尹 樂

節(jié)能環(huán)保是我國的經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略，我國政府對此高度重視，將節(jié)能環(huán)保作為國家的強制性要求，明確提出“十三五”期間單位國內生產(chǎn)總值能源消耗要降低16%，對石油化工企業(yè)也提出了節(jié)能要求。在石油化工企業(yè)的煉油裝置中，加熱爐既能提供熱量，也是耗能大戶，重整裝置加熱爐能耗占整個裝置能耗的60%，常減壓裝置加熱爐能耗更是占裝置總能耗的80%～90%，因此加熱爐效率決定著整個裝置的能耗水平，通過提高加熱爐熱效率以降低燃料消耗，減少污染物排放，具有較大的經(jīng)濟和社會效益。影響加粗爐放率的主要因素有爐伴散熱損失、煙氣排放損失、過?？諝庠斐傻膿p失和不完全燃燒造成的損失等。

1 降低加熱爐能耗的措施

1.1 工藝節(jié)能

加熱爐的主要節(jié)能途徑是節(jié)約燃料，提高加熱爐熱效率的目的也是降低燃料消耗。對于大型煉化裝置，整個生產(chǎn)裝置通過優(yōu)化換熱網(wǎng)絡提高換熱終溫，裝置之間合理安排能量轉移，充分利用高溫熱源，以提高被加熱介質的入爐溫度，都可以有效降低加熱爐的有效負荷，從而降低燃料消耗。

此外，煉油廠應用最多的管式加熱爐，多以天然氣、焦化干氣、催化裂化干氣等組成的混合氣體作為燃料。燃料氣中的不飽和烴以及氫氣的含量越高，加熱爐的熱效率往往也越高，原因為各種燃料在燃燒過程中所產(chǎn)生的煙氣組分及排放量不同，最終導致排煙損失的差異［1］。因此燃料的選擇和優(yōu)化對提高熱效率有一定的意義。

1.2 設計節(jié)能

在加熱爐設計階段，優(yōu)化加熱爐的設計方案是節(jié)能的最重要環(huán)節(jié)。設計方案包括總體方案和局部方案，對于整體方案來說有加熱爐系統(tǒng)的總體布局和被加熱介質的分配以及余熱回收利用方案等。對于老裝置而言，由于設計建設時間較早，一些配套設備的技術較落后，需要根據(jù)現(xiàn)有加熱爐的能力和實際情況進行針對性的規(guī)劃和設計，達到比較好的節(jié)能效果。

以中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部的3＃常減壓裝置為例，該裝置采用“一常壓一減壓”工藝流程，常壓爐（F－3001）和減壓爐（F－3002）的設計熱負荷分別為71.62 MW和43.661 MW，設計熱效率分別為90.3%和90.84%，兩爐共用一套前置熱油＋熱管式空氣預熱器（EF－3001／3002）。在70%～80%的低負荷操作工況下，排煙溫度在140～150℃，兩臺加熱爐平均熱效率約為91%；負荷提升至100%的工況下，加熱爐排煙溫度上升至165℃，加熱爐綜合熱效率僅為90%，未能達到中國石油化工集團公司加熱爐管理制度中規(guī)定的熱效率必須為92%以上的目標。2017年4月，3＃常減壓裝置大修期間對常壓爐余熱回收系統(tǒng)實施節(jié)能進行了更新改造。具體改造內容如表1所示。

表1 常壓爐節(jié)能技術改造主要內容

此次改造的核心內容是更新了一臺鑄鐵板式空氣預熱器，其優(yōu)點是傳熱效率高、阻力降低、結構緊湊、模塊化制造安裝簡便、使用壽命長、內部結構焊接嚴密，不易發(fā)生煙空氣泄露，抗低溫露點腐蝕。改造前后常壓爐（F－3001）和減壓爐（F－3002）的設計熱負荷不變，分別為71.6，43.661 MW。改造效果如表2所示。

表2 加熱爐改造前后設計數(shù)據(jù)對比

通過技術改造，加熱爐的熱效率從原來的90.5%提高到93.0%，既滿足了中國石化集團公司考核要求，又取得了較好的經(jīng)濟效果，達到了此次節(jié)能改造的預期效果。

1.3 設備節(jié)能

1.3.1 采用技術先進的燃燒器

燃燒器是加熱爐的主要部件之一，其技術性能的優(yōu)劣對加熱爐的能耗、環(huán)保和長期安全穩(wěn)定運行有直接影響。燃燒器的過剩空氣因子、霧化蒸汽耗量和不完全燃燒損失的大小直接決定著加熱爐的熱效率。

根據(jù)使用燃料的不同，燃燒器可以分為燃料油燃燒器、燃料氣燃燒器和油＋氣聯(lián)合燃燒器。目前煉化企業(yè)管式爐大部分采用油＋氣聯(lián)合燃燒器。近年來隨著技術的發(fā)展，強化傳熱型燃燒器憑借自身的技術優(yōu)勢逐漸代替了之前的燃燒器。

強化傳熱型燃燒器主要特點是：①采用強制通風，提高入爐風壓，使空氣與燃料的混合程度大大加強，噴嘴進風由過去的兩級進風改為多級進風，實現(xiàn)進風的旋流供給；②噴槍均采用多級強化霧化結構，有助于燃料的混合；③火盆采用出口收縮燃燒器結構，提高煙氣喉口噴射速度和爐管的平均熱強度。基于以上技術特點，采用強化傳熱型燃燒器可以提高熱效率2%～4%，同時節(jié)約30%左右的霧化蒸汽［2］。

近年來，隨著環(huán)保要求的日益加強，特別是上海市政府要求對加熱爐煙氣中NOx排放量小于100 mg／m3。在這種背景下低NOx燃燒器也得到廣泛應用。目前先進的低氮燃燒器采用尾緣燃氣分級，煙氣爐內回流循環(huán)技術以及底部區(qū)域氣動駐渦燃燒技術：利用燃燒器高溫煙氣射流氣動卷吸爐膛煙氣，同時燃燒器尾部燒嘴磚后形成負壓區(qū)，爐膛煙氣被負壓吸入并被噴嘴燃料氣引射混合，從而強化了燃料氣分級燃燒的效果，降低熱力NOx的生成［2］。它的優(yōu)點體現(xiàn)在采用先進的配風技術、燃油霧化技術；火道、噴嘴和調風器三者相互配合；在燃料燃燒完全條件下過?？諝庖蜃拥汀㈧F化介質耗量少，加熱爐的熱效率提高。

1.3.2 采用熱輻射小的保溫襯里

加熱爐襯里是加熱爐的重要組成部分，作用是使加熱爐運行過程中能承受高溫熱負荷，抵抗化學侵蝕，保護鋼結構，并利用良好的隔熱效果獲得較低的爐體表面溫度，減少散熱損失。輻射室是加熱爐的核心區(qū)，該區(qū)溫度較高，襯里材料選擇是否恰當、結構是否合理，對減少加熱爐散熱損失和保證加熱爐長周期安全運行有著重要意義。目前，煉化加熱爐常用的爐襯有磚結構、澆注料襯里結構、陶瓷纖維結構和復合襯里結構。這幾種襯里的優(yōu)缺點見表3。

表3 內襯保溫技術對比分析

從表3可以看出：在這幾種內襯結構中，復合襯里結構的導熱系數(shù)小、整體性好、使用壽命長，提高了加熱爐的隔熱保溫效果，減少爐體散熱損失和漏風量，從而提高加熱爐的熱效率。同時為了進一步提高加熱爐的熱效率，部分加熱爐還采取了在爐墻內和爐管噴涂熱輻射涂料的措施，利用遠紅外輻射原理，提高光譜發(fā)射率，增強爐膛換熱，用以提高加熱爐的隔熱保溫效果和熱效率［3］。目前煉油裝置部分加熱爐爐墻采用高溫反輻射節(jié)能涂料，爐管采用金銀絲納米涂料，取得了較好的效果。

1.3.3 提高對流段和空氣預熱器的傳熱效率

加熱爐對流室爐管積灰是加熱爐常見的問題，也會使加熱爐排煙溫度逐漸升高，成為影響加熱爐長期高效運行及對流室傳熱的主要因素之一。因此需要采用吹灰器進行定期吹灰，目前常用的加熱爐在線清灰技術主要有蒸汽吹灰、激波吹灰、聲波吹灰和清灰劑［4］，其特點見表4。

表4 幾種常見的在線清灰技術對比

1.4 操作節(jié)能

1.4.1 調整加熱爐的三門一板，降低過剩空氣因子

三門一板是指油門、汽門、風門和煙道擋板，通過三門一板的優(yōu)化調節(jié)操作，可以使各個燃燒器的火焰長短基本均勻，霧化良好，確保加熱爐在合理的過?？諝庖蜃酉逻\行。加熱爐的煙氣排放量和過剩空氣成正比，在排煙溫度一定的條件下，過?？諝庖蜃釉酱?，加熱爐熱效率越低，因此過?？諝庖蜃硬荒苓^大；同時又不能因過?？諝庖蜃硬蛔愠霈F(xiàn)不完全燃燒，不完全燃燒不但造成熱損失，降低加熱爐熱效率，還會造成大氣污染，產(chǎn)生的炭粒造成對流爐管積灰，影響傳熱效果。

1.4.2 控制燃燒供風，降低氧和CO體積分數(shù)

對于加熱爐來說，不但要采取控制措施使煙氣中的氧含量低，還要確保煙氣中的CO體積分數(shù)低，無論煙氣中的氧體積分數(shù)有多低，只要沒有檢測到CO，就可以繼續(xù)降低供風量。所以，從節(jié)能角度考慮，要經(jīng)常檢測煙氣中的CO體積分數(shù)，最好實現(xiàn)在線CO體積分數(shù)監(jiān)測。但如果CO體積分數(shù)超過了控制指標，即使氧體積分數(shù)超標，也要繼續(xù)增加供風，否則就相當于燃料在放空，不但能耗增加，而且會造成新的污染。

1.4.3 消除加熱爐的漏風

加熱爐的漏風對加熱爐運行是非常有害的。加熱爐的正常運行過程中，應極力避免非助燃空氣（無效空氣）大量漏入爐體，只有通過燃燒器的正常配風進入到爐膛的空氣才是有效的助燃空氣。從看火孔、人孔門、爐膛縫隙等部位進入爐膛的空氣，不能很好地支持燃燒，卻增加了煙氣氧體積分數(shù)的分析數(shù)值，易造成供風充足的假象。并且漏風會影響加熱爐的熱效率，設備一旦漏風，就會使排煙量增加，爐管的氧化也會加劇。及時維護加熱爐設備的完整性，不定期分析空氣預熱器后的對流段、煙道的氧體積分數(shù)，及時消除漏風，減少不必要的散熱損失。

1.5 管理節(jié)能

管理節(jié)能主要是加強監(jiān)測，綜合利用以上手段提高加熱爐的熱效率。

一是要重視加熱爐日常管理工作，每周定期利用煙氣分析儀和紅外熱像儀進行加熱爐監(jiān)測，對指導加熱爐操作、判斷故障部位及燃燒器燃燒狀況起到了積極作用。

二是定期召開加熱爐熱效率分析會，重視加熱爐技術改造和更新工作，采用新設備、新技術、新工藝、新材料對加熱爐進行改造或更新，保證技術的先進性。

三是針對中國石化和上海石油化工股份有限公司定期對裝置加熱爐檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，能在開工狀態(tài)進行整改的立即進行整改；需在檢修期間進行整改的，做好計劃和方案，并制定相應的措施進行整改。

四是重視易損件的更換和大檢修工作，保證加熱爐硬件設施的齊全、完好。

五是對加熱爐管理人員和操作人員的培訓，提高其業(yè)務素質和操作水平。

2 節(jié)能效果

通過監(jiān)測加熱爐煙氣體積分數(shù)，找出了加熱爐運行中存在的漏風、排煙溫度高、氧體積分數(shù)偏高等問題，及時整改后熱效率提高了1～2個百分點（見表5）。

表5 煉油裝置部分加熱爐運行參數(shù)

3 結語

加熱爐的節(jié)能問題對于煉化企業(yè)開展節(jié)能降耗工作具有重大的意義，是提高自身經(jīng)濟效益的有效途徑。提高加熱爐的熱效率是一項長期復雜的過程，應繼續(xù)優(yōu)化工藝操作，采用先進的燃燒器、保溫襯里、耐高溫輻射節(jié)能涂料，并加大加熱爐節(jié)能改造力度和新技術應用，進一步提高加熱爐熱效率，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

［1］ 王國偉.煉油加熱爐節(jié)能技術研究［D］.大慶：東北石油大學，2016.

［2］ 呂林英.新型強化傳熱燃燒器節(jié)能減排效果探討［J］.科技傳播，2014（5）：81－82.

［3］ 曹睿、楊勇、房江紅.在線清灰技術在煉廠的應用［J］.節(jié)約資源與環(huán)保，2010（2）：50－53.