減壓蒸餾裝置常壓爐節(jié)能改造

史偉 朱朝賓 付曉峰 全尚仁（錦西石化分公司）

減壓蒸餾裝置常壓爐節(jié)能改造

史偉 朱朝賓 付曉峰 全尚仁（錦西石化分公司）

采用耐高溫輻射節(jié)能涂料、強(qiáng)化傳熱、板式空氣預(yù)熱器等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)錦西石化分公司北蒸餾裝置常壓爐進(jìn)行節(jié)能改造，改造后常壓爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)同類裝置先進(jìn)水平，加熱爐熱效率提高4.81%，燃料單耗下降30.31 MJ/t，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)619×104元。

常減壓蒸餾裝置 加熱爐 熱效率 節(jié)能 余熱回收

錦西石化分公司北蒸餾裝置常壓爐為圓筒式加熱爐，建于1978年，在近年的裝置改造中常壓爐均未做過大的改動(dòng)，設(shè)備老化，運(yùn)行狀況差，實(shí)際熱效率只有86%左右，與國內(nèi)同類加熱爐水平相比存在較大差距。

2009年，為解決分公司二次加工平衡問題及進(jìn)一步節(jié)能降耗，北蒸餾裝置進(jìn)行了單開常壓系統(tǒng)改造，原減壓系統(tǒng)停用。在單開常壓系統(tǒng)時(shí)，常壓爐燃料消耗占裝置總能耗的78%，提高加熱爐熱效率、減少燃料消耗，成為降低原油加工成本、提高裝置運(yùn)行效率的關(guān)鍵。

1 常壓爐存在的問題

1.1 設(shè)備老化，散熱損失大

北蒸餾常壓爐襯里為高鋁纖維，在運(yùn)行過程中已多處損壞脫落，特別是輻射室頂部對(duì)流室部分損壞較嚴(yán)重，爐表皮個(gè)別部位因腐蝕及襯里脫落在長(zhǎng)期超溫條件下造成減薄或損壞，致使?fàn)t壁局部超溫、爐表皮變形，爐體散熱量大。

1.2 燃燒效果差，爐膛溫度高

常壓爐設(shè)計(jì)負(fù)荷27.9 MW，單開常壓系統(tǒng)改造后，裝置年設(shè)計(jì)處理量由300×104t下降到227.5×104t。改造后常壓爐實(shí)際熱負(fù)荷18.7～20.3 MW，與設(shè)計(jì)負(fù)荷相差較大，操作中難以做到多火嘴、齊火苗，爐膛內(nèi)溫度不均勻，火焰長(zhǎng)且燃燒不完全，改造前爐內(nèi)火焰長(zhǎng)度達(dá)到6 m以上，特別是油氣聯(lián)合時(shí)高壓瓦斯燃燒不完全而上升至輻射室頂部形成二次燃燒現(xiàn)象，造成對(duì)流室下部局部超溫，最高達(dá)到715℃左右。另外，由于單個(gè)燃燒器發(fā)熱量大，爐膛內(nèi)溫度不均衡，造成四路拔頭油溫度偏差大，經(jīng)常超出≤10℃的工藝控制指標(biāo)。

1.3 空氣預(yù)熱器運(yùn)行周期短

北蒸餾裝置加熱爐煙氣余熱回收系統(tǒng)原采用熱管式空氣預(yù)熱器，北蒸餾常壓爐煙氣出對(duì)流室溫度大于340℃，極易造成熱管因超溫爆管，加上熱管本身質(zhì)量問題，空氣預(yù)熱器在使用中易失效，導(dǎo)致運(yùn)行周期短。由于常壓爐燃料以常壓渣油為主，煙氣中的灰分很容易粘結(jié)在熱管翅片上而降低傳熱效果。預(yù)熱器新投運(yùn)時(shí)換熱后空氣溫度為220℃，但運(yùn)行不到15 d熱風(fēng)溫度即開始下降，3個(gè)月后熱空氣溫度只有112℃，排煙溫度卻達(dá)230℃以上，此時(shí)檢查熱管有半數(shù)以上失效，熱管翅片表面結(jié)垢積灰嚴(yán)重。煙氣余熱不能有效回收，直接影響常壓爐熱效率，此外，頻繁更換熱管也使操作費(fèi)用大幅增加并影響裝置安全生產(chǎn)。

1.4 吹灰效果差

常壓爐對(duì)流室及空氣預(yù)熱器均采用電動(dòng)旋轉(zhuǎn)式蒸汽吹灰器。吹灰器結(jié)構(gòu)落后，蒸汽耗量大，吹灰效果較差，對(duì)流室釘頭管及空氣預(yù)熱器熱管翅片易積結(jié)粘灰垢，導(dǎo)致熱阻增大。

2 節(jié)能改造措施

2.1 爐體改造

將輻射室中上部腐蝕減薄或損壞爐皮全部更換，常壓爐襯里由高鋁纖維更換為耐火澆注料加陶纖噴涂襯里。

襯里表面噴涂耐高溫輻射涂料。耐高溫輻射涂料的主要成分為水性多晶體礦化黑陶瓷，噴涂在陶纖襯里表面，可有效增強(qiáng)爐膛內(nèi)壁對(duì)輻射熱量的反射率，提高能量利用率，降低爐體外表面溫度，采用HT-1耐高溫輻射涂料可使加熱爐散熱損失率降低18.6%[1]。同時(shí)，耐高溫輻射涂料在高溫下固化后，致密性和整體性均好，耐沖刷不剝落，可以阻隔煙氣穿透襯里，有效延長(zhǎng)了陶纖襯里壽命，減輕了保溫釘及爐壁腐蝕。

2.2 采用LGH強(qiáng)化傳熱燃燒器

常壓爐共有燃燒器12臺(tái)，其中3臺(tái)的燃料為裝置自產(chǎn)蒸常頂?shù)蛪和咚梗溆?臺(tái)為油氣聯(lián)合燃燒器，燃料為系統(tǒng)高壓瓦斯或常壓渣油。本次改造將其全部改造為L(zhǎng)GH型強(qiáng)化傳熱燃燒器。

2.2.1 強(qiáng)化傳熱燃燒器

強(qiáng)化傳熱技術(shù)主要是利用有限空間射流原理，使煙氣在輻射室形成強(qiáng)制性循環(huán)流場(chǎng)，提高對(duì)流傳熱效果，從而大幅度地提高加熱爐的熱強(qiáng)度和熱效率[2]。

其主要技術(shù)特點(diǎn)為：

1）通過強(qiáng)制通風(fēng)，提高入爐風(fēng)壓，使空氣與燃料的混合過程大大加強(qiáng)，噴嘴進(jìn)風(fēng)由過去的兩級(jí)進(jìn)風(fēng)改為多級(jí)進(jìn)風(fēng)，即空氣經(jīng)過二次風(fēng)門后再次分配，一部分直接進(jìn)入燃燒室、一部分則通過風(fēng)孔再分配后進(jìn)入燃燒室，實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)的旋流供給。

2）燃?xì)饣蛉加蛧姌尵捎枚嗉?jí)強(qiáng)化霧化結(jié)構(gòu)，有助于燃料的混合、蒸發(fā)和燃燒，實(shí)現(xiàn)了燃料在燃燒室內(nèi)的快速完全燃燒。

3）火盆采用特殊的出口收縮燃燒室結(jié)構(gòu)，提高煙氣喉口噴射速度，高溫?zé)煔庖愿咚俣葟氖湛趪娚涑鰜?，在爐膛內(nèi)起到射流作用，使?fàn)t膛煙氣分布流動(dòng)更加均勻，通過高速均勻流動(dòng)的煙氣實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對(duì)流，同時(shí)強(qiáng)化對(duì)流和輻射傳熱，這使?fàn)t管表面熱強(qiáng)度變得更均勻，從而提高爐管的平均熱強(qiáng)度。

2.2.2 燃燒器改造方案

常壓爐12臺(tái)燃燒器全部改造為L(zhǎng)GH強(qiáng)化傳熱燃燒器，其中2臺(tái)經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，仍以蒸常頂?shù)蛪和咚篂槿剂?，其?0臺(tái)為油氣聯(lián)合燃燒器。

鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻器，通過鼓風(fēng)機(jī)的變頻技術(shù)控制入爐空氣壓力，使其保持在1.0～1.2 kPa，保證強(qiáng)制對(duì)流效果。

2.3 煙氣余熱回收系統(tǒng)改造

2.3.1 空氣預(yù)熱器的選擇

針對(duì)管束式及熱管式空氣預(yù)熱器存在的不足，經(jīng)過充分的調(diào)研與技術(shù)論證，改造最終選定板式空氣預(yù)熱器。板式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定其主要有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：預(yù)熱器的使用不受煙氣溫度的限制；傳熱系數(shù)高、壓降低；根據(jù)需要，可以數(shù)個(gè)單體進(jìn)行組合，使用靈活，拆裝方便；使用可靠，壽命長(zhǎng)。

但在以燃料油或燃料油/燃料氣混燒的常減壓加熱爐上，國內(nèi)尚沒有板式空氣預(yù)熱器的應(yīng)用先例，因此在改造中根據(jù)裝置設(shè)備空間以及燃料特點(diǎn)，從板式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)選用、板間距、板厚以及抗煙氣低溫露點(diǎn)腐蝕等諸多方面進(jìn)行新的改進(jìn)。

2.3.2 改造方案

將原熱管式空氣預(yù)熱器拆除，利用其設(shè)備基礎(chǔ)及空間更新為SBJ型板式空氣預(yù)熱器；原鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)設(shè)備及控制方案不變，煙道及風(fēng)道根據(jù)板式空氣預(yù)熱器進(jìn)行相應(yīng)改造。

1）預(yù)熱器模塊排列形式：每組2臺(tái)，用法蘭連接，共8組組成一臺(tái)空氣預(yù)熱器。在結(jié)構(gòu)上采用整體吸收熱膨脹，在片間增加導(dǎo)流片以增加片間的穩(wěn)定性和強(qiáng)化傳熱；采用雙法蘭壓緊措施，可以保證加熱爐的密封性，并且安裝、拆卸方便。

2）低溫露點(diǎn)腐蝕解決方案：高溫段選用碳鋼，低溫段選用專用鋼材涂防腐涂料；側(cè)壁板內(nèi)側(cè)澆注輕質(zhì)澆注料用以保溫；在空氣進(jìn)出空氣預(yù)熱器的管道上增設(shè)旁路設(shè)計(jì)，由電控蝶閥控制參與換熱的冷空氣量，通過對(duì)進(jìn)入預(yù)熱器的空氣流量的控制，可以對(duì)預(yù)熱器煙氣出口溫度（排煙溫度）進(jìn)行方便有效的調(diào)節(jié)，從而保證排煙溫度控制在露點(diǎn)之上，避免露點(diǎn)腐蝕的產(chǎn)生，特別是在冬季環(huán)境溫度-20℃條件下也能夠保證排煙溫度高于露點(diǎn)溫度，從而保證空氣預(yù)熱器的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3）煙氣積灰問題的處理：板式空氣預(yù)熱器的傳熱片豎放，與煙氣流向一致，上、下流動(dòng)的煙氣可直接通過豎放的傳熱片與水平流動(dòng)的空氣進(jìn)行換熱，降低兩側(cè)傳熱片積灰；板式預(yù)熱器的單體設(shè)計(jì)上適當(dāng)增加板間距，減少煙氣灰垢在板間停留的機(jī)會(huì)，利用煙氣的流速把煙氣灰垢沖下并排到清灰口部位；設(shè)置吹灰器的位置，留有檢修空間，方便對(duì)預(yù)熱器底部積灰的檢查和清理。

2.4 吹灰器改造

將常壓爐電動(dòng)旋轉(zhuǎn)式蒸汽吹灰器拆除，改造為聲波除灰器，分4組共24臺(tái)，新增5臺(tái)調(diào)節(jié)閥及聲波除灰系統(tǒng)控制柜。

3 改造效果評(píng)價(jià)

改造前后加熱爐運(yùn)行參數(shù)實(shí)測(cè)對(duì)比情況見表1。

表1 改造前后加熱爐運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

3.1 燃燒狀況明顯改善

改造為強(qiáng)化傳熱燃燒器后，火焰收斂、短促有力、噴射速度高，火焰高度基本在4 m以下。燒油時(shí)火焰呈黃白色，燒氣時(shí)呈藍(lán)白色，燃燒狀況明顯改善，見圖1、圖2。

高壓瓦斯燃燒更完全，徹底改變了因二次燃燒造成對(duì)流室下部局部超溫現(xiàn)象。

3.2 爐膛溫度明顯下降，溫差降低

改造后爐膛溫度顯著下降，在油品進(jìn)料量同為約220 t/h的情況下，爐膛溫度由668℃下降至606℃左右，爐膛內(nèi)各點(diǎn)平均溫差較改造前下降32℃（表1）。由于輻射室對(duì)流傳熱被強(qiáng)化，爐膛內(nèi)熱量分布更加均勻合理，四路拔頭油溫差很容易達(dá)到≤10℃的工藝指標(biāo)。

3.3 煙氣余熱回收系統(tǒng)運(yùn)行狀況改善

從表1可以看出，板式空氣預(yù)熱器投用后，預(yù)熱后空氣溫度由改造前的112℃大幅提高到245℃，且經(jīng)過近1年的運(yùn)行，此溫度一直沒有下降，表明板式空氣預(yù)熱器的換熱效率高于原熱管式空氣預(yù)熱器，運(yùn)行周期大幅提高。熱風(fēng)溫度沒有明顯下降也表明經(jīng)過創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳熱片積灰而影響傳熱效率問題得到較好解決。

加熱爐排煙溫度由原234℃降至162℃，下降幅度達(dá)到72℃。曾試驗(yàn)冷流空氣全部通過預(yù)熱器，這時(shí)排煙溫度可以最低降至134℃。由于目前加熱爐燃料為燃料油/燃料氣混燒，為防止露點(diǎn)腐蝕，排煙溫度控制在160～165℃，在燃料改為脫硫后的天然氣/高壓瓦斯后，排煙溫度可以控制在＜140℃，進(jìn)一步提高加熱爐效率。

3.4 加熱爐效率大幅提高

使用新型強(qiáng)化傳熱燃燒器后，燃料燃燒更加完全，熱風(fēng)溫度提高也使燃料的燃燒更加充分，煙氣氧含量由4%～6%下降至2.54%；襯里更換及耐高溫輻射涂料的應(yīng)用有效地降低了加熱爐排煙損失；排煙溫度下降72℃，煙氣余熱的回收更充分，加熱爐熱效率由改造前的86.4%提高至91.21%，加熱爐各主要技術(shù)指標(biāo)全面提高（表2）。

表2 改造前后常壓爐運(yùn)行效果對(duì)比

4 經(jīng)濟(jì)效益

改造后常壓爐熱效率提升4.81%，標(biāo)定燃料消耗下降30.31 MJ/t，以年加工量225×104t計(jì)算，可節(jié)約燃料1629 t/a。燃料油按3800元/t計(jì)算，每年可降低費(fèi)用619×104元，1年即可收回全部投資。

5 結(jié)語

北蒸餾裝置常壓爐已運(yùn)行32年，通過采用耐高溫輻射節(jié)能涂料、強(qiáng)化傳熱燃燒器、板式空氣預(yù)熱器等一系列新技術(shù)，使?fàn)t效率大幅提高至91.21%，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，對(duì)同類加熱爐的節(jié)能改造具有借鑒意義。

在國內(nèi)常減壓加熱爐煙氣回收系統(tǒng)中首次采用板式空氣預(yù)熱器，投用后熱風(fēng)溫度達(dá)到245℃且運(yùn)行1年來沒有明顯下降，表明板式空氣預(yù)熱器完全可以應(yīng)用于以燒燃料油為主的常減壓加熱爐，并能夠長(zhǎng)周期運(yùn)行。

[1]祝德利，朱朝賓，蔡宏偉.加熱爐應(yīng)用耐高溫輻射節(jié)能涂料的效果[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2011，32（1）：11-12.

[2]劉德烈，韓劍敏，劉強(qiáng).LGH型強(qiáng)化燃燒器的開發(fā)及應(yīng)用[J].煉油設(shè)計(jì)，1999，29（7）.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.012

史偉，1994年畢業(yè)于上海石油化工高等?？茖W(xué)校，工程師，從事常減壓蒸餾裝置技術(shù)管理工作，E-mail：shw_LL@163.com，地址：遼寧省葫蘆島市新華大街42號(hào)錦西石化分公司北蒸餾車間，125001。

2011-06-08）