加熱爐綜合節(jié)能技術(shù)應(yīng)用探討

張寶玉（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

1 現(xiàn)狀

大慶油田某采油廠現(xiàn)有加熱爐123臺，主要分布在各中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站，用于原油集輸伴熱，平均每天運行70臺次，平均熱效率78.20%。2016年全廠加熱爐總能耗為5534×104m3（標況），占全廠總能耗33.26%，其中消耗自產(chǎn)氣5181×104m3（標況）、外引氣353×104m3（標況）。近年來，我廠在加熱爐節(jié)能上做了大量工作，如精細管理、更新設(shè)備、應(yīng)用新技術(shù)等。但目前我廠加熱爐燃料利用率只有72.87%，若加熱爐燃料利用率達到78.7%，我廠則可實現(xiàn)燃氣自給。為了進一步降低燃料消耗，減少加熱爐燃料的浪費和對環(huán)境的污染。2017年我們以“節(jié)能降耗”總的生產(chǎn)方針為指導(dǎo)，對全廠在運加熱爐存在的結(jié)癥問題進行系統(tǒng)分析。加熱爐在運行過程中主要存在以下兩大問題：一是部分加熱爐受設(shè)備、燃料等條件制約，燃氣利用率低，燃氣消耗量大；二是部分加熱爐因燃燒條件差、燃氣燃燒不充分，會產(chǎn)生一些有害氣體（CO、SO2）極易對環(huán)境造成污染。為了解決以上問題，相關(guān)技術(shù)人員深入研究影響加熱爐熱效率的因素，通過測算加熱爐熱效率，評價加熱爐系統(tǒng)能耗，對在運加熱爐采取針對性措施，改變加熱爐運行狀況[1]，進而達到節(jié)能降耗、降本增效的目的。

2 加熱爐技改措施

大慶油田某采油廠結(jié)合加熱爐系統(tǒng)運行的特點，近幾年先后采取了涂刷FHC遠紅外節(jié)能劑、爐體改造、更換新型燃燒器等綜合節(jié)能措施，提高加熱爐運行熱效率，達到節(jié)能減排的目的。

2.1 涂刷FHC遠紅外節(jié)能劑

加熱爐的主要傳熱元件是爐管，根據(jù)加熱爐的結(jié)構(gòu)分輻射爐管和對流爐管兩個部分[1]。針對輻射爐管熱效率低，采用強化傳熱技術(shù)，在加熱爐爐膛內(nèi)涂刷FHC遠紅外節(jié)能劑，使輻射爐管能夠更充分地吸收爐膛熱量，降低燃料消耗，提高加熱爐熱效率。FHC遠紅外節(jié)能劑具有耐高溫、輻射率高的特點，同時可降低煙垢和水垢生成速度，尤其對加快升溫速度、延長爐體使用壽命具有獨特的作用。2017年對4臺加熱爐爐膛內(nèi)壁進行了涂刷FHC遠紅外節(jié)能劑技術(shù)試驗，技術(shù)人員對涂刷FHC遠紅外節(jié)能劑前后加熱爐測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，如表1所示。

結(jié)果表明，應(yīng)用該節(jié)能技術(shù)，加熱爐熱效率平均由80.57%提高到87.1%，加熱爐熱效率提高了6.53%，加熱爐平均節(jié)氣率10.07%，單爐日節(jié)氣261.72 m3（標況）。截止2017年涂刷FHC遠紅外節(jié)能劑技術(shù)推廣應(yīng)用10臺，熱效率得到了有效提高，年創(chuàng)節(jié)氣效益34.62萬元。

2.2 改善爐體結(jié)構(gòu)

加熱爐因爐體結(jié)構(gòu)差造成煙道吸力兩極分化，出現(xiàn)回火或排煙溫度過高現(xiàn)象，增加了煙氣的汽化潛熱，進而增加了燃料消耗。為實現(xiàn)加熱爐控制合理的熱損失、降低燃料消耗，提出了兩項改善加熱爐爐體結(jié)構(gòu)的措施。

2.2.1 改進花墻結(jié)構(gòu)

常規(guī)加熱爐燃料在爐膛內(nèi)燃燒后，一部分煙氣留在輻射室，另一部分進入對流室，對流室排列著爐管，爐管是以對流方式吸收煙氣熱量[3]。

為使爐管能夠充分吸收熱量，在對流室增設(shè)螺旋型花墻，改變花墻的原始結(jié)構(gòu)，可控制煙氣的走向。通過改變花墻的層數(shù)或位置，改變煙氣的排出角度，即變S走向為螺旋走向，使煙氣流沿通道旋轉(zhuǎn)排出，氣流的旋轉(zhuǎn)擾動使對流換熱能力顯著加強。旋轉(zhuǎn)的氣流減緩了煙氣流動速度，使加熱爐的吸熱能力增強，煙氣可順暢排出，如圖1所示。

圖1 螺旋型花墻結(jié)構(gòu)原理

2016年，對1臺加熱爐進行了改善花墻結(jié)構(gòu)試驗，2017年又繼續(xù)推廣應(yīng)用4臺飲進花墻強求構(gòu)的新式爐，目前共有5臺加熱爐改善了花墻結(jié)構(gòu)技術(shù)，應(yīng)用前后數(shù)據(jù)對比見表2。

改善花墻結(jié)構(gòu)后，加熱爐熱效率提高2.98%，單爐日節(jié)氣119.44 m3（標況），5臺爐年創(chuàng)節(jié)氣效益7.84萬元。

2.2.2 延長對流管長

對花墻結(jié)構(gòu)較好、煙道吸力過大、排煙溫度過高的加熱爐，采取延長對流管的長度，將U型管改變成W型管，見圖2。

圖2 改善對流管長度結(jié)構(gòu)圖

2016年對2臺加熱爐的對流管進行了試驗，通過延長加熱爐對流管長，延長了煙氣在加熱爐內(nèi)的流動時間，增強了對流熱管吸熱能力，提高了加熱爐的熱能利用率[4]。2017年又推廣應(yīng)用4臺爐，目前共有6臺加熱爐采取了延長對流管長度技術(shù)，通過對比措施前后數(shù)據(jù)（表3）可知，排煙溫度下降28℃，加熱爐熱效率提高2.44%，單爐日節(jié)氣為97.79 m3（標況），6臺爐年創(chuàng)節(jié)氣效益9.63萬元。

2.3 研制加熱爐空氣預(yù)熱裝置

加熱爐燃燒器的燃燒方式是采用直接燃燒，受冬季氣溫低影響，進入爐堂內(nèi)的空氣溫度較低，助燃空氣在燃燒過程中吸收了大量的熱能[4]，增加了燃料消耗。由于空氣溫度低，空氣分子不活躍，燃氣與空氣混合不充分，影響加熱爐的燃燒效果。同時，燒火間內(nèi)的溫度過低，會使燃料氣管線容易結(jié)冰、堵塞，嚴重時會導(dǎo)致停爐情況，影響正常生產(chǎn)。為此，研制了加熱爐空氣預(yù)熱裝置，見圖3。

表2 加熱爐改善花墻結(jié)構(gòu)計算數(shù)據(jù)對比

表3 增加對流管長度前后加熱爐測試數(shù)據(jù)對比

圖3 空氣預(yù)熱裝置結(jié)構(gòu)原理圖

在加熱爐對流室尾部裸露的煙箱和煙囪的底部分別用鐵皮密封，形成高溫導(dǎo)熱密封室，密封室下端與燒火間相連處開口，并安裝滑道擋板。氣溫高時將擋板關(guān)閉，防止燒火間內(nèi)溫度過高。氣溫低時打開擋板，密封室與燒火間形成對流換熱，將進入爐堂的空氣進行升溫。2016年，在3個中轉(zhuǎn)站6臺加熱爐上安裝空氣預(yù)熱裝置，并對安裝前后加熱爐運行效果進行測試對比，如表4所示。

在加熱爐加裝空氣預(yù)熱裝置后，進入爐堂的空氣溫度提高了5℃，而且加熱爐排煙溫度也降低了26℃，應(yīng)用空氣預(yù)熱裝置后，加熱爐熱效率提高2.42%，單爐日節(jié)氣96.99 m3（標況），單爐年創(chuàng)經(jīng)濟效益1.59萬元，投入費用為單爐0.22萬元，投入產(chǎn)出比為1∶7.22。同時，加熱爐排煙溫度降低，減少汽化潛熱的排放量，抑制了空氣熱污染[5]。另外，在2017年四季度重點連續(xù)跟蹤測試和調(diào)查了這6臺爐的運行狀況，沒有發(fā)現(xiàn)燒火間燃氣管線結(jié)冰的現(xiàn)象。目前，我廠共有40臺加熱記應(yīng)用了該裝置，年創(chuàng)經(jīng)濟效益63.6萬元。

3 結(jié)論

1）涂刷FHC遠紅外節(jié)能劑，可提高加熱爐爐管吸熱能力，促使加熱爐強化傳熱，提高加熱爐熱效率，單爐日節(jié)氣261.72 m3（標況），10臺爐年創(chuàng)節(jié)氣效益34.62萬元。

表4 加熱爐空氣預(yù)熱裝置測試數(shù)據(jù)對比

2）改進花墻結(jié)構(gòu)，利用旋轉(zhuǎn)熱氣流方式換熱，使對流換熱能力顯著加強。降低了煙氣熱損失，單爐日節(jié)氣119.44 m3（標況），5臺爐年創(chuàng)節(jié)氣效益7.84萬元。

3）延長對流管長度，增強了對流熱管吸熱能力，降低排煙溫度，提高了加熱爐的燃氣利用率，單爐日節(jié)氣為97.79 m3（標況），6臺爐年創(chuàng)節(jié)氣效益9.63萬元。

4）加熱爐空氣預(yù)熱裝置，實現(xiàn)了加熱爐余熱回收利用，提高了燃燒氣體溫度，單爐日節(jié)氣96.99 m3（標況），40臺加熱爐年創(chuàng)節(jié)氣效益63.6萬元。