AspenFiredHeater在優化加熱爐效率上的應用

崔成東 范海笛

【摘要】介紹山東京博石油化工有限公司高等級道路瀝青裝置加熱爐效率的優化，本文利用AspenFiredHeater模擬加熱爐的運行情況，并進行切入性的分析，與同行業設備運行效率進行對比，同時針對本廠加熱爐提出相應的優化改造方案，提高加熱爐運行效率，從而為本廠節約大量的燃料成本。

【關鍵詞】AspenFiredHeater 加熱爐 效率

【中圖分類號】TE6 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）09-0223-01

一、加熱爐耗能在煉油行業的地位

在典型煉廠，能量消耗的90%是與加熱爐中的燃料燃燒有關的。這些設備是極度復雜的傳熱裝置，包含燃燒、輻射和對流熱交換，經常與工藝中的多股物流相結合。進料或原油成分上的變化必須依據加熱爐中的當地過程條件加以仔細考慮。沒有仔細的控制，加熱爐管可能會遭受過度焦化甚至管道故障，對安全性和裝置使用性造成嚴重影響。

二、AspenFiredHeater簡介

Aspen FiredHeater是最新一代的熱學設計軟件，它用來模擬和校核工藝加熱爐。它被廣泛的使用在石油化工和批量化工生產行業中，Aspen FiredHeater能夠與草擬計算相結合，將建模的靈活性和方便性帶入到燃燒室和對流室過程的全面集成環節。它將Aspen HTFS模型的可靠性提供給過程熱交換和壓降過程，以及燃燒室輻射的攪動和長爐模型。Aspen FiredHeater模擬為加熱爐操作員提供以當時過程條件來促進操作優化的觀察能力，在不影響安全性和可靠性的同時使加熱爐負荷和效率達到最大化。它也能允許用戶檢測燃燒室和對流段的熱流和爐管金屬溫度。

三、設備運行現狀

山東京博石油化工有限公司高等級道路瀝青裝置采用常規圓筒式加熱爐，自裝置投用已運行6年，加熱爐在長期運行過程中存在設備老化現象。常壓爐設有八支火嘴，減壓爐設有六支火嘴，以煤焦油和干氣作為燃料。由于近幾年裝置以加工高硫重質油生產道路瀝青為主要生產工藝，同時要求裝置最大負荷生產，所以在實際生產過程中需要更高的輻射量。這樣就要求我們提高高熱值燃料的比例，由于煤焦油的使用量提高，而煤焦油的性質較為復雜劣質，造成爐膛溫度超高，操作波動大，爐出口溫度不穩定，嚴重影響正常生產。由于長期使用高熱值燃料，高爐膛溫度運行生產，常壓爐、減壓爐爐壁襯里裂紋較多、脫落嚴重，外壁溫度較高（輻射室約80-90℃，爐頂約100-120℃），造成加熱爐熱效率低下，能源浪費嚴重。

四、AspenFiredHeater模擬分析

利用AspenFiredHeater對加熱爐建模分析，因油品性質變化，生產加工量需求，現有加熱爐設備設計匹配度存在差距。利用模型獲取以下信息：整體加熱爐熱負荷和熱效率；燃燒室和管道每一部分的熱性能；加熱爐中每個流體的熱概況；燃燒信息和燃料詳細情況，包括計算出來的單一燃料和混合燃料的煙氣成分；輻射信息，包括進行分區的分析。

利用模型計算當前加熱爐負荷常壓爐約為15.73MW、減壓爐約為7.75MW，本裝置設計常壓爐負荷15.4MW減壓爐7.8MW，設備運行都處于滿負荷狀態，操作條件苛刻。在此狀態下加熱爐運行一季度平均效率為84.13%，對比同類裝置效率一般在90%以上，熱效率十分低下，浪費燃料嚴重。

經模擬分析，發現爐壁溫度（輻射室約80-90℃，爐頂約100-120℃）、排煙溫度（煙氣排出315℃）均過高，爐膛輻射強度大爐管吸收效率低只有約79%，煙氣中氧含量過高8%-9%，造成加熱爐整體熱效率低。

五、優化措施及效果

輻射室、對流室更換襯里；通過新型襯里的更換大幅度提高加熱爐隔熱效果，將加熱爐外壁溫度降低至40℃（目前加熱爐外壁溫度常規設計為80℃，且運行溫度在80℃左右）；另外加熱爐看火門、防爆門、人孔門、彎頭箱處溫度普遍很高，對流彎頭箱部分，應用彎頭保溫套，并進行隔熱施工，將彎頭箱外壁溫度降至40℃。對流室釘頭管更換為翅片管、輻射室爐管改造，減壓爐對流室爐管排管方式變更，加設氧含量分析儀，監控煙氣中氧含量排放。空氣預熱器計劃更換為擾流子+熱管+鑄鐵板換組合式，有效的降低排煙溫度。

提前應用模型模型預測技改效果：減少熱損失，爐壁溫度降為40℃以下大約可以提高熱效率2%；調整排煙溫度降低到200℃以下，提高加熱爐熱效率2.5%左右；更換燃燒器，提高燃料燃燒效率，控制煙氣中氧含量3%—5%，提高爐效率約1.5%；預估提高爐效率6 %。

技改后，8月份加熱爐運行月平均效率達到91%，大大提高了加熱爐效率，檢修技改后熱效率提高6.78%，超出了軟件預估的數據，原因可能是裝置檢修后設備運行效果優于檢修前。

六、小結

通過利用AspenFiredHeater對影響加熱爐效率的因素作分析，預測技改可以達到的理論效果，為公司提供技改方案可行性支持，最終實現技改后加熱了效率提高6.78%，節約燃料成本672萬元/年。

參考文獻：

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