真空相變加熱爐熱效率提升對策分析

李鐵志

（大慶油田石油專用設(shè)備有限公司技術(shù)質(zhì)量與市場部，黑龍江 大慶 163411）

真空相變加熱爐熱效率是對燃料有效利用率的直觀反映。當(dāng)有效熱負(fù)荷相同的情況下，熱效率越高，則表示設(shè)備運(yùn)行中的消耗的燃料越少。因此，全面提升真空相變加熱爐熱效率，可有效控制原油管輸費(fèi)用和加工費(fèi)用。針對真空相變加熱爐熱效率進(jìn)行衡量過程中會涉及爐體負(fù)壓值、煙風(fēng)比、過?？諝庀禂?shù)等眾多操作參數(shù)。要想全面提升真空相變加熱爐熱效率關(guān)鍵在于合理調(diào)節(jié)排煙溫度和過量空氣系數(shù)等相關(guān)參數(shù)，通過優(yōu)化上述參數(shù)或采取相應(yīng)改進(jìn)完善措施，可實(shí)現(xiàn)真空相變加熱爐熱效率的全面提升。

1 真空相變加熱爐熱效率影響因素

真空相變加熱爐熱效率主要指燃料總放熱量中有效吸熱量所占比例。當(dāng)處于正常運(yùn)行工況下時(shí)，為充分滿足當(dāng)今環(huán)保生產(chǎn)要求，真空相變加熱爐不得出現(xiàn)冒黑煙等現(xiàn)象，這也就表示真空相變加熱爐要實(shí)現(xiàn)燃料充分燃燒。對于真空相變加熱爐來說，煙氣量和排煙溫度可以直接決定其排煙熱損失量，而真空相變加熱爐的過剩空氣系數(shù)決定了煙氣排放量。因此，當(dāng)排煙溫度或過?？諝庀禂?shù)不斷升高的情況下，必然會影響真空相變加熱爐的熱效率。從真空相變加熱爐實(shí)際運(yùn)行角度來看有效控制過?？諝庀禂?shù)和排煙溫度是有效提升熱效率的關(guān)鍵。

1.1 過?？諝庀禂?shù)

真空相變加熱爐的各項(xiàng)性能指標(biāo)中，過剩空氣系數(shù)是影響其熱效率和運(yùn)行性能的重要指標(biāo)。而過剩空氣系數(shù)主要指進(jìn)入加熱爐內(nèi)部的空氣量與理論空氣量的比值。如果過剩空氣系數(shù)過小，則表示供應(yīng)空氣量不足，在此情形下無法實(shí)現(xiàn)燃料充分燃燒，真空相變加熱爐熱效也會相應(yīng)下降。當(dāng)過?？諝庀禂?shù)過大的情況下，表示進(jìn)入爐內(nèi)的空氣量過多，在此情況下，煙氣輻射能力和爐膛溫度會受到值得影響而下降，同時(shí)也會使得真空相變加熱爐的傳熱效果受到影響。煙氣排出量也會相應(yīng)增加，在此情況下，煙氣的大量排放會導(dǎo)致熱損失相應(yīng)增加，此時(shí)，真空相變加熱爐的熱效率也會相應(yīng)下降。根據(jù)相關(guān)測定可知，當(dāng)真空相變加熱爐在運(yùn)行過程中過?？諝庀禂?shù)增加0.1，其熱效率會相應(yīng)下降1.5%，因此，從真空相變加入的實(shí)際運(yùn)行角度來看，要充分結(jié)合燃料的具體種類對入爐空氣量進(jìn)行合理控制。由此可以看出，對于真空相變加熱爐來說，保障其空氣過剩系數(shù)處于合理范圍內(nèi)非常關(guān)鍵。

1.2 排煙溫度

真空相變加熱爐的各項(xiàng)損失與其熱效率存在密切關(guān)聯(lián)。而真空相變加熱爐的損失主要包括機(jī)械不完全燃燒熱損失、爐壁散熱損失、排煙熱損失等幾個(gè)部分，其中對真空相變加熱爐熱效率影響最大的屬于排煙熱損失，其整體占比能達(dá)到5%～8%，因此，有效控制真空相變加熱爐的排煙熱損失對于有效提升其熱效率具有重要意義。

排煙溫度和排煙量是影響排煙熱損失的兩個(gè)主要因素。如排煙溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度的情況下，隨著排煙量的不斷增加，熱損失也會相應(yīng)增加。真空相變加熱爐當(dāng)處于相同負(fù)荷、相同參數(shù)運(yùn)行工況下時(shí)實(shí)際產(chǎn)生蒸汽量相同，如果排煙量和排煙溫度增加也就表示，產(chǎn)生同等量的蒸汽需要消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量更高，這也會直接影響真空相變加熱爐熱效率，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，真空相變加熱爐的排煙溫度每升高12 ～15℃，其排煙熱損失就會相應(yīng)增加1%。由此可以看出，保證真空相變加熱爐排煙溫度的合理性可以有效提升其熱效率。

2 真空相變加熱爐熱效率提升對策

2.1 保持過?？諝庀禂?shù)合理

（1）引入全自動比例調(diào)節(jié)燃燒器。目前，國內(nèi)不少油站真空相變加熱爐在使用過程中應(yīng)用的仍然是半自動類燃燒器。而全自動燃燒器采取的是強(qiáng)制送分比例調(diào)節(jié)模式，根據(jù)比例對真空相變加熱爐的過剩空氣系數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。該設(shè)備將一個(gè)溫度變速器設(shè)置在加熱盤管出口位置以及殼體的水浴中，這樣就可以將溫度信號及時(shí)傳送至燃燒器中，燃燒器接收信號后，就可以結(jié)合熱負(fù)荷情況對輸入空氣量和燃料量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對燃燒器輸出負(fù)荷的調(diào)節(jié)，有效避免真空相變加熱爐在運(yùn)行過程中出現(xiàn)“大馬拉小車”等浪費(fèi)現(xiàn)象。全自動比例調(diào)節(jié)燃燒器系統(tǒng)在真空相變加熱爐中的應(yīng)用體現(xiàn)出了燃燒性能好、自動化程度高、安全性能好、操作便捷、經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)良等一些特征。

（2）科學(xué)監(jiān)測，編制合理操作方案。我國應(yīng)該充分借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，在真空相變加熱爐中引入專用計(jì)算機(jī)控制器，在真空相變加熱爐運(yùn)行過程中，通過計(jì)算機(jī)編輯參數(shù)對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制，從而實(shí)現(xiàn)真空相變加熱爐運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

在此基礎(chǔ)上，不僅可以讓真空相變加熱爐操作得到進(jìn)一步優(yōu)化，也可以對燃料和空氣比例進(jìn)行再次調(diào)節(jié)，全面優(yōu)化整個(gè)燃燒過程，實(shí)現(xiàn)對加熱爐的現(xiàn)代化監(jiān)控，在此情形下，不僅可以讓燃料得到大量節(jié)約，而且也可以避免燃料不充分燃燒造成空氣污染，但這種方法對設(shè)備自動化程度要求較高，在實(shí)踐中運(yùn)用的實(shí)用性仍然有待商榷。

結(jié)合大慶油田某油站實(shí)際運(yùn)行情況，針對其真空相變加熱爐從理論角度對排放煙氣量進(jìn)行計(jì)算可知，該真空相變加熱爐排放煙氣中氧含量每增加1%的情況下，消耗燃料油會相應(yīng)上升3%左右。該油站在2019 年真空相變加熱爐高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下每天消耗油量約為1.6t，此時(shí)，如果不能有效調(diào)整期煙風(fēng)比，每天原油消耗量會增加45kg 左右。鑒于這種狀況，該油站應(yīng)該針對真空相變加熱爐的煙氣進(jìn)行動態(tài)化監(jiān)測，利用煙氣氧含量分析儀器等簡單監(jiān)測儀表對真空相變加熱爐煙氣殘余氧含量進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測，以此為基礎(chǔ)對空燃比進(jìn)行科學(xué)控制，這樣才能夠在過?？諝饬孔钌俚那闆r下保障燃料充分燃燒，才能夠有效優(yōu)化真空相變加熱爐的管理工作，才能精準(zhǔn)控制其輸出參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)原油消耗的有效控制。

（3）強(qiáng)化管理，控制散熱損失。針對真空加熱爐輻射段煙管煙筒進(jìn)行定期檢查，查看其是否存在破損、對流管束中是否存在積灰等現(xiàn)象，爐體外表面及進(jìn)出口管線是否存在保溫層破碎等現(xiàn)象。從上述問題著手，不斷強(qiáng)化管理，通過科學(xué)管理手段來避免真空相變加熱爐運(yùn)行過程中出現(xiàn)頻繁啟?；蛉紵?、爐體等出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上，才能實(shí)現(xiàn)熱損失的有效控制。有效避免上述不會出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，可以避免真空相變加熱爐在運(yùn)行中出現(xiàn)過?？諝庀禂?shù)偏大現(xiàn)象。在日常管理中，要強(qiáng)化各類裝置的密封性能，以此避免出現(xiàn)竄火現(xiàn)象而引發(fā)安全問題。

2.2 加熱爐結(jié)構(gòu)改進(jìn)

（1）使用波形火筒或螺紋煙管。在真空相變加熱爐中使用波形火筒，可以讓高溫?zé)煔庑纬晌闪餍?yīng)，這樣不僅可以讓換熱面積進(jìn)一步增大，也可以使相變爐輻射傳熱效果得到強(qiáng)化，進(jìn)而進(jìn)一步提升真空相變加熱爐的換熱能力。而且波形火筒可以對火筒熱脹冷縮過程中產(chǎn)生的位移進(jìn)行有效吸收，進(jìn)而使火筒使用壽命得到進(jìn)一步延長，同時(shí)，也可以保證其安全系數(shù)。由于螺紋煙管管壁上具備凹槽，因此可以使煙氣擾流效果得到強(qiáng)化，在流動過程中，會在煙管中形成紊流效應(yīng)，這樣就可以有效提升有相變和無相變傳熱中的傳熱系數(shù)，能發(fā)揮出雙邊強(qiáng)化作用。

（2）改進(jìn)加熱爐爐頭。真空相變加熱爐燃燒器出現(xiàn)不穩(wěn)定燃燒等狀況時(shí)，很容易出現(xiàn)爐頭回火現(xiàn)象，而且爐內(nèi)也容易產(chǎn)生結(jié)焦等問題，這樣不僅會導(dǎo)致熱能大量散失，而且加熱爐的熱效應(yīng)也會受到極大的影響，進(jìn)一步增加原油使用成本。

目前，國內(nèi)部分油站的真空相變加熱爐在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)冒黑煙或白煙、爐口回火等現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下會使得密封鋼板被燒紅，也會導(dǎo)致爐口法蘭出現(xiàn)嚴(yán)重變形，此時(shí)，必然會使得密封鋼板與爐口連接位置產(chǎn)生縫隙，從而導(dǎo)致部分熱量從爐頭位置排出，影響了加熱爐的熱效。

通過對真空相變加熱爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，可以有效提升交換能力，也可以保障加熱爐煙氣熱量吸收更加充分，對于排煙溫度及排煙熱損失，也可進(jìn)行有效控制，實(shí)現(xiàn)真空相變加熱爐熱效的有效提升。而且通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)，可以大量節(jié)省鋼材使用量。在改進(jìn)過程中，針對爐頭鋼板密封問題可以在法蘭結(jié)合面位置添加電料；針對噴油嘴的問題可以通過擰緊端帽或者更換旋流片進(jìn)行解決；針對保溫?fù)p壞的問題可以重砌耐火磚，或者及時(shí)更換新保溫材料進(jìn)行解決。

（3）安裝聲波吹灰管。大部分油站的真空相變加熱爐在使用過程中都會面臨社會面結(jié)焦、煙道積灰等問題的困擾。針對這些問題，國內(nèi)目前主要是以人工檢修清灰作為主要應(yīng)對對策，人工操作不僅效率低下，而且自動化水平低。因此，可以在真空相變加熱爐的對流室內(nèi)安裝聲波吹灰器，這樣不僅可以提升自動化操作水平，而且也可以節(jié)約大量人力資源，通過聲波吹灰器，可以有效解決積灰吸附沉淀等問題，要全面提升真空相變加熱爐的熱效率。

3 結(jié)語

在輸油站生產(chǎn)運(yùn)營中，真空相變加熱爐發(fā)揮著不可替代的作用，為進(jìn)一步優(yōu)化真空相變加熱爐熱效率，需結(jié)合其運(yùn)行狀況對空氣系數(shù)、煙風(fēng)比、爐體溫度以及各項(xiàng)操作參數(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化和改進(jìn)，有效控制其過剩空氣系數(shù)，這樣才能實(shí)現(xiàn)真空相變加熱爐能耗的有效控制，才能有效提升其運(yùn)行熱效率。