(吉林化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,吉林 132022)

0 引 言

加熱爐是石化企業(yè)中主要的耗能設(shè)備，提高加熱爐的熱效率對(duì)于提高全廠的經(jīng)濟(jì)效益起著關(guān)鍵作用，為此各企業(yè)都采取了很多措施來降低加熱爐的能耗[1-3]。石化加熱爐的熱損失主要包括通過爐壁的散熱損失和被煙氣帶走的排煙損失，而加熱爐在石化企業(yè)中一般都是露天布置的，因此，在評(píng)估這兩項(xiàng)損失時(shí)必須要考慮環(huán)境因素的影響。

1 環(huán)境因素對(duì)加熱爐散熱損失的影響

1.1 爐壁熱損的計(jì)算方法

石化加熱爐是以燃料在爐膛燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧訜嵛锪系摹臓t壁向外界散失熱量的過程為：高溫?zé)煔馐紫纫詫?duì)流傳熱和輻射傳熱的方式將熱量傳遞給爐墻內(nèi)壁，然后熱量以熱傳導(dǎo)的方式從爐內(nèi)壁傳至爐墻外表面，再以對(duì)流傳熱和輻射傳熱的方式將熱量散發(fā)給大氣環(huán)境，從而形成一個(gè)傳熱過程。在工況穩(wěn)定條件下，可認(rèn)為爐墻內(nèi)表面溫度一定，對(duì)于平面爐墻，其熱損計(jì)算式為：

(1)

式中：q為爐壁熱流密度；ti為爐壁內(nèi)表面溫度；tf為環(huán)境溫度；δi為爐墻各層保溫層的厚度；λi為爐墻各層保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)；ho為外界環(huán)境與爐外壁面間總的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(復(fù)合傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))。

1.2 環(huán)境溫度對(duì)爐壁熱損的影響

由式(1)的分析可知，加熱爐爐墻內(nèi)表面溫度與環(huán)境溫度的差值是爐壁散熱量的驅(qū)動(dòng)力，環(huán)境溫度tf越低，溫差驅(qū)動(dòng)力越大，爐壁熱損也越大。

以中石油某延遲焦化加熱爐輻射段側(cè)墻為例，其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：爐內(nèi)壁溫度為1 100 ℃；爐墻結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外分別為厚度δ1=160 mm的耐火纖維組塊，厚度的δ2=140 mm輕質(zhì)耐火澆注料和厚度δ3=6 mm的Q235鋼板。在忽略風(fēng)速的情況下，該段爐墻的爐壁熱損和爐墻外表面溫度隨環(huán)境溫度的變化見表1。

表1 環(huán)境溫度對(duì)爐壁熱損的影響

由表1可知，隨著環(huán)境溫度由-20 ℃變化到30 ℃，爐壁外表面溫度比原來增加了142.3%，而爐壁的熱損失僅降低了4.5%。結(jié)果表明，環(huán)境溫度對(duì)爐壁外表面的影響是劇烈的，而對(duì)爐壁熱損的影響較小。因此，一些企業(yè)的工作人員簡(jiǎn)單的以爐壁外表面溫度作為評(píng)判爐壁保溫?fù)p傷的標(biāo)準(zhǔn)，顯然是不夠準(zhǔn)確的[4-6]。

1.3 風(fēng)速對(duì)爐壁熱損的影響

當(dāng)外界空氣以一定的速度(有風(fēng)時(shí))流過加熱爐爐墻外表面時(shí)，風(fēng)速越大空氣對(duì)邊界層的擾動(dòng)越大，相應(yīng)地外界環(huán)境與爐外壁面間總的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，從而導(dǎo)致爐壁向外界散失的熱量也越多。同樣以上述某延遲焦化加熱爐輻射段側(cè)墻為例，在環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)，爐壁熱損隨風(fēng)速的變化見表2。

表2 風(fēng)速對(duì)爐壁熱損的影響

由表2可看出，風(fēng)速同樣是對(duì)于爐壁外表面溫度的影響要比對(duì)爐壁熱損的影響劇烈得多。風(fēng)速?gòu)? m/s變化到4 m/s時(shí)，爐壁外表面溫度和熱損的變化幅度要較之其后的變化幅度大一些，這是因?yàn)轱L(fēng)速為0 m/s時(shí)外界空氣與爐壁的傳熱方式屬于自然對(duì)流，而有風(fēng)時(shí)屬于強(qiáng)制對(duì)流，兩者的傳熱強(qiáng)度相差較大。

當(dāng)環(huán)境溫度和風(fēng)速同時(shí)變化時(shí)，爐壁外表面溫度和熱損隨環(huán)境變化的部分?jǐn)?shù)據(jù)見表3。

表3 環(huán)境溫度和風(fēng)速的共同影響

2 環(huán)境因素對(duì)加熱爐排煙損失的影響

由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的限制，排煙在離開加熱爐時(shí)，其排煙溫度要比進(jìn)入加熱爐的空氣溫度高很多，因此不可避免地要產(chǎn)生排煙熱損失?？砂聪率接?jì)算：

(2)

環(huán)境溫度越高，入爐空氣所帶進(jìn)的物理顯熱就越高，爐子熱效率就越高，其排煙熱損失也就越低。仍以前述延遲焦化加熱爐為例，在其他條件相同的情況下，其排煙損失隨環(huán)境溫度的變化見表4。

表4 環(huán)境溫度對(duì)排煙熱損的影響

3 結(jié) 論

作為一種露天布置的設(shè)備，石化加熱爐的熱效率不可避免地要受到環(huán)境因素的影響，因此在加熱爐的設(shè)計(jì)、運(yùn)行以及熱損測(cè)試過程中要采取一些措施，盡可能地減小影響。

(1)環(huán)境因素對(duì)于石化加熱爐爐壁外表面溫度的影響是劇烈的，而對(duì)爐壁熱損的影響較小，因而在對(duì)爐子進(jìn)行熱損和保溫測(cè)試過程中不可簡(jiǎn)單地將爐壁外表面溫度作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

(2)對(duì)于一年中溫度和風(fēng)速變化均較大的北方地區(qū)，加熱爐設(shè)計(jì)時(shí)環(huán)境溫度可取低一些，風(fēng)速取大一些，并且選擇絕熱性能好的耐火襯里，平時(shí)運(yùn)行過程中注意維護(hù)。

(3)利用排煙對(duì)助燃空氣進(jìn)行預(yù)熱，降低排煙溫度，可有效地降低爐子排煙損失、提高熱效率，但在操作過程中要避免露點(diǎn)腐蝕。

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