乙烯裝置裂解爐節(jié)能降耗措施分析

文_邱雨佳 孫偉 王勇猛 朱志成 沈陽石蠟化工有限公司

1 乙烯裂解爐相關(guān)概述

乙烯裂解爐是乙烯生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中的重要設(shè)備之一，裂解爐在乙烯生產(chǎn)過程當(dāng)中的運行狀態(tài)，直接決定了乙烯生產(chǎn)所需要的能源消耗。

乙烯裂解爐在乙烯具體的生產(chǎn)過程中，首先將裂解的原料在對流室當(dāng)中進行預(yù)熱，在預(yù)熱流程結(jié)束后，裂解原料會產(chǎn)生一定量的蒸汽，然后利用對流室將蒸汽進一步加熱和處理，待到裂解原料以及其產(chǎn)生蒸汽均達到初裂解的溫度時，將裂解原料從對流室傳送到裂解爐的混合罐當(dāng)中，并將裂解原料根據(jù)實際的情況均分到輻射段的爐管當(dāng)中進行下一階段的熱裂解。此時需要將在輻射段出口產(chǎn)生的裂解氣通過爐管運送到急冷器當(dāng)中，再由裂解爐當(dāng)中的冷水系統(tǒng)對其進行降溫以及換熱的工作，從而形成成品的乙烯。在這一過程當(dāng)中需要注意的是，乙烯裂解爐會產(chǎn)生排煙，且排煙會伴隨著非常高的溫度，大部分能量也會隨著高溫排煙被浪費，無法回收和利用，造成巨大能源消耗以及能耗過高。

2 乙烯裂解爐導(dǎo)致能源消耗過高的技術(shù)弊端

2.1 乙烯生產(chǎn)過程中的排煙攜帶大量熱能

由于裂解爐在設(shè)計之初缺乏良好的吹灰裝置，導(dǎo)致其自帶的吹灰裝置以及自動控制系統(tǒng)在實際的應(yīng)用中還存在諸多沒有解決的問題，無法對裂解爐中的對流段以及關(guān)鍵部位進行及時的清理與吹灰，使對流段中存在大量的結(jié)垢與積灰吸收了裂解爐排煙過程中的大量熱能。通常情況下，裂解爐在初始投入乙烯生產(chǎn)的運營當(dāng)中，排煙溫度基本在165℃左右，而隨著對流段當(dāng)中結(jié)垢的持續(xù)增加，后續(xù)的排煙溫度基本可以達到200℃左右，這種情況在一定程度上造成了裂解爐在乙烯生產(chǎn)過程中能耗的增加，導(dǎo)致能源的浪費。

2.2 爐管堵塞受熱不均勻熱效率降低

根據(jù)乙烯裂解爐主體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)技術(shù)情況，裂解爐隨著使用時間的推移會出現(xiàn)爐管內(nèi)部變形的情況，一旦爐管變形嚴重或彎曲將會導(dǎo)致裂解爐對乙烯熱處理不均勻。同時，如果爐管內(nèi)部變形的情況長時間得不到及時有效地處理，將會導(dǎo)致爐管內(nèi)部堵塞，使乙烯原料在爐管內(nèi)部受熱不均勻情況進一步加重，從而導(dǎo)致其熱效率的進一步下降，并增加裂解爐能源消耗。

2.3 燒焦方式不合理

在裂解爐裝置進行乙烯生產(chǎn)的過程當(dāng)中，對乙烯原料處理的燒焦方案采用不當(dāng)也是導(dǎo)致裂解爐能源消耗過大的重要因素。在乙烯生產(chǎn)過程中，裂解爐裝置通常需要長時間的運行和工作，如果相關(guān)技術(shù)人員在燒焦的環(huán)節(jié)沒有對燒焦的時間進行良好的把控，導(dǎo)致造成燒焦時間過長，從而使裂解爐在燒焦環(huán)節(jié)造成嚴重的能源消耗和浪費。同時，如果相關(guān)技術(shù)人員對裂解爐的冷熱設(shè)備使用不夠合理，出現(xiàn)一臺或多臺設(shè)備同時運行的情況，也會導(dǎo)致能源浪費，增加乙烯裝置在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗。

3 乙烯裝置裂解爐節(jié)能降耗具體措施分析

3.1 合理選擇裂解原料

裂解原料的性質(zhì)與質(zhì)量能夠直接決定乙烯成品的質(zhì)量，同時裂解原料的性質(zhì)與質(zhì)量對乙烯裝置裂解爐的能源消耗也有著非常直接的影響，因此對裂解原料的合理選擇對于乙烯生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本控制以及裂解爐的能源控制具有非常重要的價值和作用。合理選擇裂解原料，首先需要從煉油收率方面進行考慮，保證其原料在裂解爐中能夠得到良好的煉油收率。其次需要從煉油的品質(zhì)方面進行考慮，避免因為低價采購劣質(zhì)裂解原料，造成后期乙烯的品質(zhì)下降。最后需要從裂解原料成本的合理性方面進行考慮，保證裂解材料的采購符合乙烯生產(chǎn)的經(jīng)濟性。

3.2 優(yōu)化燒焦方案

由于乙烯裝置裂解爐長時間的裂解反映，爐管內(nèi)部結(jié)成的焦會吸收過多熱量，嚴重阻礙熱量在爐管中的良好傳遞，使裂解爐中的裂解原材料無法快速達到所需要的反映溫度，從而直接影響到裂解原料的良好反映，進而降低乙烯收率。與此同時，這種情況的出現(xiàn)會導(dǎo)致裂解反映時間延長，進一步增加乙烯裝置爐能耗，因此需要處理結(jié)焦（即燒焦環(huán)節(jié)），對不同類型裂解爐燒焦工藝的特點做深入分析，在燒焦環(huán)節(jié)對燒焦處理方案進一步優(yōu)化和改良。

以GK-VI 型裂解爐為例，在燒焦的初始階段，一旦出現(xiàn)溫度升高過快的情況，很容易導(dǎo)致爐管當(dāng)中的焦垢發(fā)生大面積的脫落，從而導(dǎo)致爐管堵塞，此時溫度升高過快并讓爐管在短時間內(nèi)積攢大量熱能。由于爐管所承受的最高熱量有限，短時間的熱能激增會出現(xiàn)燒壞爐管的情況，因此在燒焦方案的制定及具體落實中，需要對爐管的溫度進行實時的管監(jiān)與控制，可采用相關(guān)測溫儀器等設(shè)備對爐管的最高溫度進行監(jiān)測，既能防止在燒焦過程中對爐管的損壞又能降低裂解爐能耗。

3.3 提升裂解爐的熱效率

裂解爐的熱效率過低會使裂解爐內(nèi)部的反映時間延長以及反映不充分，并在一定程度上增加深裂解爐的能耗。因此，要進一步降低裂解爐裝置的能源消耗，就需要有效地提高裂解爐的熱效率。根據(jù)目前主流的裂解爐結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技術(shù)，提升熱效率有降低排煙溫度、控制過剩空氣系數(shù)、加強絕熱保溫三種有效方式。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，通過科學(xué)良好的方式降低排煙溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)熱效率的快速提升，最高可達90%以上，但在利用降低排煙溫度提升裂解爐的熱效率時，需要對酸性氣體的溫度進行充分考量，因為酸性氣體對管壁具有一定的腐蝕性，所以涉及到酸性氣體的排放可適當(dāng)提高爐管的耐腐蝕度。大量實驗證明，過剩空氣系數(shù)每下降10%，熱效率可提高2%，但在利用控制過?？諝庀禂?shù)方式提升裂解爐的熱效率時，需要將降低過?？諝庀禂?shù)的相關(guān)操作建立在爐管內(nèi)燃料完全燃燒的基礎(chǔ)上。利用加強絕熱保溫方式提升裂解爐的熱效率時，需要注意對保溫材料厚度的把控，厚度合適的保溫材料才能減少爐體熱損失。

3.4 新型節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

新型節(jié)能技術(shù)在裂解的過程當(dāng)中，能夠有效地減少裂解環(huán)節(jié)所發(fā)生的損失，并減緩爐管在放映過程中受到的損耗。

可應(yīng)用于裂解爐的新型節(jié)能技術(shù)包括風(fēng)機變頻技術(shù)、燃燒空氣預(yù)熱技術(shù)、爐管強化傳熱技術(shù)以及裂解爐與燃氣輪機聯(lián)合技術(shù)等。在應(yīng)用風(fēng)機變頻技術(shù)的過程中，使用變頻電機代替驅(qū)動風(fēng)機運行的普通電機，并撤除煙道擋板。燃燒空氣預(yù)熱技術(shù)可以利用裂解爐中的蒸汽、急冷水等介質(zhì)對空氣進行提前的預(yù)熱，從而實現(xiàn)及節(jié)約燃料（能源）的目的。爐管強化傳熱技術(shù)主要是通過扭曲片加強爐管傳熱，需要對扭曲片安裝部分進行定期檢測，從而使爐管溫度更加均勻減少結(jié)焦，降低后期燒焦所需要的成本支出，進而降低能源消耗。裂解爐與燃氣輪機聯(lián)合技術(shù)是將燃料氣導(dǎo)入燃氣輪機發(fā)電，然后把發(fā)電中產(chǎn)生的高溫燃氣送入裂解爐中，以此作為助燃空氣。上述四種新型節(jié)能技術(shù)的科學(xué)合理使用能夠有效實現(xiàn)燃料（能源）利用率的提高，從而實現(xiàn)乙烯裝置裂解爐的節(jié)能降耗。

3.5 完善裂解爐的維護管理工作

良好的維護管理工作是保障裂解爐穩(wěn)定運行的重要基礎(chǔ)，也是保障裂解爐在運行過程中提高能源利用率的重要手段，因此日常處理漏風(fēng)點、定期清理對流段與急冷鍋爐、細化檢修方案等非常必要。

4 結(jié)語

在化工生產(chǎn)領(lǐng)域，乙烯生產(chǎn)是化工生產(chǎn)中能源消耗的大戶，想要實現(xiàn)化工生產(chǎn)領(lǐng)域消耗能源的降低，在乙烯生產(chǎn)過程對乙烯裝置裂解爐進行能源消耗的優(yōu)化和節(jié)能的必要性顯而易見。

因此，在乙烯生產(chǎn)過程中，通過對乙烯裝置裂解爐采取節(jié)能降耗措施，不僅能進一步降低乙烯在生產(chǎn)過程當(dāng)中的能源消耗，也能有效實現(xiàn)我國化工產(chǎn)業(yè)能源消耗的降低，從而為實現(xiàn)化工產(chǎn)業(yè)的綠色、可持續(xù)發(fā)展做出應(yīng)有貢獻。