加熱爐復(fù)合式襯里優(yōu)化改造

孫運(yùn)磊，舒向泉，賀永鵬，程顯瑞，張沖沖，董 峰

（山東京博石油化工有限公司，山東濱州 256500）

1 加熱爐復(fù)合式襯里優(yōu)化改造背景

目前公司共40 臺加熱爐，使用時(shí)間從1 年到15 年不等，使用時(shí)間長的加熱爐存在漏風(fēng)、散熱損失大等問題，嚴(yán)重制約加熱爐熱效率。公司通過空氣預(yù)熱器的改造，降低排煙溫度，采用高效環(huán)保燃燒器提高燃燒效果，降低氮氧化物。但還需要優(yōu)化改造加熱爐襯里結(jié)構(gòu)，降低散熱損失提升熱效率，使加熱爐保持在高效率運(yùn)行狀態(tài)，減少燃料氣的使用，達(dá)到高效節(jié)能目的。

一套焦化加熱爐2005 年投用到2019 年改造，已經(jīng)運(yùn)行14年，外壁最高溫度達(dá)135 ℃，散熱損失嚴(yán)重。2018 年檢修期間發(fā)現(xiàn)輻射室襯里有分層鼓包現(xiàn)象，經(jīng)過進(jìn)一步檢查確認(rèn)，爐壁板出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕，固定襯里材料的錨固釘已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕脫落，爐壁板已經(jīng)減薄，影響加熱爐安全運(yùn)行。2018 年12 月進(jìn)行熱效率標(biāo)定，其散熱損失高達(dá)5.39%，嚴(yán)重影響熱效率。

2 原因分析

裝置運(yùn)行期間多次開停工操作，普通澆注料加熱爐襯里經(jīng)過頻繁的熱脹冷縮產(chǎn)生了不同程度裂紋。煙氣中的硫或硫化氫在燃燒時(shí)產(chǎn)生SO2，其中部分SO2進(jìn)一步氧化產(chǎn)生SO3，SO3和煙氣中的水蒸氣結(jié)合生成H2SO4。這些含有H2SO4蒸汽的煙氣，通過裂紋穿透爐襯在低溫度的爐壁和固定爐襯的錨固釘結(jié)成含有硫酸的液體，該部位的爐壁和錨固釘就會產(chǎn)生嚴(yán)重的低溫露點(diǎn)腐蝕。

3 復(fù)合式襯里優(yōu)點(diǎn)及改造應(yīng)用

3.1 復(fù)合式襯里優(yōu)點(diǎn)

復(fù)合式襯里方案由纖維模塊、納米微孔絕熱板、反射膜、陶瓷纖維毯等組合而成（圖1）。與使用傳統(tǒng)隔熱保溫材料相比，能較好節(jié)約能源，特點(diǎn)如下。

（1）降低隔熱層厚度。超低的導(dǎo)熱系數(shù)，能大幅減少熱層厚度，具有施工方便、快速的特點(diǎn)，可縮短檢修工期。

（2）減少散熱量。由于使用較薄的納米微孔隔熱材料就可以達(dá)到隔熱效果，因此能減少散熱表面積，大幅減少熱損失。

（3）環(huán)境溫度均勻化。減少熱損失，能夠使溫度較大限度實(shí)現(xiàn)均勻化，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

（4）免烘爐。納米微孔隔熱板以模塊化、板塊化施工，不含水分，在檢修后不用進(jìn)行烘爐處理。

（5）抗機(jī)械振動。纖維模塊具有柔性和彈性，使用壽命長。

（6）防止低溫含硫煙氣腐蝕。反射膜具有卓越的隔熱保溫性能，可以反射掉93%以上的輻射熱，能有效阻止低溫含硫煙氣的侵入。

圖1 復(fù)合式襯里示意

3.2 加熱爐復(fù)合式襯里優(yōu)化改造方案

3.2.1 優(yōu)化改造范圍

輻射室側(cè)墻襯里，輻射室端墻襯里，輻射室爐底襯里，輻射室爐頂襯里，對流室襯里。

3.2.2 主要選材及技術(shù)指標(biāo)（表1～表3）

3.2.3 一套焦化爐傳熱計(jì)算及設(shè)計(jì)

（1）傳熱計(jì)算。表4。

（2）加熱爐復(fù)合式襯里結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。①輻射室：側(cè)墻（兩面）及端墻（四面），依據(jù)上述傳熱計(jì)算結(jié)果，一套焦化爐輻射室墻內(nèi)襯總設(shè)計(jì)厚度為310 mm，靠護(hù)板開始依次為防腐氰凝涂料，陶瓷纖維板（厚20 mm），雙面夾金反射箔，納米微孔隔熱板（厚20 mm），低導(dǎo)納米微孔隔熱板（厚40 mm，分二層，單層厚20 mm，下同），雙面夾金反射箔，纖維模塊（厚230 mm）。陶瓷纖維模塊用錨具將陶瓷纖維模塊固定在側(cè)墻下部（兩面）磚墻高2079 mm 部位，靠護(hù)板開始依次為防腐氰凝涂料，陶瓷纖維板（厚20 mm），納米微孔隔熱板（厚40 mm，分二層，單層厚20 mm，下同），低導(dǎo)納米微孔隔熱板（厚40 mm，分二層，單層厚20 mm，下同），陶瓷纖維板（厚100 mm），GCd-28 輕質(zhì)磚（厚114 mm）；②爐頂：內(nèi)襯總設(shè)計(jì)厚度為330 mm，靠護(hù)板開始依次為防腐氰凝涂料，陶瓷纖維板（厚20 mm），雙面夾金反射箔，納米微孔隔熱板（厚40 mm），低導(dǎo)納米微孔隔熱板（厚40 mm），雙面夾金反射箔，纖維模塊（厚230 mm）。陶瓷纖維模塊用錨具將陶瓷纖維模塊固定在爐壁板上；③爐底：內(nèi)襯總設(shè)計(jì)厚度為475 mm，靠護(hù)板開始依次為防腐氰凝涂料，陶瓷纖維板（厚20 mm），雙面夾金反射箔，納米微孔隔熱板（厚40 mm），低導(dǎo)納米微孔隔熱板（厚40 mm），纖維模塊（厚230 mm）。雙面夾金反射箔，微纖高強(qiáng)輕質(zhì)隔熱料（厚80 mm），隔熱磚（230 mm×114 mm×65 mm）平鋪一層；④爐底與對流室轉(zhuǎn)角處：內(nèi)襯總設(shè)計(jì)厚度為150 mm，高度500 mm，靠護(hù)板開始依次為防腐氰凝涂料，低導(dǎo)納米微孔隔熱板（厚80 mm），雙面夾金反射箔，微纖高強(qiáng)輕質(zhì)隔熱料（厚70 mm）。澆注前先焊接錨固釘，錨固釘材料為0Cr18Ni9；⑤對流室：內(nèi)襯總設(shè)計(jì)厚度為180 mm，靠護(hù)板開始依次為防腐氰凝涂料，低導(dǎo)納米微孔隔熱板（厚20 mm），雙面夾金反射箔，微纖高強(qiáng)輕質(zhì)隔熱料（厚60 mm），折流凸段微纖高強(qiáng)輕質(zhì)隔熱料（厚100 mm）支模澆注，澆注前先焊接錨固釘，錨固釘材料為0Cr18Ni9。

表1 技術(shù)材料指標(biāo)

表2 技術(shù)材料指標(biāo)

表3 技術(shù)材料指標(biāo)

表4 輻射室

4 加熱爐襯里優(yōu)化改造評定

加熱爐襯里優(yōu)化改造后經(jīng)過加熱爐綜合標(biāo)定，測試爐體散熱損失為2.66%，相比2018 年的5.39%下降了2.73%，說明此次爐體襯里改造保溫效果取得很好效果，減少了燃料氣的使用，提升加熱爐熱效率。改造后紅外成像見圖2。

圖2 改造后紅外成像

5 加熱爐復(fù)合型襯里創(chuàng)新點(diǎn)及效益分析

5.1 本項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

（1）降低投資成本。通過傳熱計(jì)算，使用復(fù)合型襯里延長使用壽命，降低投資成本。

（2）防止?fàn)t壁露點(diǎn)腐蝕。在爐壁涂露點(diǎn)涂料，復(fù)合襯里中夾反射膜，反射膜不僅具有卓越隔熱保溫性能，還能有效阻止低溫含硫煙氣的侵入，雙重防護(hù)防止?fàn)t壁腐蝕。

（3）縮短開工時(shí)間。由于復(fù)合式襯里不含水分，所以更換后不需專門進(jìn)行烘爐處理，只按照規(guī)定升溫曲線升溫即可，節(jié)約開工時(shí)間，減少烘爐使用的燃料氣。

5.2 效益分析

通過對爐外壁溫度標(biāo)定，選擇27 ℃無風(fēng)，爐膛溫度800 ℃的條件進(jìn)行核算?？梢钥吹酵獗跍囟葟母脑烨白罡叩?35 ℃，降低至48 ℃左右，達(dá)到改造目的。分別對爐頂、爐頂和爐壁散熱損失計(jì)算，每年節(jié)能燃料氣275 t，約合人民幣82.5 萬元。