提高加熱爐熱效率的方法

牛有睿，李 江，羊智鵬

（中國石油廣西石化分公司，廣西 欽州 535008）

1 加熱爐情況

某煉廠1000萬t·a-1煉油工程常減壓蒸餾裝置，設(shè)常壓爐、減壓爐各1臺(tái)，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷分別為130.8MW、61.1MW，熱效率為92%。加熱爐設(shè)計(jì)采用美國UOP公司的工藝技術(shù)，由UOP提供工藝包。此裝置2019年的能耗達(dá)標(biāo)指標(biāo)為9kgEo·(t原油)-1，受到油品性質(zhì)、燃料氣熱值降低等因素的影響，裝置的能耗不斷增加，其中加熱爐燃料在能耗構(gòu)成中的占比最大（表1）。

表1 常減壓裝置的能耗構(gòu)成

2 加熱爐熱效率的影響原因

2.1 爐體的熱損失

加熱爐外壁主要以輻射和對(duì)流方式向大氣散熱。加熱爐爐墻包括耐熱層、隔熱層和保護(hù)層。已運(yùn)行10多年的加熱爐，爐墻襯里有損壞，爐管表面的積灰多，使得爐體熱損失增加。

2.2 過剩空氣系數(shù)

加熱爐的煙氣氧含量是監(jiān)測(cè)加熱爐熱效率的重要指標(biāo)。煙氣氧含量主要以過剩空氣系數(shù)來衡量。加熱爐燃料必須要在一定的過?？諝饬肯虏拍軐?shí)現(xiàn)完全燃燒，因此過?？諝庀禂?shù)過大，會(huì)對(duì)加熱爐的熱效率造成一系列的影響：

1)導(dǎo)致加熱爐的熱效率下降。煙氣的氧含量增加表明進(jìn)入爐內(nèi)的過?？諝舛啵罅康倪^?？諝鈱崃繌臒焽鑾ё吲湃氪髿?，增加了爐子的熱損失，導(dǎo)致熱效率下降。排煙溫度越高，過剩空氣帶走的熱量越多，對(duì)熱效率的影響越大。

2)使燃燒溫度下降。在加熱爐內(nèi)，燃料燃燒的溫度越高，火焰和高溫?zé)煔鈧鹘o輻射爐管的熱量也越多，過?？諝庀禂?shù)增大后，降低了燃燒溫度，輻射爐管的熱強(qiáng)度下降，吸熱量減少，這時(shí)必須增加燃料用量，才能維持加熱爐的熱負(fù)荷以及加熱爐出口溫度的穩(wěn)定，從而導(dǎo)致熱效率下降。

3)過剩空氣系數(shù)越大，露點(diǎn)腐蝕溫度越高。為了避免空氣預(yù)熱系統(tǒng)受到露點(diǎn)腐蝕的影響，排煙溫度的降低值要加以控制，因此要降低過?？諝庀禂?shù)，使得排煙溫度有下降的余地。過大的過剩空氣系數(shù)會(huì)加劇爐管的氧化，影響加熱爐的壽命，并使NOx化合物增加，對(duì)大氣環(huán)境造成一定的影響。

2.3 余熱回收

在化工裝置中，余熱回收是重要的節(jié)能措施，對(duì)提高加熱爐的能源利用率至關(guān)重要。煙氣帶走的熱量損失占爐子供熱量的40%～60%以上，降低排煙溫度，減少煙氣帶走的熱量損失，最有效的方式就是有效利用余熱回收裝置。排煙溫度是評(píng)價(jià)加熱爐熱效率的主要指標(biāo)之一，加熱爐效率在90%左右時(shí)，排煙熱損失占總熱損失的70%～80%，一般情況下，排煙溫度下降20℃，熱效率約可提高1%。在不引起露點(diǎn)腐蝕的前提下，盡可能降低排煙溫度，回收煙氣中的余熱，對(duì)提高加熱爐的熱效率有明顯的作用。

2.4 加熱爐的技術(shù)管理

在加熱爐的運(yùn)行控制中，風(fēng)門調(diào)節(jié)不當(dāng)、供風(fēng)過大、運(yùn)行負(fù)荷低于設(shè)計(jì)值、燃料品質(zhì)不好造成腐蝕和積灰、供風(fēng)系統(tǒng)的操作不當(dāng)、燃燒器的選型不當(dāng)?shù)葐栴}，均會(huì)導(dǎo)致加熱爐的熱效率偏低。

3 提高加熱爐熱效率的方法

3.1 減少熱損失

1）減少爐壁散熱損失。2021年大檢修時(shí)，檢查修復(fù)了對(duì)流室彎頭箱的保溫，并對(duì)對(duì)流室、輻射室的爐管進(jìn)行清灰處理，加熱爐的傳熱效果得到明顯改善。通過計(jì)算得到煙氣露點(diǎn)腐蝕溫度約為110℃，因此將原有的排煙溫度（125℃）控制在(115±5)℃，加熱爐的熱效率有明顯提高。

2）采用先進(jìn)控制系統(tǒng)。優(yōu)化APC先進(jìn)控制設(shè)置的指標(biāo)，降低加熱爐偏流，確保進(jìn)料總量、分支流量、分支溫度、爐出口溫度等工藝參數(shù)的控制平穩(wěn)，間接保證了加熱爐的熱效率。

3）采用新技術(shù)。為減少爐壁的散熱損失，對(duì)加熱爐襯里進(jìn)行了修復(fù)。首次采用新技術(shù)，在加熱爐輻射段的襯里表面噴涂耐高溫輻射涂料，涂刷后，襯里表面的黑度達(dá)到0.92以上，常壓爐外表面的溫度降低了10℃，減壓爐外表面的溫度降低了21.6℃，減少了爐外表面的散熱損失。

4）加強(qiáng)加熱爐監(jiān)測(cè)，深化精細(xì)管理。完善加熱爐火焰及熱效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理，將加熱爐熱效率加入DCS操作畫面中，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算，并將指標(biāo)控制納入班組績效系統(tǒng)評(píng)比中。

3.2 控制好“三門一板”，降低加熱爐的過?？諝庀禂?shù)

1）更換擋板軸承。由于氣候潮濕，擋板閥軸承生銹嚴(yán)重，裝置加熱爐的風(fēng)道調(diào)節(jié)擋板故障率較高。大檢修期間，對(duì)加熱爐擋板閥進(jìn)行了檢查維護(hù)，并將擋板閥軸承更換為免維護(hù)軸承，使得煙氣和風(fēng)量的調(diào)節(jié)更加靈活準(zhǔn)確，提高了氧含量和爐膛負(fù)壓控制的穩(wěn)定性，避免了因擋板閥故障而影響加熱爐的熱效率，提高了加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2）精心操作，調(diào)整好“三門一板”。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，當(dāng)燃料為燃?xì)鈺r(shí)，過?？諝庀禂?shù)控制在1.05～1.15；當(dāng)燃料為燃油時(shí)，過?？諝庀禂?shù)控制在1.15～1.25，熱效率得到明顯提高。操作過程中，要精心調(diào)節(jié)好“三門一板”（即風(fēng)門、油門、氣門、煙道擋板），煙氣氧含量控制在1.0～2.0，爐膛負(fù)壓控制在-40Pa左右，火焰達(dá)到“多火嘴、短火焰、齊火苗”的標(biāo)準(zhǔn)，以確?；鹧娴姆植季鶆颍瑺t膛溫度均勻，加熱爐在最佳工況狀態(tài)下運(yùn)行。

3.3 采用高效板式換熱器

通過技術(shù)改造，將原列管空氣預(yù)熱器更換為新型高效板式預(yù)熱器，取消了預(yù)熱蒸汽，節(jié)約蒸汽8400t·a-1。同時(shí)煙氣能量回收更完全，常壓爐的散熱損失降低了0.75%，熱效率提高了0.45%；減壓爐的散熱損失降低了0.38%，排煙溫度降低了22℃，熱效率提高了1.7%（表2）。

表2 方法實(shí)施前后加熱爐運(yùn)行效果監(jiān)測(cè)表

3.4 加強(qiáng)崗位技能培訓(xùn)

加熱爐屬于“動(dòng)態(tài)運(yùn)行”的工藝設(shè)備，爐管的使用壽命、加熱爐運(yùn)行周期的長短、節(jié)能效果的好壞等，都與操作人員的素質(zhì)有著極為密切的關(guān)系。定期對(duì)操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和測(cè)試，提高理論水平和操作技能，可以提高操作人員對(duì)加熱爐系統(tǒng)的掌握程度。積極開展加熱爐操作競賽活動(dòng)，根據(jù)情況制定不同的方案和考核指標(biāo)，引導(dǎo)班組進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，提高操作人員的責(zé)任心和賦能意識(shí)，可為提高加熱爐系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行提供技術(shù)保證。

4 經(jīng)濟(jì)效益

4.1 燃料氣

按該公司投資項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)參數(shù)（2020）進(jìn)行計(jì)算。燃料氣價(jià)格為人民幣2634.51元·t-1，加熱爐運(yùn)行負(fù)荷為Q(MW)，改造前熱效率為η1，改造后熱效率為η2，每年運(yùn)行時(shí)間為8400h，燃料氣熱值按41.868 MJ·kg-1計(jì)算，每年節(jié)約的燃料氣量M(t·a-1)為：M=(Q/η1-Q/η2)/41.868×3600×8400/1000。

常壓爐節(jié)約的燃料量：

減壓爐節(jié)約的燃料量：

經(jīng)濟(jì)效益為：2634.51×(505.6+881.2)=365.4萬元·a-1。

4.2 蒸汽量

費(fèi)用依據(jù)該公司財(cái)務(wù)處提供的全廠消耗蒸汽的價(jià)格進(jìn)行計(jì)算。蒸汽價(jià)格按人民幣123元·t-1計(jì)算，經(jīng)濟(jì)效益為：123×8400=103.32萬元·a-1。

兩項(xiàng)效益合計(jì)為：365.4+103.32=468.7萬元·a-1。

5 結(jié)語

本文提出了提高加熱爐熱效率的有效方法，通過優(yōu)化，提高了加熱爐的熱效率，降低了燃料的消耗，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益人民幣468.7萬元，同時(shí)可減少碳排放930t，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。