陳慧群，張偉乾，李長浩，萬大陽

（1.中國石油化工股份有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525000；2.中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101；3.洛陽瑞昌環(huán)境工程有限公司，河南 洛陽 471003）

1 概述

1.1 煉油加熱爐熱效率提升的意義

在煉油企業(yè)中，工藝加熱爐是所有裝置中的主要耗能設(shè)備，其耗能約占所有裝置的50%～80%。排煙溫度越高，加熱爐熱損失越大，熱效率就越低。提升加熱爐熱效率，減少燃料消耗量既可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益，同時也對節(jié)能減排，環(huán)境保護有重大意義。

1.2 提升加熱爐熱效率的傳統(tǒng)技術(shù)路線

提高加熱爐熱效率，關(guān)鍵在于科學(xué)合理的投入燃料熱量，同時降低整個系統(tǒng)的熱損失。

（1）提高加熱爐爐本體密封性能，減少泄漏點。

（2）合理規(guī)劃空氣及煙氣管道，減少管道長度及散熱損失。

（3）采用爐內(nèi)“三維溫度場”監(jiān)測技術(shù)，合理控制爐溫及燃燒，避免浪費。目前該項技術(shù)在國內(nèi)尚處于摸索階段，只在中石化茂名分公司乙烯項目中某加熱爐進行過試用。

（4）降低煙氣排煙溫度，提高余熱回收負荷。降低排煙溫度，充分回收加熱爐煙氣中的熱量，這是提高加熱爐效率最直接最有效的方式。目前各煉油企業(yè)的加熱爐裝置普遍都安裝有空氣預(yù)熱器，利用高溫煙氣加熱助燃空氣，降低排煙溫度，提高加熱爐效率，以實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。煙氣溫度越低，則預(yù)熱空氣吸收熱量越多，至燃燒器的助燃風溫度就會越高，隨著煙氣溫度降低，煙氣中的酸性氣體及水蒸氣會逐漸冷凝形成冷凝液，氣體變成液體的冷凝過程會釋放大量的汽化潛熱，若這部分汽化潛熱被回收，會進一步提升加熱爐熱效率。

1.3 傳統(tǒng)煙氣余熱回收路線的缺陷

目前已投入工業(yè)應(yīng)用的板式空氣預(yù)熱器大都為金屬材質(zhì)，如鑄鐵、碳鋼、不銹鋼等，煉化企業(yè)工藝加熱爐產(chǎn)生的煙氣中，會含有一定量的硫化物；正常工況下全廠脫硫系統(tǒng)也會出現(xiàn)工況波動導(dǎo)致煙氣中的硫化物濃度出現(xiàn)波動，隨著脫硫設(shè)備水平的提高，目前煙氣中的硫化物濃度基本都可以降低至20ppm以下，煙氣露點溫度隨之降低至120℃以內(nèi)。但對于板式換熱器來說，在冬季工況下即使保持120℃以上的的排煙溫度并不能完全排除冷凝的發(fā)生，仍然會遇到酸露點腐蝕情況。盡管板式空氣預(yù)熱器在工業(yè)應(yīng)用過程中也采取了一些防腐措施，如表面搪瓷、通過增設(shè)旁路嚴格控制排煙溫度，確保其高于露點溫度等，但這些空氣預(yù)熱器還是普遍存在著不同程度的低溫露點腐蝕現(xiàn)象。要徹底解決空預(yù)器低溫腐蝕和粉塵雜物堵塞問題，要么提高排煙溫度，犧牲加熱爐效率，要么采用新技術(shù)或采用特殊材料避免腐蝕和堵塞。

2 降低排煙溫度新型技術(shù)路線簡介

2.1 采用新型空氣預(yù)熱器

非金屬材質(zhì)具有良好的防腐性能，將其用作換熱器換熱元件可以有效抵抗露點腐蝕。目前已開發(fā)出來的產(chǎn)品包括玻璃換熱器、石墨換熱器、碳化硅材質(zhì)換熱器、四氟材料換熱器等。其中玻璃材質(zhì)的防腐性能已經(jīng)在諸多場合得到應(yīng)用，除了氫氟酸之外，玻璃不與其他任何無機酸反應(yīng)；而煉油行業(yè)燃料中一般不含氟元素。目前玻璃工業(yè)取得了長足進步，供應(yīng)商眾多且質(zhì)量可靠，價格低廉，采用玻璃作為換熱器板材有利于工業(yè)化大規(guī)模推廣使用。

2.2 低溫排煙預(yù)熱器配套設(shè)施的改造技術(shù)關(guān)鍵點

（1）為確保低溫排煙產(chǎn)生的冷凝液不會對整個加熱爐煙氣排放系統(tǒng)造成腐蝕損害，需要對煙道、引風機及煙囪進行必要的防腐處理和改進。

（2）參照硫磺回收設(shè)備煙囪及煙道的防腐措施，排煙溫度低于露點溫度的預(yù)熱器尾端煙道和煙囪內(nèi)部可施襯耐酸襯里。

（3）煙道襯里表面也可覆蓋防沖刷板，并在該板表面涂刷有機防腐漆。

（4）對于空間充足的現(xiàn)場，可將預(yù)熱器高溫段與低溫段分開布置，將引風機置于高低溫段之間，減少低溫排煙對引風機的腐蝕危害。

（5）低溫排煙會帶來大量的冷凝液，需與預(yù)熱器配套設(shè)置一套污水處理裝置，對酸性冷凝水進行預(yù)處理。

（6）當現(xiàn)場管道改造工作量比較大時，新增的預(yù)熱器及連接管道應(yīng)做詳細的CFD仿真分析計算，明確新增及改造管道中的流場分布狀態(tài)，通過分析結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，避免卡門渦街和湍流抖振情況的發(fā)生。同時通過計算模擬確定預(yù)熱器及管道溫度分布，對分布不均勻處進行優(yōu)化調(diào)整。

3 玻璃平板式空氣預(yù)熱器的技術(shù)性能及應(yīng)用分析

3.1 玻璃在工業(yè)換熱上的應(yīng)用

近些年，隨著煉油工藝及技術(shù)的進步，管式結(jié)構(gòu)的換熱器易積灰，結(jié)構(gòu)不緊湊，不易清洗，震動隱患大等缺陷暴露的越來越明顯，已成為制約其應(yīng)用的瓶頸。所以在此基礎(chǔ)上，為克服管式換熱器的缺陷同時保留玻璃防腐性能的優(yōu)勢，新的玻璃平板式空氣預(yù)熱器逐漸研發(fā)問世。

圖1是洛陽瑞昌環(huán)境工程有限公司自主研發(fā)的REGLASS玻璃板式換熱器（發(fā)明專利號：ZL201010595778．3（中）、US20160116233A1（美）、EP2980522A1（歐）），創(chuàng)造性的將平板式特種耐熱玻璃應(yīng)用于換熱器設(shè)備中，作為主要傳熱板材，開創(chuàng)了行業(yè)先河。玻璃板式空氣預(yù)熱器采用特種耐熱玻璃作為主要換熱元件，其內(nèi)部所有支撐和密封材料也都采用性能類似的玻璃白紙或有機材料，結(jié)構(gòu)緊湊，不易積灰，方便清洗，完全保留了玻璃完全防腐的性能優(yōu)勢。

圖1 玻璃板式空氣預(yù)熱器

3.2 玻璃板式空氣預(yù)熱器在加熱爐余熱回收系統(tǒng)上應(yīng)用的優(yōu)勢

（1）耐腐蝕性能優(yōu)良。除氫氟酸和強堿外，玻璃幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而目前煉化企業(yè)工藝加熱爐煙氣中主要的酸性物質(zhì)是含硫及含氮化合物，玻璃板式空氣預(yù)熱器可完全抵抗該類型物質(zhì)的酸性腐蝕。

（2）流動阻力低。煙氣在板間流動相對平緩，阻力降比較低，避免渦街脫落引發(fā)的震動。

（3）不易積灰堵塞。平板式換熱器因避免了大面積的截流和渦街現(xiàn)象，因此從結(jié)構(gòu)上大大降低了積灰情況的發(fā)生。另外一個影響表面積灰的因素是材料表面粗糙度。金屬換熱元件表面粗糙度一般為50～200μm，而用作換熱板的平板玻璃其表面光潔度極高（粗糙度約2～5μm），小于灰塵顆粒直徑（10～50μm），煙氣中的粉塵很難滯留在玻璃表面，因而最大程度上避免了表面積灰情況的發(fā)生。

（4）有效抵抗因脫硫系統(tǒng)事故造成的腐蝕損傷。在事故工況下，煉油廠脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致煙氣中硫含量瞬間上升至一個非常高的水平，煙氣露點溫度迅速上升，冷凝液量迅速增大，這會對所有金屬材質(zhì)的空氣預(yù)熱器造成嚴重損害。但玻璃空氣預(yù)熱器則可以有效抵抗這種事故工況造成的設(shè)備腐蝕損傷。

3.3 玻璃板式空氣預(yù)熱器工業(yè)應(yīng)用前景分析

結(jié)合玻璃板式空氣預(yù)熱器的主要性能進行分析，我們可以看到若將其投入工業(yè)應(yīng)用，會對現(xiàn)有加熱爐余熱回收系統(tǒng)造成如下影響。

（1）增加余熱回收負荷，提高加熱爐效率。

（2）其良好的防腐性能和防震性能，可以有效的提高空氣預(yù)熱器的使用壽命。

（3）其良好的抗積灰性能可以有效緩解預(yù)熱器在一個檢修周期內(nèi)的性能逐漸下降的問題，克服換熱性能隨時間衰退而導(dǎo)致的加熱爐效率無法提高的問題。

（4）其良好的壓降性能使其在改造項目中可以不增加原有風機的運行負荷，起到間接節(jié)能的效果。

（5）深度降低加熱爐排煙溫度，促使煙氣中的酸性蒸汽與水蒸氣發(fā)生部分冷凝，液體冷凝的過程可以自發(fā)吸附煙氣中大量粉塵和酸性物質(zhì)，提高煙氣潔凈度，減少污染物排放。

4 結(jié)語

目前，余熱回收工藝與玻璃板式空氣預(yù)熱器配套的其他工藝設(shè)備（如風機、煙囪和煙道等）的技術(shù)水平只能適應(yīng)高溫排煙工況，需要對這些設(shè)備進行一定程度的技術(shù)改造，才能使整個余熱回收系統(tǒng)適應(yīng)新的低溫排煙工藝工況。使用玻璃板式空氣預(yù)熱器，可以有效的降低排煙溫度，提升加熱爐效率，帶來良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，是今后各煉油企業(yè)提升加熱爐效率的一個行之有效的措施。