重整裝置加熱爐煙氣余熱回收系統節能改造

摘 ?????要： 某公司重整聯合裝置5臺圓筒爐共用1套煙氣余熱回收系統，運行期間其排煙溫度長期偏高（超過140?℃），存在大量的節能空間。介紹了圓筒爐余熱回收系統能量回收流程，分析了圓筒爐煙氣余熱能量回收情況及存在的節能空間，最后介紹了圓筒爐煙氣余熱回收節能改造方案和實施改造后的效益核算。

關 ?鍵 ?詞：節能； 余熱； 煙氣； 加熱爐

中圖分類號：TE624?????文獻標識碼： A ????文章編號： 1004-0935（2024）05-0788-04

該公司重整聯合裝置共有5臺圓筒爐，其共用1套煙氣余熱回收系統。余熱回收方式采用的是常規的高溫煙氣預熱燃燒空氣和加熱方爐燃料氣的方式^[1]。具體流程如圖1所示。

圓爐空氣預熱器和燃料氣加熱器HC-003并聯運行，HC-003需要將燃料氣加熱到225?℃以上，導致其出口煙氣溫度高達180?℃以上，圓爐空氣預熱器為防止酸露點腐蝕（露點溫度＜85?℃），其煙氣出口溫度控制應不低于115?℃（設計為141.6?℃）^[2-3]。導致兩路混合后排煙溫度高達140?℃以上，造成很大的能源浪費。

1 ?可行性方案研究

1.1 ?可行性方案選擇

重整聯合裝置5臺圓筒爐排煙溫度高達140?℃以上，而煙氣露點溫度＜85?℃，按照加熱爐管理規定其排煙溫度完全可以降至115?℃左右，因此通過余熱回收系統節能改造，降低排煙溫度至115?℃左右，加熱爐熱效率至少可以提高1%以上^[4]。目前重整聯合裝置5臺圓筒爐燃料氣耗量超過4?000?Nm³/h，預計可節約燃料氣超過50?Nm³/h^[5]，節能降碳空間和經濟效益巨大，可以有效提高企業經濟效益^[6]。

綜上所述該余熱回收系統節能改造的方向就是重新回收利用HC-003出口高達180?℃以上的高溫煙氣。回收利用這部分煙氣熱量最常規的方案就是再增加1臺預熱器，該方案投資大且場地受限。另一方案是利用現有空氣預熱器，通過流程改造將空氣預熱器和HC-003由并聯運行改為串聯運行，由空氣預熱器回收HC-003出口高溫煙氣，明顯該方案最經濟便捷，具體改造流程如圖2所示。

1.2 ?可行性方案研究

1.2.1 ?煙氣量對比

1）總煙氣量計算

此次煙氣量計算均以2020年3月6日所測量數據為基準。5臺加熱爐燃料氣總耗量約為4?300?Nm³/h，根據燃料氣組成計算出總煙氣量約為63?000 Nm³/h左右。

2）HC-003煙氣量計算

煙氣沒有測量儀表，只能通過能量守恒定律，大概計算出HC-003煙氣量。根據燃料氣組成，可以計算出燃料固定溫度下的焓值，煙氣含氧體積分數為3%左右，可以配平出煙氣組成，算出煙氣固定溫度下的焓值，具體計算結果如表1所示。

HC-003燃料氣流量約為6?000?Nm³/h，根據燃料氣組成計算出燃料氣密度為1.009?kg/Nm³。

燃料氣流量=6?000×1.009=6?054?kg/h。

根據能量守恒定律，煙氣量×煙氣焓差=燃料流量×燃料焓差^[7]。

HC-003煙氣量=燃料流量×燃料焓差/煙氣焓差=6?054×（525.4-364）/（275.7-192.5）=11?744?kg/h。

煙氣密度為1.254?kg/Nm³，因此HC-003煙氣量為9?365?Nm³/h。

1. 3）煙氣量對比

根據計算5臺圓筒爐總煙氣量約為63?000 Nm³/h，HC-003所取煙氣量約為9?365?Nm³/h，空氣預熱器煙氣量為53?635?Nm³/h，因此HC-003和空氣預熱器所取煙氣量分別占比15%和85%左右。

1.2.2 ?空氣預熱器換熱潛能研究

該空氣預熱器為板式+球墨合金鑄鐵板組合式空氣預熱器，具體設計參數如表2。

空氣預熱器空氣旁路閥開度為65%，HC-003煙氣量只占總煙氣量15%左右，而且結合對比空氣預熱器當前運行參數和設計工況，可以確定該空氣預熱器換熱潛能巨大，完全可以回收利用HC-003出口的高溫煙氣熱量，并且進一步降至115?℃左右。

1.2.3 ?阻力降計算

重整圓爐空氣余熱回收系統流程改造后，整個換熱流程產生的阻力降必然增加。流程改造后HC-003壓降不變，主要增加的壓降是新增跨線壓降和空氣預熱器增加的壓降，具體計算如下所示：

1）空氣預熱器增加壓降

空氣預熱器內部結構不詳，目前實際壓降為530?Pa，串聯運行后，空氣預熱器將增加15%的煙氣，因此通過煙氣量變化大概估算空氣預熱器新增壓降為93.5?Pa左右。

2）新增管路增加壓降

考慮裝置負荷變化，考慮HC-003所取最大煙氣量為總煙氣量的40%，跨線內徑φ1?084?mm，煙氣溫度175?℃，煙氣量按設計最大量40.47?kg/s來計算。

直管流動的壓降^[8]：

（1）

局部阻力產生的壓降^[9]

（2）

增加壓降之和為780?Pa，因此重整圓爐空氣余熱回收系統流程改造后增加的壓降不會超過900?Pa。

1.3 ?可行性方案確定

經過可行性方案研究，空氣預熱器完全有能力回收HC-003出口高溫煙氣熱量，流程改動后壓降不超過900?Pa，目前引風機壓頭為800?Pa，合起來

1?700?Pa，遠遠沒有達到引風機設計壓力2?000?Pa。因此通過流程改造將空氣預熱器和HC-003由并聯運行改為串聯運行，由空氣預熱器回收HC-003出口高溫煙氣方案完全可行。

2 ?項目實施與投用

該項目于2020年11月23日立項并提交設計委托，2020年12月15日完成設計方案，2021年1月14日完成所有設計。該項目于2021年裝置大檢修期間完成所有施工作業，5月8日驗收完成，并于6月15日成功投用，投用后完全達到預期效果。投用后引風機入口壓頭增加500?Pa左右，引風機運行正常，且負荷余量較大。排煙溫度大幅下降超過16.6?℃左右（空氣預熱器旁路閥仍有22%開度），說明空氣預熱器完全可以回收HC-003出口高溫煙氣。

3 ?節能效果

3.1 ?經濟效益

3.1.1 ?項目投入

該項目投入費用，主要包括材料費、施工費和設計費，其中材料費7.4萬元，安裝費29.3萬元，土建費3萬元，設計費1.06萬元，合計40.76萬元。

3.1.2 ?經濟收益

該項目6月15日投用，投用前后2天負荷沒有任何變化，生產上也沒有大幅波動情況，瓦斯組分穩定，因此選取6月14日和6月16日2日運行數據進行對比，如表3所示。

從表3可以看出，該項目投用后，F-101、F-102、F-103和F-205入爐空氣溫度和燃料氣耗量基本不變，F-501入爐空氣溫度大幅提升54?℃，燃料氣耗量大幅下降82?Nm³/h。由于圓筒爐空氣預熱器設計問題，旁路空氣基本全部進入F-501，所以該項目投用后效果均體現在F-501上。該項目投用后排煙溫度下降16.9?℃，加熱爐熱效率提高超過1%，且空氣預熱器旁路閥開度仍有22%，排煙溫度可以進一步降低。

該項目投用后節約燃料氣82?Nm³/h，當月燃料氣密度為0.65?kg/m³，因此年節約費用=82?Nm³/h×0.65?kg/m³×8?400?h×2?512/1?000=112.5萬元。

項目投用后引風機電流增加14.7?A，引風機電壓為380?V，電耗單價為0.56元。因此年耗電費用

=14.7×380×1.73×8?400×0.56/1?000=4.55萬元。

因此該項目年節能效益為112.5-4.55=

107.95萬元，半年即可回收投入成本，節能效果和經濟效益明顯。

3.2 ?降碳核算

該項目投用后加熱爐排煙溫度下降16.9?℃（DCS表值），標定報告檢測排煙溫度下降20.9?℃，熱效率大幅提升。節約燃料氣688?800?Nm³/a，根據燃燒理論，每年可減少二氧化碳排放量=688?800×0.76=523?480?Nm³/a^[10]。

4 ?結 論

1）重整聯合裝置圓筒爐煙氣余熱回收系統節能改造研究深入、透徹，準備充分，并一次性成功應用。

2）重整聯合裝置圓筒爐煙氣余熱回收系統節能改造效果明顯，年節約費用可達112.5萬元，年減少碳排放523?480?Nm³，積極履行公司降本增效要求。

3）加熱爐作為重整裝置的耗能大戶，也是重整裝置碳排放大戶。因此有關加熱爐節能降耗改造，適用于行業內所有重整裝置。同時對于有加熱爐的其他煉油化工裝置有借鑒意義。

4）通過此次技術創新，利用簡單的流程優化，充分回收利用裝置余熱，小投入、大收益，節能降碳效果明顯，同時在部門內對各裝置熱量平衡做進一步探索研究。

參考文獻：

［1］張建剛，于龍.常減壓蒸餾裝置加熱爐余熱回收系統的節能改造[J].化學工程與裝備，2021（07）：153-154．

［2］王瑞星，王偉，宋力，等.大氣中SO₂對加熱爐空氣預熱器低溫露點腐蝕影響的研究[J].石油和化工設備，2021，24（07）：131-134．

［3］魏堯忠.煉油裝置加熱爐煙氣腐蝕及應對措施分析[J].化工管理，2019（09）：159-160.

［4］金麗麗，李文明，李澤華.燃氣鍋爐熱效率簡單測試排煙熱損失計算方法探討[J].工業鍋爐，2022（6）：27-32.

［5］吳昊， 張智超， 任航， 等. 煉油廠加熱爐節能措施分析[J]. 當代化工， 2019， 48（04）： 787-90．

［6］李斌，王茂生，戴曉輝，等.煉油加熱爐節能技術現狀及展望[J].煉油與化工，2022，33（05）：21-24．

［7］周茂軍，羅秀芳，曾智，等.基于空氣焓差法的空調機柜性能測試實驗研究[J].資源信息與工程，2021，36（01）：137-140．

［8］王梟，饒杰，王弼.管道阻力計算[J].壓縮機技術，2018（06）：26-29．

［9］袁佳多.?不可壓縮流體管道阻力損失計算[J].?酒·飲料技術裝備，?2019?（05）：?65-68．

［10］張瑞峰.?提高油田加熱爐運行效率研究[J].?遼寧化工，?2019，?48?（04）：?382-383．

Energy-saving Transformation of Flue Gas Waste Heat

Recovery System of Heating Furnace of Reforming Unit

WANG?Xuecong

（CNOOC Ningbo Daxie Petrochemical Company， Ningbo Zhejiang 315000， China）

Abstract：?Five cylindrical boilers in a reforming combined unit of a company share a set of flue gas waste heat recovery system， and the flue gas temperature is high for a long time （over 140 ℃） during operation， which has a lot of energy-saving space. In this paper， the energy recovery process of the waste heat recovery system of the cylinder furnace was mainly introduced， the waste heat energy recovery of the cylinder furnace flue gas and the existing energy saving space were discussed， and the energy-saving transformation scheme of the waste heat recovery of the cylinder furnace flue gas and the benefit calculation after the transformation were finally introduced.

Key words：?Energy conservation; Waste heat; Flue gas; Heating furnace

收稿日期： 2023-06-25? ?

作者簡介： 王學聰（1990-），男，安徽省六安市人，中級職稱，2013年畢業于中國石油大學（華東）應用化學專業，研究方向：煉油化工設備管理。