提高常減壓加熱爐熱效率探討

張連生（中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

提高常減壓加熱爐熱效率探討

張連生（中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

某煉化企業800萬噸/年常減壓蒸餾裝置加熱爐由于較長時間使用燃料油，導致爐管表面結垢，出現加熱爐排煙溫度升高、熱效率降低的現象，為解決這個問題，調整了操作。本文對調整及提高加熱爐熱效率總結和探討。

常減壓蒸餾加熱爐；熱效率；提高

1 裝置簡介

某煉化企業800萬噸/年常減壓蒸餾裝置主要由原油電脫鹽、800萬噸/年常壓蒸餾、250萬噸/年減壓蒸餾、輕烴回收等部分組成，常壓蒸餾、減壓蒸餾分別由常壓爐、減壓爐提供熱量，加熱爐原設計單燒燃料氣，由于燃料氣資源緊張，上游公司無法保證該項目燃料氣供應，由此更改為“燃料油、燃料氣混燒”方案。

2 存在的問題

該裝置于2013年底進行過一次大修后，目前已經運行將近3年，按照煉油裝置一般3年一修的要求，已經即將到達檢維修周期，但根據生產的需要和對生產裝置的評定，公司決定四年一修。雖然該裝置總體運行問題不大，但是局部還是需要優化調整，特別是加熱爐排煙溫度升高、氧含量高，導致熱效率降低，需要進行處理。該裝置常壓爐和減壓爐煙氣在對流段后合并，共用煙氣預熱回收系統，由引風機提供動力，與伴熱空氣在空氣預熱器中換熱，然后經煙囪排向大氣，并設置煙氣直排煙囪蝶閥，流程上和空氣預熱器并聯，特殊情況下，打開蝶閥，煙氣也可不經過空氣預熱器，直接經煙囪排向大氣。詳見圖-1。

該裝置加熱熱爐在實際生產過程中，短時間曾經使用催化油漿作燃料油，由于催化油漿中的粉塵、重金屬含量較高，尤其是N、V、N等極易造成爐管結垢和腐蝕的成分增加，燃料中硫含量也較高，在燃燒過程中易形成各種金屬氧化物和硫酸鹽，粘結在爐管的外表面上，爐管積灰嚴重，使其傳熱系數下降，并導致加熱爐熱效率降低。通過看火孔觀察，輻射室爐管發白，有明顯灰垢積存。為減少輻射室爐管積灰，曾經外加清灰劑，暫時解決了爐管導熱效率低的問題，但僅有部分積灰隨煙氣排出，還有一部分積存在空氣預熱器內，從而降低加熱爐的熱效率。9月上旬常壓爐排煙系統統計數據見表-1。

表-1：9月下旬常壓爐排煙系統統計數據（每天數據采集時間為16：00）

由于篇幅有限，表-1只列出了一旬的數據，但這些數據和近一段時期的數據相差不大，基本反映近期加熱爐的運行狀況，具有一定的代表性。

熱效率測算：按照加熱爐熱效率計算公式η=[100-(q+ 2.5)]%，測算出調整前加熱爐的熱效率（η1）為：η1=[100-(q1+ 2.5)]%（當氧含量為4.3～6.3%時q1=0.0577t1-1.74），查表-1，溫度（t1）平均值為：222.5℃，即：

η1={100-[（0.0577×222.5-1.74）+2.5]}%=86.4%

通過分析加熱爐主要存在如下問題：

（1）加熱爐煙氣中氧含量偏高，超出工藝標準規定的≯5%的范圍，說明輻射室存在漏風現象，影響爐子熱效率。

（2）排煙溫度由開工初期的160℃左右上升到222.5℃，說明輻射室、對流室爐管和空氣預熱器等部位積灰嚴重，嚴重影響了爐子熱效率。

（3）預熱器系統壓降升高，已經達到1.54KPa。說明空氣預熱器積灰更加嚴重，預熱器導熱效果變差，不僅影響爐子熱效率，且不利于長周期運行。

（4）由于爐膛局部內襯里損壞，甚至個別點脫落，導致加熱爐外壁溫度局部超高，輻射室、對流室部分點超過80℃，對流室個別部位超過100℃。

3 處理方法

（1）針對氧含量偏高的問題，主要采取如下措施：

①控制好“三門一板”。“三門一板”對燃料的完全燃燒有很大的作用，直接影響到爐子的熱效率。

風門：風量小，燃料燃燒不完全，煙氣中一氧化碳含量高。風量太大，過剩空氣系數大，煙氣中氧含量高，降低爐子熱效率。一般過剩空氣系數為1.12～1.2，即煙氣中氧含量2～5%比較合適。

油門：決定了燃料油霧化的好壞，如果油門太大，火焰發黑，發漂，造成局部過熱，甚至結焦。

汽門：汽門太小，霧化不好，燃燒不分。汽門太大，火焰太剛，易縮火。

煙道擋板：煙道擋板用于調節爐膛負壓，開度過大，負壓過大，空氣漏入爐膛，煙氣中氧含量高，降低爐子熱效率，開度過小，爐膛會出現正壓，甚至回火。

②檢查爐子看火窗、看火孔密封是否良好，對有問題的進行修復，避免空氣漏入爐膛。

③檢查吹灰器系統是否泄漏，保證在非吹灰期間無非凈化風漏入爐膛。

（2）針對排煙溫度高、煙氣系統壓降大的問題，經過各專業管理部門和生產部門討論，一致認為空氣預熱器積灰嚴重、部分換熱熱管失效是熱效率低的主要原因，考慮到距離大檢修還有一年的時間，確定實施加熱爐不停爐清灰方案。

①為了清灰徹底，首先采用清灰劑對爐子輻射室和對流室吹灰，確保輻射室和對流室清理干凈，使其積灰徹底后移至空氣預熱器。

②煙氣直排煙囪蝶閥打開，煙氣系統流程改為直排，停通、引風機，把煙氣從空氣預熱系統切出，加熱爐伴燒風改為自然供風。

③安排檢維修單位拆開空氣預熱器，進行不停爐清灰、更換失效熱管。

在打開空氣預熱器后檢查發現空氣預熱器煙氣側低溫部位積灰嚴重，灰垢呈粘性，質地較硬，熱管翅片間幾乎積滿，且預熱器煙氣側低溫部位存在著酸性腐蝕，而且有部分熱管被腐蝕穿孔，熱管真空破壞、管內傳熱工質漏出而失效。此次共對756根積灰的熱管抽出、清垢，并檢查熱管失效情況，共檢測出158根（約占總熱管的20%）熱管失效并進行更換。

4 處理后的效果

空氣預熱器清灰檢修后于9月18日20時投用正常。本次清灰前排煙溫度為222.5℃，清灰后排煙溫度為170.4℃左右，降低了52℃。空氣預熱器壓降由1.54KPa降至0.96KPa，壓差降低了0.58 KPa，詳細數據見表-2。

表-2 9月下旬常壓爐排煙系統統計數據（每天數據采集時間為16：00）

熱效率計算：投用后10天根據表-2中數據的平均值，測算出調整后爐子的熱效率（η2）為：η2=[100-(q2+2.5)]%，當氧含量為1.7～4.3%時，q2=0.0469t2-0.911，查表-2，溫度（t2）平均值為：170.4℃，即：

η2={100-[（0.0469×170.4-0.911）+2.5]}%=90.42%

結論：檢修后，加熱爐熱效率由86.4%提高至90.42%，提高4.02%，效果顯著。

5 存在的問題

（1）爐外壁溫度較高，需要等待裝置大檢修時處理。

（2）雖然經過清灰、空氣預熱器檢修后常壓爐和減壓爐的排煙溫度由222.5℃降低至170.4℃，但仍然高于設計排煙溫度，而且與同類裝置的先進水平（140～160℃）有一定差距。有待大檢修時徹底處理，進一步提高加熱爐熱效率。

（3）協調上游公司保證燃料氣供應，大檢修把加熱爐火嘴全部更換為燃料氣火嘴，不僅節能，還有利于環保達標的要求。

[1]唐孟海，胡兆靈.常減壓蒸餾裝置技術問答.中國石化出版社.2007年出版.

張連生，工程師，國家注冊安全工程師，現就職于海南煉油化工有限公司HSE部，從事HSE管理工作。