熱管技術(shù)在重油催化裂化裝置余熱回收中的應(yīng)用

王少云

摘要：熱管作為一種高效、高能的傳熱元件在石化行業(yè)被廣泛應(yīng)用。本文主要介紹了熱管技術(shù)及熱管鍋爐在煉化廠重油催化裂化裝置中的節(jié)能應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：熱管；催化裂化；余熱回收；節(jié)能

概述

重油催化裂化裝置是煉化廠的關(guān)鍵工藝裝置，利用催化裂化裝置再生煙氣中的余熱，通過(guò)余熱鍋爐技術(shù)來(lái)產(chǎn)生蒸汽，減小裝置能耗，達(dá)到節(jié)能效果。針對(duì)催化裂化裝置煙氣中含微量粉末、鍋爐運(yùn)行處在微正壓狀態(tài)等特點(diǎn)，因此，鍋爐形式及換熱單元就必須防止催化劑粉末沉積，選取適合該工況的鍋爐布置形式，采用熱管換熱技術(shù)保證鍋爐長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有重大意義。

1 熱管技術(shù)及工作原理

1、熱管技術(shù)及工作原理

（1）熱管是一種新型高效的傳熱元件，按較精確的定義應(yīng)稱之為“封閉的兩相傳熱系統(tǒng)”，即在一個(gè)抽成真空的封閉的體系內(nèi)，依賴裝入內(nèi)部的流體的相態(tài)變化（液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)和汽態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)）來(lái)傳遞熱量的裝置。

（2）熱管的傳熱原理

熱管放在熱源部分的稱之為蒸發(fā)段（熱端），放在冷卻部分的稱之為冷凝段（冷端）。當(dāng)蒸發(fā)段吸熱把熱量傳遞給工質(zhì)后，工質(zhì)吸熱由液體變成汽體，發(fā)生相變，吸收汽化潛熱。在管內(nèi)壓差作用下，汽體攜帶潛熱由蒸發(fā)段流到冷凝段，把熱量傳遞給管外的冷流體，放出凝結(jié)潛熱，管內(nèi)工質(zhì)又由汽體凝為液體，在重力作用下，又回到蒸發(fā)段，繼續(xù)吸熱汽化。如此周而復(fù)始，將熱量不斷地由熱流體傳給冷流體。

（3）熱管的特點(diǎn)

①金屬、非金屬材料本身的導(dǎo)熱速率取決于材料的導(dǎo)熱系數(shù)、溫度梯度，正交于溫度梯度的截面面積。

②由于熱管內(nèi)的傳熱過(guò)程是相變過(guò)程，而且工質(zhì)的純度很高，因此熱管內(nèi)蒸汽溫度基本上保持恒溫，熱管兩端的溫差不超過(guò)5℃，具有良好的等溫性能。

③熱管能適應(yīng)的溫度范圍與熱管的具體結(jié)構(gòu)、采用的工作流體及熱管的環(huán)境工作溫度有關(guān)。目前，熱管能適應(yīng)的溫度范圍一般為-200℃～2000℃，這也是其它傳熱元件所難以達(dá)到的。

④運(yùn)行中即使有個(gè)別熱管損壞，也不會(huì)造成兩種換熱介質(zhì)相混，不必停車堵漏。因此，熱管設(shè)備具有使用周期長(zhǎng)、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

⑤由于每一支熱管都是一個(gè)獨(dú)立的換熱元件，因此可任意拆換、更換性能強(qiáng)。

2 熱管式余熱鍋爐特點(diǎn)

2.1余熱鍋爐概況

熱管式余熱鍋爐與常規(guī)余熱鍋爐相比具有明顯的優(yōu)越性，其體積緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高，每支熱管都是一個(gè)獨(dú)立的傳熱元件，可根據(jù)不同的溫度水平而設(shè)計(jì)，熱管徹底隔離了熱源和冷源，因而單根熱管受到破壞不影響整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，提高了設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。

為了節(jié)約能源及減輕環(huán)境污染，筆者為某煉化廠40萬(wàn)噸/年重油催化裂化裝置余熱鍋爐改造設(shè)計(jì)了一臺(tái)熱管式余熱鍋爐。余熱鍋爐為一個(gè)獨(dú)立的汽水自然循環(huán)系統(tǒng)，由過(guò)熱器、鍋筒、蒸發(fā)器、省煤器、上升管、下降管等設(shè)備和元件組成，回收催化裂化裝置再生煙氣中的余熱，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽供生產(chǎn)使用。

2.2 余熱鍋爐布置特點(diǎn)

基于催化裂化裝置再生煙氣中含微量粉末，鍋爐運(yùn)行處在微正壓狀態(tài)等特點(diǎn)。鍋爐布置考慮立式+臥室布置，多點(diǎn)排灰。過(guò)熱器段立式布置，煙氣主要作上下運(yùn)動(dòng)，可減少積灰，提高熱效率，豎直方向上設(shè)置排灰點(diǎn)。臥式段煙氣作水平流動(dòng)，熱管蒸發(fā)器采用正做斜置形式，充分利用現(xiàn)有布置空間，合理布置各級(jí)換熱面，提高效率的同時(shí)，減少積灰。

2.3 熱管蒸汽發(fā)生器水/蒸汽回路運(yùn)行特點(diǎn)

余熱回收裝置給水進(jìn)入省煤器，在省煤器中給水被加熱后進(jìn)入鍋筒和鍋筒中已有的水混合成爐水。余熱回收裝置為自然循環(huán)方式，鍋筒中的水從下降管中流出，進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中受熱蒸發(fā)形成汽水混合物回到鍋筒。由于水和蒸汽的比重不同，汽水混合物在鍋筒內(nèi)被一次分離為水和蒸汽，于是水被存集于鍋筒的下部空間（水空間），而蒸汽在上部空間（汽空間）引出。

在鍋筒內(nèi)，水和蒸汽相位界限的劃分靠水位線來(lái)實(shí)現(xiàn)。相位界限內(nèi)的水始終處于沸騰狀態(tài)，蒸汽壓力（分壓力）的任何變化都會(huì)引起蒸汽產(chǎn)量的變化，隨之也必然引起水位線的波動(dòng)蒸汽在離開(kāi)鍋筒前，要通過(guò)汽水分離，以濾出蒸汽中剩余的水分。

3 余熱鍋爐節(jié)能效益

該項(xiàng)目自投用以來(lái)運(yùn)行效果良好。經(jīng)核算：余熱鍋爐共回收熱量～6000Kw，年平均產(chǎn)350℃，2.5MPa（表）的過(guò)熱蒸汽～57600噸/年，可節(jié)約標(biāo)煤6170噸/年。

由于減少了鍋爐房相應(yīng)的供汽量，故可減少煙氣排放量86.4×106Nm3/a、減少煙塵排放量265.3t/a、減少SO2排放量92.6t/a，為此，可在一定程度上改善廠區(qū)大氣環(huán)境。

因此，項(xiàng)目的實(shí)施將增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)給國(guó)家和地方帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)的環(huán)境效益和積極的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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