加热炉选型与效率分析

炼油加热炉选型与效率分析 加热炉的燃料消耗占炼油厂全厂能耗的比例约为30--40％（SEI统计）。随着装置处理量的增大，能耗每降低一个百分点，其节能的绝对值都是很可观的。据统计，炼厂加热炉效率每提高1％，综合能耗降低0.5％。 1加热炉节能的途径 减少炼油加热炉燃料耗量基本经验：换热网络优化与低温热利用，降低负荷是基础；采用先进的新技术、新设备、新材料集成，优化加热炉设计是前提；采用先进控制是有效手段；加强管理是保障；优化加热炉燃料质量，燃料的硫含量是加热炉热效率进一步提高的“瓶颈”。 1.1优化换热流程，降低加热炉热负荷 炼油装置的产品有一些是要经过空冷才能送出装置的。如果将这些空气冷却器出来的热空气收集起来供给炉子作燃烧空气，就可以回收一部分热能，从而降低装置的能耗。空气自环境温度预热到一定温度（例如60～80℃）后，再进入烟气余热回收设备，这不仅回收了热能，还使空气进入余热回收系统的温度升高，解决了余热回收设备冷端的低温露点腐蚀问题，一举两得。 1.2提高加热炉热效率 热效率是衡量加热炉先进性的一个重要指标。它关系着炼油装置能耗的高低。大型化的加热炉一般设计计算热效率都要达到92%左右。当然，如果使用高硫劣质燃料，要得到如此高的热效率是很困难的。 提高炼油加热炉热效率的措施有： 1) 回收烟气中的余热，降低排烟温度。 2) 采用低过剩空气系数燃烧器、使得燃料在较低过剩空气系数下完全燃烧。 3) 采用全密封技术，减少炉体漏风量。 4) 采用新型衬里材料，降低加热炉外壁散热。 5) 采用先进的自动化控制技术，保证加热炉长周期高效运行。 1.2.1降低排烟温度以减少排烟损失 降低排烟温度的主要措施有以下几种： 1).减小末端温差，即减小排烟温度与被加热介质入对流室温度之差。 2).将需要加热的低温介质如锅炉给水等引入对流室末端。 3).采用各种空气预热器以预热空气。 4).采用烟气余热锅炉以发生蒸汽。 5).除灰除垢，以保证加热炉长期在高热效率下运转 1.2.2降低过剩空气系数以减少排烟损失 一般炼油加热炉正常的过剩空气系数在烧气时为α=1.05～1.15，烧油时为α=1.15～1.25。在实际操作中，如果过剩空气量增加，排烟时大量的过剩空气将热量带走排入大气，使排烟损失增加，热效率降低。减少不完全燃烧损失的措施首先是选用性能良好的燃烧器，并及时的和定期的维护，使燃烧器长期保持在良好状态下运行，以保证在正常操作范围内能完全燃烧。其次是在操作中精心调节，以保证过剩空气量既不太多，也不太少。 控制指标是：烧气CO≤40mg/m3，烧油CO≤80mg/m3。 1.3降低排烟温度的制约 排烟温度的降低要受经济和技术两方面的制约。 1.3.1余热回收末端温差的制约 随着排烟温度的降低，烟气余热回收系统的末端温差越来越小，传热效果也越来越差，回收余热的换热面积也就越来越大，一次投资迅速增加，因此必须根据经济评价确定一个经济合理的余热回收末端温差。 1.3.2降低排烟温度在技术方面主要受烟气露点的制约。 余热回收换热面的温度必须高于烟气的露点温度，否则换热面将受到露点腐蚀而损坏。另外，换热面在露点下积的灰将是“粘灰”，粘灰是很难清除的。

3.02.01.00最低金属壁温℃150100502005.04.0图1燃料中硫的质量分数％与金属壁温的关系 1.3.3环保方面的制约

烟气预热空气是提高加热炉热效率最常用的措施，但是，随着空气温度的提高，燃烧产物中的NOX增加，如果没有适当的措施来降低NOX，则对环保是不利的。另外，空气温度过高，还可能引起燃油喷头结焦或燃烧器过大的变形等问题，除非改变燃烧器结构和材质，一般空气预热温度不宜超过300℃。 1.3.4降低炉外壁温度的制约

降低炉外壁温度，减少散热损失，提高热效率，这是肯定的。但炉外壁温度降到多少才是合理的？这要通过技术经济分析才能决定。包括炉墙材料费的一次投资随着炉外壁温度的降低而增加；包括燃料费在内的运行费用却随炉外壁温度的降低而减少。这两条曲线交叉所对应的炉外壁温度，即是经济合理的温度。它主要取决于耐火隔热材料的价格和燃料价格。因此，过分追求太低的炉外壁温度，要求更厚的炉衬厚度或更高级的耐火隔热材料，也有失偏颇。 SH/T3036-2003《一般炼油装置用火焰加热炉》规定辐射段、对流段外璧温度≤80℃，炉底外璧温度≤90℃。 2 加热炉主要设备技术选型 2.1空气预热器 2.1.1热油式空气预热器 热油式空气预热器是用轻质馏分油（汽油、煤油、柴油）、联苯或导热油预热空气的设备，热油走管内，空气走管外。热油一般从加热炉对流室取热后再到热油式空气预热器将热量传递给空气，也可以是去空冷器的油改走热油式空气预热器，加热空气而自身冷却后出装置。前者是典型的间接式空气预热器，后者一般作为前置暖风器，为后续的空气预热器提高空气入口温度以防止低温露点腐蚀。 2.1.2热管式空气预热器 热管是一根两端封闭，内部抽真空且充有工质的管子。其热端被加热时，工质吸热而蒸发并流向冷端，将热量传递给管外的冷介质后，自身冷凝流回热端再吸热蒸发，如此循环完成热量传递。由于工质的汽化潜热大，所以在极小的温差下就能把大量的热量从管子的一端传至另一端。 2.1.3管式空气预热器 钢管式空气预热器的结构比较简单，一般采用卧式，即钢管水平放置，空气走管内，烟气走管外。钢管与两端的管板焊接，管板外是空气集箱。一端的管板和集箱是固定的，另一端是可以滑动伸缩的，以便吸收管束的热膨胀。为了充分吸热和减小每组管束的温差，空气侧一般设计成2～4管程，与烟气错流换热。为了便于低温露点腐蚀后更换管束，低温段管束应设计成抽屉式，以便更换时方便地抽出和插入。 铸铁管式的结构比钢管式复杂得多，一般是铸造成双侧均带翅片的半管式部件，再用垫片和锁紧机构组合起来。国内目前还没有成熟的设计、制造和使用经验。 玻璃管式的结构与钢管式基本相同，但玻璃管与两端管板之间不能焊接，而是用软密封结构连接的。软密封一般采用聚四氟乙烯环。困难的是密封环与玻璃管之间的间隙不好掌握，紧了会防碍玻璃管热膨胀，造成玻璃管损坏，松了则漏风严重。为了固定管板和增加刚度，每组管束中应设置若干支撑钢管。 搪瓷管式的结构与钢管式几乎是相同的，只是在与烟气接触的钢管外表面搪瓷。困难的是必须真正做到百分之百表面搪瓷，不得有任何缺漏。另外，搪瓷的热膨胀系数应与钢管相近，最好是相等，以避免管子热胀冷缩时造成搪瓷裂纹或剥落。 2.1.4.板式空气预热器 板式空气预热器以板片为传热元件。板片是压制有波纹的金属薄板(高温段)或双侧翅片的铸铁板(低温段)。波纹不仅可以强化传热，而且可以增加薄板的强度和刚度。波纹可以促使流体呈湍流状态，减轻沉淀物和污垢形成，起到一定的自清灰作用。国外使用高温铸铁板式预热器较多。 2.1.5组合热管空气预热器 由中温热管段、碳钢—水热管段和搪瓷管—水热管段组成，来自对流室出口300℃≦T≧400℃的烟气首先进入中温热管段，与空气换热将温度降低到240℃进入碳钢—水热管段，与空气换热将温度降低180℃进入搪瓷管—水热管段，空气温度降低到140℃后进烟囱排放。空气由鼓风机送入搪瓷管—水热管段，与烟气换热温度升高到80℃进入碳钢—水热管段，与烟气换热将温度升高到180℃进入碳钢—中温热管段，与烟气换热温度升高到设计温度进入到燃烧系统。在中温热管段和搪瓷管—水热管段之间设有烟气自动调节和空气自动调节旁路系统，严格控制排烟温度。烟气自动调节旁路系统和空气自动调节旁路系统由气动烟气流量调节阀、烟气温度控制器、温度变送器、热电偶及连接管路组成。 目前空气预热器的选择往往是根据不同工况选择几种预热方式组合。 2.2燃烧器 节能型燃烧器有两条衡量指标：一是在燃料完全燃烧的前提下过剩空气系数较小；二是消耗的辅助能（雾化介质）耗量较少。就我国燃烧器目前的水平而言：在保证燃料完全燃烧的条件下，以炼厂瓦斯为燃料时过剩空气系数为1.1；以减压渣油为燃料时过剩空气系数为1.2，雾化介质耗量为0.2~0.25㎏/㎏的燃烧器应属于节能型燃烧器。 2.3加热炉对流室全密封技术 由于加热炉对流室弯头箱密封不严，从这些部位漏入炉体内的空气都不参与燃烧，不但使加热炉热效率降低；而且还会提高SO2向SO3的转化率从而加剧低温露点腐蚀等。 用致密陶瓷纤维加粘结成型剂预先制造一种弯头密封保温模块，加戴在每一个弯头上；在弯头密封保温模块外部的其它间隙用陶瓷纤维填充。致使对流室弯头箱无漏风点。为确保弯头箱门与弯头密封保温模块之间紧密结合，在弯头密封保温模块外部加了一层δ=10mm岩棉板密封垫。在对流室弯头箱与封门之间用石棉板做密封垫片，用螺栓把对流室弯头箱和弯头箱门压紧，消除对流室弯头箱漏风。 2.4加热炉自动控制 2.4.1加热炉节能控制目标 （1）被加热原油出炉温度稳定在工艺规定值±1℃。 （2）辐射室顶部烟气O含量≦3%，CO含量≦80PPm。 （3）排烟温度高于烟气露点温度5℃。 2.4.2加热炉节能自控系统三个测控系统： （1）以保证被加热介质出炉温度为目的的燃料流量测控系统； （2）以保证加热炉热效率为目的的燃烧空气量测控系统。 （3）以保证加热炉长期安全运行为目的的排烟温度测控系统。 长期的实践证明：把过剩空气系数控制在1.1—1.2，CO含量在50PPm—100PPm是合理的、科学的；可以使石化加热炉达到理想的热效率。实现燃烧供风量调节和控制，把排烟中氧含量控制在≦3%， CO含量≦80PPm。保证排烟温度始终高于烟气露点温度5℃以上，使石化加热炉获得最大热效率；又使空气预热器不会发生烟气酸露点腐蚀和传热元件严重积灰、积垢问题 2.5采用变频送、引风机。 大型化加热炉所用的送、引风机均很大，采用变频技术节能也十分显著。如果风量（流量）下降20%，采用调速的办法使n