常減壓加熱爐降低能耗提高熱效率的措施

1、常減壓加熱爐降低能耗、效提高熱率的措施常減壓加熱爐降低能耗、效提高熱率的措施 一、 常、減壓爐簡介 常壓蒸餾塔進(jìn)料加熱爐簡稱常壓爐，減壓蒸餾塔進(jìn)料加熱爐簡稱減壓爐，它們同屬于蒸餾型加熱爐。原油或拔頭油經(jīng)換熱后進(jìn)入常壓爐加熱至 365370進(jìn)常壓塔進(jìn)行常壓蒸餾，常壓塔底重油經(jīng)泵送入減壓爐加熱至400進(jìn)減壓塔進(jìn)行真空蒸餾。 1. 爐型爐型 一般蒸餾爐，當(dāng)熱負(fù)荷不大于 30MW 時(shí)，優(yōu)先選用輻射-對(duì)流型圓筒爐，當(dāng)熱負(fù)荷大于 30MW時(shí)，通常選用立管立式爐或立管雙室箱式爐。新設(shè)計(jì)的常減壓裝置，少則 800 萬噸/年，多則12001500 萬噸/年。常壓爐的熱負(fù)荷一般在 75120MW，因此新建的常壓爐

2、都不用圓筒爐，而用雙室或多室箱式爐。除非采用雙胞胎爐型，即兩個(gè)圓筒形輻射室，頂一個(gè)對(duì)流室。 底燒時(shí)，立管爐的爐管與火焰平行，每一根爐管都要通過高溫區(qū)；臥管爐的爐管與火焰垂直，只有部分爐管處在高溫區(qū)。兩者比較起來，前者支撐爐管的高合金管架少，投資省，但其局部過熱而造成被加熱油品裂解的傾向要比后者大得多。因此，生產(chǎn)潤滑油的潤滑油型減壓爐應(yīng)選用臥管爐。減壓深拔的減壓爐，爐出口溫度 420430，爐型方面有兩種選擇：以?？松?美孚為代表的認(rèn)為選臥管才能保證長周期（45 年）運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)榕P管可以在較寬的操作范圍內(nèi)保持管內(nèi)有良好的流型，避免油料裂解；以殼牌為代表的則認(rèn)為立管為好，立管可將出口的幾根爐管布置成

3、雙面輻射的，這可減少高溫油料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，減少油料裂解，從而保證加熱爐長周期操作。 2. 主要工藝參數(shù)主要工藝參數(shù) 主要工藝參數(shù)包括輻射管外表面平均設(shè)計(jì)熱強(qiáng)度（簡稱輻射管平均熱強(qiáng)度，下同）和管內(nèi)介質(zhì)流速。一般蒸餾爐的主要工藝參數(shù)見表 1-1。 表 1-1 一般蒸餾爐的主要工藝參數(shù) 爐名2 W/m 輻射管平均熱強(qiáng)度，質(zhì)量流速kg/m 立管爐 臥管爐 常壓爐3000037000 3600044000 10001500 減壓爐2400031000 2900037000 10001500 ? 表 1-1 所列的流速是所謂“經(jīng)濟(jì)流速” ，在此范圍內(nèi)，爐管內(nèi)的總壓降一般在0.5MPa0.7MPa。國外

4、一些工程公司則認(rèn)為應(yīng)采用“品質(zhì)流速” ，即高流速，一般是經(jīng)濟(jì)流速的二至三倍，管內(nèi)總壓降高達(dá) 1.2MPa2MPa。在高流速下，油品局部過熱裂解的傾向小，最終油品的品質(zhì)好，但泵的揚(yáng)程要高。一般潤滑油型的減壓爐宜采用品質(zhì)流速。 1 爐管系統(tǒng)爐管系統(tǒng) 3.蒸餾型加熱爐爐管材質(zhì)主要根據(jù)原油中的硫含量和酸值來選擇。常壓爐，當(dāng)原油的硫（重）時(shí)，對(duì)流室選用碳鋼（重）時(shí)，選用碳鋼爐管。當(dāng)硫含量不小于 0.5%含量小于 0.5% Cr9Mo 爐管。Cr5Mo 爐管，輻射室及遮蔽管選用 Cr5Mo 爐管或爐管或爐管。當(dāng)常底油不含酸，僅硫含量高爐管或 Cr9Mo 減壓蒸餾爐一般全部選用 Cr5Mo，當(dāng)被加熱介質(zhì)含環(huán)

5、烷酸、且酸值不小 ASTM TP321）時(shí)，汽化段爐管可采用 1Cr18Ni9Ti（ 。 （ASTM TP316L）16Cr-12Ni-2Mo 于0.5mg KOH/g 油時(shí)，汽化段選用目前新建的大型常減壓裝置，一方面大都要煉高硫或高硫高酸的外油，另一方面一般，TP316L、TP321、都要求 34 年長周期運(yùn)轉(zhuǎn)，常減壓爐的爐管一般都用 Cr5Mo、Cr9Mo 幾乎不用碳鋼。而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和習(xí)爐管壁厚可不用計(jì)算， ，因此，蒸餾爐的操作壓力一般都低于 2.5MPa 。慣選取，見表 1-2 1-2 爐管壁厚選取表mm 外徑 ，114 114168 219 273 選擇壁厚 mm681012 爐管擴(kuò)徑爐

6、管擴(kuò)徑 4.減壓爐的汽化段爐管，一般要逐級(jí)擴(kuò)徑，以使其被加熱介質(zhì)接近于等溫汽化。同時(shí)要塔之間的轉(zhuǎn)油線為低速、低壓降轉(zhuǎn)油線。這種設(shè)計(jì)可以在較低的爐出口溫度下，達(dá)到-求爐，保證減壓分餾塔有較高的輕油收率，并能保證在整個(gè)汽較高的汽化率（顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱） 化段內(nèi)不至于超溫，盡可能的減少油品裂解，從而保證最終產(chǎn)品有較好的品質(zhì)。霧狀以保證整個(gè)擴(kuò)徑過程中均具有良好的流型-逐級(jí)擴(kuò)徑應(yīng)進(jìn)行比較精確的分段計(jì)算， 流或環(huán)霧流，避免可能出現(xiàn)水擊的液節(jié)流。每次擴(kuò)徑后的管段始端，一般容易出現(xiàn)不理想的流型，末端則容易出現(xiàn)超溫。因此，以計(jì)算過程中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整各管徑的管段長度，以保證理想的流型，且保證溫度波動(dòng)在3273 219

7、內(nèi)。典型的擴(kuò)徑方案有：152 減壓爐至減壓塔之間采用低速、低壓降的轉(zhuǎn)油線后，轉(zhuǎn)油線的直徑將變得很大，其自 身的熱膨脹難以得到補(bǔ)償。這時(shí)可考慮采用爐管補(bǔ)償轉(zhuǎn)油線熱膨脹的設(shè)計(jì)方案。也有將常當(dāng)常壓蒸餾處理極輕的原油時(shí)，一般常壓爐是不擴(kuò)徑的。為避免過大的壓降， 2 壓爐汽化段擴(kuò)徑的，當(dāng)然這要由計(jì)算來決定。 二、 常、減壓爐的能耗 常減壓裝置是煉油廠的能耗大戶，一般占全廠能耗的 9.511%。例如，一座擁有 16 套裝置，加工中東含硫原油 800 萬噸/年的煉油廠，全廠能耗 3688.436MJ/噸原油（88.10kg 標(biāo)油/噸原油） 。常減壓裝置的能耗 412.45MJ/噸原油（9.85kg標(biāo)油/噸原

8、油） ，占全廠的 11.18%。 在常減壓裝置中，常減壓爐的能耗約占全裝置能耗的 80-90%。表 2-1 是新設(shè)計(jì)的 1000 萬噸/年常減壓裝置能耗計(jì)算表，全裝置總能耗 9.4965 萬千卡/噸原油，常減壓爐僅燃料能耗（未計(jì)蒸汽和電耗）8.2 萬千卡/噸原油，占全裝置的 86.35%。 表 2-1 某廠 1000 萬噸/年常減壓裝置能耗計(jì)算表 序號(hào) 項(xiàng) 目 500總耗量 ) (噸/時(shí)1.0單耗 (噸/噸) 2.03.0 能耗指標(biāo)) 噸萬千卡/(4.0能耗 (萬千卡/) 噸原油5.0備注1 電6372.6 (萬千瓦小時(shí)/年) 6.3726 ) (千瓦小時(shí)/噸0.2828 ) (萬千卡千瓦小時(shí)

9、/1.8022 2 循環(huán)水1375.99 1.1558 0.1 0.1156 3 污水132.86 0.1116 0.8 0.0893 4 軟化水15 0.0126 0.25 0.0032 5 除氧水20.3 0.0171 9.2 0.1573 6 凈化水86.44 0.0726 0.17 0.0123 7 1.0MPa 蒸汽11.5 0.0097 76 0.7372 8 蒸汽 0.3MPa0 0 66 0 自產(chǎn)9 燃料油9.745 0.0082 1000 8.2 10 凈化風(fēng)200 3) /時(shí)標(biāo)米(0.1681 3噸/標(biāo)米() 0.038 3) /萬千卡(標(biāo)米0.0064 11 小計(jì) 11.

10、1235 465.72MJ/t 12 熱出料) (熱油-1936.86 時(shí)） （萬千卡/ -1.6270 總計(jì) 9.4965 397.60MJ/t 3 注：本裝置能耗計(jì)算系按石油化工設(shè)計(jì)能量消耗計(jì)算方法 （中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)）SH/T3110-2001 中規(guī)定的指標(biāo)及計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算的。 三、三、 常、減壓爐降低能耗的措施常、減壓爐降低能耗的措施 煉油裝置管式爐的節(jié)能措施比一般工業(yè)爐要靈活得多，因?yàn)樗訜岬墓に嚱橘|(zhì)在經(jīng)過后續(xù)設(shè)備完成蒸餾或其它加工過程之后，產(chǎn)品需要冷卻到一定溫度才能送出裝置。冷的原料和熱的產(chǎn)品之間往往要進(jìn)行復(fù)雜的熱交換。一個(gè)裝置內(nèi)常常不只一臺(tái)管式爐，另外還有各種

11、其它設(shè)備，它們之間在熱能利用方面往往是可以互補(bǔ)的。這就有可能也有必要首先把管式爐同整個(gè)裝置結(jié)合在一起，全面考慮和優(yōu)化，以便采取綜合節(jié)能措施。 3.1 優(yōu)化換熱流程，降低管式爐熱負(fù)荷優(yōu)化換熱流程，降低管式爐熱負(fù)荷 煉油裝置的特點(diǎn)是管式爐的熱負(fù)荷隨換熱流程的不同而改變。優(yōu)化換熱流程，降低管式爐熱負(fù)荷，是減少燃料消耗，降低裝置能耗最直接、最有效的措施。以常壓爐為例，在上個(gè)世紀(jì)七十年代以前，原油入爐溫度（換熱終溫）僅 220左右。那時(shí)建一套 250 萬噸年處理量的常減壓裝置，就需要一臺(tái) 48.3MW 的常壓爐，而現(xiàn)在經(jīng)過換熱流程的優(yōu)化，建一套 1000 萬噸年處理量的常減壓裝置，常壓爐的熱負(fù)荷只需要

12、72.6MW。那個(gè)年代末，第一輪節(jié)能改造首先就是優(yōu)化換熱流程，原油換熱終溫（即常壓爐入口溫度）從 220提高到 280290，常壓爐熱負(fù)荷幾乎減少了一半，取得了顯著成果。新近設(shè)計(jì)的一臺(tái) 800 萬噸年常減壓裝置常壓爐，由于采用了優(yōu)化換熱流程，爐入口溫度 293，出口溫度 360，熱負(fù)荷僅 58.1MW；又采用了空氣預(yù)熱器，燃燒空氣被預(yù)熱到 273，燃料（標(biāo)油）消耗僅 5314kg/h。如果不優(yōu)化換熱流程，入口溫度僅 220，出口條件和空氣預(yù)熱溫度不變，則常壓爐熱負(fù)荷為 103.7MW，燃料（標(biāo)油）消耗高達(dá) 9641kg/h。假定燃料油（標(biāo)油）1400 元噸，優(yōu)化換熱流程后一年可節(jié)省燃料費(fèi) 50

13、89 萬元。由此可見，優(yōu)化換熱流程帶來的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益有多大。 3.2 管式爐與其它設(shè)備之間聯(lián)合回收余熱 煉油裝置的產(chǎn)品有一些是要經(jīng)過空冷才能送出裝置的。如果將這些空氣冷卻器出來的熱空氣收集起來供給爐子作燃燒空氣，就可以回收一部分熱能，從而降低裝置的能耗。新建的煉油裝置，只要條件許可，一般都采取這種節(jié)能措施。常見的是用熱油式空氣預(yù)熱器代替空冷器，將原來空冷的油品引入熱油式空氣預(yù)熱器，冷卻后送出裝置。被加熱的空氣供給爐子作燃燒空氣。如果油品提供的熱量不多，也可將這種熱油式空氣預(yù)熱器作為暖風(fēng)器使用?？諝庾原h(huán)境溫度預(yù)熱到一定溫度（例如 6080）后，再進(jìn)入煙氣余熱回收設(shè)備，這不僅回收了熱能，還使

14、空氣進(jìn)入余熱回收系統(tǒng)的溫度升高，解決了余熱回收設(shè)備冷端的低溫露點(diǎn)腐蝕問題，一舉兩得，何樂而不為。這一點(diǎn)對(duì)于北方，特別是冬季寒冷的東北和西北更為有利。 4 3.3 提高加熱爐熱效率 熱效率是衡量管式爐先進(jìn)性的一個(gè)重要指標(biāo)。它關(guān)系著石油化工裝置能耗的高低。上個(gè)世紀(jì)七十年代以前，管式爐的熱效率僅 60%75%。那個(gè)年代的末期，一場世界性的能源危機(jī)促使各種節(jié)能措施紛紛上馬，從那時(shí)以來，管式爐的熱效率一再得到提高，現(xiàn)在大中型管式爐的熱效率一般都在 85%93%之間。 四、 常、減壓爐提高熱效率的措施 提高加熱爐熱效率的措施有：降低排煙溫度，降低過?？諝庀禂?shù)，減少不完全燃燒損失，減少散熱損失等。這可用簡化

15、的熱效率反平衡表達(dá)式描述： 100q%1qq 321式中 -加熱爐熱效率； q-排煙損失占加熱爐總供熱的比值，排煙溫度和過?？諝庀禂?shù)的函數(shù)； 1q-不完全燃燒損失占加熱爐總供熱的比值； 2q-散熱損失占加熱爐總供熱的比值。 34.1 降低排煙溫度以減少排降低排煙溫度以減少排煙損失煙損失 從上式可以看出，減少排煙損失就可以提高熱效率。值得指出的是，排煙損失在管式爐的熱損失中占有極大的比例。當(dāng)爐子熱效率較高（例如 90%）時(shí)，排煙損失占總損失的 70%-80%；當(dāng)爐子熱效率較低（例如 70%）時(shí)，排煙損失占總損失的比例高達(dá) 90%以上。 降低排煙溫度和降低過?？諝庀禂?shù)都能減少排煙損失。降低排煙溫度

16、的主要措施有以下幾種： (1) 減小末端溫差，即減小排煙溫度與被加熱介質(zhì)入對(duì)流室溫度之差。 這項(xiàng)措施涉及到一次投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的權(quán)衡問題，應(yīng)該由詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來決定。末端溫差大，一次投資少，但管式爐熱效率低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高；末端溫差小，一次投資大，熱效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。從前燃料油價(jià)格較低時(shí)，末端溫差一般在 150-200之間?，F(xiàn)在燃料油價(jià)格較高，末端溫差取 50-100比較適宜。新設(shè)計(jì)的大型常減壓爐，末端溫差一般在 50左右。 (2) 將需要加熱的低溫介質(zhì)如鍋爐給水等引入對(duì)流室末端。將需要加熱的低溫介質(zhì)如鍋爐給水等引入對(duì)流室末端。 當(dāng)然，這必須在有需要加熱的低溫介質(zhì)時(shí)才是可行的。在常減壓裝置中，

17、可以把管式爐的對(duì)流室作為換熱器，加入換熱流程中一并優(yōu)化，將一部分冷油料引入對(duì)流室末端，而將另 5 一部分需要換熱的熱油品用來預(yù)熱空氣。冷進(jìn)料-熱油預(yù)熱空氣的節(jié)能方案就是根據(jù)這個(gè)思路開發(fā)出來的。這種方案使換熱流程復(fù)雜化，一旦空氣預(yù)熱器故障，將影響整個(gè)裝置平穩(wěn)操作，因此新設(shè)計(jì)的大型常減壓爐大都不采用這種方案。 (3)(3) 采用各種空氣預(yù)熱器以預(yù)熱空氣。采用各種空氣預(yù)熱器以預(yù)熱空氣。 與前述兩種措施相比，采用空氣預(yù)熱器由煙氣直接預(yù)熱空氣的優(yōu)點(diǎn)在于它自成體系，不受工藝流程的約束。在管式爐其它參數(shù)不變的情況下，空氣溫度每提高 20，爐子熱效率約提高一個(gè)百分點(diǎn)。 用煙氣預(yù)熱空氣是管式爐回收煙氣余熱，提高

18、熱效率的主要方法，也是最常用的方法。其方式很多，空氣預(yù)熱器也各式各樣。后面將詳細(xì)敘述。 (4)(4) 采用煙氣余熱鍋爐以發(fā)生蒸汽。采用煙氣余熱鍋爐以發(fā)生蒸汽。 在常、減壓爐上采用煙氣余熱鍋爐來降低排煙溫度的方案幾乎是沒有的。但是有些管式爐如連續(xù)重整的四合一重整爐，熱負(fù)荷很大，為了減少壓降又不能在對(duì)流室排爐管，只能將對(duì)流室作為煙氣余熱鍋爐。再如制氫裝置的轉(zhuǎn)化爐，其轉(zhuǎn)化反應(yīng)只能在輻射室的轉(zhuǎn)化管內(nèi)進(jìn)行，熱負(fù)荷相當(dāng)大，煙氣出輻射室的溫度也比一般管式爐高得多，對(duì)流室僅靠預(yù)熱原料氣遠(yuǎn)不能將煙氣溫度降下來，也只能排煙氣余熱鍋爐。還有一些爐子，例如煤煉油的加熱爐，管內(nèi)走的是氣、液、固三相流，為了避免嚴(yán)重磨損，

19、彎頭的回轉(zhuǎn)直徑要求至少六倍管直徑，難以排在對(duì)流室。對(duì)流室只好用作廢熱鍋爐。雖然有些煉油廠并不缺少蒸汽，但對(duì)于這樣的爐子也只能采用余熱鍋爐來回收煙氣余熱，產(chǎn)生的蒸汽并入管網(wǎng)，使得全廠蒸汽過剩，只能停掉一些蒸汽鍋爐來平衡。讓這些爐子少產(chǎn)或不產(chǎn)蒸汽，是設(shè)計(jì)者多年來追求的目標(biāo)。后面將要介紹的“蓄熱式高溫空氣貧氧燃燒技術(shù)” 如果應(yīng)用到煉油管式爐上，前述問題可能得到解決，達(dá)到少產(chǎn)或不產(chǎn)蒸汽的目標(biāo)。 (5)(5) 除灰除垢，以保證管式爐長期在高熱效率下運(yùn)轉(zhuǎn)。除灰除垢，以保證管式爐長期在高熱效率下運(yùn)轉(zhuǎn)。 不完全燃燒產(chǎn)生的炭粒和燃料中的灰分等煙塵均會(huì)污染對(duì)流室爐管的外表面，增加熱阻，降低傳熱效果。隨著積灰的增加

20、，排煙溫度迅速上升，熱效率顯著下降。為了保證管式爐長期在較高的熱效率下運(yùn)轉(zhuǎn)，必須堅(jiān)持用吹灰器定期（每 8 小時(shí)或 24 小時(shí)）清除積灰。這一點(diǎn)對(duì)燒渣油的管式爐來說，尤為重要。現(xiàn)在的吹灰器有許多種，除以前常用的蒸汽吹灰器外，近幾年出現(xiàn)的聲波除灰器、亞（次）聲波除灰器、激波除灰器等等，效果都不錯(cuò)。其它工業(yè)爐上使用的吹灰措施，如鋼球除灰、噴鹽除灰等，煉油管式爐上一般不用。在國外煉油加熱爐上，從安全角度考慮，一般聲波、激波等吹灰器都不用，只用伸縮式蒸汽吹灰器。 值得提醒的是，原油脫鹽程度對(duì)管式爐的傳熱和熱效率有間接的但也是明顯的影響。燃 6 料油燃燒后，鹽分會(huì)沉積在爐管外表面，特別是輻射室爐管外表面。

21、這與積灰一樣會(huì)增加熱阻，降低傳熱效果。隨著積鹽的增加，火墻溫度（煙氣出輻射室溫度）增加，排煙溫度也隨之增加，熱效率下降。所不同的是積鹽比積灰更難清除，一般是向爐膛內(nèi)噴灑除垢劑，但效果并不十分明顯。根本的辦法是要求原油脫鹽達(dá)標(biāo)。 4.24.2 降低過?？諝庀禂?shù)以減少排煙損失降低過?？諝庀禂?shù)以減少排煙損失 管式爐是靠燃料燃燒供給熱量的。在工業(yè)爐中，燃料不可能在化學(xué)平衡的空氣量（理論空氣量）下完全燃燒，總要在有一定過?？諝饬康臈l件下才能完全燃燒。燃燒所用實(shí)際空氣量與理論空氣量之比叫做過?？諝庀禂?shù) 。一般煉油管式爐正常的過?？諝庀禂?shù)在燒氣時(shí)為 =1.05-1.15，燒油時(shí)為 =1.15-1.25。在實(shí)

22、際操作中，如果過?？諝饬吭黾樱艧煏r(shí)大量的過?？諝鈱崃繋ё吲湃氪髿?，使排煙損失增加，熱效率降低。由于過剩的空氣是在排煙溫度下排入大氣的，所以排煙溫度越高，過?？諝鈳ё叩臒崃烤驮蕉?，對(duì)熱效率的影響也就越大。 降低過?？諝庀禂?shù)的辦法很多。首先是要選用性能良好的燃燒器，保證在較低的過?？諝庀禂?shù)下完全燃燒；其次是在操作過程中管好三門一板（風(fēng)門、氣門、油門和煙囪擋板）確保管式爐在合理的過剩空氣系數(shù)下運(yùn)轉(zhuǎn)，既不讓過?？諝饬刻螅膊灰蜻^?？諝獠粔蚨霈F(xiàn)不完全燃燒；再者是應(yīng)做好管式爐的堵漏，因?yàn)闊捰凸苁綘t幾乎都是負(fù)壓操作的，如果看火門、人孔門、彎頭箱門等關(guān)閉不嚴(yán)或爐墻有泄漏之處，從這些地方漏入爐內(nèi)的空氣一

23、般都不參與燃燒而白白帶走熱量。 過?？諝庀禂?shù)太大不僅使熱效率降低，還有其它許多有害之處，例如加速爐管和爐內(nèi)構(gòu)件的氧化、增加對(duì)流室吸熱量、提高 SO 向 SO 的轉(zhuǎn)化率從而加劇低溫露點(diǎn)腐蝕等等，這里32就不細(xì)述了。 4.34.3 減少不完全燃燒損失減少不完全燃燒損失 在排煙損失中，除了前面所述煙氣的物理熱損失之外，還有由于不完全燃燒而造成的化學(xué)熱損失。不完全燃燒除造成熱損失，降低熱效率外，還造成大氣污染。機(jī)械不完全燃燒產(chǎn)生的炭粒還會(huì)造成對(duì)流室爐管表面積灰，影響傳熱效果。 減少不完全燃燒損失的措施首先是選用性能良好的燃燒器，并及時(shí)的和定期的維護(hù)，使燃燒器長期保持在良好狀態(tài)下運(yùn)行，以保證在正常操作范

24、圍內(nèi)能完全燃燒。其次是在操作中精心調(diào)節(jié)“三門一板” ，以保證過?？諝饬考炔惶?，也不太少。 煉油管式爐的燃燒器性能一般都較好，自動(dòng)化控制水平也較高，因此不完全燃燒都較少。在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中通常都不考慮不完全燃燒損失。但對(duì)那些性能不良或維護(hù)不及時(shí)運(yùn)行狀況不 7 好的燃燒器，以及操作管理不精心的爐子來說，不完全燃燒損失則是不可忽略的。 4.44.4 減少散熱損失 管式爐外壁以輻射和對(duì)流兩種方式向大氣散熱。散熱量與爐外壁溫度、環(huán)境溫度和風(fēng)速等有關(guān)。當(dāng)內(nèi)壁溫度一定，爐墻材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和尺寸已一定時(shí)，環(huán)境溫度下降，爐外壁溫度也降低，實(shí)際溫差變化不大，散熱損失變化也不大。同樣，環(huán)境風(fēng)速增加，外壁溫度也降低，但對(duì)流

25、傳熱系數(shù)增加，因此散熱量變化也不大。也就是說，環(huán)境溫度和風(fēng)速對(duì)爐外壁溫度影響較大，而對(duì)散熱損失雖然有影響，但是影響并不大。 新建的煉油管式爐的散熱損失并不大，一般僅占爐子總供熱量的 1.5-3%。因此靠減少散熱損失來提高熱效率的余地并不大。但對(duì)于已經(jīng)使用多年，爐墻己有損壞的爐子，及時(shí)修補(bǔ)爐墻對(duì)減少散熱損失，提高熱效率卻是很有必要的。 五、 提高熱效率應(yīng)注意的相關(guān)問題 熱效率的提高并不是無止境的。它要受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等方面的限制。過分追求高熱效率并不是明智的。其所付出的代價(jià)可能是過高的一次投資，過早的設(shè)備損壞，或較短的操作周期。 5.15.1 降低排煙溫度的限制降低排煙溫度的限制 從理論上講，

26、排煙溫度可以降到接近環(huán)境溫度，這時(shí)可以獲得最高的熱效率。但在工程實(shí)際中這是不可能的，因?yàn)榕艧煖囟鹊慕档鸵芙?jīng)濟(jì)和技術(shù)兩方面的限制。 隨著排煙溫度的降低，煙氣余熱回收系統(tǒng)的末端溫差越來越小，傳熱效果也越來越差，回收余熱的換熱面積也就越來越大，一次投資迅速增加，因此必須根據(jù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的余熱回收末端溫差。 降低排煙溫度在技術(shù)方面主要受煙氣露點(diǎn)的限制。余熱回收換熱面的溫度必須高于煙氣的露點(diǎn)溫度，否則換熱面將受到露點(diǎn)腐蝕而損壞。另外，換熱面在露點(diǎn)下積的灰將是“粘灰” ，粘灰是很難清除的。這種粘灰越積越多，煙氣側(cè)的阻力迅速增加，甚至使余熱回收系統(tǒng)難以操作而被迫停運(yùn)。防止露點(diǎn)腐蝕和粘灰沉積的有

27、效辦法是將低溫段換熱面的溫度控制在圖 5-1 的曲線以上。 鑒于上述理由，再考慮煉油加熱爐，特別是常減壓爐所燒燃料都較差，尤其是大多數(shù)都要燒減壓渣油或催化油漿，含硫、含鹽、含重金屬、含灰份、含氮化物等，在所難免。因此常減壓爐提高熱效率比較困難，降低排煙溫度也很困難。目前新設(shè)計(jì)的千萬噸級(jí)常減壓裝置， 8 左右。這只是設(shè)計(jì)值，在運(yùn)行的全過 90%常減壓爐的排煙溫度大都在 150左右，熱效率在 程中要保持這個(gè)數(shù)值將是十分困難的。 200 150 溫 壁屬 金低 100 最 燃料中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 圖 5-1 燃料中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與最低金屬壁溫的關(guān)系 5.25.2 降低爐外壁溫度的限制 降低爐外壁溫度，減少

28、散熱損失，提高熱效率，這是肯定的。但爐外壁溫度降到多少才是合理的？這要通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析才能決定。包括爐墻材料費(fèi)的一次投資隨著爐外壁溫度的降低而增加；包括燃料費(fèi)在內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用卻隨爐外壁溫度的降低而減少。這兩條曲線交叉所對(duì)應(yīng)的爐外壁溫度，即是經(jīng)濟(jì)合理的溫度。它主要取決于耐火隔熱材料的價(jià)格和燃料價(jià)格。因此，過分追求太低的爐外壁溫度，要求更厚的爐襯厚度或更高級(jí)的耐火隔熱材料，也有失偏頗。 另外，爐外壁溫度的確定，還要考慮安全方面的要求，以避免燙傷?，F(xiàn)行規(guī)范規(guī)定“在環(huán)境溫度 27，無風(fēng)條件下，爐外壁溫度 80”是比較合理的。 5.35.3 環(huán)保方面的限制環(huán)保方面的限制 煙氣預(yù)熱空氣是提高加熱爐熱效率最常

29、用的措施，但是，隨著空氣溫度的提高，燃燒產(chǎn)物中的NO 增加，如果沒有適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫档?NO，則對(duì)環(huán)保是不利的。另外，空氣溫度過XX高，還可能引起燃油噴頭結(jié)焦或燃燒器過大的變形等問題，除非改變?nèi)紵鹘Y(jié)構(gòu)和材質(zhì)，一 9 般空氣預(yù)熱溫度不宜超過 300。 六、 常用空氣預(yù)熱器簡介 利用煙氣余熱預(yù)熱空氣的方法很多，可分為用煙氣間接預(yù)熱空氣和直接預(yù)熱空氣兩大類。 6.16.1 煙氣間接預(yù)熱空氣煙氣間接預(yù)熱空氣 煙氣間接預(yù)熱空氣的方法有工藝分支物流預(yù)熱空氣、冷進(jìn)料-熱油預(yù)熱空氣、開式循環(huán)或閉式循環(huán)熱載體預(yù)熱空氣，以及熱管式空氣預(yù)熱器等等。 當(dāng)管式爐的被加熱介質(zhì)（工藝物流）進(jìn)爐溫度較高時(shí)，即使減小了對(duì)流室末

30、端溫差，排煙溫度仍很高。這時(shí)可分出一部分工藝物流先進(jìn)入熱油式空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，分支物流降溫后再進(jìn)入對(duì)流室末端，使排煙溫度降低。當(dāng)工藝物流為液相時(shí)，這種方案的優(yōu)越性比較凸出。無論在空氣預(yù)熱器中，還是在對(duì)流室中，管內(nèi)均為液相，內(nèi)膜傳熱系數(shù)很大，只需在管外的空氣側(cè)或煙氣側(cè)采用翅片或釘頭強(qiáng)化傳熱，就可以使總傳熱系數(shù)提高。 當(dāng)工藝物流的粘稠度高、腐蝕性強(qiáng)、或易燃易爆的危險(xiǎn)性極大時(shí)，不宜采用此方案，以免危及管式爐的正常操作。 冷進(jìn)料-熱油預(yù)熱空氣方案是將一部分管式爐的進(jìn)料在換熱流程中少換熱，在較低溫度下進(jìn)入對(duì)流室尾部，使排煙溫度降低，而換熱流程中多出來的熱量用來預(yù)熱燃燒空氣。此方案除具有上述工藝分支物流

31、預(yù)熱空氣方案的優(yōu)點(diǎn)外，還可以將爐子和空氣預(yù)熱器列入換熱流程，統(tǒng)一優(yōu)化，盡可能的降低裝置能耗。這個(gè)方案在上世紀(jì)八十年代的常減壓蒸餾裝置節(jié)能改造中被廣泛采用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)在由于優(yōu)化換熱流程的技術(shù)已臻完善，將爐子和空氣預(yù)熱器加入，反而使其復(fù)雜化，更重要的是一旦空氣預(yù)熱器故障，將影響整個(gè)裝置平穩(wěn)操作，而大型化的常減壓裝置都要求長周期安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此現(xiàn)在一般不再采用此方案。 熱載體預(yù)熱空氣方案是用液相的熱載體先到對(duì)流室尾部取熱，以降低排煙溫度，然后再到熱油式空氣預(yù)熱器中將燃燒空氣加熱。冷卻后的熱載體再進(jìn)入對(duì)流室尾部，如此循環(huán)將煙氣的余熱間接預(yù)熱空氣。這種方式稱為閉式循環(huán)。開式循環(huán)熱載體預(yù)熱

32、空氣的方案流程與工藝分支物流預(yù)熱空氣方案類似，在熱載體爐和塔底重沸爐上采用這種方案最方便也最適宜。熱載體可根據(jù)其工作溫度選用水、柴油、導(dǎo)熱油和聯(lián)苯混合物等。 上述各種煙氣間接預(yù)熱空氣方案的最大優(yōu)點(diǎn)，是在煙氣和空氣之間加入了液體介質(zhì)，使傳熱在氣-液兩相之間進(jìn)行，氣相又在管外，便于用釘頭或翅片擴(kuò)大傳熱面積以強(qiáng)化傳熱， 10 從而節(jié)省傳熱面積，同時(shí)還可省去上下于爐頂和地面之間龐大的煙-風(fēng)道。但上述方案一般都要受工藝流程的約束，難以自成系統(tǒng)，并使工藝操作變得復(fù)雜。熱載體預(yù)熱空氣方案還要受載體使用溫度的限制。因此，除過別熱載體爐和塔底重沸爐采用開式循環(huán)熱載體預(yù)熱空氣方案外，一般新設(shè)計(jì)的石油化工裝置都很少

33、采用上述間接預(yù)熱空氣的方案。 但也有例外，熱管式空氣預(yù)熱器雖然也是間接式空氣預(yù)熱器，但它與工藝流程無關(guān)，自成體系，因此在國內(nèi)煉油加熱爐上得到廣泛使用。熱管式空氣預(yù)熱器由若干根熱管組合而成。熱管是一根兩端密封，內(nèi)部抽真空并充有工質(zhì)的管子。煙氣將熱量傳遞給熱管內(nèi)的工質(zhì)，工質(zhì)吸熱蒸發(fā)并流向空氣側(cè)，將熱量傳遞給空氣，工質(zhì)冷凝流回?zé)煔鈧?cè)，再吸熱蒸發(fā)，如此循環(huán)，完成熱量傳遞。由于汽化潛熱大，所以在極小的溫差下就能把大量的熱量從管子的一端傳至另一端。 6. 2 煙氣直接預(yù)熱空氣 煙氣直接預(yù)熱空氣的方案就是不用中間介質(zhì)，煙氣直接通過空氣預(yù)熱器換熱面將熱量傳遞給空氣。它雖然有氣-氣傳熱效果差的缺點(diǎn)，但它自成系統(tǒng)

34、，與其它工藝過程無關(guān)，當(dāng)余熱回收系統(tǒng)出故障時(shí)，不會(huì)影響整個(gè)工藝過程。因此，它不僅在石油化工管式爐上，也在其它各行各業(yè)的工業(yè)爐上得到廣泛使用。煙氣直接預(yù)熱空氣所用的空氣預(yù)熱器有很多種，按其換熱特點(diǎn)可分為間壁式和蓄熱式兩大類。 間壁式空氣預(yù)熱器是指煙氣將熱量連續(xù)不斷地通過固體壁傳給空氣的預(yù)熱器，如管式（鋼管、鑄鐵管、玻璃管、搪瓷管等）空氣預(yù)熱器、板式空氣預(yù)熱器、噴流式空氣預(yù)熱器、套管式空氣預(yù)熱器等等。對(duì)于管式空氣預(yù)熱器來說，為了強(qiáng)化管外傳熱，可采用釘頭管、高頻焊翅片管、擠制螺紋管、擠制翅片管、鑄鐵翅片（釘頭）管等；還可采用擾流子、釬焊式縱向翅片或鑄造內(nèi)翅片（釘頭）等來強(qiáng)化管內(nèi)傳熱。強(qiáng)化傳熱的方式很

35、多，例如噴流式空氣預(yù)熱器，當(dāng)空氣采用噴流時(shí)空氣側(cè)膜系數(shù)增大，煙氣噴流時(shí)煙氣側(cè)膜系數(shù)增加等。 蓄熱式空氣預(yù)熱器是指換熱面本身為蓄熱體，從沖刷它的煙氣吸熱，之后再向沖刷它的空氣放熱的預(yù)熱器。有蓄熱體固定不動(dòng)周期性切換風(fēng)-煙道和蓄熱體自身旋轉(zhuǎn)不切換風(fēng)-煙道兩種方式。后面將要介紹的蓄熱式燃燒器屬于前者，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器則屬于后者。 各式各樣的空氣預(yù)熱器各有自己的特點(diǎn)和適用場合，就石油化工行業(yè)而言，歐洲比較喜歡用鋼管-鑄鐵管-玻璃管三段組合管式空氣預(yù)熱器，美國用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器較多，國內(nèi)則是熱管式空氣預(yù)熱器用得比較普遍。 6. 3 蓄熱式高溫空氣貧氧燃燒技術(shù)簡介蓄熱式高溫空氣貧氧燃燒技術(shù)簡介 11 前面

36、所述各種煙氣預(yù)熱空氣的方案都要受許多因素的限制。例如，隨著空氣預(yù)熱溫度的升高，燃燒產(chǎn)物中的氮氧化物 NO 增加，于環(huán)保不利，也就是說受環(huán)保要求的限制；空氣X預(yù)熱溫度還受預(yù)熱器材料性能的限制，否則材料升級(jí)，投資增加；對(duì)于熱管式空氣預(yù)熱器來說，空氣預(yù)熱溫度要受熱管工質(zhì)臨界溫度的限制等等。另一方面，換熱面溫度要受露點(diǎn)溫度的限制，如果該溫度降到煙氣露點(diǎn)溫度以下，露點(diǎn)腐蝕和積存難以清除的粘灰將不可避免，甚至危及余熱回收系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 蓄熱式空氣預(yù)熱器可以克服這些缺點(diǎn)。最古老的蓄熱式空氣預(yù)熱器是冶金行業(yè)的熱風(fēng)爐。它由兩個(gè)或多個(gè)熱風(fēng)塔（罐）和切換閥組成，分組相互切換交替使用。塔內(nèi)壁由耐火材料砌筑，塔內(nèi)堆放

37、耐火磚-蓄熱體。高溫?zé)煔馔ㄟ^時(shí)，耐火磚將熱量蓄積起來，煙氣降溫后排空；冷空氣通過時(shí)，耐火磚將其加熱送入爐內(nèi)供燃燒用。對(duì)于燒油、燒氣或燒煤粉的爐子來說，如果將蓄熱體小型化、精細(xì)化，置于燃燒器的空氣入口處并使之交替工作，即可構(gòu)成燃燒器與蓄熱式空氣預(yù)熱器一體化的蓄熱式燃燒器。這種方案提出來已經(jīng)許多年了，由于其 NO 和換向閥自控等問題，一直未能推廣。現(xiàn)代的蓄熱式高溫空氣貧氧燃燒技術(shù)就是近幾X年在此基礎(chǔ)上開發(fā)出來的：貧氧燃燒使 NO 大大降低，新型耐磨密封材料的研制和電腦程X控保證了換向閥能長周期安全靈活運(yùn)行。 蓄熱式高溫空氣貧氧燃燒技術(shù)的工作原理見圖 6-1，常溫空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入，在通過燃燒器蓄熱體時(shí)被迅速加熱至高溫，溫度一般可高到僅比爐膛煙氣溫度低 100左右。如此高溫的空氣噴入爐膛時(shí)將卷吸煙氣形成貧氧的高溫氣流，在這股氣流附近噴入燃料氣或霧化的燃料油，燃料在貧氧（2%-20%）的氣流中燃燒。這種燃燒有兩個(gè)特點(diǎn)：一是因?yàn)樨氀酰紵a(chǎn)物中的 NO大大減少；二是因?yàn)槿剂喜皇侵苯訃娙牒鯕饬髦校剂戏肿优c氧分子只X有經(jīng)擴(kuò)散碰撞時(shí)隨遇燃燒，沒有明顯的火焰邊界，實(shí)際的火焰邊界甚至擴(kuò)大到整個(gè)爐膛。這一點(diǎn)對(duì)低發(fā)熱量的高爐煤氣，變壓吸附制氫的 PSA 尾氣十分明顯，而對(duì)高發(fā)熱量的煉廠氣可能不太明顯。與此同時(shí)，靠引風(fēng)機(jī)通過另一側(cè)的燃燒器將煙氣吸出，熱煙氣