激波吹灰器的研究與應用

洪文儀

（廣東茂名市交通高級技工學校，廣東茂名 525000）

0 前言

加熱爐是煉油廠常、減壓蒸餾裝置的重要設備之一，也是裝置主要耗能設備，其燃料消耗就約占常減壓蒸餾裝置總能耗的80%以上。因此，提高加熱爐熱效率，對降低裝置的能耗具有舉足輕重的作用。在其他條件不變的情況下，降低加熱爐的排煙熱損失是提高熱效率的重要手段之一，排煙損失在加熱爐的熱損失中占有較大的比例。當爐子熱效率（90%）較高時，排煙熱損失約占總熱損失的70%～80%。

作為煙氣余熱回收設備對流室的爐管，當加熱爐不完全燃燒產生的碳粒和燃料中的灰分等煙塵吸附在對流室爐管的外表面，增加熱阻，降低傳熱效果，隨著積灰的增加，排煙溫度迅速上升，為保證加熱爐長期在高效率下運行，就必須堅持用吹灰器定期清除積灰[1]。傳統上一般采用蒸汽吹灰，隨著煉油廠節能措施的不斷深入，各種新型的吹灰器出現在人們的面前，激波吹灰器就是其中一種。茂名石化分公司第三套常減壓蒸餾裝置應用激波吹灰器取代傳統的蒸汽吹灰器，收到了很好的效果。

1 裝置運行情況

茂名石化分公司第三套常減壓蒸餾裝置，設計處理能力為2.5 Mt/a，主要加工中東高硫原油。常壓爐（以下簡稱爐-1）設計負荷38.4 MW，熱效率89%。減壓爐（以下簡稱爐-2）設計負荷13.9 MW，熱效率88%。常壓爐、減壓爐頂部設有三層對流管，介質分別是蒸汽、原油冷進料、軟化水，自然排煙。改造前，常、減壓爐對流室均采用電動伸縮式蒸汽吹灰器。在連續的生產過程中電動伸縮式蒸汽吹灰器存在著以下問題：

（1）吹灰范圍小，存在死角，因為蒸汽只能單向流動，直噴將爐管上的積灰吹走；

（2）蒸汽泄漏給加熱爐的運行帶來潛在的隱患，蒸汽冷凝水與附在爐管表面上的硫化物相遇，腐蝕加劇，甚至腐蝕爐管至穿孔；

（3）電動伸縮式蒸汽吹灰器結構復雜，吹灰效果不理想，使用周期短，熱效率低，故障率較高，在線維修困難，不能滿足長周期穩定運行。

針對這些問題曾在2002年1月進行過大修，但收效較小，當裝置運行一段時間后，加熱爐因以上問題，熱效率開始明顯下降，爐-2甚至降至86%。見表1。

表1 2004年9月加熱爐的數據統計

2 加熱爐積灰的種類分析及影響

2.1 種類分析

（1）粘性積灰

粘性積灰是的熱爐管表面上的碳粒、灰分與煙氣的化學產物，牢固性強，腐蝕性強。

（2）疏松積灰

煙氣中的灰粒帶有電荷，所以灰粒易粘附在爐管表面上，形成疏松積灰，但如果過多地吸收水份，則會沉積成灰垢，難以清除。

2.2 積灰對加熱爐的影響

（1）積灰的存在大大增加爐管的熱阻率，傳熱效果減弱，熱效率低；（2）加熱爐管積灰降低煙氣通量，增大煙氣阻力，導致裝置處理量隨之降低[2]。

3 激波吹灰器的原理和特點

3.1 激波吹灰器的工作原理

圖1是ESW激波吹灰器的原理示意圖。燃料和其氧化劑（通常是空氣）以適當的比例被充入一個特殊的混合罐里，在那里空氣和燃氣混合成能夠產生爆燃的混合氣體，并充滿混合罐和它之后的管道和罐體。隨后，一個高能的點火裝置點燃點火罐中的混合氣。點火罐中的的爆燃火焰在通過火焰導管時被逐漸加速，并在火焰的前鋒面形成爆轟波。當爆轟波傳至激波發生器中時，它點燃激波發生器中的混合燃氣，并使激波在激波發生器的罐體內受到調制，加強其壓力峰值。最后，調制合適的激波從激波發生器中產生，并通過激波發射噴管導入爐膛內部。通過對激波發生器罐體和激波發射噴口的設計，可以控制所得到的激波的強度。因而，可以使激波的強度最適合其對應工作受熱面上的積灰類型，達到最佳的吹灰效果。激波劇烈的壓力脈動縱波對積灰產生一種先壓后拉的作用，促使其碎裂和脫離積灰基底；同時折射激波使積灰與基底之間的結合面產生剪力，使積灰與基底的結合面發生分離[3-4]。

圖1 ESW激波吹灰器的原理示意圖

3.2 激波吹灰器的特點

（1）與蒸汽吹灰器相比，整套激波吹灰器裝置沒有機械轉動，結構簡單，從激波發生、傳遞、調制，整個運行過程不存在機械傳動故障。故運行穩定，維修方便，維修成本大為降低。

（2）激波吹灰克服了蒸汽吹灰對牢固性強的粘性積灰作用極差的缺點，對積灰產生劇烈的先壓后拉和剪力作用。促使其碎裂和脫落。激波吹灰操作簡單，吹灰干凈、設備損耗小，能耗小。

（3）蒸汽吹灰濕度大，腐蝕爐管嚴重，激波吹灰器以壓縮空氣和干氣作介質，保證爐管的干燥，大大降低了對爐管腐蝕情況。

4 激波吹灰器的應用及效果

4.1 選型

選用ESW100型激波吹灰器代替原來的電動伸縮式蒸汽吹灰器。常壓爐20臺，減壓爐10臺。

圖2 激波吹灰裝置系統圖

4.2 安裝部位及流程

激波吹灰器的激波發生器及噴口安裝在對流室的內噴口正對著爐管，爐-1分5層，每層4臺，南北各2臺組成一個吹灰層面；爐-2也分5層，每層2臺，北向安裝，主控器安裝在二層平臺上，方便吹灰操作。燃氣源為煉廠干氣，壓力為0.4 MPa。空氣源為非凈化風，壓力0.35 MPa。激波吹灰裝置系統如圖2。

4.3 使用效果

裝置于2004年12月改造后，ESW100型激波吹灰器投用至今，運行基本正常，并取得了明顯的效果。主要體現在以下幾個方面。

（1）在吹灰時，對流室上、中、下煙氣溫度變化不大；由于每次吹灰爆炸所產生的吹灰煙氣很少，對流室中的煙氣量極少，所以不用調整煙道擋板，不影響爐子的正常操作。

（2）爐子吹灰比較干凈，使爐管的傳熱效率保持在高水平，提高了爐子的熱效率。應用激波吹灰器前后爐-1數據見表2。

（3）減輕了對流室爐管的露點腐蝕，延長了設備的使用壽命，有利于長周期運行。

（4）運行程序簡單，操作方便容易，實現全自動化，大大降低操作工的勞動強度。吹灰時只需要開啟電源，按下吹灰開關即可[5]。

5 經濟效益

（1）在原有的原油加工量及生產方案基礎上，激波吹灰器對過熱蒸汽管、軟化水釘頭管的積灰清掃得比較干凈，加熱爐排煙溫度有明顯下降，約20℃。

（2）吹灰后加熱爐的熱效率從87.5%上升至89.9%，上升了2.4%。

（3）運行成本很低。如ESW-100型激波發生器，為間隔式工作方式，大部分時間處于休眠狀態。一次吹灰所需瓦斯總量標準0.126 m3，即0.25 kg，總能量低于30 g標煤在燃燒時的總發熱量。按瓦斯價格5元/kg，每次吹灰所需瓦斯費用僅為1.25元。如果使用現成的燃料氣，例如乙炔或煉廠干氣、液化氣等，則整個運行成本相當低廉。蒸汽吹灰器每次吹灰就能耗掉2噸蒸汽。按每噸蒸汽138元，則所需費用為276元。

表2 應用激波吹灰器前后加熱爐數據比較

6 存在問題

通過這幾年的運行，激波吹灰器還存在著一些問題和需要改進的地方：

（1）當燃氣的壓力變化過大時，會使激波吹灰器燃氣與空氣混合比不當，造成吹灰器不響或響聲發脆；

（2）噴口前的火焰導管容易受吹灰后倒吸過來的含有SO2、SO3和H2O的煙氣露點腐蝕穿孔；

（3）激波吹灰器在吹灰時，爆炸產生的響聲過大，造成噪音污染。

7 結論

從茂名石化分公司第三套常減壓蒸餾裝置加熱爐使用情況說明，與原蒸汽吹灰器相比，激波吹灰器操作簡單、不需日常維護、去積灰效率和加熱爐熱效率大大提高，運行費用低廉，加熱爐運行穩定，能降低裝置的總能耗，可在煉油系統中大力推廣。

［1］徐彬.常壓爐空氣預熱器熱管失效原因及對策［J］.設備管理與維修，2009（5）：103-105.

［2］鄭選基，李熙哲，楊明，等.用于加熱爐的脈沖燃氣吹灰技術［J］.石油化工設備，2006（11）：20-24.

［3］李斌，王躍武，賀炳恩，等.激波吹灰器在減壓爐上的應用［J］.石油化工設備技術，2004（5）：15-18.

［4］尹力.激波吹灰原理及其在青島電廠的運用［J］.山東電力高等專科學校學報，2004（11）：30-33.

［5］陳茂.ESW激波吹灰器在工業中的應用［J］.科技咨詢導報，2007（03）：11-15.