蒸汽過熱爐外壁超溫原因及優(yōu)化對策

鄧亮

摘 要：作為苯乙烯生產(chǎn)過程中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，蒸汽過熱爐的運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響生產(chǎn)效率與效益。本文立足于E-GAS氣化工藝蒸汽過熱爐的使用工況條件，首先介紹了蒸汽過熱爐工藝實(shí)現(xiàn)過程與技術(shù)原理，其次對蒸汽過熱爐外壁超溫的原因進(jìn)行解析，最后結(jié)合上述內(nèi)容，對蒸汽過熱爐超溫問題的優(yōu)化策略、改造效益進(jìn)行了探討，旨在為進(jìn)一步提升蒸汽過熱爐的應(yīng)用效果與整體穩(wěn)定性提供參考，促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：蒸汽過熱爐;超溫原因;影響因素

蒸汽過熱爐是苯乙烯生產(chǎn)中的重要設(shè)備類型，其通過低壓蒸汽經(jīng)過兩級加熱的方式來滿足脫氫反應(yīng)器的熱源要求。相比于普通反應(yīng)器而言，其具有不少功能優(yōu)勢與特征。首先，爐膛溫度氣可以超過1100℃，高于常規(guī)的加熱爐;其次，附墻燃燒后燃燒氣的底部會出現(xiàn)大量煙氣流，形成爐底內(nèi)襯沖刷;最后，全爐熱效率較高。為了進(jìn)一步探討蒸汽過熱爐超溫問題的解決策略，現(xiàn)就E-GAS氣化工藝蒸汽過熱爐案例的工況條件分析如下。

1 蒸汽過熱爐工況概述

以氣化裝置氣化爐產(chǎn)超高壓蒸汽量與氣化爐作為運(yùn)行模式，根據(jù)氣化爐配置要求，三臺氣化爐配置兩臺蒸汽過熱爐。其中，單臺的余熱鍋爐參數(shù)為103t/h，正常操作條件下，三臺氣化爐的整體飽和蒸氣壓產(chǎn)量可以達(dá)到250t/h，在該項(xiàng)目實(shí)施過程中，最大設(shè)計(jì)能力為130t/h。每臺氣化爐產(chǎn)生的高壓飽和蒸汽會一起進(jìn)入到母管當(dāng)中，根據(jù)氣化爐的產(chǎn)氣量差異，分別均勻配置到過熱爐當(dāng)中，現(xiàn)階段飽和蒸汽總量在100t/h，停止一臺運(yùn)行后，可以維持高負(fù)荷運(yùn)行，需要關(guān)注鍋爐爆管的問題。單臺過熱爐設(shè)計(jì)參數(shù)為最大130t/h，正常運(yùn)行時為100t/h。

2 蒸汽過熱爐工藝過程與工藝技術(shù)原理

蒸汽過熱爐工作過程中，超飽和蒸汽會被匯集到蒸汽母管當(dāng)中，共同送入到蒸汽過熱爐單元，加熱爐當(dāng)中會被分別送入不同的蒸汽分水罐當(dāng)中，去除兩臺蒸汽過熱爐的對流、輻射段，經(jīng)過換熱和溫度調(diào)整后，再次進(jìn)入到母管當(dāng)中，送出加熱單元。過熱爐設(shè)備使用過程中主要借助于鼓風(fēng)、引風(fēng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)其功能，能夠?qū)崿F(xiàn)空氣與加熱爐的換熱操作，分別將其送入到蒸汽過熱爐的爐膛當(dāng)中，滿足過熱爐燃料燃燒的氧氣需要，同時經(jīng)過空氣換熱處理后，能夠通過引風(fēng)機(jī)排出。過熱爐在運(yùn)行過程中如發(fā)生故障，需要通過旁路經(jīng)過過熱爐，做好事故管線的分析并處理后才可以正常使用。

蒸汽過熱爐作為加熱爐的一種類型，其與大多數(shù)的加熱爐一樣都采用氣體燃料燃燒的方式提供高溫。作為加熱載體，可以通過流向控制來滿足加熱溫度的控制要求。等待加熱的蒸汽進(jìn)入到蒸汽過熱爐對流室當(dāng)中，通過對流的方式來獲得熱量，同時也會通過對流傳遞的模式來形成管內(nèi)的流動。蒸汽通過對流室對流后，進(jìn)入到輻射室爐管當(dāng)中，該區(qū)域主要以輻射的方式將熱量輻射到爐管外表面，形成內(nèi)外溫差后達(dá)到加熱的效果，這也是熱傳導(dǎo)、熱輻射兩種技術(shù)同時作用，滿足蒸汽過熱爐加熱要求的主要工藝技術(shù)原理。

3 蒸汽過熱爐外壁超溫原因分析

蒸汽過熱爐出現(xiàn)外壁超溫的影響因素較多，根據(jù)長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工藝技術(shù)原理，可以歸納為如下三個方面進(jìn)行分別探討。

3.1 設(shè)計(jì)選材對爐壁溫度的影響

設(shè)計(jì)選材是蒸汽過熱爐最重要的溫度控制途徑之一。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，采用計(jì)算機(jī)程序?qū)Ω魺岜馄揭约氨砻鏈囟冗M(jìn)行評價，可以得到系統(tǒng)溫度的材料設(shè)計(jì)要求。值得注意的是，不同類型的標(biāo)準(zhǔn)是針對不同的煉油裝置的，輻射室平均煙氣溫度在達(dá)到1100℃后，高溫蒸汽過熱爐中一些參考標(biāo)準(zhǔn)只能夠作為參考，并不能夠直接使用。特別是蒸汽過熱爐，雖然屬于加熱爐，但是無法適用最低加熱爐標(biāo)準(zhǔn)，這一點(diǎn)也是選材中容易忽視的問題。

3.2 磚排列方式對爐壁溫度的影響

不同類型的磚排列方式也會對爐壁溫度產(chǎn)生影響。在原設(shè)計(jì)模型中，輻射室爐壁是陶纖襯里，爐底是耐火磚，對流室是耐火襯里，襯里采用豎向排布的方式，與爐壁平面垂直;早期的加熱爐磚墻排布基本如此，隨著使用時間延長，逐漸暴露出相應(yīng)的問題，需要對其進(jìn)行技術(shù)調(diào)整。根據(jù)不同的排布方法差異來進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，具體的排列對比結(jié)果如下表1所示。

3.3 托磚結(jié)構(gòu)對爐壁溫度的影響

底部托磚結(jié)構(gòu)也會對蒸汽過熱爐的爐壁溫度產(chǎn)生影響。在原設(shè)計(jì)當(dāng)中，采用了連續(xù)焊接的方式，托磚板與角鋼形成了整體。該結(jié)構(gòu)存在明顯的缺陷，一方面熱量通過托磚板會傳遞到線路上，長期使用會導(dǎo)致線路短路，導(dǎo)致爐壁局部溫度異常增加。另外，焊接在一起后會導(dǎo)致懸臂梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，久而久之就會出現(xiàn)爐墻傾倒的風(fēng)險。除此之外，貴金屬分量過高等問題也會導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本較高，不利于節(jié)約施工成本。

4 蒸汽過熱爐外壁超溫問題優(yōu)化策略

蒸汽過熱爐實(shí)施技術(shù)改造升級，主要包括如下幾個方面的工作。

4.1 做好設(shè)計(jì)選材

對材料進(jìn)行升級，需要先根據(jù)公開條件進(jìn)行傳熱計(jì)算，原設(shè)計(jì)當(dāng)中輻射室爐壁襯里結(jié)構(gòu)為陶纖襯里，底部為GL65高鋁磚配合陶纖襯里，結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳熱計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度為27℃時，爐外壁溫度達(dá)到84℃，而根據(jù)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，爐壁溫度不得高于82℃，所以需要進(jìn)行技術(shù)改造。本爐的燃燒器位于爐底部分，處于側(cè)墻與垂直懸吊的中間部分，燃燒器的火焰會附墻燃燒，可以將材料更換為迎火襯里，高度為垂直向上5m，確保耐火磚抗沖刷性能與耐火性能。實(shí)際上，輕質(zhì)高鋁磚也能夠滿足工作環(huán)境的穩(wěn)定性要求，但是密度相對比較低，無法滿足襯里對結(jié)構(gòu)承重方面的要求。

4.2 調(diào)整磚排列方式

磚排列結(jié)構(gòu)調(diào)整需要考慮到兩層磚設(shè)計(jì)模式，通過第一層選擇高溫耐火材料配合第二層隔熱性能材料來進(jìn)行排列設(shè)計(jì)，可以很好的兼顧排列的經(jīng)濟(jì)效益，也能夠降低爐壁的外部溫度，兩種排列模式對比后可以選擇第二種模式來滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 改變托磚結(jié)構(gòu)

積極轉(zhuǎn)變底部托磚結(jié)構(gòu)，圖中托磚板與角鋼相互搭接30mm，上下采取連續(xù)焊接的處理模式，將托磚板、角鋼連接為有機(jī)的整體，對比后，采取新的設(shè)計(jì)施工模式，雖然具有施工難度高的問題，但是可以顯著改善爐墻溫度較高的問題，進(jìn)而滿足生產(chǎn)穩(wěn)定要求。

5 蒸汽過熱爐外壁改造效益分析

使用磚橫豎交錯排列的模式，不但可以在很大程度上控制爐墻外壁溫度，同樣也有助于解決爐墻內(nèi)部傾斜以及外壁溫度差異較大等問題，進(jìn)而避免出現(xiàn)爐壁板過熱，起到了積極的穩(wěn)定控制效果，其獲得的效益可以歸納總結(jié)如下：首先，經(jīng)過技術(shù)改造后，外壁溫度由84℃控制到76℃，經(jīng)過傳熱計(jì)算后，該爐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，每年可以減少熱損失為1.88×1012J，折合天然氣達(dá)到5.3萬m3。實(shí)施技術(shù)改造后，為蒸汽過熱爐解決了溫度較高的問題，同時延長了爐襯的溫度壓力，選擇托磚結(jié)構(gòu)與耐火磚結(jié)構(gòu)，顯著延長了整體壽命，整體計(jì)算后得知，每年可以為企業(yè)節(jié)約成本78萬元。

6 總結(jié)

綜上所述，蒸汽過熱爐輻射段襯里對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都具有較高的要求，不但需要滿足基本的功能，還需要滿足耐火穩(wěn)定性要求，這樣才能夠延長設(shè)計(jì)壽命，取得更高的穩(wěn)定效益。對比普通加熱爐，蒸汽過熱爐不能夠簡單套用常規(guī)加熱爐的標(biāo)準(zhǔn)，需要考慮到爐子的特殊用途與要求，實(shí)施科學(xué)技術(shù)改造，提升耐火穩(wěn)定性水平。根據(jù)本項(xiàng)目的改造效益結(jié)果來看，效益提升穩(wěn)定，能夠在一定程度上避免外壁超溫問題產(chǎn)生，具有良好的推廣應(yīng)用價值。

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