1.2 Mt/a延遲焦化加熱爐改造分析*

賈金鋒，隗小山，曾 偉，廖有貴

(湖南石油化工職業技術學院，湖南 岳陽 414012)

焦化反應是在高溫條件下熱破壞加工渣油的一種方法。在延遲焦化裝置中，原料油通過加熱爐時采用了高的油品流速和高的加熱強度，使油品在短時間內達到焦化反應所需的溫度，并迅速離開加熱爐到焦炭塔進行裂解和縮合反應[1]。

本公司焦化裝置于1971年建成投產，后由60萬噸/年擴能改造至120萬噸/年，原裝置設計為二爐四塔，改造后為兩爐兩塔。加熱爐F303分四路輻射進入焦炭塔，采用雙面輻射形式排列，設計熱負荷為32.55 MW。F303主要結構包括原料油加熱部分(輻射室和對流室)、注水部分、過熱蒸汽及余熱回收系統、燃燒及通風系統。

1 F303改造內容

對F303進行全面改造，只保留原有的框架結構。主要改造項目有：盤管改造；爐膛襯里更換；余熱系統改造；燃燒器更換重新排列；爐管掛鉤、吊掛更換；爐膛頂防水措施等；

1.1 盤管改造[2]

更換了兩根彎曲度較大的爐管。輻射室增加48根爐管(12×4)，即每路增加與原爐管尺寸(114.3×8.56×17500)相同的6根爐管和尺寸為127×10×17500的爐管6根。改造后輻射室爐管由原來每路24根增加到36根，每路最后六根爐管為127×10×17500的爐管。

1.2 爐膛襯里更換

輻射室側墻火磚全部更換，側墻2500 mm上部保溫利舊。側墻下部2500 mm與爐體鋼板接觸層設置50 mm厚澆注料，中間層設置150 mm厚高鋁陶瓷纖維，與火焰接觸層采用230 mm厚高溫輕質莫來石耐火磚。

輻射室中間火墻采用凹凸設計，底部第一層高度為2010 mm，采用高溫輕質莫來石耐火磚，堆砌厚度為462 mm；第二層高為1340 mm，堆砌厚度346 mm；第三層高為536 mm，厚度為230 mm，第二層、第三層均采用輕質高鋁耐火磚，設置突出折流磚。

1.3 熱偶的變動

管壁熱偶全部更換，增加新熱偶36個，每路9個測量點。測量爐管根數依次是1#、22#、27#、31#、32#、33#、34#、35#、36#。

1.4 燃燒器更換

將空間易舔爐燃燒模式改為附墻燃燒模式，并更換與附墻燃燒器相關的內件結構及材料。全爐原有96組燃燒器全部拆除，封堵原燃燒器開孔位置。新增0.8 MW燃燒器112組、0.5 MW燃燒器24組，全爐更新燃燒器總數為136組。則每一小分支有14組大燃燒器、3組小燃燒器，即每一小分支總數為17組燃燒器。

1.5 余熱系統改造[3]

將原來的水熱媒空氣預熱器全部拆除，新建組合式空氣預熱器，由設備研究所提供。組合式空氣預熱器是由三段組成即擾流子空氣預熱器(回收溫度280 ℃以上部分煙氣余熱)、鋼-水熱管空氣預熱器(回收溫度280 ℃到200 ℃部分煙氣余熱)和搪瓷鋼-水熱管空氣預熱器(回收溫度200 ℃以下部分煙氣余熱)。

2 改造后F303運行現狀

截止到目前改造后的加熱爐已經運行較長時間，整體情況良好。

2.1 管壁溫度

改造后加熱爐管壁溫度、爐膛溫度相比之前明顯降低很多。如表1所示改造前后爐子管壁、爐膛溫度對比。

表1 改造前后管壁溫度對比

由表1可知，改造后的管壁溫度很少有超過650 ℃的情況。減少了由于管壁溫度局部過高的而導致爐管結焦速率過高，延長爐管的使用壽命，保證了加熱爐安全運行。在保證管壁溫度和爐膛溫度在指標范圍內，改造前爐膛溫差達78 ℃，而改造后爐膛溫差可以控制在40 ℃以內。

2.2 排煙溫度

改造前，F303余熱回收系統是水熱媒空氣預熱系統，改造后所用的是組合式空氣預熱器，換熱效果明顯提高。如表2所示改造前后各參數比較。

表2 改造前后余熱回收系統參數

由表2可知改造后余熱回收系統效率更高，排煙溫度在工藝指標范圍內。有時在處理量低情況下，排煙溫度會低于露點溫度，為了防止低溫露點腐蝕，需要開冷風旁路，以提高排煙溫度。

2.3 加熱爐熱效率[4]

反平衡法計算加熱爐效率:

表3 加熱爐空氣、燃料參數

2.3.1 燃料燃燒放熱[5]

表4 燃料低發熱值計算表

續表4

C4H80.1656.10.090.4345171192.10C5H120.0372.10.020.104526046.38C5H103.1572.12.2710.76453604880.98合計100.0021.11100.0046303.47

46303 kJ/kg×2870 kg/h=132889610 kJ/h=36914 kW

2.3.2 燃料顯熱計算

表5 燃料顯熱計算表

由表5計算得知，每千克燃料在75 ℃的焓值為124.97 kJ/kg燃料。加熱爐每小時耗瓦斯2870 kg，燃料顯熱為：124.97 kJ/kg×2870 kg/h=358663 kJ/h=100 kW。

2.3.3 排煙損失計算

表6 理論空氣量計算表

由表6計算1 kg的瓦斯理論耗空氣量為15.67 kg。

表7 燃燒生成物組成表

由表7可計算出過剩空氣系數為：

29×煙氣氧含量×(CO2生成量/44+N2生成量/28+SO2生成量/64)/[(21-煙氣氧含量) ×理論空氣量]+1

參賽者都是族中的青少年，代表著云浮的光明和未來。他們舉著自己親手制作的滑翔翼，站上云浮山南面最高的鷹翔崖，由此滑翔而下，比誰飛得最遠。

即29×4.71×(2.70/44+12.076/28+0/64)/[21-4.71] ×15.67+1=1.264

根據表8計算煙氣各組分在排煙溫度下的焓值。

表8 煙氣在排煙溫度下的焓值

排煙損失為：

2269.73 kJ/kg×2870 kg/h=6514125 kJ/h=1809 kW

2.3.4 不完全燃燒損失[6]

0.35×(CO2生成量/44+N2生成量/28+SO2生成量/64+煙氣中空氣量/29)×CO含量=0.35×(2.7031/44+12.076/28+0/64+4.13/29)×400=88.9 kJ/h

不完全燃燒損失為：

88.9 kJ/kg×2870 kg/h=255143 kJ/h=70.9 kW

2.3.5 散熱損失計算

根據公式：

4.186×(3.78×(表溫-環溫)0.11+1.37×(表溫-環溫)0.33+6×風速0.5) ×(表溫-環溫) ×表面積/3600

計算各散熱面的散熱損失如表9所示。

表9 散熱損失

計算得F303散熱損失為913.2 kW。

2.3.6 空氣顯熱計算

1 kg瓦斯的實際耗空氣量為：

理論空氣量×過剩空氣系數=15.67×1.264=19.8 kg空氣/kg燃料

在環境溫度為28 ℃時，空氣的焓值計算如表10所示。

表10 空氣焓值計算

空氣帶入的熱量為：

12.58 kJ/kg燃料×2870 kg/h=36105 kJ/h=10 kW

2.3.7 熱效率計算[7]

加熱爐效率=1-(排煙損失+燃料不完全燃燒損失+散熱損失)/(燃料燃燒放熱+燃料顯熱+空氣顯熱)=1-(1809+70.9+913.2)/(36914+100+10) =92.46%

表11 改造前后F303熱效率比較

由表11看出加熱爐熱效率有所增加。

3 結 論

經過對加熱爐F303改造，空氣預熱器的優點得到了發揮，即可以把排煙溫度降到更低，又消除了空預熱器發生露點腐蝕，確保了空氣預熱器長期高效、安全運行、經濟性好。加熱爐熱負荷由原來的32.55 MW增加到38.3 MW，最大處理量由132 t/h(33×4)增加到160 t/h(40×4)，操作彈性為正常值的60%～110%。在滿負荷情況下，爐出口仍可以控制在500 ℃，管壁溫度、爐膛溫度和溫差可以控制在指標范圍內。從整體情況來看，F303改造成果明顯。