組合鑄鐵板式空氣預熱器在重整四合一加熱爐上的應用

劉文忠 李 飛 袁會麗

（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古自治區鄂爾多斯市，017209）

1 概述

空氣預熱器是通過高溫煙氣加熱燃燒用空氣的傳熱設備，利用空氣預熱器回收加熱爐煙氣余熱是提高加熱爐效率的主要措施之一。煉油、化工裝置的工業爐普遍采用熱管式空氣預熱器回收煙氣中的余熱，以提高加熱爐熱效率、節省燃料。但熱管式空氣預熱器由于存在熱管易積灰，以及熱管失效、不耐腐蝕、高溫爆管、漏風等問題，已不能滿足當前節能增效及環保要求。國外很早將傳熱效率高的板式換熱器概念引入工業爐煙氣余熱回收領域，板式空氣預熱器因其具有傳熱效率高、耐高溫、結構緊湊等特點，近幾年得到了廣泛應用；而鑄鐵具有很強的耐硫酸腐蝕能力，因此采用鑄鐵材料制作的板式空氣預熱器具有耐腐蝕、長壽命的特點，特別適合在工業爐煙氣余熱回收系統中的低溫段中使用。目前，國產大型鑄鐵板式空氣預熱器已在多臺火焰加熱爐的設計中采用，其設計、制造、安裝技術日臻成熟。2010年4 月，中石化武漢石化2 號常減壓蒸餾裝置投用了國產第一臺新型鑄鐵板式空氣預熱器，運行19個月，加熱爐熱效率一直穩定在92%以上，排煙溫度一直穩定在130℃以下，運行良好。

現以實例論述組合鑄鐵板式空氣預熱器在重整四合一加熱爐上的設計及使用，可有效提高加熱爐的熱效率。

2 催化重整裝置簡介

神華10萬t／a煤基石腦油催化重整裝置是由中國石化集團洛陽石油化工工程公司 （以下簡稱“洛陽設計院”）設計，由中石油天然氣第七建設有限公司承建，項目產能為93＃國Ⅳ汽油16.33萬t／a，重整汽油3.52萬t／a，副產含氫氣1萬t／a。該項目于2012年6月開工建設，于2013年10月建成并一次開車成功，是中國第一套煤基石腦油半再生式固定床催化重整裝置。

洛陽設計院在裝置設計中采用了一些新技術、新設備，如在四合一加熱爐余熱回收系統上采用了組合鑄鐵板式空氣預熱器，使加熱爐熱效率由以前的89%提高到91.58%。

3 組合鑄鐵板式空氣預熱器簡介

組合鑄鐵板式空氣預熱器由擾流子式與鑄鐵板式組合而成，高溫煙氣端采用擾流子式空氣預熱器，低溫端采用鑄鐵板式空氣預熱器，組合鑄鐵板式空氣預熱器的具體結構如圖1所示，其設計參數見表1。

表1 組合鑄鐵板式空氣預熱器設計參數

圖1 組合鑄鐵板式空氣預熱器結構圖

四合一加熱爐空氣預熱器設計為組合式的原因，一是擾流子空氣預熱器技術成熟、結構簡單；二是降低設備成本，延長設備使用壽命。

3.1 鑄鐵板式空氣預熱器的結構特點

鑄鐵板式空氣預熱器的結構特點：

（1）鑄鐵板式空氣預熱器由多根板翅式鑄鐵傳熱管，以不同方式組合成單管程或多管程的整體。

（2）每根板翅式鑄鐵傳熱管都由鑄鐵板翅管、固定端支架和滑動端支架組成。固定端支架與傳熱管之間以及滑動端支架與傳熱管之間用填料密封，并通過壓緊條，壓緊填料。

（3）結構緊湊，占地面積小。

（4）重量輕，在相同的熱負荷情況下，板翅式鑄鐵空氣預熱器比管束式空氣預熱器輕30%以上，與熱管空氣預熱器重量相當或略重。

（5）模塊化結構，適于組裝和運輸。

3.2 鑄鐵的物理性能

鑄鐵的物理性能如下：

（1）鑄鐵金屬基包含大量的游離碳。

（2）鑄鐵金屬基通常含有珠光體組織，使鑄鐵材料具有類似于鋼的機械性能。

（3）游離碳以非常薄的薄板或薄片形式存在。（4）游離碳對大部分腐蝕介質呈惰性。

（5）鑄鐵在很寬的操作環境范圍內，具有卓越的抗腐蝕性。

鑄鐵生產后初期其表面將有輕微的生銹現象，之后鐵銹幾乎全部被吸附在碳薄片上；鑄鐵的耐蝕性能是鋼材所無法比擬的。

3.3 鑄鐵板式空氣預熱器的熱工性能

鑄鐵板式空氣預熱器具有以下熱工性能：

（1）鑄鐵板式空氣預熱器傳熱系數高，以光板計算的傳熱系數可達50～60 W／ （m2·℃），是一般管式空氣預熱器和熱管空氣預熱器無法比擬的。

（2）氣密性好，漏氣率低。

（3）在同樣的操作條件下，鑄鐵板式空氣預熱器具有比碳鋼空氣預熱器更長的壽命，通常可達10a以上。

3.4 鑄鐵板式空氣預熱器材質及制造工藝

鑄鐵板式空氣預熱器材質及制造工藝如下：

（1）在保證具有一定換熱面積的前提下，根據加熱爐煙氣溫度狀況，可調整鑄鐵傳熱管的翅片密度。

（2）鑄鐵傳熱管一律采用球墨鑄鐵，抗露點腐蝕性能好。

（3）為進一步增強抗磨損及耐煙氣酸露點腐蝕性能，可以在傳熱管的低溫煙氣接觸面采用搪瓷或涂敷其他防腐涂料。

（4）單管和整體打壓，在半小時內氣體的泄漏率不大于4%。

（5）鑄鐵板式空氣預熱器造價低。

4 鑄鐵板式空氣預熱器在裝置運行過程中的數據分析

神華煤制油10萬t／a催化重整四合一加熱爐設計數據見表2，表2對空氣預熱器在裝置運行、使用過程中的運行數據進行分析整理。

表2 神華煤制油10萬t／a催化重整四合一加熱爐部分參數

重整裝置自2013年10月底開工以來，已經連續運行半年多時間，四合一加熱爐及余熱回收系統運行良好。開工初期加熱爐排煙溫度在130℃左右，為了保證加熱爐運行穩定，延長設備使用壽命，對加熱爐排煙溫度進行了調整，要求不低于145℃。下面采集了自裝置開工以來，加熱爐余熱回收系統的一些運行數據，見表3。

表3 加熱爐余熱回收系統部分溫度點統計

由表3可以看出，重整裝置開工初期，由于重整裝置處于操作運行及負荷調整階段，加熱爐運行狀況不太穩定，加熱爐排煙溫度和氧含量數據偏離設計要求。裝置經過一段時間運行后，裝置、加熱爐及余熱回收系統運行趨于穩定，且通過空氣預熱器旁路調節加熱爐排煙溫度后，加熱爐及余熱回收系統的運行數據，基本與設計數據相符。

5 計算四合一加熱爐熱效率，驗證空氣預熱器效果

加熱爐熱效率計算公式如下：

為驗證加熱爐運行狀況及空氣預熱器效果，對四合一加熱爐煙氣進行采樣分析，數據見表4。

將數據代入加熱爐熱效率計算公式，得出熱效率分別為91.58%和91.57%，四合一加熱爐熱效率達到了設計要求。

表4 四合一加熱爐采樣煙氣數據分析

6 結論

四合一加熱爐余熱回收部分采用的擾流子+鑄鐵板組合式空氣預熱器，在重整裝置四合一加熱爐余熱回收系統上運行良好，沒有出現串風、漏風現象，是一種新型的節能環保設備，符合設計要求，可以在以后的加熱爐余熱回收系統上推廣使用。另外，低壓瓦斯含硫組分少，空氣預熱器存在露點腐蝕的可能性大大降低，可以嘗試把排煙溫度降低到130℃左右，提高加熱爐熱效率，降低裝置能耗。

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