提高常減壓加熱爐熱效率的技術(shù)改造研究

＊崔曉冬

（中海瀝青股份有限公司 山東 256600）

在原油生產(chǎn)系統(tǒng)中，常減壓裝置加熱爐是輻射對流管的匹配裝置，加熱爐內(nèi)的主要燃料為瓦斯，通過改造加熱裝置，優(yōu)化裝置能耗，是提高常減壓加熱爐熱效率的主要思路。加熱爐內(nèi)瓦斯氣體燃燒過程中，會產(chǎn)生大量的有毒氣體，提高加熱爐熱效率的同時，也要重點(diǎn)考慮降低這些有毒氣體給環(huán)境造成的影響，進(jìn)而提高國家整體原油生產(chǎn)水平。

1.影響加熱爐熱效率的因素

(1)過?？諝庀禂?shù)的影響

加熱爐燃料燃燒過程中，實(shí)際消耗的空氣量和理論消耗的空氣量之間的比值，被稱為過?？諝庀禂?shù)。過?？諝庀禂?shù)會直接影響加熱爐的熱效率：①過?？諝庀禂?shù)過大，會導(dǎo)致加熱爐熱效應(yīng)下降，過剩空氣系數(shù)過大，代表進(jìn)入到燃燒爐中的空氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論值，那么就會產(chǎn)生大量的過剩氣體，過剩氣體隨著煙氣被帶入到大氣中，而過剩氣體的流出也會帶走部分熱量，使得加熱爐的熱損失增加，熱效率降低。②大大降低燃燒溫度，在加熱爐內(nèi)部，燃料燃燒的溫度越高，其傳遞給爐管的熱量也越多，而過?？諝夂吭黾雍?，燃燒爐內(nèi)的燃燒溫度會大大降低，輻射爐管吸熱量減少，為了維持穩(wěn)定的出口溫度，必須不斷增加燃料的使用量，致使燃燒爐熱效率大大下降。③過?？諝庀禂?shù)越大，露點(diǎn)腐蝕問題加劇，為了降低露點(diǎn)腐蝕給整個系統(tǒng)帶來的影響，只能不斷降低排煙溫度，使得燃燒爐熱效應(yīng)降低。④過大的過剩空氣系數(shù)，還會讓爐管養(yǎng)護(hù)問題越來越明顯，進(jìn)而影響整個加熱爐的壽命，同時NOx化合物的含量也會顯著增加，這些物質(zhì)排放到大氣中，會對大氣環(huán)境帶來一定的影響。

(2)不完全燃燒的影響

煙氣排放過程中，除了上文提到的數(shù)量方面的損失，還會因?yàn)椴煌耆紵磻?yīng)帶來一定的化學(xué)損失。不完全燃燒反應(yīng)帶來最為直接的影響就是熱量損失，熱效率降低，與此同時，還會帶來嚴(yán)重的大氣污染問題。不僅如此，不完全燃燒生成的物質(zhì)會聚集在機(jī)械設(shè)備的某個位置，產(chǎn)生結(jié)炭,影響傳熱速率,這也是導(dǎo)致加熱爐熱損失的主要原因之一。

(3)排煙狀況的影響

加熱爐內(nèi)的燃料主要為天然氣,煙氣溫度越高，排除煙氣的過程中，帶走的熱量越多，對整個加熱爐熱效率產(chǎn)生的影響越大，為此，想要提高加熱爐整體熱效率水平，必須采取有效的措施控制好煙氣的排放溫度。

2.提高加熱爐熱效率的有效途徑

影響加熱爐熱效率的因素有很多，這些因素的存在會直接導(dǎo)致加熱爐熱效率的降低，進(jìn)而加劇化工生產(chǎn)過程中能源的損失，使得化工企業(yè)的生產(chǎn)成本顯著提升。為了提高加熱爐熱效率水平，可以采取以下措施：

(1)確定最佳的過剩空氣系數(shù)

保證加熱爐內(nèi)燃料充分燃燒，否則不僅會帶來燃料的浪費(fèi)，還會因?yàn)椴蝗紵磻?yīng)產(chǎn)生其他物質(zhì)，這些物質(zhì)可能具有強(qiáng)腐蝕性，還可能發(fā)生二次燃燒或者閃爆的問題，讓加熱爐內(nèi)部的燃燒反應(yīng)變得不可控。確定最佳的過剩空氣系數(shù)，可以有效提高加熱爐的熱效率，具體可以通過操作煙道蝶閥、一、二次風(fēng)門以及煙道擋板實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，在燒燃料氣時，過?？諝庀禂?shù)和燃料消耗量之間的關(guān)系如圖1所示，通過分析該圖可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)過?？諝庀禂?shù)小于1.1時，隨著加熱爐內(nèi)過?？諝庀禂?shù)的增加，燃料消耗量減少，當(dāng)過?？諝庀禂?shù)大于1.1時，隨著加熱爐過?？諝庀禂?shù)的增加，燃料消耗量增加。另外從該曲線中，也可以看出，當(dāng)過剩空氣系數(shù)為1.1時，加執(zhí)爐內(nèi)的能耗處于最小值，所以說，我們認(rèn)為這個數(shù)值就是燒燃料時最佳的過?？諝庀禂?shù)。

圖1 過?？諝庀禂?shù)和爐內(nèi)燃料消耗量關(guān)系圖

(2)定期做好除灰除垢

在加熱爐內(nèi)部，如果燃料不能充分燃燒，那么就會產(chǎn)生碳?；蛘呋曳?，這兩種物質(zhì)如果聚集在某個位置，就會對整個爐管的熱傳遞效率產(chǎn)生影響。為此，在化工生產(chǎn)過程中，化工企業(yè)必須對爐管做好定期的除灰除垢，必要的時候，可以借助吹灰器，重點(diǎn)處理燃燒渣油的爐子。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，鹽類物質(zhì)的存在也會影響爐管的傳熱效率，為了解決這個問題，可以加強(qiáng)原油脫鹽過程的管理，將進(jìn)入到加熱爐中原有的含鹽量控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

(3)維持較低的排煙溫度

化工生產(chǎn)過程中，新加入加熱爐中的物料的溫度較低，會導(dǎo)致加熱爐內(nèi)溫度的降低，煙氣排放過程中，也會帶走一部分的熱量，也會導(dǎo)致加熱爐中溫度的降低。為了保證加熱爐熱效應(yīng)水平，應(yīng)適當(dāng)增加進(jìn)料的溫度，并嚴(yán)格控制排煙溫度。比如可以借助空氣預(yù)熱器對排煙進(jìn)行加熱處理，降低排煙過程的熱量損失。

(4)采用高效燃燒器

傳統(tǒng)的燃燒器是燃料和助燃空氣在燃燒器內(nèi)初步混合燃燒，而大部分（70%左右）火焰是在加熱爐輻射室內(nèi)燃燒，靠火焰的輻射對介質(zhì)加熱。這種加熱方式在輻射室內(nèi)的溫度場不均勻，加熱爐熱效率低。

高效燃燒器使燃料80%以上集中在火道周圍燃燒，燃燒形成的高溫?zé)煔庖暂^高的速度噴出，在輻射室內(nèi)形成煙氣的機(jī)械擾動，利用其輻射和吸熱的作用過程，最大限度的將熱能傳給被加熱介質(zhì)。使?fàn)t管在軸向和徑向的熱強(qiáng)度及管壁溫度趨于均勻，可大幅提高加熱爐熱效率。

(5)完善加熱爐的燃料性質(zhì)

國內(nèi)各大化工企業(yè)生產(chǎn)過程中所應(yīng)用的燃料油主要有兩種：低壓瓦斯和減頂壓瓦斯，這兩種燃料都含有較高的硫，燃燒效果較差，燃燒時會影響爐內(nèi)火焰的狀態(tài)，讓整個加熱爐內(nèi)的溫度也出現(xiàn)忽高忽低的現(xiàn)象，給實(shí)際的調(diào)節(jié)工作帶來較大的難度。另外，如果煙氣中二氧化硫含量過高，可能會直接導(dǎo)致加熱爐預(yù)熱器局部腐蝕加劇，這一問題的產(chǎn)生會影響爐內(nèi)煙氣問題的提升效果，進(jìn)而降低加熱爐熱效率水平。為此，合理管控加熱爐裝置，改善燃料性質(zhì)，降低燃料硫含量，有利于提高加熱爐熱效率，進(jìn)而提高整個化工生產(chǎn)過程的工藝水平。

(6)定期進(jìn)行項(xiàng)目改造

為了更好的優(yōu)化加熱爐系統(tǒng)配置，徹底消除系統(tǒng)內(nèi)部隱患問題，全面提高加熱爐運(yùn)行效率，必須以定期或者不定期的方式對加熱爐內(nèi)部的裝置進(jìn)行檢修、改造和升級。要定期對爐內(nèi)污垢現(xiàn)象進(jìn)行清理，讓煙氣和風(fēng)量的調(diào)節(jié)更加靈活，改善加熱爐內(nèi)部含氧量和溫度控制效果，進(jìn)而讓加熱爐更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行。不僅如此，加大對加熱爐爐管測厚頻次防止因爐管腐蝕減薄造成的加熱爐著火事故的發(fā)生。定期對內(nèi)部定位管進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)歪曲開焊現(xiàn)象及時處理，及時修補(bǔ)保溫層，將加熱爐內(nèi)的熱量損失降到最低。定期對加熱爐整個系統(tǒng)的檢修、更新和升級，努力提高室內(nèi)的排煙速率，將加熱爐的運(yùn)行效率水平提升到一個新的高度。

(7)應(yīng)用適當(dāng)?shù)那寤覄?/h3>

最近幾年，化工企業(yè)在對常減壓裝置進(jìn)行清理時，都會應(yīng)用清灰劑逐步清理輻射管外壁結(jié)垢。對于加熱爐爐管外壁的機(jī)灰結(jié)垢現(xiàn)象，化工企業(yè)一般應(yīng)用清潔效率更高的清灰劑進(jìn)行清理，這類清潔劑的應(yīng)用可以很好的改善熱爐管系統(tǒng)的燃燒情況，解決爐管外壁機(jī)灰和結(jié)垢問題，進(jìn)而有效提升爐管的熱運(yùn)行效率水平。

3.提升加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行效率

國內(nèi)各大化工行業(yè)在對加熱爐進(jìn)行管理時，通常會應(yīng)用到加熱爐控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以很好的控制加熱爐內(nèi)部燃料的總量，熱量分支流量以及溫度等參數(shù)，讓加熱爐整個系統(tǒng)運(yùn)行的過程更加平穩(wěn)，讓燃料燃燒器處于更加完全管控狀態(tài)下，同時將加熱爐的運(yùn)行效率水平提升到原來的0.5%。加熱爐在正常生產(chǎn)過程中，可以同時實(shí)時性的控制煙氣氧含量調(diào)整加熱爐的運(yùn)行狀態(tài)，讓加熱爐的運(yùn)行狀態(tài)更加可控化和合理性，與此同時，為了提高加熱爐熱傳遞效果，積極應(yīng)用對流室聲波吹灰以及空氣預(yù)熱器熱管激波吹灰等設(shè)備，減少對流管和熱管積灰結(jié)垢程度，進(jìn)一步提高加熱爐傳熱效果。

加強(qiáng)加熱爐內(nèi)部設(shè)備的管理，做好系統(tǒng)的日常維護(hù)和管控。針對加熱爐日常管理和維護(hù)，制定專門制度以及考核方法，增強(qiáng)維護(hù)管理人員工作意識，保證加熱爐維護(hù)管理水平。對于加熱爐的操作人員，定期對其進(jìn)行技能培訓(xùn)和測試，提高其理論知識的儲備量，在企業(yè)內(nèi)部定期組織技能必要，改善操作人員對加熱爐的認(rèn)知程度，為保證加熱爐運(yùn)行效果打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。建立知識培訓(xùn)、技能比賽和薪酬福利之間的聯(lián)系，在整個企業(yè)內(nèi)部營造積極學(xué)習(xí)的氛圍。

4.結(jié)語

為了提高加熱爐技術(shù)改善效果，國家甚至專門出臺了相應(yīng)的政策，并投入了大量的人力、物力，希望可以有效改善國內(nèi)加熱爐加熱運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行效果。作為化工生產(chǎn)企業(yè)，在日常生產(chǎn)管理中，也要做好人員技術(shù)培訓(xùn)和考核，增強(qiáng)工作人員工作認(rèn)識，同時積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，提升加熱爐運(yùn)行效率水平，為提高化工生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益水平奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。