加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化探討

殷慶微，徐金文，闞春明，劉國(guó)光

(中國(guó)化工正和集團(tuán)股份有限公司，山東 東營(yíng) 257342)

加熱爐是石油化工生產(chǎn)中加熱工藝介質(zhì)的重要輔助裝置，多采用管式加熱爐，屬于提供熱源的火焰加熱設(shè)備，作用是將通過(guò)加熱爐管內(nèi)的工藝介質(zhì)到所需溫度后，進(jìn)入下一段工藝流程參與反應(yīng)。管式加熱爐由輻射室、對(duì)流室和煙囪組成，輻射室和對(duì)流室內(nèi)均裝有爐管，用于加熱工藝介質(zhì)，煙囪內(nèi)裝有擋板，輔助調(diào)節(jié)爐膛溫度。加熱爐的燃料經(jīng)過(guò)燃燒器噴嘴在輻射室燃燒，產(chǎn)生的高溫火焰以輻射傳熱方式，將大部分熱量傳給輻射室爐管內(nèi)流動(dòng)著的工藝介質(zhì)，溫度降低后的高溫?zé)煔庠龠M(jìn)入對(duì)流室，以對(duì)流方式繼續(xù)將部分熱量傳給對(duì)流室爐管內(nèi)流動(dòng)著的工藝介質(zhì)，降溫后的煙氣最終進(jìn)入煙道，通過(guò)煙囪排入大氣。工藝介質(zhì)的流向一般是先經(jīng)過(guò)對(duì)流室爐管，再經(jīng)過(guò)輻射室的爐管，在流動(dòng)過(guò)程中不斷吸收高溫?zé)煔饨?jīng)爐管壁傳來(lái)的熱量，逐步升高到所需要的溫度成為高溫介質(zhì)流出。工藝介質(zhì)升溫所需熱量均由燃料(多為燃料油、天然氣、干氣等)燃燒產(chǎn)生，加熱爐熱效率高低直接影響著燃料消耗量，進(jìn)而影響生產(chǎn)成本。在加熱爐運(yùn)行過(guò)程中，影響熱效率的因素主要有煙氣氧含量、煙囪排煙溫度及加熱爐爐壁襯里的保溫效果。隨著國(guó)家對(duì)加熱爐節(jié)能要求和環(huán)保要求的日益嚴(yán)竣，利用現(xiàn)有技術(shù)，通過(guò)對(duì)加熱爐系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析和研究，根據(jù)其運(yùn)行工況，量身定做最匹配的節(jié)能優(yōu)化措施，對(duì)于提高加熱爐熱效率、降低運(yùn)行能耗作用明顯。

1 目前加熱爐運(yùn)行中存在的問(wèn)題

從目前加熱爐運(yùn)行的問(wèn)題看，造成熱效率不高的問(wèn)題可歸納為以下幾種：一是生產(chǎn)工藝指標(biāo)差；二是燃燒系統(tǒng)老化，燃燒器技術(shù)落后；三是余熱回收系統(tǒng)效率低下；四是爐體襯里保溫效果差。具體情況如下：

1)生產(chǎn)工藝指標(biāo)差：加熱爐運(yùn)行過(guò)程中由于操作原因，使得氧含量、排煙溫度偏高，造成熱效率偏低，使得燃料消耗量大、生產(chǎn)成本增加。

2)燃燒系統(tǒng)老化，燃燒器技術(shù)落后：早期建設(shè)的加熱爐運(yùn)行多年后，燃燒系統(tǒng)老化，加之燃燒器技術(shù)落后，燃燒效率低，造成燃料浪費(fèi)。

3)余熱回收系統(tǒng)效率低下：早期建設(shè)的加熱爐預(yù)熱回收系統(tǒng)多為熱管式，換熱面積少，余熱回收效率低下，大量熱能無(wú)法有效回收，從煙囪排出，造成熱量損失。

4)爐體襯里保溫效果差：加熱爐運(yùn)行多年后，襯里材料嚴(yán)重老化，保溫效果逐年變差，造成爐外壁溫度逐年升偏高，對(duì)周邊低溫環(huán)境產(chǎn)生熱輻射，熱量損失嚴(yán)重。

2 加熱爐節(jié)能優(yōu)化措施

對(duì)于加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能優(yōu)化，主要從以下四個(gè)方面提出節(jié)能優(yōu)化措施：

1)針對(duì)生產(chǎn)工藝指標(biāo)差，通過(guò)加熱爐管理人員的每日巡檢、每周專(zhuān)項(xiàng)檢查、每旬聯(lián)合檢查的方式來(lái)不斷提升加熱爐運(yùn)行日常管理，平穩(wěn)操作、控制好 “三門(mén)一板”、定期對(duì)爐管吹灰、消除爐體和對(duì)流室的漏風(fēng)點(diǎn)等措施來(lái)提高加熱爐熱效率，降低排煙溫度和氧含量，節(jié)約燃?xì)庀摹Ｍ瑫r(shí)利用處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的TESTO340型煙氣分析儀，定期對(duì)煙氣成分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、分析，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決加熱爐運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，用來(lái)指導(dǎo)操作工平穩(wěn)生產(chǎn)、優(yōu)化操作，確保加熱爐運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)。

2)針對(duì)燃燒系統(tǒng)老化，燃燒器技術(shù)落后，更換高效燃燒器，調(diào)整適宜的過(guò)?？諝庀禂?shù)，讓空氣與燃燒流股間的混合迅速充分，使燃料燃燒過(guò)程可以在短時(shí)間內(nèi)迅速完成，確保焰煙初始噴射溫度增高，通過(guò)燃燒器專(zhuān)用噴槍和燃燒室采用剛玉磚及出口文丘里結(jié)構(gòu)，使焰煙初始速度升高；同時(shí)輻射室底部形成較強(qiáng)低壓區(qū)，與高速火焰射流共同強(qiáng)化對(duì)流傳熱，降低熱損失，提高熱效率，節(jié)約燃料消耗量，降低生產(chǎn)成本。

3)針對(duì)余熱回收系統(tǒng)效率低下，采用洛陽(yáng)某公司生產(chǎn)的LYCS板殼式空氣預(yù)熱器，它具有換熱面積大、抗漏點(diǎn)腐蝕的特點(diǎn)，能夠長(zhǎng)周期、安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行。該公司為空氣預(yù)熱器設(shè)置了水沖洗機(jī)構(gòu)，通過(guò)定期沖洗用來(lái)清除換熱面上的殘留灰垢，提高換熱效率，降低排煙溫度；該公司在原始設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)上采用高溫區(qū)與低溫區(qū)200℃分界，高溫區(qū)采用1.5 mm考登鋼，低溫區(qū)采用5 mm鑄鐵合金平板，通過(guò)新型錨固來(lái)增加密封效果，增加空氣預(yù)熱器襯里的使用壽命，從而達(dá)到最佳的熱能回收效果。

4)針對(duì)爐體襯里保溫效果差，為爐體襯里內(nèi)表面噴涂上海某公司生產(chǎn)的耐高溫反輻射涂料涂，一種“二次輻射”節(jié)能產(chǎn)品(增加爐墻內(nèi)表面輻射率，提高輻射室傳熱量)。涂料由輻射粉體基料、粘結(jié)劑、燒結(jié)劑和載液組成，能夠增加基體表面黑度，增強(qiáng)基體表面對(duì)熱源傳來(lái)熱量吸收后的“二次輻射”傳熱。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，加熱爐輻射傳熱，占到全爐70%～80%熱負(fù)荷，所以提高輻射熱是提高熱效率最直接的辦法；當(dāng)加熱爐的爐膛溫度超過(guò)700℃時(shí)，主要是靠輻射傳熱，加熱爐輻射室襯里使用的耐火材料常溫下的黑度一般為0.6～0.8，并隨著溫度的升高而大幅度下降，而耐高溫反輻射涂料涂能減緩這種下降，甚至可以使其提高。由于涂料基體表面的吸收和輻射作用，改變惡劣傳熱區(qū)熱輻射的波譜分布，將熱源發(fā)出的間接波譜轉(zhuǎn)變成了連續(xù)波譜，從而促進(jìn)了被加熱物體吸收熱量。耐高溫反輻射涂料涂噴涂工作完成后，增加了爐襯里的黑度，加強(qiáng)了輻射傳熱，降低了單耗，提高了熱效率；同時(shí)還改善了爐膛溫度的均勻度，降低了爐外壁溫度，消除了加熱爐爐壁對(duì)外的高溫?zé)彷椛洌纳屏瞬僮魅藛T的工作環(huán)境，涂料在高溫下燒結(jié)形成的致密金屬陶瓷層，增強(qiáng)了襯里的抗沖刷性和表面強(qiáng)度，對(duì)襯里起到很好的保護(hù)作用。

3 節(jié)能效果

通過(guò)對(duì)加熱爐運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化、操作工藝調(diào)整，可以使加熱爐高效運(yùn)行，對(duì)于提高熱效率、控制氧含量、降低排煙溫度、減少爐外壁熱損失具有重要幫助。通過(guò)節(jié)能優(yōu)化措施，是加熱爐氧含量控制在1.5%～2%，排煙溫度穩(wěn)定在130～140℃，較原

來(lái)降低了加熱爐外壁溫度10℃以上，熱效率提高1.5%以上，實(shí)現(xiàn)了加熱爐安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行，從而大幅降低了燃料消耗量，取得了很好的節(jié)能效果，降低了生產(chǎn)成本，大大提升了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和公司經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

加熱爐節(jié)能優(yōu)化對(duì)于石油化工行業(yè)有著非常重要的意義，是石油化工行業(yè)節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)降本增效的重要手段。隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求和石化行業(yè)的現(xiàn)實(shí)需要以及科技的不斷發(fā)展，加熱爐系統(tǒng)的節(jié)能空間還會(huì)進(jìn)一步挖掘提升。對(duì)于加熱爐系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，是一個(gè)循序漸進(jìn)，持續(xù)改進(jìn)的過(guò)程，需要常抓不懈，才能不斷提高熱效率，降低石油化工行業(yè)的生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。