重型空氣預(yù)熱器應(yīng)用的節(jié)能環(huán)保效果

蔡寶超

中海煉化惠州煉化分公司，廣東 惠州 516086

一、前言

隨著能源日趨緊張，節(jié)能已成為石化行業(yè)當(dāng)前的重要任務(wù)之一。煉廠加熱爐是石化行業(yè)的主要耗能設(shè)備之一，如何提高加熱爐的熱效率，降低能耗對(duì)整個(gè)企業(yè)的節(jié)能降耗有著重要的意義。

加熱爐的排煙溫度是影響加熱爐熱效率的主要指標(biāo)，排煙溫度下降20℃，可提高加熱爐的熱效率約1%。但是由于煙氣中存在酸性氣，溫度過(guò)低，又會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，所以合理控制排煙溫度和氧含量，在不發(fā)生低溫腐蝕的前提下，盡量降低排煙溫度和排煙氧含量，可確保加熱爐高效率、安全和長(zhǎng)周期運(yùn)行。常減壓裝置為了提高加熱爐效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，一般都設(shè)有空氣預(yù)熱器，回收煙氣的余熱，因此開(kāi)好空氣預(yù)熱系統(tǒng)是降低排煙溫度，提高加熱爐熱效率的有效措施。

二、空氣預(yù)熱器運(yùn)行現(xiàn)狀

中海油惠州煉油項(xiàng)目1 200萬(wàn)t/a常減壓裝置是目前國(guó)內(nèi)單系列處理量最大的常減壓裝置，加熱爐部分采用1臺(tái)常壓爐、1臺(tái)減壓爐和1套余熱回收系統(tǒng)配置，兩臺(tái)加熱爐煙氣集中由10 929kW熱管式空氣預(yù)熱器回收，加熱爐的設(shè)計(jì)綜合熱效率90%。該裝置2009年4月開(kāi)工投產(chǎn)后，加熱爐的最終排煙溫度逐漸由160 ℃升高目前的200℃左右，加熱爐熱效率88.4%，和國(guó)內(nèi)同類裝置相比熱效率偏低，主要原因是空氣預(yù)熱器回收率低，目前中石油中石化多家煉廠通過(guò)技術(shù)改造使加熱爐的熱效率達(dá)到91%以上。該空氣預(yù)熱器運(yùn)行情況如下。

（1）2010年9月打開(kāi)檢查，熱翅片管束上積灰不嚴(yán)重。目前已經(jīng)出現(xiàn)內(nèi)漏。

（2）空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)負(fù)荷低，沒(méi)有調(diào)整余量。

（3）熱管失效、效率下降，并出現(xiàn)了露腐蝕問(wèn)題。

（4）維持效率時(shí)間不超過(guò)1a。

近年來(lái)，隨著裝置的大型化，加熱爐總負(fù)荷越來(lái)越高（惠煉常減壓裝置負(fù)荷高達(dá)128MW），對(duì)節(jié)能的要求和加熱爐效率要求越來(lái)越高。通過(guò)計(jì)算，惠煉常減壓爐熱效率每提高1%，每小時(shí)可節(jié)省燃料油110kg，每年可產(chǎn)生440萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)效益，據(jù)測(cè)算，加熱爐的熱效率有3.6%左右的提升空間，可以降低常減壓裝置0.3kg／t的能耗， 此外該項(xiàng)目也可以給企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益，因此該空氣預(yù)熱器改造項(xiàng)目是非常必要的。

三、空氣預(yù)熱器選型對(duì)比

1.改造目標(biāo)

（1）在低溫段不發(fā)生露點(diǎn)腐蝕的情況下，確保排煙溫度≤140℃，加熱爐綜合熱效率達(dá)到92%。

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果用表示，多組間比較用q檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料用χ2檢驗(yàn)。

（2）確保低溫段不發(fā)生露點(diǎn)腐蝕。

（3）設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行5a。

2.技術(shù)比選

目前煉化行業(yè)使用的空氣預(yù)熱器主要有3種類型：熱管式空氣預(yù)熱器、板殼式鑄鐵空氣預(yù)熱器及重型空氣預(yù)熱器?；轃捲捎玫木褪菬峁苁娇諝忸A(yù)熱器，使用效果不理想，所以本次對(duì)比選型不予考慮，以下重點(diǎn)對(duì)其余兩種空氣預(yù)熱器進(jìn)行比較。

3.板殼式鑄鐵空氣預(yù)熱器

該種型式的空氣預(yù)熱器在國(guó)外被廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)剛剛開(kāi)始推廣。其特點(diǎn)如下。

（1）屬于專利設(shè)備，整體結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱系數(shù)高、壓力降小。

（2）換熱元件為合金鑄鐵，耐露點(diǎn)腐蝕能力強(qiáng)，但不允許發(fā)生露點(diǎn)腐蝕工況。

（3）低溫段采取板殼式空氣預(yù)熱器（鑄鐵平板）δ＝5mm，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)業(yè)績(jī)，且板殼式空氣預(yù)熱器（碳鋼薄板）不易應(yīng)用于燃油加熱爐，易集灰，損壞不易修復(fù)。

（4）目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有鑄鐵板殼式空氣預(yù)熱器在常減壓裝置成功使用的案例，由于沒(méi)有業(yè)績(jī)，本項(xiàng)目一旦采用該種技術(shù)，風(fēng)險(xiǎn)較大。

4.重型空氣預(yù)熱器

該空氣預(yù)熱器適用于熱負(fù)荷比較大的加熱爐，其特點(diǎn)如下。

（1）為四管程管式結(jié)構(gòu)，設(shè)備本體自帶支撐，低溫段設(shè)置水沖洗，不需要配套吹灰器。

（2）低溫段采用耐酸搪瓷傳熱管，表面光滑，不易積灰，可以最大限度地防止露點(diǎn)腐蝕。

（3）該預(yù)熱器可靠性高，操作維修費(fèi)用低，壽命長(zhǎng)，與對(duì)流爐管壽命基本相當(dāng)，能滿足4年1修的要求，煙氣側(cè)由翅片擴(kuò)面，無(wú)內(nèi) 漏。

（4）排煙溫度可以實(shí)現(xiàn)DCS自動(dòng)控制，在中石油、中石化有廣泛的使用業(yè)績(jī)。

圖1

重型空氣預(yù)熱器換熱流程如圖1所示。

5.對(duì)比結(jié)果

從國(guó)內(nèi)目前情況，選擇重型空氣預(yù)熱器比較符合改造的目的，能達(dá)到經(jīng)濟(jì)性，穩(wěn)妥性。重型空氣預(yù)熱器使用壽命長(zhǎng)，設(shè)備壽命保證不低于10a，換熱部件使用壽命不低于4a，不存在熱管式空氣預(yù)熱器的熱管失效問(wèn)題。

6.具體改造內(nèi)容

改造內(nèi)容為更換原熱管空氣預(yù)熱器；提高煙氣入原熱管預(yù)熱器的位置高度；空氣出口與原風(fēng)道相連； 新空氣預(yù)熱器基礎(chǔ)需修改；利用原鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。

在空氣預(yù)熱器末端采用工業(yè)搪瓷作為傳熱表面，為防止熱膨脹和機(jī)械損傷，搪瓷管采用了柔性支撐和密封。搪瓷段設(shè)置了水噴淋措施，可以保證設(shè)備長(zhǎng)周期、高效工作。在控制上采用了聯(lián)鎖，排煙溫度可以自動(dòng)控制。

四、使用效果評(píng)價(jià)

1.效果驗(yàn)證

惠煉常減壓裝置重型空氣預(yù)熱器投用運(yùn)行1個(gè)月之后，裝置處理量逐步調(diào)整到1 400t/h，預(yù)熱器出口部位煙氣露點(diǎn)溫度檢測(cè)完畢，空氣預(yù)熱器具備標(biāo)定條件，標(biāo)定數(shù)據(jù)如表1所示。

表1

通過(guò)以上標(biāo)定數(shù)據(jù)，結(jié)論如下。

（1）預(yù)熱器排煙溫度116℃，綜合熱效率92.6%，優(yōu)于項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)92%。常、減壓爐熱效率計(jì)算見(jiàn)表2。

表2

（2）煙氣的露點(diǎn)溫度為68℃，排煙溫度為116℃，遠(yuǎn)高于露點(diǎn)溫度，不可能發(fā)生預(yù)熱器低溫段露點(diǎn)腐蝕，有利于設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行，另一方面，該種型式的預(yù)熱器低溫段為搪瓷換熱管，完全可以在露點(diǎn)溫度以下工作，只不過(guò)是出于對(duì)碳鋼材質(zhì)引風(fēng)機(jī)避免露點(diǎn)腐蝕工況的考慮，才選擇了比較保守的排煙溫度不低于110℃的控制方案。

（3）風(fēng)道旁路閥開(kāi)度40%，排煙溫度還有進(jìn)一步降低的空間。

2.改造前后相關(guān)目標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比

改造前后相關(guān)目標(biāo)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3

3.效果評(píng)價(jià)

（1）投資估算。項(xiàng)目總投資800萬(wàn)元，其中設(shè)備費(fèi)702萬(wàn)，土建費(fèi)20萬(wàn)，工程費(fèi)78萬(wàn)。

（2）經(jīng)濟(jì)效益。燃料油價(jià)格為5 300元/t，年運(yùn)行時(shí)間8 400h，加熱爐總熱負(fù)荷為81.46（常壓爐）＋46.53（減壓爐）=128MW。則改造前后節(jié)能約128/0.886 4（改造前加熱爐效率）-128/0.926（改造后加熱爐效率）=6.175MW。折合燃料油530.95kg/h。年節(jié)約燃料油約4 460t/a。年節(jié)能效益約2 363.8萬(wàn)元。投資回收期為0.353年。

（3）社會(huì)效益。該項(xiàng)技術(shù)不但節(jié)約了能量，還減少了污染物的排放，符合低碳排放的長(zhǎng)期國(guó)策，不但有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，也有顯著的社會(huì)效益。每年節(jié)省4 460t燃料油，經(jīng)計(jì)算，折合每年減少煙氣排放量為8.55萬(wàn)t／a.

[1]趙艷玲,付玉生,劉宗強(qiáng).搪瓷管重型空氣預(yù)熱器在常減壓裝置的應(yīng)用[J].齊魯石油化工,2011.

[2]杜俊濤.熱管式空氣預(yù)熱器及其在煉廠加熱爐中的應(yīng)用[J].河南化工,2011,(11).