分析石油化工管式加熱爐提高熱效率的措施

靳志鵬 陳文霞 胡毅

摘要：結(jié)合石油化工系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)管式加熱爐的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。總結(jié)提高管式加熱爐熱效率的措施，研究降低排煙溫度的方法，完善石油化工管式加熱爐的設(shè)計(jì)方案，降低加熱爐的排煙熱損失，滿足行業(yè)的低能耗發(fā)展需求，穩(wěn)步提升行業(yè)的競爭力。

關(guān)鍵詞：石油化工;管式加熱爐;經(jīng)濟(jì)排煙溫度

石化工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)之一，擔(dān)負(fù)著為社會(huì)提供燃動(dòng)能源的重任，具有其他能源工業(yè)難以替代的作用，對(duì)國家能源安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)有重要影響，我國石化工業(yè)經(jīng)過六十多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了比較完備的工業(yè)體系，原油加工能力已經(jīng)躍居世界第二，基本滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，但是我國石化工業(yè)面臨資源不足等問題，提高管式加熱爐熱效率、降低排煙溫度、降低煉油廠能耗迫在眉睫。管式加熱爐作為煉油生產(chǎn)中最核心的設(shè)備之一，管式加熱爐的燃料消耗在煉油裝置能源消耗中占有相當(dāng)大的比例，在加工深度較淺的煉油廠占加工能力的3%～6%，中等深度的占4.5%～8%，加工深度較深的占8%～15%因此提高管式爐的熱效率、降低燃料消耗對(duì)降低裝置能耗具有十分重要的意義。

一、管式加熱爐的特點(diǎn)

管式加熱爐是石油煉制、石油化工和化學(xué)化纖工業(yè)中使用的工藝加熱爐，它具有其他工業(yè)爐所沒有的若干特點(diǎn)，管事加熱爐的特點(diǎn)如下

第一，所謂管式加熱爐，通常是指被加熱的介質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)的加熱爐中運(yùn)行，所以只能加熱液體或者氣體，而且這些氣體或液體基本上都就是易燃易爆的烴類物質(zhì)，同熱水鍋爐或蒸汽鍋爐相比，危險(xiǎn)性大，操作條件要更為苛刻。

第二，加熱方式主要為直接受火式，設(shè)備工作行程呈現(xiàn)出長周期運(yùn)轉(zhuǎn)、不間斷操作的狀態(tài);

第三，管式加熱爐通常有輻射室、對(duì)流室、余熱回收系統(tǒng)、燃燒器、通風(fēng)系統(tǒng)等部分組成;

第四，只燒液體或氣體燃料。

二、分析提高管式加熱爐熱效率的措施

（一）管式加熱爐的熱平衡

根據(jù)管式加熱爐的熱平衡，加熱爐熱效率η=1-q1-q2-q3-q4

其中q1：排煙熱損失，q2：化學(xué)不完全燃燒熱損失，q3：機(jī)械不完全燃燒熱損失，q4：爐墻散熱損失。

（二）提高加熱爐熱效率的途徑

根據(jù)以上分析管式加熱爐的熱平衡，提高加熱爐熱效率的關(guān)鍵在于如何降低q1～q4。因此提高熱效率的途徑包含以下幾個(gè)方面

1.減少不完全燃燒損失（降低q2，q3）

由于化學(xué)不完全燃燒而造成的熱損失，除降低熱效率外，還造成大氣污染，機(jī)械不完燃燒造成碳顆粒還在造成對(duì)流室爐管表面積灰，影響傳熱效果。減少不完全燃燒損失的措施首先是選用性能優(yōu)異的燃燒器，根據(jù)加熱爐熱負(fù)荷，合理選擇燃燒器的熱負(fù)荷，使燃燒器在最佳性能狀態(tài)下運(yùn)行，其次是精心操作，合理控制三門一板，保證過剩空氣量供應(yīng)量合理。

煉油管式加熱爐的燃燒器性能一般都很好，自動(dòng)化水平高，因此不完全燃燒損失很小，對(duì)于操作管理精細(xì)的爐子來說，不完善燃燒損失是可以忽略的。

2.減少爐墻散熱損失

管式加熱爐外壁以輻射和對(duì)流兩種方式向環(huán)境散熱，散熱量與爐外壁溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)速等都有關(guān)系，規(guī)范里一般要求在無風(fēng)、環(huán)境溫度為27℃條件下，輻射室、對(duì)流室、和熱煙風(fēng)管道的外壁溫度不應(yīng)超過80℃，輻射室底部外表面溫度應(yīng)不超過90℃。新建的管式加熱爐熱損失一般都不大，僅占爐子總熱負(fù)荷的1.5%～3%，因此靠降低散熱損失來提高熱效率的余地并不大，但對(duì)于使用很多年，爐內(nèi)襯里有損壞的爐子來說，采用修補(bǔ)襯里、爐外表面涂刷新型保溫涂料等措施來提高熱效率還是很有必要的。

3.排煙熱損失

排煙熱損失q1是指煙氣離開加熱爐時(shí)，其焓值高于進(jìn)入加熱爐的空氣焓值，這樣形成了排煙熱損失，此項(xiàng)損失是加熱爐熱損失中的主要項(xiàng)目之一，排煙熱損失在管式加熱爐中的熱損失中占有極大的比例，當(dāng)爐子熱效率較高時(shí)，排煙熱損失占總損失的70%～80%，將爐子熱效率較低時(shí)，排煙熱損失占總損失的比例高達(dá)90%以上。

排煙熱損失的主要影響因素是排煙溫度和排煙體積。

排煙容積與燃料成分和過量空氣系數(shù)有關(guān)，在工業(yè)爐中燃料不可能在化學(xué)平衡的空氣量下完全燃燒，總要在一定的過剩空氣量下才能完全燃燒，如果過剩空氣量太小則會(huì)造成不完全燃燒，如果過剩空氣量太大，則會(huì)造成排入大氣中的煙氣量增大，綜合考慮兩點(diǎn)要求，一般煉油廠管式加熱爐的過剩空氣系數(shù)在燒油時(shí)為1.15～1.25，在燒氣時(shí)為1.05～1.15，降低過剩空氣系數(shù)的方法有很多，比如選用性能良好的燃燒器，在操作過程中控制好三門一板，確保燃燒器在合理的過剩空氣系數(shù)下運(yùn)轉(zhuǎn)，還有就是煉油廠管式加熱爐一般都是在微負(fù)壓下運(yùn)行的，如果人孔、看火門或者彎頭箱門處有泄漏，空氣就會(huì)從這些地方漏人爐內(nèi)，這些漏入的空氣不參與燃燒而白白帶走大量熱量。

降低排煙溫度可以降低排煙熱損失，然而隨著排煙溫度的降低，在空氣預(yù)熱器、余熱鍋爐尾部會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的低溫露點(diǎn)腐蝕，造成嚴(yán)重腐蝕、堵塞等問題，因此，低溫露點(diǎn)腐蝕是降低排煙溫度的主要障礙，應(yīng)對(duì)的措施一般有以下幾種。1.對(duì)采用燃料氣的燃料進(jìn)行脫硫，可顯著降低煙氣露點(diǎn)溫度，較少低溫腐蝕;2.提高空氣預(yù)熱器換熱面的壁溫，在設(shè)計(jì)時(shí)，控制尾部換熱面的壁溫稍高于煙氣的露點(diǎn)溫度，則可防止露點(diǎn)腐蝕，一般在工程設(shè)計(jì)中，使排煙溫度高于露點(diǎn)溫度5～15℃，這種措施雖然可以防止露點(diǎn)腐蝕，但是加熱爐的熱效率受到了限制;3.采用耐腐蝕材料，在在空氣預(yù)熱器尾部換熱面選耐露點(diǎn)腐蝕的材料，如鑄鐵板、ND鋼，玻璃板等材料，例如國內(nèi)某煉油廠采用玻璃板空氣預(yù)熱器可將煙氣溫度降至90℃，加熱爐熱效率達(dá)到95%。

（三）降低排煙溫度的途徑

1.合理設(shè)計(jì)管式加熱爐結(jié)構(gòu)，較少末端溫差，即減少出對(duì)流室煙氣溫度和如對(duì)流室介質(zhì)溫度之差，

2.優(yōu)化裝置換熱流程，將需要加熱的低溫介質(zhì)引入對(duì)流室末端，如低溫?zé)崴?/p>

3.采用各種空氣預(yù)熱器以預(yù)熱空氣，回收熱量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于自成體系，不受裝置工藝系統(tǒng)的約束，這種方法也是最常用的方法，常采用的空氣預(yù)熱器型式有列管式、熱媒式、回轉(zhuǎn)式、鑄鐵板式、玻璃板式。

4.采用清灰設(shè)施，定期清理預(yù)熱器尾部的灰塵，提高預(yù)熱器傳熱效果。

結(jié)束語：

總而言之，在石油化工管式加熱爐的提高熱效率分析中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)煉油廠管式加熱爐的高效率運(yùn)行，相關(guān)工程設(shè)計(jì)、車間運(yùn)行維護(hù)人員需要掌握加熱爐的基本原理，掌握影響設(shè)備運(yùn)行的因素，通過燃料的合理選擇、余熱回收利用方案的設(shè)定以及排煙溫度的控制體等，規(guī)范管式加熱爐的運(yùn)行狀態(tài)，避免資源浪費(fèi)問題的出現(xiàn)，充分滿足行業(yè)的高效發(fā)展需求。

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