加熱爐煙氣余熱回收技術探討

熊飛（大慶油田第八采油廠基建工程管理中心，黑龍江 大慶 163000）

加熱爐煙氣余熱回收技術探討

熊飛（大慶油田第八采油廠基建工程管理中心，黑龍江 大慶 163000）

加熱爐是油田集輸系統中常用的水加熱設備，在使用時會消耗大量天然氣。加熱爐在燃燒加熱的過程中會產生250℃-300℃、1000m3/h左右的高溫煙氣，這是由于火管加熱爐僅僅只兩回程的結構所致，500mm—1000mm的管徑，快速的煙氣流量，使得許多熱能未能及時吸收，就排入了大氣中。目前聯合（轉油）站加熱爐，單爐年平均耗氣量在70萬m3左右，平均排煙溫度在200℃～300℃。利用現有的高科技產品進對加熱爐進行聚能換熱，把排入大氣的煙氣溫度降下來，把燃燒掉的天然氣耗氣量降下來，是節能減排的重點。

聚能換熱；節能減排

在火管鍋爐中，煙氣和水通過與火管壁的間接換熱進行熱交換，由于煙氣側的換熱系數遠小于水側的換熱系數，所以如何強化煙氣側的換熱就成了提高火管鍋爐換熱效率的關鍵點。本文介紹的兩種新技術，從強化煙氣側的輻射傳熱和對流換熱兩方面出發，對傳統的火管鍋爐進行技術改造，提高火管鍋爐傳熱效率，從而達到節能降耗的目的。

1 聚能換熱巢在火管鍋爐中的應用

聚能換熱巢安放在火管尾部，由于彈性金屬網自身具有較強的彈性，且火管呈圓筒狀，將聚能換熱巢做成圓柱形安裝在火管內時，其與管壁的接觸非常好，接觸熱阻極小；加上換熱巢很高的比表面積、良好的導熱性能以及對空氣的擾動等作用，火管內煙氣側的傳熱性能得到大大的強化，最大限度地利用了煙氣的熱量。該技術已在多個火管鍋爐節能改造工程中應用，經測試使用高效聚能換熱巢后，煙氣出口溫度從300℃調整到了100℃左右，節能率達到了20%～30%，節能效果非常明顯。

2 熱輻射強化劑在火管鍋爐中的應用

熱輻射強化劑是一種對爐膛內的熱輻射有超高吸收率和發射率（≥0.93）的功能型高效節能材料,可適應酸性、中性、堿性等多種環境，通過改善爐內熱交換達到增加熱效率、節能降耗和保護爐襯的目的。廣泛應用于冶金、化工、石化、機械、火電、陶瓷等行業的工業窯爐、電站鍋爐、民用鍋爐及各種民用炊具等領域。

2.1 熱輻射強化劑原理

熱輻射強化劑采用表面粉末冶金強化技術，將多尺度超細防護粉體快速滲透到金屬表層之內，與表層金屬結合并形成微觀致密的多尺度復合晶型結構。這種組織結構中，接近金剛石的硬度及接近金屬本體的韌性，使其具有超強的耐磨和抗沖刷能力；極其致密的微觀結構，使其具有完美的抗氧化防燒損作用；穩定的復合晶型結構，使其具有良好的耐高溫特性；完全惰性的特殊復合表面結構使其具有獨特的耐酸堿腐蝕性。

2.2 熱輻射強化劑在火管鍋爐中的應用

強化劑能夠在不改變鍋爐原有結構和燃燒方式的情況下，通過提高火管壁內層的輻射吸收率，改善火管內煙氣側的輻射傳熱性能，從而達到提高煙氣側傳熱效率目的。

此外，應用熱輻射強化劑后，火管的內側壁溫相比沒有噴涂強化劑時更加均勻，（圖5）使得金屬管壁的局部熱應力減小，金屬管出現鼓包變形、泄漏等故障的概率降低；同時金屬管壁的耐磨和抗沖刷能力，以及抗腐蝕、抗抗氧化能力也得到了增強，金屬管壁的燒損減明顯減少，有效延長了爐管的使用壽命。

3 技術改造方案

在Y油田加熱爐安裝煙氣余熱回收節能裝置6套（安排在A轉油站3套，B轉油站3套）。A轉油站目前不能完全使用伴生氣生產，B轉油站每日消耗干氣量約2200m3，B轉油站夏季停運干氣，冬季每日消耗干氣量約2000m3。安裝煙氣余熱回收裝置后可降低2座轉油站的耗氣量。在兩個火管的尾端3m處，安置6個聚熱巢（每支火管安置3個聚熱巢，聚熱巢的直徑為800mm，長度1000mm，兩巢間距800mm），將高溫煙氣的熱能吸收并傳導給火管管壁，提高熱效率。

4 火管鍋爐在應用兩種節能技術后的效果

多功能熱輻射強化劑和高效聚能換熱巢兩種節能技術在火管鍋爐已經有了初步的應用，經過實際測量和記錄，經過節能改造后的火管鍋爐節能效益非常明顯。

經過節能技術監測評價中心對B轉由站1#、2#加熱爐進行涂刷熱輻射強化劑及安裝聚能換熱巢前后數據檢測，B轉由站1#加熱爐安裝后加熱爐爐效由安裝前74.05%提高至81.06%，節氣率8.17%。B轉由站2#加熱爐安裝后加熱爐爐效由安裝前72.75%提高至80.01%，節氣率9.04%。加熱爐爐效平均提高7%左右，平均節氣率8%左右。如果按照8%的節能率，加熱爐每年按250天工作時間，平均日耗氣量2000m3，天然氣按1.18元∕m3計算，該加熱爐每年可以節省天然氣40000m3(250天× 2000m3×8%)，節約成本4.72萬元（4000m3×1.18元∕m3）。在為企業創造經濟效益的同時，還減少了溫室氣體CO2排放7.9萬噸，實實在在的做到節能減排。

5 結語

（1）節能換熱巢和熱輻射強化劑在火管加熱爐上的使用，可加快加熱爐升溫速度，提供爐效，降低燃料用量，經試驗和試用，其節能率在8%以上。

（2）安裝簡便，因為換熱巢采用拼接組合式，一臺雙火管加熱爐從拆卸燃燒器、除銹清垢、噴涂強化劑到拼裝換熱巢、復原燃燒器，4-5個工人的安裝工時在3-4小時，安裝完畢后即可點火烘爐使用。

（3）投資回報快，每臺加熱爐的投資和節能效益相比，基本可以做到3年達到平衡，并達到節能減排的社會效益；而換熱巢用于采用耐熱不銹鋼制作，其使用壽命在5年以上的，稱得上物有所值。

熊飛（1983-），男，2010年畢業東北石油大學石油工程專業，現在大慶油田第八采油廠基建工程管理中心從事施工管理工作。