蓄熱式空氣預(yù)熱技術(shù)在低溫?zé)煔鉄峄厥丈系膽?yīng)用

羅映波游述懷吳時驊

（1.岳陽鐘鼎熱工電磁科技有限公司，湖南省工業(yè)燃燒器與燃燒智能控制工程技術(shù)研究中心；2.中石化長嶺煉油廠設(shè)備處）

蓄熱式空氣預(yù)熱技術(shù)在低溫?zé)煔鉄峄厥丈系膽?yīng)用

羅映波1游述懷1吳時驊2

（1.岳陽鐘鼎熱工電磁科技有限公司，湖南省工業(yè)燃燒器與燃燒智能控制工程技術(shù)研究中心；2.中石化長嶺煉油廠設(shè)備處）

從提高煙氣余熱回收效率入手，進一步降低煙氣排放溫度，回收更多的熱量，提高石化行業(yè)加熱爐的熱效率，達到減少燃料消耗和排放總量的目的。本文結(jié)合工程實例，對蓄熱式空氣預(yù)熱技術(shù)在低溫?zé)煔鉄峄厥丈系膽?yīng)用特點、設(shè)備策略進行剖析，論證了蓄熱式空氣余熱回收技術(shù)在提高加熱爐熱效率及節(jié)能減排上具有較大優(yōu)勢，有較大的應(yīng)用推廣價值。

石化加熱爐；蓄熱式空氣預(yù)熱技術(shù)；低溫?zé)煔鉄峄厥眨粦?yīng)用建議

1 概述

中石化長嶺分公司240×104t/a汽柴油加氫裝置位于岳陽市云溪區(qū)，2010年建成投產(chǎn)。該裝置加熱爐設(shè)備包括1臺反應(yīng)進料加熱爐（F101）、1臺分餾塔底重沸爐（F201）及1套兩爐共用的余熱回收系統(tǒng)。2014年，長嶺分公司石化煉油設(shè)備處對該裝置余熱回收系統(tǒng)開展節(jié)能減排、增效改造，在該裝置原有的熱管式空氣預(yù)熱器后增加了1臺回轉(zhuǎn)蓄熱式空氣預(yù)熱器，以期進一步降低排煙溫度回收余熱，從而將系統(tǒng)排煙溫度從160℃左右降至100℃左右，加熱爐熱效率從92%左右提高到95%～96%。

本文將結(jié)合案例，對蓄熱式空氣預(yù)熱技術(shù)應(yīng)用進行分析，剖析該技術(shù)在提高換熱效率、防止低溫露點腐蝕、減小系統(tǒng)壓力降損失及設(shè)備在線清掃積灰等方面的可行性，為企業(yè)節(jié)能改造提供參考。

2 系統(tǒng)改造方案

原加熱爐熱效率在91%～92%之間，煙氣露點溫度為131℃，排煙溫度在151℃以上，其熱效率偏低，有提高熱效率節(jié)能減排的空間。改造的目標使排煙溫度降至100℃左右。在選擇設(shè)備改造方案時，應(yīng)考慮下述問題：排煙溫度遠低于露點腐蝕溫度，設(shè)備換熱內(nèi)構(gòu)件腐蝕；改造時鼓風(fēng)機/引風(fēng)機利舊，系統(tǒng)壓力降損失控制；應(yīng)對操作工況變化時設(shè)備的調(diào)節(jié)。

2.1 設(shè)備方案

原裝置熱管式空氣預(yù)熱器設(shè)計的換熱溫度介于350～140℃之間。為避免熱管工作在露點溫度附近，延長熱管壽命，新增的低溫段預(yù)熱器換熱溫度控制在230～100℃之間。為降低改造成本，風(fēng)機不更換，通過對煙風(fēng)道系統(tǒng)壓力降損失進行核算，發(fā)現(xiàn)原有引風(fēng)機、鼓風(fēng)機壓頭裕量約500 Pa，因此，提出新增低溫段預(yù)熱器設(shè)備內(nèi)部設(shè)計壓力降300 Pa。根據(jù)上述要求，最終選擇回轉(zhuǎn)蓄熱式空氣預(yù)熱器進行改造，系統(tǒng)改造方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)改造方案

2.2 蓄熱式空氣預(yù)熱器設(shè)計方案及應(yīng)用

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

回轉(zhuǎn)蓄熱式空氣預(yù)熱器（圖2）采用大平面回轉(zhuǎn)軸承支撐形式[1]，改善轉(zhuǎn)子應(yīng)力分布，利于密封面剛度保持，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；裝載有蓄熱體的轉(zhuǎn)子通過回轉(zhuǎn)軸承支撐在預(yù)熱器底座上，底座上有冷煙氣出口和冷空氣入口，并通過立柱支承地面；回轉(zhuǎn)體上方的固定罩有熱煙氣入口和熱空氣出口，通過支腿支撐在外部落地框架；驅(qū)動裝置安裝在底座上，通過變頻電動機、減速機、小齒輪驅(qū)動轉(zhuǎn)子上大齒輪使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子中的蓄熱體則連續(xù)不斷地在煙氣區(qū)蓄熱、在空氣區(qū)放熱，從而達到換熱的目的。

圖2 回轉(zhuǎn)蓄熱式空氣預(yù)熱器外形

2.2.2 材料選擇

由于煙氣排煙溫度設(shè)計在低溫露點腐蝕溫度以下，預(yù)熱器內(nèi)部的材料選擇需選用耐腐蝕材料：對于蓄熱體選用了耐腐蝕、比熱容大、耐熱沖擊好的陶瓷材料，為了增大比表面積和流通面積，將陶瓷設(shè)計成正六邊形孔交錯排布的蜂窩結(jié)構(gòu)，孔道沿?zé)煔馀c空氣流向平行直通道結(jié)構(gòu)，降低氣孔的阻力；回轉(zhuǎn)體鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)溫度場分布及腐蝕條件，分別選用不銹鋼、考頓鋼、碳鋼（風(fēng)道）等；為減輕設(shè)備質(zhì)量及驅(qū)動功率，對于轉(zhuǎn)子部分采用陶瓷纖維棉作為隔熱內(nèi)襯，熱煙道入口采用輕質(zhì)澆注料內(nèi)襯，冷煙道由于有冷凝水且冷凝水中溶解有SOx、NOx及少量鹽類物質(zhì)，因此，在內(nèi)襯與煙氣接觸面加襯不銹鋼板，并在設(shè)備底部開設(shè)冷凝水導(dǎo)出管，將酸性冷凝水導(dǎo)入處理池進行處理后排放。

2.2.3 設(shè)備換熱熱平衡計算及應(yīng)用情況

根據(jù)改造方案，2014年5月實際改造后的開車工況條件與設(shè)計條件存在較大差別，主要原因是F101爐未開車，僅F201爐開車，設(shè)計與實際開車工況參數(shù)見表1，運行監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2[2]。

經(jīng)分析與計算，實際開車工況所測量的數(shù)據(jù)與理論設(shè)計數(shù)據(jù)之間存在一定的差異。當排煙溫度降至100℃左右時，煙氣中部分水蒸氣冷凝，從設(shè)備的煙道底部導(dǎo)流管溢出，煙氣冷凝釋放的熱量及冷凝水的數(shù)量并不確定，均未予考慮。設(shè)備自2014年5月開始運行，設(shè)備運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，換熱性能良好，效率較高，維護較少。

2.2.4 系統(tǒng)壓力降損失

改造后，實測壓力降煙氣側(cè)為250 Pa，空氣側(cè)為142.5 Pa，在允許范圍之內(nèi)，風(fēng)機系統(tǒng)運行正常，能滿足生產(chǎn)要求。

3 蓄熱式空氣預(yù)熱器的低溫冷凝

蓄熱式預(yù)熱技術(shù)理論上可以將煙氣溫度降至80℃甚至更低[3]，并充分回收煙氣中的水蒸氣的冷凝放熱，但實際生產(chǎn)操作中，要考慮低溫?zé)煔馔ㄟ^煙囪排放后的升騰擴散高度；因此，出于安全環(huán)保方面的要求，建議排煙溫度控制在80～110℃之間。

表1 設(shè)計與實際開車工況數(shù)據(jù)

表2 回轉(zhuǎn)蓄熱式空氣預(yù)熱器監(jiān)測數(shù)據(jù)℃

4 預(yù)熱器漏風(fēng)率分析

預(yù)熱器設(shè)備內(nèi)部空氣側(cè)為正壓供風(fēng)，煙氣側(cè)為負壓；因此，除蜂窩陶瓷蓄熱體微孔攜帶漏風(fēng)之外，密封區(qū)也有少量的漏風(fēng)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速決定了攜帶漏風(fēng)量（本案例中攜帶漏風(fēng)量約占煙氣量1.5%），密封區(qū)漏風(fēng)量則通過監(jiān)測預(yù)熱器煙氣出口和入口氧含量，再經(jīng)計算得出。

5 蓄熱式空氣預(yù)熱技術(shù)的效益分析

回轉(zhuǎn)蓄熱式空氣預(yù)熱器的驅(qū)動電動機用功功率約6 kW，年耗電成本不足4萬。自設(shè)備投用后運行平穩(wěn)，維護較少，經(jīng)過2年時間運行無故障。2015年4個月的加熱爐平均熱效率為95.57%，比改造前提高約3.5%，排煙溫度從改造前的約160℃降低至100℃左右。按節(jié)約瓦斯耗氣量約60 m3/h（0℃，101.325 kPa）計算，該裝置總計每年可節(jié)能約170萬元，1年基本收回設(shè)備改造成本。

經(jīng)過運營，對預(yù)熱器冷凝物的酸度試紙對比測試，pH值為5～6，證實該裝置冷凝過程中有收集部分硫化物、氮化物的作用。另外，通過對煙氣組分的分析，也證實了預(yù)熱器出口煙氣中的NOx平均值為20.2×10-6，預(yù)熱器入口NOx平均值為23.7×10-6。由此可見，在余熱回收節(jié)約能源，減少CO2、NOx排放等方面，蓄熱式空氣預(yù)熱技術(shù)符合環(huán)保要求，效果較為明顯。

6 結(jié)束語

回轉(zhuǎn)蓄熱式空氣預(yù)熱器在石油化工管式爐上應(yīng)用，成功解決了設(shè)備低溫露點腐蝕問題，將煙氣的排放溫度降至露點溫度以下，對于石化加熱爐低溫?zé)煔庥酂峄厥仗峁┝溯^好的手段，有效提高了加熱爐熱效率，節(jié)能減排，具有較大的推廣應(yīng)用空間。

[1]錢家麟.管式加熱爐[M].2版.北京：中國石化出版社，2010：550-557.

[2]李銀行.長嶺分公司240萬噸/年汽柴油加氫回轉(zhuǎn)式空預(yù)器性能測試技術(shù)報告書[R].岳陽長嶺設(shè)備研究所有限公司：2014.

[3]尾花英朗.熱交換器設(shè)計手冊[M].新1版.北京：烴加工出版社,1987：243-299.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.02.010

2016-11-07

（編輯 李發(fā)榮）

羅映波，工程師，2004年畢業(yè)于湖南省建材高等專科學(xué)校（機電一體化專業(yè)），從事石油化工設(shè)備工程技術(shù)工作，E-mail：821378518@qq.com，地址：湖南省岳陽市城陵磯臨港產(chǎn)業(yè)新區(qū)永濟路，414000。