加熱爐系統運行節能優化探討

殷慶微，徐金文，闞春明，劉國光

(中國化工正和集團股份有限公司，山東 東營 257342)

加熱爐是石油化工生產中加熱工藝介質的重要輔助裝置，多采用管式加熱爐，屬于提供熱源的火焰加熱設備，作用是將通過加熱爐管內的工藝介質到所需溫度后，進入下一段工藝流程參與反應。管式加熱爐由輻射室、對流室和煙囪組成，輻射室和對流室內均裝有爐管，用于加熱工藝介質，煙囪內裝有擋板，輔助調節爐膛溫度。加熱爐的燃料經過燃燒器噴嘴在輻射室燃燒，產生的高溫火焰以輻射傳熱方式，將大部分熱量傳給輻射室爐管內流動著的工藝介質，溫度降低后的高溫煙氣再進入對流室，以對流方式繼續將部分熱量傳給對流室爐管內流動著的工藝介質，降溫后的煙氣最終進入煙道，通過煙囪排入大氣。工藝介質的流向一般是先經過對流室爐管，再經過輻射室的爐管，在流動過程中不斷吸收高溫煙氣經爐管壁傳來的熱量，逐步升高到所需要的溫度成為高溫介質流出。工藝介質升溫所需熱量均由燃料(多為燃料油、天然氣、干氣等)燃燒產生，加熱爐熱效率高低直接影響著燃料消耗量，進而影響生產成本。在加熱爐運行過程中，影響熱效率的因素主要有煙氣氧含量、煙囪排煙溫度及加熱爐爐壁襯里的保溫效果。隨著國家對加熱爐節能要求和環保要求的日益嚴竣，利用現有技術，通過對加熱爐系統的數據采集、分析和研究，根據其運行工況，量身定做最匹配的節能優化措施，對于提高加熱爐熱效率、降低運行能耗作用明顯。

1 目前加熱爐運行中存在的問題

從目前加熱爐運行的問題看，造成熱效率不高的問題可歸納為以下幾種：一是生產工藝指標差；二是燃燒系統老化，燃燒器技術落后；三是余熱回收系統效率低下；四是爐體襯里保溫效果差。具體情況如下：

1)生產工藝指標差：加熱爐運行過程中由于操作原因，使得氧含量、排煙溫度偏高，造成熱效率偏低，使得燃料消耗量大、生產成本增加。

2)燃燒系統老化，燃燒器技術落后：早期建設的加熱爐運行多年后，燃燒系統老化，加之燃燒器技術落后，燃燒效率低，造成燃料浪費。

3)余熱回收系統效率低下：早期建設的加熱爐預熱回收系統多為熱管式，換熱面積少，余熱回收效率低下，大量熱能無法有效回收，從煙囪排出，造成熱量損失。

4)爐體襯里保溫效果差：加熱爐運行多年后，襯里材料嚴重老化，保溫效果逐年變差，造成爐外壁溫度逐年升偏高，對周邊低溫環境產生熱輻射，熱量損失嚴重。

2 加熱爐節能優化措施

對于加熱爐系統運行的節能優化，主要從以下四個方面提出節能優化措施：

1)針對生產工藝指標差，通過加熱爐管理人員的每日巡檢、每周專項檢查、每旬聯合檢查的方式來不斷提升加熱爐運行日常管理，平穩操作、控制好 “三門一板”、定期對爐管吹灰、消除爐體和對流室的漏風點等措施來提高加熱爐熱效率，降低排煙溫度和氧含量，節約燃氣消耗。同時利用處于國內領先水平的TESTO340型煙氣分析儀，定期對煙氣成分進行現場檢測、分析，隨時發現、解決加熱爐運行過程中存在的問題，用來指導操作工平穩生產、優化操作，確保加熱爐運行達到最佳狀態。

2)針對燃燒系統老化，燃燒器技術落后，更換高效燃燒器，調整適宜的過剩空氣系數，讓空氣與燃燒流股間的混合迅速充分，使燃料燃燒過程可以在短時間內迅速完成，確保焰煙初始噴射溫度增高，通過燃燒器專用噴槍和燃燒室采用剛玉磚及出口文丘里結構，使焰煙初始速度升高；同時輻射室底部形成較強低壓區，與高速火焰射流共同強化對流傳熱，降低熱損失，提高熱效率，節約燃料消耗量，降低生產成本。

3)針對余熱回收系統效率低下，采用洛陽某公司生產的LYCS板殼式空氣預熱器，它具有換熱面積大、抗漏點腐蝕的特點，能夠長周期、安全、平穩、高效運行。該公司為空氣預熱器設置了水沖洗機構，通過定期沖洗用來清除換熱面上的殘留灰垢，提高換熱效率，降低排煙溫度；該公司在原始設計時，結構上采用高溫區與低溫區200℃分界，高溫區采用1.5 mm考登鋼，低溫區采用5 mm鑄鐵合金平板，通過新型錨固來增加密封效果，增加空氣預熱器襯里的使用壽命，從而達到最佳的熱能回收效果。

4)針對爐體襯里保溫效果差，為爐體襯里內表面噴涂上海某公司生產的耐高溫反輻射涂料涂，一種“二次輻射”節能產品(增加爐墻內表面輻射率，提高輻射室傳熱量)。涂料由輻射粉體基料、粘結劑、燒結劑和載液組成，能夠增加基體表面黑度，增強基體表面對熱源傳來熱量吸收后的“二次輻射”傳熱。據資料統計，加熱爐輻射傳熱，占到全爐70%～80%熱負荷，所以提高輻射熱是提高熱效率最直接的辦法；當加熱爐的爐膛溫度超過700℃時，主要是靠輻射傳熱，加熱爐輻射室襯里使用的耐火材料常溫下的黑度一般為0.6～0.8，并隨著溫度的升高而大幅度下降，而耐高溫反輻射涂料涂能減緩這種下降，甚至可以使其提高。由于涂料基體表面的吸收和輻射作用，改變惡劣傳熱區熱輻射的波譜分布，將熱源發出的間接波譜轉變成了連續波譜，從而促進了被加熱物體吸收熱量。耐高溫反輻射涂料涂噴涂工作完成后，增加了爐襯里的黑度，加強了輻射傳熱，降低了單耗，提高了熱效率；同時還改善了爐膛溫度的均勻度，降低了爐外壁溫度，消除了加熱爐爐壁對外的高溫熱輻射，改善了操作人員的工作環境，涂料在高溫下燒結形成的致密金屬陶瓷層，增強了襯里的抗沖刷性和表面強度，對襯里起到很好的保護作用。

3 節能效果

通過對加熱爐運行節能優化、操作工藝調整，可以使加熱爐高效運行，對于提高熱效率、控制氧含量、降低排煙溫度、減少爐外壁熱損失具有重要幫助。通過節能優化措施，是加熱爐氧含量控制在1.5%～2%，排煙溫度穩定在130～140℃，較原

來降低了加熱爐外壁溫度10℃以上，熱效率提高1.5%以上，實現了加熱爐安全、平穩、高效運行，從而大幅降低了燃料消耗量，取得了很好的節能效果，降低了生產成本，大大提升了產品的市場競爭力和公司經濟效益。

4 結束語

加熱爐節能優化對于石油化工行業有著非常重要的意義，是石油化工行業節能降耗、實現降本增效的重要手段。隨著日趨嚴格的環保要求和石化行業的現實需要以及科技的不斷發展，加熱爐系統的節能空間還會進一步挖掘提升。對于加熱爐系統的節能優化，是一個循序漸進，持續改進的過程，需要常抓不懈，才能不斷提高熱效率，降低石油化工行業的生產成本，增加產品的市場競爭力，提高企業的經濟效益。