提高常減壓加熱爐熱效率的技術改造研究

＊崔曉冬

（中海瀝青股份有限公司 山東 256600）

在原油生產系統中，常減壓裝置加熱爐是輻射對流管的匹配裝置，加熱爐內的主要燃料為瓦斯，通過改造加熱裝置，優化裝置能耗，是提高常減壓加熱爐熱效率的主要思路。加熱爐內瓦斯氣體燃燒過程中，會產生大量的有毒氣體，提高加熱爐熱效率的同時，也要重點考慮降低這些有毒氣體給環境造成的影響，進而提高國家整體原油生產水平。

1.影響加熱爐熱效率的因素

(1)過剩空氣系數的影響

加熱爐燃料燃燒過程中，實際消耗的空氣量和理論消耗的空氣量之間的比值，被稱為過剩空氣系數。過剩空氣系數會直接影響加熱爐的熱效率：①過剩空氣系數過大，會導致加熱爐熱效應下降，過剩空氣系數過大，代表進入到燃燒爐中的空氣遠遠大于理論值，那么就會產生大量的過剩氣體，過剩氣體隨著煙氣被帶入到大氣中，而過剩氣體的流出也會帶走部分熱量，使得加熱爐的熱損失增加，熱效率降低。②大大降低燃燒溫度，在加熱爐內部，燃料燃燒的溫度越高，其傳遞給爐管的熱量也越多，而過剩空氣含量增加后，燃燒爐內的燃燒溫度會大大降低，輻射爐管吸熱量減少，為了維持穩定的出口溫度，必須不斷增加燃料的使用量，致使燃燒爐熱效率大大下降。③過剩空氣系數越大，露點腐蝕問題加劇，為了降低露點腐蝕給整個系統帶來的影響，只能不斷降低排煙溫度，使得燃燒爐熱效應降低。④過大的過剩空氣系數，還會讓爐管養護問題越來越明顯，進而影響整個加熱爐的壽命，同時NOx化合物的含量也會顯著增加，這些物質排放到大氣中，會對大氣環境帶來一定的影響。

(2)不完全燃燒的影響

煙氣排放過程中，除了上文提到的數量方面的損失，還會因為不完全燃燒反應帶來一定的化學損失。不完全燃燒反應帶來最為直接的影響就是熱量損失，熱效率降低，與此同時，還會帶來嚴重的大氣污染問題。不僅如此，不完全燃燒生成的物質會聚集在機械設備的某個位置，產生結炭,影響傳熱速率,這也是導致加熱爐熱損失的主要原因之一。

(3)排煙狀況的影響

加熱爐內的燃料主要為天然氣,煙氣溫度越高，排除煙氣的過程中，帶走的熱量越多，對整個加熱爐熱效率產生的影響越大，為此，想要提高加熱爐整體熱效率水平，必須采取有效的措施控制好煙氣的排放溫度。

2.提高加熱爐熱效率的有效途徑

影響加熱爐熱效率的因素有很多，這些因素的存在會直接導致加熱爐熱效率的降低，進而加劇化工生產過程中能源的損失，使得化工企業的生產成本顯著提升。為了提高加熱爐熱效率水平，可以采取以下措施：

(1)確定最佳的過剩空氣系數

保證加熱爐內燃料充分燃燒，否則不僅會帶來燃料的浪費，還會因為不燃燒反應產生其他物質，這些物質可能具有強腐蝕性，還可能發生二次燃燒或者閃爆的問題，讓加熱爐內部的燃燒反應變得不可控。確定最佳的過剩空氣系數，可以有效提高加熱爐的熱效率，具體可以通過操作煙道蝶閥、一、二次風門以及煙道擋板實現。經過分析發現，在燒燃料氣時，過剩空氣系數和燃料消耗量之間的關系如圖1所示，通過分析該圖可以發現，當過剩空氣系數小于1.1時，隨著加熱爐內過剩空氣系數的增加，燃料消耗量減少，當過剩空氣系數大于1.1時，隨著加熱爐過剩空氣系數的增加，燃料消耗量增加。另外從該曲線中，也可以看出，當過剩空氣系數為1.1時，加執爐內的能耗處于最小值，所以說，我們認為這個數值就是燒燃料時最佳的過剩空氣系數。

圖1 過剩空氣系數和爐內燃料消耗量關系圖

(2)定期做好除灰除垢

在加熱爐內部，如果燃料不能充分燃燒，那么就會產生碳粒或者灰分，這兩種物質如果聚集在某個位置，就會對整個爐管的熱傳遞效率產生影響。為此，在化工生產過程中，化工企業必須對爐管做好定期的除灰除垢，必要的時候，可以借助吹灰器，重點處理燃燒渣油的爐子。經過分析發現，鹽類物質的存在也會影響爐管的傳熱效率，為了解決這個問題，可以加強原油脫鹽過程的管理，將進入到加熱爐中原有的含鹽量控制在規定范圍內。

(3)維持較低的排煙溫度

化工生產過程中，新加入加熱爐中的物料的溫度較低，會導致加熱爐內溫度的降低，煙氣排放過程中，也會帶走一部分的熱量，也會導致加熱爐中溫度的降低。為了保證加熱爐熱效應水平，應適當增加進料的溫度，并嚴格控制排煙溫度。比如可以借助空氣預熱器對排煙進行加熱處理，降低排煙過程的熱量損失。

(4)采用高效燃燒器

傳統的燃燒器是燃料和助燃空氣在燃燒器內初步混合燃燒，而大部分（70%左右）火焰是在加熱爐輻射室內燃燒，靠火焰的輻射對介質加熱。這種加熱方式在輻射室內的溫度場不均勻，加熱爐熱效率低。

高效燃燒器使燃料80%以上集中在火道周圍燃燒，燃燒形成的高溫煙氣以較高的速度噴出，在輻射室內形成煙氣的機械擾動，利用其輻射和吸熱的作用過程，最大限度的將熱能傳給被加熱介質。使爐管在軸向和徑向的熱強度及管壁溫度趨于均勻，可大幅提高加熱爐熱效率。

(5)完善加熱爐的燃料性質

國內各大化工企業生產過程中所應用的燃料油主要有兩種：低壓瓦斯和減頂壓瓦斯，這兩種燃料都含有較高的硫，燃燒效果較差，燃燒時會影響爐內火焰的狀態，讓整個加熱爐內的溫度也出現忽高忽低的現象，給實際的調節工作帶來較大的難度。另外，如果煙氣中二氧化硫含量過高，可能會直接導致加熱爐預熱器局部腐蝕加劇，這一問題的產生會影響爐內煙氣問題的提升效果，進而降低加熱爐熱效率水平。為此，合理管控加熱爐裝置，改善燃料性質，降低燃料硫含量，有利于提高加熱爐熱效率，進而提高整個化工生產過程的工藝水平。

(6)定期進行項目改造

為了更好的優化加熱爐系統配置，徹底消除系統內部隱患問題，全面提高加熱爐運行效率，必須以定期或者不定期的方式對加熱爐內部的裝置進行檢修、改造和升級。要定期對爐內污垢現象進行清理，讓煙氣和風量的調節更加靈活，改善加熱爐內部含氧量和溫度控制效果，進而讓加熱爐更加安全穩定的運行。不僅如此，加大對加熱爐爐管測厚頻次防止因爐管腐蝕減薄造成的加熱爐著火事故的發生。定期對內部定位管進行檢查，一旦發現歪曲開焊現象及時處理，及時修補保溫層，將加熱爐內的熱量損失降到最低。定期對加熱爐整個系統的檢修、更新和升級，努力提高室內的排煙速率，將加熱爐的運行效率水平提升到一個新的高度。

(7)應用適當的清灰劑

最近幾年，化工企業在對常減壓裝置進行清理時，都會應用清灰劑逐步清理輻射管外壁結垢。對于加熱爐爐管外壁的機灰結垢現象，化工企業一般應用清潔效率更高的清灰劑進行清理，這類清潔劑的應用可以很好的改善熱爐管系統的燃燒情況，解決爐管外壁機灰和結垢問題，進而有效提升爐管的熱運行效率水平。

3.提升加熱爐系統運行效率

國內各大化工行業在對加熱爐進行管理時，通常會應用到加熱爐控制系統，該系統可以很好的控制加熱爐內部燃料的總量，熱量分支流量以及溫度等參數，讓加熱爐整個系統運行的過程更加平穩，讓燃料燃燒器處于更加完全管控狀態下，同時將加熱爐的運行效率水平提升到原來的0.5%。加熱爐在正常生產過程中，可以同時實時性的控制煙氣氧含量調整加熱爐的運行狀態，讓加熱爐的運行狀態更加可控化和合理性，與此同時，為了提高加熱爐熱傳遞效果，積極應用對流室聲波吹灰以及空氣預熱器熱管激波吹灰等設備，減少對流管和熱管積灰結垢程度，進一步提高加熱爐傳熱效果。

加強加熱爐內部設備的管理，做好系統的日常維護和管控。針對加熱爐日常管理和維護，制定專門制度以及考核方法，增強維護管理人員工作意識，保證加熱爐維護管理水平。對于加熱爐的操作人員，定期對其進行技能培訓和測試，提高其理論知識的儲備量，在企業內部定期組織技能必要，改善操作人員對加熱爐的認知程度，為保證加熱爐運行效果打好堅實的基礎。建立知識培訓、技能比賽和薪酬福利之間的聯系，在整個企業內部營造積極學習的氛圍。

4.結語

為了提高加熱爐技術改善效果，國家甚至專門出臺了相應的政策，并投入了大量的人力、物力，希望可以有效改善國內加熱爐加熱運行系統的運行效果。作為化工生產企業，在日常生產管理中，也要做好人員技術培訓和考核，增強工作人員工作認識，同時積極引進國外先進技術，提升加熱爐運行效率水平，為提高化工生產經濟效益水平奠定堅實的基礎。