組合鑄鐵板式空氣預(yù)熱器在重整四合一加熱爐上的應(yīng)用

劉文忠 李 飛 袁會(huì)麗

（中國(guó)神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，017209）

1 概述

空氣預(yù)熱器是通過(guò)高溫?zé)煔饧訜崛紵每諝獾膫鳠嵩O(shè)備，利用空氣預(yù)熱器回收加熱爐煙氣余熱是提高加熱爐效率的主要措施之一。煉油、化工裝置的工業(yè)爐普遍采用熱管式空氣預(yù)熱器回收煙氣中的余熱，以提高加熱爐熱效率、節(jié)省燃料。但熱管式空氣預(yù)熱器由于存在熱管易積灰，以及熱管失效、不耐腐蝕、高溫爆管、漏風(fēng)等問(wèn)題，已不能滿足當(dāng)前節(jié)能增效及環(huán)保要求。國(guó)外很早將傳熱效率高的板式換熱器概念引入工業(yè)爐煙氣余熱回收領(lǐng)域，板式空氣預(yù)熱器因其具有傳熱效率高、耐高溫、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，近幾年得到了廣泛應(yīng)用；而鑄鐵具有很強(qiáng)的耐硫酸腐蝕能力，因此采用鑄鐵材料制作的板式空氣預(yù)熱器具有耐腐蝕、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，特別適合在工業(yè)爐煙氣余熱回收系統(tǒng)中的低溫段中使用。目前，國(guó)產(chǎn)大型鑄鐵板式空氣預(yù)熱器已在多臺(tái)火焰加熱爐的設(shè)計(jì)中采用，其設(shè)計(jì)、制造、安裝技術(shù)日臻成熟。2010年4 月，中石化武漢石化2 號(hào)常減壓蒸餾裝置投用了國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)新型鑄鐵板式空氣預(yù)熱器，運(yùn)行19個(gè)月，加熱爐熱效率一直穩(wěn)定在92%以上，排煙溫度一直穩(wěn)定在130℃以下，運(yùn)行良好。

現(xiàn)以實(shí)例論述組合鑄鐵板式空氣預(yù)熱器在重整四合一加熱爐上的設(shè)計(jì)及使用，可有效提高加熱爐的熱效率。

2 催化重整裝置簡(jiǎn)介

神華10萬(wàn)t／a煤基石腦油催化重整裝置是由中國(guó)石化集團(tuán)洛陽(yáng)石油化工工程公司 （以下簡(jiǎn)稱“洛陽(yáng)設(shè)計(jì)院”）設(shè)計(jì)，由中石油天然氣第七建設(shè)有限公司承建，項(xiàng)目產(chǎn)能為93＃國(guó)Ⅳ汽油16.33萬(wàn)t／a，重整汽油3.52萬(wàn)t／a，副產(chǎn)含氫氣1萬(wàn)t／a。該項(xiàng)目于2012年6月開工建設(shè)，于2013年10月建成并一次開車成功，是中國(guó)第一套煤基石腦油半再生式固定床催化重整裝置。

洛陽(yáng)設(shè)計(jì)院在裝置設(shè)計(jì)中采用了一些新技術(shù)、新設(shè)備，如在四合一加熱爐余熱回收系統(tǒng)上采用了組合鑄鐵板式空氣預(yù)熱器，使加熱爐熱效率由以前的89%提高到91.58%。

3 組合鑄鐵板式空氣預(yù)熱器簡(jiǎn)介

組合鑄鐵板式空氣預(yù)熱器由擾流子式與鑄鐵板式組合而成，高溫?zé)煔舛瞬捎脭_流子式空氣預(yù)熱器，低溫端采用鑄鐵板式空氣預(yù)熱器，組合鑄鐵板式空氣預(yù)熱器的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 組合鑄鐵板式空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 組合鑄鐵板式空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)圖

四合一加熱爐空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)為組合式的原因，一是擾流子空氣預(yù)熱器技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；二是降低設(shè)備成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

3.1 鑄鐵板式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鑄鐵板式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

（1）鑄鐵板式空氣預(yù)熱器由多根板翅式鑄鐵傳熱管，以不同方式組合成單管程或多管程的整體。

（2）每根板翅式鑄鐵傳熱管都由鑄鐵板翅管、固定端支架和滑動(dòng)端支架組成。固定端支架與傳熱管之間以及滑動(dòng)端支架與傳熱管之間用填料密封，并通過(guò)壓緊條，壓緊填料。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

（4）重量輕，在相同的熱負(fù)荷情況下，板翅式鑄鐵空氣預(yù)熱器比管束式空氣預(yù)熱器輕30%以上，與熱管空氣預(yù)熱器重量相當(dāng)或略重。

（5）模塊化結(jié)構(gòu)，適于組裝和運(yùn)輸。

3.2 鑄鐵的物理性能

鑄鐵的物理性能如下：

（1）鑄鐵金屬基包含大量的游離碳。

（2）鑄鐵金屬基通常含有珠光體組織，使鑄鐵材料具有類似于鋼的機(jī)械性能。

（3）游離碳以非常薄的薄板或薄片形式存在。（4）游離碳對(duì)大部分腐蝕介質(zhì)呈惰性。

（5）鑄鐵在很寬的操作環(huán)境范圍內(nèi)，具有卓越的抗腐蝕性。

鑄鐵生產(chǎn)后初期其表面將有輕微的生銹現(xiàn)象，之后鐵銹幾乎全部被吸附在碳薄片上；鑄鐵的耐蝕性能是鋼材所無(wú)法比擬的。

3.3 鑄鐵板式空氣預(yù)熱器的熱工性能

鑄鐵板式空氣預(yù)熱器具有以下熱工性能：

（1）鑄鐵板式空氣預(yù)熱器傳熱系數(shù)高，以光板計(jì)算的傳熱系數(shù)可達(dá)50～60 W／ （m2·℃），是一般管式空氣預(yù)熱器和熱管空氣預(yù)熱器無(wú)法比擬的。

（2）氣密性好，漏氣率低。

（3）在同樣的操作條件下，鑄鐵板式空氣預(yù)熱器具有比碳鋼空氣預(yù)熱器更長(zhǎng)的壽命，通?？蛇_(dá)10a以上。

3.4 鑄鐵板式空氣預(yù)熱器材質(zhì)及制造工藝

鑄鐵板式空氣預(yù)熱器材質(zhì)及制造工藝如下：

（1）在保證具有一定換熱面積的前提下，根據(jù)加熱爐煙氣溫度狀況，可調(diào)整鑄鐵傳熱管的翅片密度。

（2）鑄鐵傳熱管一律采用球墨鑄鐵，抗露點(diǎn)腐蝕性能好。

（3）為進(jìn)一步增強(qiáng)抗磨損及耐煙氣酸露點(diǎn)腐蝕性能，可以在傳熱管的低溫?zé)煔饨佑|面采用搪瓷或涂敷其他防腐涂料。

（4）單管和整體打壓，在半小時(shí)內(nèi)氣體的泄漏率不大于4%。

（5）鑄鐵板式空氣預(yù)熱器造價(jià)低。

4 鑄鐵板式空氣預(yù)熱器在裝置運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)分析

神華煤制油10萬(wàn)t／a催化重整四合一加熱爐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表2，表2對(duì)空氣預(yù)熱器在裝置運(yùn)行、使用過(guò)程中的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。

表2 神華煤制油10萬(wàn)t／a催化重整四合一加熱爐部分參數(shù)

重整裝置自2013年10月底開工以來(lái)，已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行半年多時(shí)間，四合一加熱爐及余熱回收系統(tǒng)運(yùn)行良好。開工初期加熱爐排煙溫度在130℃左右，為了保證加熱爐運(yùn)行穩(wěn)定，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，對(duì)加熱爐排煙溫度進(jìn)行了調(diào)整，要求不低于145℃。下面采集了自裝置開工以來(lái)，加熱爐余熱回收系統(tǒng)的一些運(yùn)行數(shù)據(jù)，見表3。

表3 加熱爐余熱回收系統(tǒng)部分溫度點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

由表3可以看出，重整裝置開工初期，由于重整裝置處于操作運(yùn)行及負(fù)荷調(diào)整階段，加熱爐運(yùn)行狀況不太穩(wěn)定，加熱爐排煙溫度和氧含量數(shù)據(jù)偏離設(shè)計(jì)要求。裝置經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，裝置、加熱爐及余熱回收系統(tǒng)運(yùn)行趨于穩(wěn)定，且通過(guò)空氣預(yù)熱器旁路調(diào)節(jié)加熱爐排煙溫度后，加熱爐及余熱回收系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，基本與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相符。

5 計(jì)算四合一加熱爐熱效率，驗(yàn)證空氣預(yù)熱器效果

加熱爐熱效率計(jì)算公式如下：

為驗(yàn)證加熱爐運(yùn)行狀況及空氣預(yù)熱器效果，對(duì)四合一加熱爐煙氣進(jìn)行采樣分析，數(shù)據(jù)見表4。

將數(shù)據(jù)代入加熱爐熱效率計(jì)算公式，得出熱效率分別為91.58%和91.57%，四合一加熱爐熱效率達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

表4 四合一加熱爐采樣煙氣數(shù)據(jù)分析

6 結(jié)論

四合一加熱爐余熱回收部分采用的擾流子+鑄鐵板組合式空氣預(yù)熱器，在重整裝置四合一加熱爐余熱回收系統(tǒng)上運(yùn)行良好，沒有出現(xiàn)串風(fēng)、漏風(fēng)現(xiàn)象，是一種新型的節(jié)能環(huán)保設(shè)備，符合設(shè)計(jì)要求，可以在以后的加熱爐余熱回收系統(tǒng)上推廣使用。另外，低壓瓦斯含硫組分少，空氣預(yù)熱器存在露點(diǎn)腐蝕的可能性大大降低，可以嘗試把排煙溫度降低到130℃左右，提高加熱爐熱效率，降低裝置能耗。

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