分析石油化工管式加熱爐提高熱效率的措施

靳志鵬 陳文霞 胡毅

摘要：結合石油化工系統的運行特點，對管式加熱爐的運行狀態進行分析?？偨Y提高管式加熱爐熱效率的措施，研究降低排煙溫度的方法，完善石油化工管式加熱爐的設計方案，降低加熱爐的排煙熱損失，滿足行業的低能耗發展需求，穩步提升行業的競爭力。

關鍵詞：石油化工;管式加熱爐;經濟排煙溫度

石化工業是國民經濟的基礎工業之一，擔負著為社會提供燃動能源的重任，具有其他能源工業難以替代的作用，對國家能源安全、社會經濟發展和建設節約型社會有重要影響，我國石化工業經過六十多年的發展，已經形成了比較完備的工業體系，原油加工能力已經躍居世界第二，基本滿足國民經濟發展的需要，但是我國石化工業面臨資源不足等問題，提高管式加熱爐熱效率、降低排煙溫度、降低煉油廠能耗迫在眉睫。管式加熱爐作為煉油生產中最核心的設備之一，管式加熱爐的燃料消耗在煉油裝置能源消耗中占有相當大的比例，在加工深度較淺的煉油廠占加工能力的3%～6%，中等深度的占4.5%～8%，加工深度較深的占8%～15%因此提高管式爐的熱效率、降低燃料消耗對降低裝置能耗具有十分重要的意義。

一、管式加熱爐的特點

管式加熱爐是石油煉制、石油化工和化學化纖工業中使用的工藝加熱爐，它具有其他工業爐所沒有的若干特點，管事加熱爐的特點如下

第一，所謂管式加熱爐，通常是指被加熱的介質在管內流動的加熱爐中運行，所以只能加熱液體或者氣體，而且這些氣體或液體基本上都就是易燃易爆的烴類物質，同熱水鍋爐或蒸汽鍋爐相比，危險性大，操作條件要更為苛刻。

第二，加熱方式主要為直接受火式，設備工作行程呈現出長周期運轉、不間斷操作的狀態;

第三，管式加熱爐通常有輻射室、對流室、余熱回收系統、燃燒器、通風系統等部分組成;

第四，只燒液體或氣體燃料。

二、分析提高管式加熱爐熱效率的措施

（一）管式加熱爐的熱平衡

根據管式加熱爐的熱平衡，加熱爐熱效率η=1-q1-q2-q3-q4

其中q1：排煙熱損失，q2：化學不完全燃燒熱損失，q3：機械不完全燃燒熱損失，q4：爐墻散熱損失。

（二）提高加熱爐熱效率的途徑

根據以上分析管式加熱爐的熱平衡，提高加熱爐熱效率的關鍵在于如何降低q1～q4。因此提高熱效率的途徑包含以下幾個方面

1.減少不完全燃燒損失（降低q2，q3）

由于化學不完全燃燒而造成的熱損失，除降低熱效率外，還造成大氣污染，機械不完燃燒造成碳顆粒還在造成對流室爐管表面積灰，影響傳熱效果。減少不完全燃燒損失的措施首先是選用性能優異的燃燒器，根據加熱爐熱負荷，合理選擇燃燒器的熱負荷，使燃燒器在最佳性能狀態下運行，其次是精心操作，合理控制三門一板，保證過剩空氣量供應量合理。

煉油管式加熱爐的燃燒器性能一般都很好，自動化水平高，因此不完全燃燒損失很小，對于操作管理精細的爐子來說，不完善燃燒損失是可以忽略的。

2.減少爐墻散熱損失

管式加熱爐外壁以輻射和對流兩種方式向環境散熱，散熱量與爐外壁溫度、環境溫度、風速等都有關系，規范里一般要求在無風、環境溫度為27℃條件下，輻射室、對流室、和熱煙風管道的外壁溫度不應超過80℃，輻射室底部外表面溫度應不超過90℃。新建的管式加熱爐熱損失一般都不大，僅占爐子總熱負荷的1.5%～3%，因此靠降低散熱損失來提高熱效率的余地并不大，但對于使用很多年，爐內襯里有損壞的爐子來說，采用修補襯里、爐外表面涂刷新型保溫涂料等措施來提高熱效率還是很有必要的。

3.排煙熱損失

排煙熱損失q1是指煙氣離開加熱爐時，其焓值高于進入加熱爐的空氣焓值，這樣形成了排煙熱損失，此項損失是加熱爐熱損失中的主要項目之一，排煙熱損失在管式加熱爐中的熱損失中占有極大的比例，當爐子熱效率較高時，排煙熱損失占總損失的70%～80%，將爐子熱效率較低時，排煙熱損失占總損失的比例高達90%以上。

排煙熱損失的主要影響因素是排煙溫度和排煙體積。

排煙容積與燃料成分和過量空氣系數有關，在工業爐中燃料不可能在化學平衡的空氣量下完全燃燒，總要在一定的過?？諝饬肯虏拍芡耆紵绻^?？諝饬刻t會造成不完全燃燒，如果過剩空氣量太大，則會造成排入大氣中的煙氣量增大，綜合考慮兩點要求，一般煉油廠管式加熱爐的過?？諝庀禂翟跓蜁r為1.15～1.25，在燒氣時為1.05～1.15，降低過剩空氣系數的方法有很多，比如選用性能良好的燃燒器，在操作過程中控制好三門一板，確保燃燒器在合理的過?？諝庀禂迪逻\轉，還有就是煉油廠管式加熱爐一般都是在微負壓下運行的，如果人孔、看火門或者彎頭箱門處有泄漏，空氣就會從這些地方漏人爐內，這些漏入的空氣不參與燃燒而白白帶走大量熱量。

降低排煙溫度可以降低排煙熱損失，然而隨著排煙溫度的降低，在空氣預熱器、余熱鍋爐尾部會產生嚴重的低溫露點腐蝕，造成嚴重腐蝕、堵塞等問題，因此，低溫露點腐蝕是降低排煙溫度的主要障礙，應對的措施一般有以下幾種。1.對采用燃料氣的燃料進行脫硫，可顯著降低煙氣露點溫度，較少低溫腐蝕;2.提高空氣預熱器換熱面的壁溫，在設計時，控制尾部換熱面的壁溫稍高于煙氣的露點溫度，則可防止露點腐蝕，一般在工程設計中，使排煙溫度高于露點溫度5～15℃，這種措施雖然可以防止露點腐蝕，但是加熱爐的熱效率受到了限制;3.采用耐腐蝕材料，在在空氣預熱器尾部換熱面選耐露點腐蝕的材料，如鑄鐵板、ND鋼，玻璃板等材料，例如國內某煉油廠采用玻璃板空氣預熱器可將煙氣溫度降至90℃，加熱爐熱效率達到95%。

（三）降低排煙溫度的途徑

1.合理設計管式加熱爐結構，較少末端溫差，即減少出對流室煙氣溫度和如對流室介質溫度之差，

2.優化裝置換熱流程，將需要加熱的低溫介質引入對流室末端，如低溫熱水。

3.采用各種空氣預熱器以預熱空氣，回收熱量，這種方法的優點在于自成體系，不受裝置工藝系統的約束，這種方法也是最常用的方法，常采用的空氣預熱器型式有列管式、熱媒式、回轉式、鑄鐵板式、玻璃板式。

4.采用清灰設施，定期清理預熱器尾部的灰塵，提高預熱器傳熱效果。

結束語：

總而言之，在石油化工管式加熱爐的提高熱效率分析中，為了實現對煉油廠管式加熱爐的高效率運行，相關工程設計、車間運行維護人員需要掌握加熱爐的基本原理，掌握影響設備運行的因素，通過燃料的合理選擇、余熱回收利用方案的設定以及排煙溫度的控制體等，規范管式加熱爐的運行狀態，避免資源浪費問題的出現，充分滿足行業的高效發展需求。

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