催化重整加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化改造

許雯，夏禹，謝舟

（中國(guó)石油化工股份有限公司廣州石化分公司，廣東廣州 510000）

加熱爐是一種直接燃燒燃料、加熱工藝介質(zhì)的設(shè)備，在煉油化工生產(chǎn)中起重要作用。重整裝置催化加熱爐占能耗約60%。而反映加熱爐運(yùn)行狀況的最重要的參數(shù)之一就是加熱爐的熱效率。加熱爐熱效率不是直觀測(cè)量值，必須根據(jù)爐子的實(shí)際熱負(fù)荷、實(shí)際燃料消耗量等運(yùn)行工況參數(shù)計(jì)算得出。某石化2#重整裝置針對(duì)加熱爐現(xiàn)存問題分析原因，制定四個(gè)大修改造項(xiàng)目以及后期三個(gè)優(yōu)化調(diào)整維護(hù)措施，從工藝和設(shè)備各個(gè)方面改善加熱爐燃燒現(xiàn)狀，深挖潛效，提高加熱爐熱效率，避免能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

1 存在問題分析

某石化2#重整裝置加熱爐目前存在問題：（1）燃料氣組分比較復(fù)雜且熱值偏低；（2）各個(gè)加熱爐燃料氣用量偏大；（3）加熱爐低氮燃燒器爐前壓力偏高；（4）加熱爐火嘴出現(xiàn)脫焰、尾燃等現(xiàn)象；（5）裝置燃料氣進(jìn)爐溫度偏低。

該石化2#重整裝置加熱爐燃料主要為管網(wǎng)高壓燃料氣及自產(chǎn)解吸氣，總用量約8 000～10 000 Nm3/h。但是由于管網(wǎng)燃料氣組分比較復(fù)雜且熱值偏低，使得各個(gè)加熱爐燃料用氣量偏大，導(dǎo)致加熱爐低氮燃燒器爐前壓力偏高。目前部分加熱爐燃料氣壓力達(dá)到0.15 MPa（設(shè)計(jì)壓力0.05～0.15 MPa），導(dǎo)致火嘴出現(xiàn)脫焰、尾燃等現(xiàn)象。不僅影響加熱爐出口溫度以及環(huán)保排放，也導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)提溫并增加裝置處理量。同時(shí)裝置燃料氣進(jìn)爐溫度40 ℃，溫度偏低；而低壓蒸汽凝結(jié)水出口溫度大于150 ℃，熱量未被利用，造成能源浪費(fèi)。

2 優(yōu)化內(nèi)容

2.1 改造項(xiàng)目

2.1.1 噴涂節(jié)能涂料

LH-W-6 耐高溫反輻射節(jié)能涂料是根據(jù)“二次輻射”原理開發(fā)的節(jié)能產(chǎn)品（增加爐墻內(nèi)表面輻射率，提高輻射室傳熱量）。當(dāng)加熱爐爐膛溫度超過700 ℃時(shí)，主要是靠輻射傳熱。加熱爐輻射室襯里使用的耐火材料常溫下的黑度一般為0.6～0.8，并隨著溫度的升高而大幅下降，LH-W-6 涂料能減緩這種溫度下降趨勢(shì)。

2.1.2 將部分液化氣補(bǔ)入燃料氣系統(tǒng)

該裝置自產(chǎn)液化氣，加熱爐使用的是來(lái)自管網(wǎng)的燃料氣，為改善燃料氣熱值，避免燃料氣熱值不穩(wěn)定造成加熱爐溫度波動(dòng)，該裝置將自產(chǎn)部分液化氣補(bǔ)入燃料氣系統(tǒng)。具體流程見圖1。

圖1 液化氣補(bǔ)入燃料氣系統(tǒng)流程

2.1.3 增加凝結(jié)水與燃料氣節(jié)能換熱流程

增設(shè)凝結(jié)水與燃料氣節(jié)能換熱流程，合理利用凝結(jié)水余熱，提高燃料氣進(jìn)爐溫度，同時(shí)起到節(jié)能環(huán)保作用。詳情見圖2。

圖2 燃料氣與低壓蒸汽凝結(jié)水換熱過程

2.1.4 將重整進(jìn)料換熱器改為纏繞式

纏繞管式換熱器相對(duì)于普通板式換熱器具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，適用溫度范圍廣、適應(yīng)熱沖擊、熱應(yīng)力自身消除、緊湊度高。由于自身的特殊構(gòu)造，使得流場(chǎng)充分發(fā)展，不存在流動(dòng)死區(qū)。也可通過設(shè)置多股管程（殼程單股）在一臺(tái)設(shè)備內(nèi)滿足多股流體的同時(shí)換熱。纏繞管式換熱器能高效回收反應(yīng)產(chǎn)物余熱，提高了裝置原料進(jìn)加熱爐溫度，降低了燃料氣消耗，從而降低了裝置能耗。

2.2 技術(shù)調(diào)整內(nèi)容

為充分提高加熱爐熱效率，經(jīng)一系列優(yōu)化改造后某石化2#重整裝置以加熱爐煙氣氧含量、爐膛負(fù)壓、輻射室出口溫度作為三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，通過現(xiàn)場(chǎng)排查堵漏，定期清理燃料氣火嘴，改造燃燒器，調(diào)整風(fēng)門和煙道擋板大小，摻混部分自產(chǎn)液化氣改變?nèi)剂蠚饨M成等等可操作措施，改變加熱爐煙氣氧含量、爐膛負(fù)壓和火嘴瓦斯壓力，使得輻射室出口溫度達(dá)到工業(yè)排放要求，進(jìn)而提高加熱爐熱效率[1-2]。

2.2.1 控制煙氣氧含量

煙氣氧含量是加熱爐操作中最為關(guān)鍵的參數(shù)，氧含量過高說明通入空氣過多，熱量損失大，爐效率低。氧含量過低，說明通入空氣過少，火焰燃燒不完全，煙氣中CO含量增高。

加熱爐煙氣氧含量控制范圍一般為1.5%～3.5%（對(duì)所有爐適用）。為避免受解吸氣影響，可摻混部分自產(chǎn)液化氣改變?nèi)剂蠚饨M成，減少各加熱爐煙氣氧含量的波動(dòng)。操作人員應(yīng)通過平均值進(jìn)行判斷，控制其平均值在2.5%左右為最佳，同時(shí)應(yīng)保證煙氣氧含量波動(dòng)最低點(diǎn)不低于1%。同時(shí)為防止氮氧化物、一氧化碳等排放物超標(biāo)，將加熱爐燃燒器改為低氮燃燒器，避免造成環(huán)保超標(biāo)。

操作人員通過煙道擋板對(duì)煙氣氧含量進(jìn)行調(diào)整。開大煙道擋板則抽力增加，煙氣氧含量升高，爐膛負(fù)壓升高，但爐膛負(fù)壓高會(huì)導(dǎo)致加熱爐漏氣部位泄漏量增大以及對(duì)流室換熱效果變差，最終導(dǎo)致爐效率降低。也可通過調(diào)整火嘴風(fēng)門開度控制火嘴燃燒情況，進(jìn)而影響煙氣氧含量?，F(xiàn)場(chǎng)排查堵漏主要著眼于將火嘴燃燒情況調(diào)整一致，如發(fā)現(xiàn)大多數(shù)火嘴都出現(xiàn)高氧或缺氧情況，則應(yīng)進(jìn)行整體調(diào)整與清理。

2.2.2 調(diào)整爐膛負(fù)壓

爐膛負(fù)壓過高爐效率下降；爐膛負(fù)壓過低、甚至出現(xiàn)正壓容易出現(xiàn)回火傷人。所以控制范圍為負(fù)壓表讀數(shù)30～70 kPa（對(duì)所有爐適用）。應(yīng)盡量維持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在50 kPa左右為最佳。

操作人員可通過DCS爐膛負(fù)壓表判斷，也可通過觀察現(xiàn)場(chǎng)一次表或觀察火焰燃燒情況進(jìn)行判斷。如果各火嘴火焰均出現(xiàn)無(wú)力、不穩(wěn)定、飄散的狀態(tài)，則說明爐膛負(fù)壓可能偏低，應(yīng)通過煙道擋板開度來(lái)調(diào)整控制爐膛負(fù)壓，同時(shí)由于煙道擋板的調(diào)整會(huì)影響煙氣氧含量，故同時(shí)也需要對(duì)加熱爐的一二次風(fēng)門進(jìn)行調(diào)整。爐膛負(fù)壓的調(diào)整應(yīng)以煙道擋板為主，一二次風(fēng)門調(diào)整為輔?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員可通過對(duì)火嘴一、二次風(fēng)門的調(diào)整配合內(nèi)部操作人員達(dá)到最合理的控制組合，在完成調(diào)整后對(duì)爐膛燃燒情況進(jìn)行檢查，幫助內(nèi)部操作人員進(jìn)行修正。

2.2.3 調(diào)整火嘴瓦斯壓力

火嘴瓦斯壓力可以代表火嘴噴射燃料氣的速度。壓力越高則進(jìn)入爐膛的瓦斯越多，火焰越高大。DCS顯示的主火嘴壓力為調(diào)節(jié)閥后到爐前閥之間的壓力，應(yīng)控制在0.07～0.15 MPa之間，0.1 MPa左右為最佳。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)而言主火嘴爐前壓力一次表控0.02～0.1 MPa，建議控制在0.05 MPa 左右，同一臺(tái)加熱爐的火嘴壓力應(yīng)盡量一致。應(yīng)將長(zhǎng)明燈爐前閥開大，將長(zhǎng)明燈爐前壓力一次表控0.1～0.2 MPa，由自力式調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制長(zhǎng)明燈壓力。

現(xiàn)場(chǎng)操作人員通過爐前閥附近的一次表可進(jìn)行判斷，同時(shí)根據(jù)火焰長(zhǎng)度進(jìn)行輔助判斷?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員通過對(duì)主火嘴爐前閥的調(diào)整控制火嘴瓦斯壓力，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加熱爐各處進(jìn)行排查堵漏，確?；鹱焱咚箟毫Σ灰蛲獠恳蛩貙?dǎo)致波動(dòng)。各加熱爐主火嘴均有兩道爐前閥。加熱爐建議全開第二道閥，用第一道閥控制火嘴壓力。操作人員應(yīng)注意觀察DCS 主火嘴瓦斯調(diào)節(jié)閥開度和瓦斯壓力讀數(shù)的變化。在各爐都投串級(jí)、投高選的前提下，當(dāng)壓力表讀數(shù)不斷上升而瓦斯流量不變時(shí)，可嘗試切換阻火器。

3 優(yōu)化改造前后效果對(duì)比

優(yōu)化改造前后結(jié)果主要對(duì)爐膛溫度、燃料氣用量、燃料氣熱值、爐前壓力、排煙溫度等方面進(jìn)行對(duì)比。以下為某石化2#重整裝置加熱爐在重整處理量135 t/h，反應(yīng)溫度515 ℃的相同工況下進(jìn)行對(duì)比，具體結(jié)果如下。

3.1 加熱爐爐膛溫度

在重整單元同樣反應(yīng)溫度以及處理情況下，由表1 得出，加熱爐優(yōu)化改造與調(diào)整后由原來(lái)平均爐膛溫度由692.7 ℃下降至683.1 ℃，使得達(dá)到與之前相同的加熱爐出口溫度所對(duì)應(yīng)的爐膛溫度降低9.6 ℃。詳細(xì)對(duì)比見表1。

表1 加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化改造前后爐膛溫度對(duì)比 ℃

3.2 凝結(jié)水與燃料氣節(jié)能換熱項(xiàng)目溫度

選取凝結(jié)水與燃料氣節(jié)能換熱項(xiàng)目?jī)?yōu)化改造前后各10天數(shù)據(jù)情況作對(duì)比，由圖3可得出，凝結(jié)水與燃料氣節(jié)能換熱之后，燃料氣溫度提高了105.6 ℃。燃料氣進(jìn)爐溫度的提高大大降低了各爐燃料氣的用量。

圖3 凝結(jié)水與燃料氣節(jié)能換熱項(xiàng)目?jī)?yōu)化改造前后燃料氣溫度對(duì)比

3.3 燃料氣熱值

選取加熱爐優(yōu)化改造前后各24次分析數(shù)據(jù)作對(duì)比，見圖4。如圖所示，新增液化氣補(bǔ)充至燃料氣系統(tǒng)技改技措項(xiàng)目后，維持液化氣補(bǔ)充至燃料氣系統(tǒng)2 t/h的流量，燃料氣熱值由之前26.1 MJ/m3提高至40.1 MJ/m3，相比提高了14 MJ/m3。

圖4 加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化改造前后燃料氣熱值對(duì)比

3.4 爐前壓力

選取加熱爐優(yōu)化改造前后各30天數(shù)據(jù)情況作對(duì)比，作表2。由表2可得出，加熱爐各爐燃料氣爐前壓力都有所減少，平均減少0.02 MPa。燃料氣壓力降低后低氮燃燒器由于燃料氣壓力偏高，流速過快導(dǎo)致的脫焰以及尾燃的情況有所好轉(zhuǎn)。

表2 加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化改造前后爐前壓力對(duì)比 MPa

3.5 燃料氣用量

F201-F204 燃料氣用量減少更多與此次大修將換熱器更換為熱負(fù)荷更大的纏繞管式換熱器有關(guān)。優(yōu)化改造前后冷端物料換熱后溫度相同，但是熱端溫差由39 ℃降低至26 ℃，所以纏繞式換熱器較之進(jìn)料板式換熱器換熱效率更高，相比較而言F201-F204 負(fù)荷降低。而提高燃料氣熱值，提高進(jìn)爐燃料氣溫度，輻射式新型涂料的應(yīng)用等都對(duì)于降低燃料氣單耗有明顯效果，具體詳見表3。由表3得出，加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化改造與調(diào)整后加熱爐燃料氣用量大幅減少，加熱爐燃料氣總用量由5 952.82 Nm3/h降低至4 972.01 Nm3/h，減少了980.82 Nm3/h。

表3 加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化改造前后燃料氣使用量對(duì)比 Nm3/h

3.6 排煙溫度

選取加熱爐優(yōu)化改造前后各30天數(shù)據(jù)情況作對(duì)比，如圖5所示。通過各項(xiàng)優(yōu)化措施后加熱爐燃料氣總用量減少，爐膛輻射室溫度降低所以加熱爐排煙溫度降低，加熱爐排煙溫度也由162.3 ℃降低至140.6℃，降低21.7 ℃，加熱爐熱效率由92%提高至93.5%。

圖5 加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化改造前后加熱爐排煙溫度對(duì)比

4 結(jié)論

落實(shí)各項(xiàng)加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化改造與調(diào)整措施后，加熱爐燃料氣總用量減少980.82 Nm3/h，加熱爐排煙溫度由162.3 ℃降低至140.6 ℃，加熱爐熱效率由92%提高至93.5%。某石化2#重整裝置在此基礎(chǔ)上，計(jì)劃將在爐管上增加耐高溫導(dǎo)熱涂料，提高導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱能力，提高爐膛內(nèi)的熱傳遞效果，減少散熱損失。同時(shí)從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，調(diào)整加熱爐關(guān)鍵參數(shù)，定期優(yōu)化維護(hù)加熱爐，深挖加熱爐爐效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，提產(chǎn)增效。