裂解爐空氣預熱器技術在乙烯裝置的應用

李宏冰　費伯成　李洪國　謝巖

摘要：乙烯裝置在滿足裝置正常生產的前提下，利用急冷水的余熱，增設空氣預熱器，對進入裂解爐底部燃燒器的助燃空氣進行加熱，實現減少裝置燃料消耗、減少CO₂排放、達到節能效果。

關鍵詞：裂解爐；空氣預熱器；節能

中圖分類號：TQ 221 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0460（2017）01-0108-04

乙烯裝置是石油化工企業的“龍頭”，同時也是耗能“大戶”，而乙烯裝置大部分的能量消耗在裂解爐上，乙烯裝置特別是裂解爐的節能降耗是石油化工企業節能降耗工作的重點。作為乙烯裝置的能耗大戶，裂解爐的能耗約占整個乙烯裝置能耗的60%～80%，因此，提高裂解爐熱效率，減少燃料氣消耗量，是降低乙烯裝置能耗的重要手段。乙烯生產企業余熱資源都比較豐富，大量的余熱資源被浪費而沒有得到利用，而且還要消耗二次能源進行必要的處理，是一個亟待解決的突出問題。

在滿足乙烯裝置裂解爐生產的前提下，利用乙烯裝置區自身余熱預熱空氣技術可大大降低乙烯裂解爐的能耗。該技術適用于裂解爐底部燃燒器，通過在裂解爐底部燃燒器處增設空氣預熱器加熱入口空氣，使進入爐膛的空氣獲得溫升，從而降低裂解爐的燃料消耗，同時減少CO₂的排放，最終實現節能減排，提高裂解爐的整體效率。節能系統不增加外界能耗設備，也不需自動控制，完全利用裂解爐自身的潛力及熱源的內能，來推動該節能系統的正常運行。投用后可改善爐內燃料的燃燒狀況，降低排煙溫度，從而提高裂解爐的熱效率。

1 基本背景

1.1 裝置背景

我國北方某大型乙烯裝置，共設置了8臺裂解爐，其中4臺重質進料裂解爐，3臺輕質進料裂解爐和1臺循環乙烷/丙烷裂解爐，用國外S$W工藝技術，裂解爐全部采用底部燃燒，1臺循環乙烷/丙烷裂解爐設置了24個底部燒嘴，其余7臺爐每臺爐底部設置了64臺燒嘴，裂解爐對原料適應性強，裂解選擇性高，熱效率達92.9%-94%。在裝置建設之初，未設置裂解爐空氣預熱器，對乙烯裝置能耗影響較大，尤其裝置在冬季運行時，尤為明顯。

1.2 項目背景

該80萬t/a乙烯裝置自原始開車成功后，經過一年多運行，能耗物耗有待進一步優化。在節能減排的要求和能源再生利用的經濟大前提下，利用烯烴廠乙烯聯合裝置區的低溫余熱（中低壓蒸汽、蒸汽凝液、急冷水及伴熱水等），引入增設在八臺乙烯裂解爐底部燃燒器助燃風入口處的空氣預熱器中，對進入爐膛的助燃空氣進行加熱，達到減少燃料氣消耗的目的（一次節能）；同時，熱源（比如急冷水）回到冷卻器時已經被降溫，從而節約了原冷卻器的功耗，達到了二次節能的目的。因此，乙烯裂解爐應用裂解爐空氣預熱器技術是降低全廠能耗、實現能源綜合利用的根本措施，十分有建設必要。

2 方案比選

2.1 流程確認

2.1.1 加熱介質比選

（1）乙烯裝置現有6種可利用的加熱介質置區余熱源情況（表1）。

根據余熱量的不同，預熱空氣效果不同，節能的效果也不同。

（2）經計算和結合現場實際，該乙烯裝置區目前可用余熱源中，首選急冷水系統比較合適。表2急冷水作為熱源的指標。

經過核算，8臺爐預熱器總計需要水量約為1320-1350t/h。

2.1.2 設備對接模式

正常情況下，在燃燒器水平進風風道的入口處，加裝空氣預熱器裝置。1～7號七臺爐，都是雙輻射段爐膛。每個爐膛底部布置兩列燃燒器，每列16臺，因此每臺爐共計是64臺底部燃燒器。

根據現場實際情況，1～7號七臺爐的預熱器布置方式設計為：每臺爐兩端部分的可采取每臺燃燒器對應安裝兩臺空氣預熱器的形式，即“一對二”式；每臺爐中間部分的可采取每三臺燃燒器對應安裝兩臺空氣預熱器的形式，即“二對三”式。因此，1-7號爐每臺爐將設置（8+2）臺X4列=40臺預熱器。8號爐預熱器均為“一對二”式，共計12臺預熱器，共計292臺預熱器。每臺預熱器下方架設一臺支架。

2.1.3 工藝流程確定

急冷水熱源從原管網引出后，經過流量計進入預熱器的進水母管。進水母管沿管廊鋪設引至爐區。再由各爐端部分別引入各進水干管，干管分別沿各爐膛的兩側分布。熱源經干管分布后再經各進水支管進入布置在爐底燃燒器旁的各空氣預熱器，經預熱器換熱降溫后，熱源再通過與進水系統相反的流程沿回水系統最終回到急冷水總管。

2.2 典型的設計工況

采用乙烯裝置急冷水作為空氣預熱器的加熱熱源，按冬季和夏季兩種工況的核算結果，表3為65℃急冷水作為熱源核算表。

2.3 空氣預熱器相關參數確定

除8號爐為24臺底部燃燒器外，其他1-7號七臺爐，每臺爐都是64臺底部燃燒器，按每臺燃燒器的最大發熱量所需助燃風量來設計每臺預熱器。空氣預熱器相關設計參數見表4。

2.4 節能效果預測

經過計算，增加空氣預熱器后的節能效果明顯，具體見表5效益預測。

從表5可知，按急冷水熱源進行核算，預熱后的平均空氣溫升達53.5℃的情況下，八臺爐每年節約燃料氣所創造經濟效益為2920-3490萬元。效益十分可觀。

這是由于加熱空氣而節省燃料氣的效益。實際上還有其他效益，包括：

a）由于助燃空氣得到加熱，使燃燒情況好轉，燃燒效率得到提高而節省的燃料效益；

b）由于燃燒狀態得到改善，輻射段爐膛吸熱量增加，使得排煙溫度降低帶來的效益，以及燃料減少帶來C02排放量減少的減排效應；

c）急冷水第一冷卻器冷卻水量的減少，以及帶動急冷水泵動耗的相應減少帶來的效益。

3 項目實施及節能效果

3.1 項目實施

在乙烯裝置應用裂解爐空氣預熱器技術，是利用裝置檢修機會對8臺爐增設空氣預熱器，以實現節能創效目的，但在2015年該企業未安排停工檢修計劃，因此此項目未能施工完畢。但為考驗該技術的節能效果，通過臨時措施，在裝置急冷水流程中引出一股用于空氣預熱器的急冷水，

2015年底實現了2臺裂解爐（1號爐和2號爐）的空氣預熱器的投用。

3.2 實際效果

（1）1號爐空氣預熱器投用：2015年10月9日下午1#爐投用完畢；I#HTO爐空氣預熱器投用前（9月26日至10月8日）平均燃料氣用量9751kg/h，投用后（10月10日至2015年10月25日）平均燃料氣用量9550kg/h，減少用量201kg/h。1號爐空氣預熱器投用前后燃料氣消耗見圖1。

（2）2015年11月17日投用完畢。2#爐空氣預熱器投用前（10月31日至11月16日）燃料氣平均用量10873.8kg/h，投用后（11月17日至2015年12月12日）燃料氣平均用量10655.8kg/h，減少用量218kg/h。2號爐空氣預熱器投用前后燃料氣消耗見圖2。

直接經濟效益計算：燃料氣單價按2016年1-10月份平均價格2670.59元/t（外購天然氣）計算：1號裂解爐空氣預熱器投用至2016年11月8日，共運行了279d，直接經濟效益12882.93元/d，總創效359.43萬元。2#爐空氣預熱器投用至2016年11月8日，共運行了327d，直接經濟效益13972.53元/d，共創效456.9萬元。兩臺爐自投用之日起，至2016年11月8日累計創效359.43+456.9=816.33萬元。

兩臺裂解爐投用后運行較為穩定，工藝指標達到設計值。每臺爐投用前后燃料氣用量降低約200kg/h，排煙溫度降低5～7℃，風機轉速降低20r/min，裂解爐熱效率提高0.3%，E1224冷卻水用量約降低2606t/h，乙烯綜合能耗降低4.8kgOE/t。

4 結論

通過對該大型乙烯裝置內部余熱性質的分析，采用急冷水作為空氣預熱器的加熱熱源，并經過兩臺裂解爐投用后效果分析，在該乙烯裝置成功應用裂解爐空氣預熱器技術，技術成熟可靠，對原有系統無任何潛在風險，可以實現設計意圖，達到預期的節能效果，完全符合目前節能減排的要求和能源再生利用的經濟大前提。