芳烴抽提裝置標定狀態下加熱爐熱效率分析

別中正，李國沖，王文斌

（中國石油廣西石化分公司，廣西 欽州535008）

芳烴抽提裝置標定狀態下加熱爐熱效率分析

別中正，李國沖，王文斌

（中國石油廣西石化分公司，廣西 欽州535008）

主要對芳烴抽提裝置在標定狀態下加熱爐的熱效率進行了分析，并提出了改進措施。通過現場對加熱爐進行實地操作數據的測取，總結并歸納了不同設備位號進出口的流量、溫度參數，分析了影響爐熱效率的主要原因，并據此提出了提高本裝置加熱爐熱效率的幾點措施。為設計人員和生產單位的加熱爐操作參數的選取、現場調試以及經濟運行提供參考。

加熱爐；熱效率；燃燒器；過剩空氣系數

芳烴抽提裝置的二甲苯塔重沸爐采用油氣混燒型雙胞胎結構設計，進料分八路進入對流室、輻射室，擴徑后出重沸爐。對流室頂部通過191℃熱蒸汽回收煙氣余熱，對流段設有激波吹灰裝置，煙氣余熱回收系統中設有離心式鼓風機和搪瓷熱管空氣預熱器，其設計熱效率可達90%。

整套裝置中，加熱爐作為主要的能耗設備之一，其熱效率的高低直接影響到運行成本，也是評判整套裝置性能的一項重要指標。分析影響加熱爐熱效率的因素并尋找提高熱效率的措施，對整套裝置的經濟效益具有十分重要的意義，也為設計人員和生產單位的調試和經濟運行提供參考。

1 標定狀態下加熱爐運行情況分析

廣西石化芳烴抽提裝置于2010年9月6日一次開車成功，經過3個月的平穩運行后，本裝置在2010年12月13日14：00時至2010年12月15日14：00時進行了裝置滿負荷標定工作，用以考察裝置在設計的加工負荷下能否平穩運行以及各項指標是否滿足設計要求。以下為標定狀態下加熱爐相關運行數據，并進行簡要分析。

通過計算，加熱爐在標定狀態下全爐熱效率為89．4%， 過剩空氣系數為1．32，熱負荷為54．5MW。

表1 標定狀態下加熱爐操作數據

表2 標定狀態下煙氣分析

影響加熱爐熱效率的主要原因分析如下：

（1）空氣過剩系數偏大。設計空氣過剩系數為1．15～1．25。 如果空氣過剩系數為1．2時，排煙損失可降低為7．43%。

（2）加熱爐熱負荷偏大，會引起熱效率下降。

（3）排煙溫度達到184℃，遠超設計最大值170℃。

2 提高加熱爐熱效率的幾點建議

該設備由于是新開工的裝置，加熱爐的熱效率基本能夠滿足設計工況，為了更好地提高本裝置加熱爐的熱效率，特提出以下幾點建議優化今后的加熱爐操作。

2．1 控制過剩空氣量

過剩空氣系數對加熱爐的影響主要表現在以下幾個方面：

（1）對加熱爐熱效率的影響

加熱爐是靠燃料燃燒來提供熱量的。在操作過程中，過剩空氣系數過大會使加熱爐內煙氣含量增加。在排煙過程中，大量的煙氣將熱量帶走，排入大氣，因此，加熱爐熱損失增多，熱效率下降。由于過剩空氣是在出口煙氣溫度下排入大氣的，所以排煙溫度越高，過剩空氣帶走的熱量越多，對熱效率的影響也就越大。

（2）對燃燒溫度的影響

在加熱爐內，燃料燃燒溫度越高，火焰和高溫煙氣傳給輻射爐管的熱量就越多，而且是與火焰和高溫煙氣的絕對溫度成四次方關系。輻射室燃燒溫度的高低，會改變爐膛的溫度場分布，影響加熱爐內輻射段和對流段傳熱量的比例。當過剩空氣系數由1．2升高至1．6時，最高燃燒溫度約下降330℃。加熱爐輻射室過剩空氣系數增大后，降低了燃燒溫度，使輻射管熱強度減小，吸熱量下降，對流管又不能彌補輻射管少吸收的熱量，必須增加燃料用量才能保持加熱爐的恒定熱負荷和管內介質出口溫度，因此使加熱爐熱效率下降。

（3）對露點溫度的影響

加熱爐尾部受熱面的壁溫保持在煙氣露點溫度以上是防止露點腐蝕和堵塞所必須考慮的一個主要問題。加熱爐熱效率不能進一步提高，往往是受到低溫露點腐蝕的限制。煙氣中的過剩空氣量增大后，會使露點溫度升高。因為過剩空氣量過大會促使煙氣中過多地生成SO3，SO3將與煙氣中的水蒸汽H2O化合生成硫酸蒸氣，當硫酸蒸氣凝結到加熱爐尾部溫度較低的受熱面上時，就會發生低溫露點腐蝕。

（4）對環境的影響

過剩空氣系數過大會加劇爐管氧化，促使氮氧化物NO2增加，從而對環境造成極不利的影響。

鑒于過剩空氣量對加熱爐的燃燒性能影響較大，在操作過程中需要更好地通過調節煙囪擋板和風道蝶閥來控制過剩空氣量，使燃料充分燃燒，更好地節約能源和優化環境。

2．2 減少散熱損失

加熱爐以輻射和對流2種方式向大氣散熱，其散熱量和爐外壁溫度、環境溫度和風速等有關。環境溫度和風速對爐外壁溫度影響較大，而對散熱損失雖有影響，但影響并不大，一般占爐子總能耗的1%～2%。

本裝置為新建裝置，爐壁熱損失在2．5%左右，通過熱成像分析發現爐體外表面某些部位存在局部高溫熱點如圖1、圖2所示。其中圖1溫差峰值為24．9℃，圖2溫差峰值達到32℃，說明在這些部位存在局部高溫熱點，需要在下次停工檢修時對加熱爐襯里進行修補。

2．3 提高吹灰器使用效果

加熱爐不完全燃燒產生的碳粒和燃料中的飛灰等煙塵均會污染輻射室、對流室的爐管和余熱回收系統的外表面，從而增加熱阻，降低傳熱效果。定期清除積灰，對燃油加熱爐尤為重要。本裝置采用QMF－JB－R5818－50型激波吹灰器，使用過程中出現燃料氣壓力波動，部分吹灰器不閃爆等故障。根據吹灰器使用情況，需采用以下措施保證吹灰器的正常運行：

（1）定期對燃料氣組分、壓力和流量進行檢測，保證燃氣和空氣的混合比在規定的范圍內。當出現燃氣組分、壓力和流量變化時，要及時確定是否為工藝原因或者管線堵塞。

（2）監控燃料氣中硫化物含量及燃料油中灰分等雜質含量，發現分析異常后及時調整，有效減少和避免加熱爐余熱回收系統的積灰結垢。

（3）在加熱爐運行過程中，根據爐膛溫度需要不定期從輻射室觀察，并加入適量清灰劑，來清除輻射段和對流段爐管表面的積灰。

2．4 優化油氣混燒燃燒器的使用

對于油氣混燒型燃燒器，一次風門和二次風門的開度，霧化蒸氣的品質和使用量，燃料油和燃料氣的使用量都直接影響加熱爐的熱效率。本裝置燃燒器在使用過程中，也出現過燃料油火嘴堵塞，霧化蒸氣帶水，火焰過長、發飄，爐膛冒煙等異常現象。因此，今后更要從以下幾方面來優化燃燒器的操作：

（1）加強“三門一板”的調節，尤其是二次風門的調節。燒渣油時，二次風門多開一些；燒燃料氣時則關閉二次風門。

（2）油氣混燒時，可在某些燃燒器內單獨燒油，其他燃燒器內單獨燒瓦斯氣。同時燃燒兩種燃料時，應維持一種燃料的恒定負荷，以另一種燃料控制爐內的介質溫度。當較長時間內單獨燃燒瓦斯氣時，應將油槍拔出或通入少量蒸氣，以防設備燒壞。

3 結論

節能降耗是當今社會發展的主體，本文根據芳烴抽提裝置標定狀態下加熱爐的運行情況，分析了影響加熱爐熱效率的主要原因，在此基礎上，提出了一系列提高加熱爐效率的合理化建議，為生產單位加熱爐操作參數的選取和現場調試提供參考。此外，根據本裝置的特點，今后還需在以下幾個方面強化加熱爐節能效果的研究：

（1）加熱爐工藝介質組分較重，造成介質進出口溫度偏高，影響整個加熱爐的效率和安全，需要改善上游進料工況。

（2）優化燃料氣的組分，可以提高激波吹灰器的性能和全爐熱效率。

（3）深化對加熱爐的技術管理，嚴格按照操作卡片指導加熱爐的操作，做到受控管理。

［1］ 劉運桃．管式加熱爐技術問答［M］．北京：中國石化出版社，2006．

［2］ 閻國超．煉油化工工藝及設備概論［M］．山東：石油大學出版社，1999．

［3］ 徐承恩．催化重整工藝與工程［M］．北京：中國石化出版社，2006．

Thermal Efficiency of Furnace at Calibration State of Aromatics Extraction Unit

BIE Zhong-zheng，LI Guo-chong，WANG Wen-bin
（Guangxi Petrochemical Company，Qinzhou 535008，China）

TQ 052.6

B

1671-9905（2011）06-0061-03

別中正，男，助理工程師，聯系電話：15177963100，地址：535008廣西欽州廣西石化生產二部，E-mail：biezhongzheng＠petrochina．com．cn

2011-03-31