的主要是對O2以及CO的監測。一般情況下針對不同燃料，燃燒室出口中煙氣含氧量比重不同，如燃料為可燃油的時候比重為百分之三到四，如果是燃氣的時候則是百分之二到三。如果檢測發現含量超過設定范圍，那么就需要對供風量進行調節。如果檢測發現對流室中的含氧量比輻射室還高，那么表明對流室中存在一定的泄露情況，這就需要排查泄漏點進行修繕。如果檢查的發現預熱器出口含氧量超過入口，則表明裝置存在漏風故障，這種問題相比較而言是非常嚴重的[6]。

通常情況下出口檢測到CO含量，燃氣為燃料不會超過一立方米40 mL，燃油作為燃料不會超過1 m3 80 mL，超過設定值說明燃燒不充分，就需要對燃燒器的參數進行調整。

c）爐區內關鍵部位煙氣溫度監測

溫度的變化直接關系到能量的消耗與損耗，對整體能耗影響比較大。

一般情況下，檢測到燃燒室出口煙氣溫度明顯超過了設定情況，通常是由于輻射管內側出現污垢以及積碳，外側出現了鹽的集結所導致。如果是對流室出口溫度超過了設定情況一般是因為室內存在積灰，這些問題都不能夠忽視。

d）爐區內關鍵部位煙氣壓力監測

爐區內部各個關鍵部位煙氣壓力情況也是爐區工作狀態的一個關鍵衡量指標。

通常情況下輻射室出口通常情況下大小在30 Pa到55 Pa之間，超過該范圍，一般是由于對流室出現了比較嚴重的積灰問題，此時需要對系統進行調整以及檢修，問題依舊無法解決的情況下，就需要查看是否是因為引風機或者是煙囪擋板的問題，需要對問題盡早排查與處理，避免問題的進一步加深[7，8]。

4 ?結 論

受國內外能源供需形勢的影響，能源供應緊張，降低能耗提高能源利用率已成為石化行業當務之急。煉油化工裝置中加熱爐是該行業的主要耗能設備之一，如何設計好加熱爐以提高加熱爐的熱效率，進而提高能源利用率，優化煉油化工企業生產商的經濟效益和能效水平都有著十分深遠的意義。

參考文獻：

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[8]洪偉鴻.石化加熱爐中新型平板式空氣預熱器技術研究[J]. 當代化工，2018，47（7）： 1411-1415.