張寶玉(大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠)
大慶油田某采油廠現(xiàn)有加熱爐123臺,主要分布在各中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站,用于原油集輸伴熱,平均每天運(yùn)行70臺次,平均熱效率78.20%。2016年全廠加熱爐總能耗為5534×104m3(標(biāo)況),占全廠總能耗33.26%,其中消耗自產(chǎn)氣5181×104m3(標(biāo)況)、外引氣353×104m3(標(biāo)況)。近年來,我廠在加熱爐節(jié)能上做了大量工作,如精細(xì)管理、更新設(shè)備、應(yīng)用新技術(shù)等。但目前我廠加熱爐燃料利用率只有72.87%,若加熱爐燃料利用率達(dá)到78.7%,我廠則可實(shí)現(xiàn)燃?xì)庾越o。為了進(jìn)一步降低燃料消耗,減少加熱爐燃料的浪費(fèi)和對環(huán)境的污染。2017年我們以“節(jié)能降耗”總的生產(chǎn)方針為指導(dǎo),對全廠在運(yùn)加熱爐存在的結(jié)癥問題進(jìn)行系統(tǒng)分析。加熱爐在運(yùn)行過程中主要存在以下兩大問題:一是部分加熱爐受設(shè)備、燃料等條件制約,燃?xì)饫寐实停細(xì)庀牧看?;二是部分加熱爐因燃燒條件差、燃?xì)馊紵怀浞郑瑫?huì)產(chǎn)生一些有害氣體(CO、SO2)極易對環(huán)境造成污染。為了解決以上問題,相關(guān)技術(shù)人員深入研究影響加熱爐熱效率的因素,通過測算加熱爐熱效率,評價(jià)加熱爐系統(tǒng)能耗,對在運(yùn)加熱爐采取針對性措施,改變加熱爐運(yùn)行狀況[1],進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降耗、降本增效的目的。
大慶油田某采油廠結(jié)合加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn),近幾年先后采取了涂刷FHC遠(yuǎn)紅外節(jié)能劑、爐體改造、更換新型燃燒器等綜合節(jié)能措施,提高加熱爐運(yùn)行熱效率,達(dá)到節(jié)能減排的目的。
加熱爐的主要傳熱元件是爐管,根據(jù)加熱爐的結(jié)構(gòu)分輻射爐管和對流爐管兩個(gè)部分[1]。針對輻射爐管熱效率低,采用強(qiáng)化傳熱技術(shù),在加熱爐爐膛內(nèi)涂刷FHC遠(yuǎn)紅外節(jié)能劑,使輻射爐管能夠更充分地吸收爐膛熱量,降低燃料消耗,提高加熱爐熱效率。FHC遠(yuǎn)紅外節(jié)能劑具有耐高溫、輻射率高的特點(diǎn),同時(shí)可降低煙垢和水垢生成速度,尤其對加快升溫速度、延長爐體使用壽命具有獨(dú)特的作用。2017年對4臺加熱爐爐膛內(nèi)壁進(jìn)行了涂刷FHC遠(yuǎn)紅外節(jié)能劑技術(shù)試驗(yàn),技術(shù)人員對涂刷FHC遠(yuǎn)紅外節(jié)能劑前后加熱爐測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),如表1所示。
結(jié)果表明,應(yīng)用該節(jié)能技術(shù),加熱爐熱效率平均由80.57%提高到87.1%,加熱爐熱效率提高了6.53%,加熱爐平均節(jié)氣率10.07%,單爐日節(jié)氣261.72 m3(標(biāo)況)。截止2017年涂刷FHC遠(yuǎn)紅外節(jié)能劑技術(shù)推廣應(yīng)用10臺,熱效率得到了有效提高,年創(chuàng)節(jié)氣效益34.62萬元。
加熱爐因爐體結(jié)構(gòu)差造成煙道吸力兩極分化,出現(xiàn)回火或排煙溫度過高現(xiàn)象,增加了煙氣的汽化潛熱,進(jìn)而增加了燃料消耗。為實(shí)現(xiàn)加熱爐控制合理的熱損失、降低燃料消耗,提出了兩項(xiàng)改善加熱爐爐體結(jié)構(gòu)的措施。
2.2.1 改進(jìn)花墻結(jié)構(gòu)
常規(guī)加熱爐燃料在爐膛內(nèi)燃燒后,一部分煙氣留在輻射室,另一部分進(jìn)入對流室,對流室排列著爐管,爐管是以對流方式吸收煙氣熱量[3]。
為使?fàn)t管能夠充分吸收熱量,在對流室增設(shè)螺旋型花墻,改變花墻的原始結(jié)構(gòu),可控制煙氣的走向。通過改變花墻的層數(shù)或位置,改變煙氣的排出角度,即變S走向?yàn)槁菪呦?,使煙氣流沿通道旋轉(zhuǎn)排出,氣流的旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)使對流換熱能力顯著加強(qiáng)。旋轉(zhuǎn)的氣流減緩了煙氣流動(dòng)速度,使加熱爐的吸熱能力增強(qiáng),煙氣可順暢排出,如圖1所示。
圖1 螺旋型花墻結(jié)構(gòu)原理
2016年,對1臺加熱爐進(jìn)行了改善花墻結(jié)構(gòu)試驗(yàn),2017年又繼續(xù)推廣應(yīng)用4臺飲進(jìn)花墻強(qiáng)求構(gòu)的新式爐,目前共有5臺加熱爐改善了花墻結(jié)構(gòu)技術(shù),應(yīng)用前后數(shù)據(jù)對比見表2。
改善花墻結(jié)構(gòu)后,加熱爐熱效率提高2.98%,單爐日節(jié)氣119.44 m3(標(biāo)況),5臺爐年創(chuàng)節(jié)氣效益7.84萬元。
2.2.2 延長對流管長
對花墻結(jié)構(gòu)較好、煙道吸力過大、排煙溫度過高的加熱爐,采取延長對流管的長度,將U型管改變成W型管,見圖2。
圖2 改善對流管長度結(jié)構(gòu)圖
2016年對2臺加熱爐的對流管進(jìn)行了試驗(yàn),通過延長加熱爐對流管長,延長了煙氣在加熱爐內(nèi)的流動(dòng)時(shí)間,增強(qiáng)了對流熱管吸熱能力,提高了加熱爐的熱能利用率[4]。2017年又推廣應(yīng)用4臺爐,目前共有6臺加熱爐采取了延長對流管長度技術(shù),通過對比措施前后數(shù)據(jù)(表3)可知,排煙溫度下降28℃,加熱爐熱效率提高2.44%,單爐日節(jié)氣為97.79 m3(標(biāo)況),6臺爐年創(chuàng)節(jié)氣效益9.63萬元。
加熱爐燃燒器的燃燒方式是采用直接燃燒,受冬季氣溫低影響,進(jìn)入爐堂內(nèi)的空氣溫度較低,助燃空氣在燃燒過程中吸收了大量的熱能[4],增加了燃料消耗。由于空氣溫度低,空氣分子不活躍,燃?xì)馀c空氣混合不充分,影響加熱爐的燃燒效果。同時(shí),燒火間內(nèi)的溫度過低,會(huì)使燃料氣管線容易結(jié)冰、堵塞,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致停爐情況,影響正常生產(chǎn)。為此,研制了加熱爐空氣預(yù)熱裝置,見圖3。
表2 加熱爐改善花墻結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)對比
表3 增加對流管長度前后加熱爐測試數(shù)據(jù)對比
圖3 空氣預(yù)熱裝置結(jié)構(gòu)原理圖
在加熱爐對流室尾部裸露的煙箱和煙囪的底部分別用鐵皮密封,形成高溫導(dǎo)熱密封室,密封室下端與燒火間相連處開口,并安裝滑道擋板。氣溫高時(shí)將擋板關(guān)閉,防止燒火間內(nèi)溫度過高。氣溫低時(shí)打開擋板,密封室與燒火間形成對流換熱,將進(jìn)入爐堂的空氣進(jìn)行升溫。2016年,在3個(gè)中轉(zhuǎn)站6臺加熱爐上安裝空氣預(yù)熱裝置,并對安裝前后加熱爐運(yùn)行效果進(jìn)行測試對比,如表4所示。
在加熱爐加裝空氣預(yù)熱裝置后,進(jìn)入爐堂的空氣溫度提高了5℃,而且加熱爐排煙溫度也降低了26℃,應(yīng)用空氣預(yù)熱裝置后,加熱爐熱效率提高2.42%,單爐日節(jié)氣96.99 m3(標(biāo)況),單爐年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益1.59萬元,投入費(fèi)用為單爐0.22萬元,投入產(chǎn)出比為1∶7.22。同時(shí),加熱爐排煙溫度降低,減少汽化潛熱的排放量,抑制了空氣熱污染[5]。另外,在2017年四季度重點(diǎn)連續(xù)跟蹤測試和調(diào)查了這6臺爐的運(yùn)行狀況,沒有發(fā)現(xiàn)燒火間燃?xì)夤芫€結(jié)冰的現(xiàn)象。目前,我廠共有40臺加熱記應(yīng)用了該裝置,年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益63.6萬元。
1)涂刷FHC遠(yuǎn)紅外節(jié)能劑,可提高加熱爐爐管吸熱能力,促使加熱爐強(qiáng)化傳熱,提高加熱爐熱效率,單爐日節(jié)氣261.72 m3(標(biāo)況),10臺爐年創(chuàng)節(jié)氣效益34.62萬元。
表4 加熱爐空氣預(yù)熱裝置測試數(shù)據(jù)對比
2)改進(jìn)花墻結(jié)構(gòu),利用旋轉(zhuǎn)熱氣流方式換熱,使對流換熱能力顯著加強(qiáng)。降低了煙氣熱損失,單爐日節(jié)氣119.44 m3(標(biāo)況),5臺爐年創(chuàng)節(jié)氣效益7.84萬元。
3)延長對流管長度,增強(qiáng)了對流熱管吸熱能力,降低排煙溫度,提高了加熱爐的燃?xì)饫寐?,單爐日節(jié)氣為97.79 m3(標(biāo)況),6臺爐年創(chuàng)節(jié)氣效益9.63萬元。
4)加熱爐空氣預(yù)熱裝置,實(shí)現(xiàn)了加熱爐余熱回收利用,提高了燃燒氣體溫度,單爐日節(jié)氣96.99 m3(標(biāo)況),40臺加熱爐年創(chuàng)節(jié)氣效益63.6萬元。