淺談煉化裝置加熱爐節能技術

趙子龍

大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711

加熱爐是煉油和石油化工生產裝置的主要耗能設備，其能耗占裝置總能耗的20%~70%。降低其能耗對整個石油和石化行業節能工作有著重要意義。由加熱爐熱效率反平衡法計算公式可知，提高熱效率、減少燃料消耗量的措施為：降低排煙損失、不完全燃燒損失、表面散熱損失和附屬設備耗能。

一、降低排煙損失

1.回收煙氣中的余熱，降低排煙溫度

目前國內外各煉廠采用的余熱回收措施大致有以下幾種類型。

(1)從工藝流程與裝置總體平衡考慮，有冷進料及工藝分支物流預熱空氣。

(2)從加熱爐本體考慮，有對流段增加管束及對流段采用釘頭管、翅片管等。

(3)從改進和簡化循環系統考慮有熱載體循環，包括開路與閉路熱載體循環。

(4)從增加附屬回收設備考慮，有鋼管式、玻璃管式、回轉式、鑄鐵管式、擾流子式、熱管式及板式空氣預熱器等。

(5)從與其他設備聯合節能考慮，有余熱鍋爐及熱電聯產。

余熱回收技術選用原則是：應首先在爐子現有設備上考慮，如利用低溫工藝介質降低排煙溫度和利用對流空間增加對流室傳熱面積，強化對流傳熱；其次再考慮增加附屬設備和采用各種預熱器和余熱鍋爐方法回收煙氣余熱。對增加設備的費用應進行經濟評價，投資回收年限一般不超過3年。

吹灰器是清除加熱爐對流爐管積灰，保證加熱爐長期高效運行的設備。目前煉化加熱爐使用的吹灰器有：聲波吹灰器、激波吹灰器和蒸汽吹灰器。聲波吹灰器由于吹灰的能量較小，對于黏性小且又疏松的積灰具有良好的吹灰效果，使用的經濟性也較好，對于重質燃料油燃燒產生的黏性灰吹灰效果較差。激波吹灰器又稱脈沖或爆炸吹灰器，由于吹灰的能量較聲波吹灰器大，吹灰效果較好，但產生激波時引起的振動對加熱爐的襯里和對流爐管的使用壽命有一定的影響。蒸汽吹灰器使用歷史悠久、技術成熟、吹灰效果好，但存在吹灰管易變形、傳動部件易出故障、結構復雜等缺點。

2.降低α，減少排煙量

在加熱爐中，燃料不可能完全燃燒。燃燒所用實際空氣量與理論空氣量之比稱做過剩空氣系數α。加熱爐的煙氣排放量與α成正比，在排煙溫度一定的條件下，α越大，加熱爐的熱效率越低，降低α可以提高加熱爐熱效率。但α太大不僅使得熱效率降低，還會加速爐管和爐內構件的氧化；提高SOx的生成量，從而加劇露點腐蝕。降低α的有效措施如下。

(1)選用技術水平領先的燃燒器，保證燃料在較低的α下完全燃燒。

(2)在操作過程中管好“三門一板”(調風門、霧化介質閥門、燃料油閥門和煙囪擋板)，確保加熱爐在合理的α下運行。

(3)做好加熱爐的堵漏工作，保證爐體的完整性和密封性，盡量減少看火門、防爆門、人孔和彎頭箱等處的漏風量。

二、降低爐體表面散熱損失

采用導熱系數小，整體性好，使用壽命長的耐熱保溫材料做襯里，控制爐體表面散熱損失：無余熱回收系統時，爐壁熱損≤2%；有余熱回收系統時，爐壁熱損≤3%。

采用澆注料和陶纖噴涂復合襯里，既克服了全用澆注料施工時間長、隔熱效果差(澆注料導熱系數高)的缺點，又克服了全用陶纖噴涂襯里易脫落的缺點。例如大慶石化公司煉油廠制氫裝置轉化爐在2008年增加陶瓷噴涂后轉化爐爐頂平均溫度下降了40℃，爐墻平均溫度下降了15℃，瓦斯的單耗較噴涂前降低了585.87 kg/t。

三、降低不完全燃燒損失

燃料的不完全燃燒損失主要取決于燃料性質和燃燒器技術水平。在燃料一定時，燃料的不完全燃燒損失主要取決于燃燒器技術水平。降低燃燒損失的措施如下。

(1)采用技術水平先進的燃燒器：具有先進的配風技術、燃油霧化技術；火道、噴嘴和調風器三者相互匹配、在燃料燃燒完全條件下α低、霧化介質耗量少。

(2)對燃料進行改質：如重質燃料油減黏處理或加入添加劑，降低黏度，提高霧化性能。在國內某設計院開發出了一種燃料油添加劑，使用后，在燃料油含硫量不變條件下，煙氣露點溫度下降20℃；另外還有含硫瓦斯脫硫、低壓瓦斯增加壓力等工藝技術。

四、降低輔助能耗

已經采用強制供風的大、中負荷加熱爐的鼓風機、引風機采用變頻調速技術。

采用技術水平先進的(蒸汽耗量少)燃燒器和吹灰器，減少燃料油霧化蒸汽用量和吹灰能耗。

五、加強管理、精心操作

(1)根據調查總結，1臺加熱爐，如進行精心操作和調節與進行粗放式操作和調節相比，其全年平均熱效率可提高2%。

(2)重視加熱爐日常管理工作，按照股份公司有關規定或管理、操作規程進行加熱爐的日常管理和操作調節。

(3)重視技術改造工作，采用新設備、新技術、新工藝、新材料對加熱爐進行改造或更新，保證技術的先進性。

(4)重視易損件的更換和大檢修工作，保證加熱爐設施齊全、完好。

(5)對管理人員或操作工進行技術培訓，提高其業務素質。

六、其他節能措施

1.優化裝置換熱流程，降低加熱爐熱負荷

煉化加熱爐的熱負荷隨裝置換熱流程的不同而改變，根據裝置的特點，對換熱流程進行科學合理的優化。最大限度的降低加熱爐熱負荷是減少加熱爐能耗的有效措施。如1套800萬t/a常減壓裝置，采用優化換熱流程技術，常壓爐的熱負荷為58.1MW，燃料耗量為5 314kg/h；不采用優化換熱流程技術，常壓爐的熱負荷為103.7MW，燃料耗量為9 641kg/h。

2.余熱利用

把空氣冷卻器放出的熱空氣引入加熱爐空氣預熱器。

3.石化加熱爐排管優化

采用“多管程、小管徑”排管，有效地縮短原料油流過爐管的長度，降低壓力降，減少原料泵的能耗；同時提高加熱爐單位體積內爐管傳熱面積和爐管對流傳熱系數。

4.采用“燃燒系統優化和強化輻射室傳熱”技術

輻射室爐管表面平均熱強度約是對流室表面平均熱強度2倍，采用“燃燒系統優化和強化輻射室傳熱”技術，不但可增加輻射室傳熱量，減少全爐爐管用量，而且可以降低煙氣出輻射室的溫度，為提高石化加熱爐熱效率奠定基礎。

5.采用“以熱效率巡優為目標的智能控制系統”

加熱爐如采用自動控制系統進行調節與人工操作和調節相比，加熱爐全年平均熱效率高2%。并且使加熱爐的控制效果和精度上了新臺階。

6.采用富氧燃燒

含氧量高于21%的空氣稱為富氧空氣，現有燃燒器如采用富氧燃燒則有如下優點。

(1)可以提高輻射室溫度，增加輻射室傳熱溫差，強化輻射室傳熱。乙烯裂解爐、化肥轉化爐、制氫爐輻射室需要較高的溫度，可利用富氧燃燒這一優點，重整爐利用富氧燃燒這一優點可以降低流體壓降。

(2)可以有效地減少排煙量，在排煙溫度不變的條件下，減少排煙損失，提高加熱爐熱效率。例如燕山石化公司煉油廠II套催化裂化裝置于1998年采用富氧再生工藝，實際生產中氧濃度達23%~26%，經濟效益達2 640萬元/年；江蘇某廠燃油鍋爐采用富氧助燃后，鍋爐熱效率提高了8.3%，燃油節約率16.64%，具有良好的經濟和社會效益。

7.乙烯爐、化肥一段轉換爐、制氫爐與蒸汽透平機聯合技術

乙烯爐、化肥一段轉換爐、制氫爐與蒸汽透平機聯合技術輻射室的溫度在1 100℃，利用如此高溫度的煙氣預熱溫度較低的原料，從熱量利用上講是不合理的。利用乙烯爐、化肥一段轉換爐、制氫爐輻射室出口煙氣產生高溫、高壓蒸汽后再預熱原料，利用高溫、高壓蒸汽拖動主風機、泵、壓縮機和大型鼓風機、引風機。經過作功的蒸汽可以用于生產工藝用蒸汽。此技術既可優化熱量利用，又可以有效地減少二次能源(電能)耗量，經濟效益很好，是提高燃料利用率，降低能耗的前沿技術之一。

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