殷慶微,徐金文,闞春明,劉國光
(中國化工正和集團(tuán)股份有限公司,山東 東營 257342)
加熱爐是石油化工生產(chǎn)中加熱工藝介質(zhì)的重要輔助裝置,多采用管式加熱爐,屬于提供熱源的火焰加熱設(shè)備,作用是將通過加熱爐管內(nèi)的工藝介質(zhì)到所需溫度后,進(jìn)入下一段工藝流程參與反應(yīng)。管式加熱爐由輻射室、對(duì)流室和煙囪組成,輻射室和對(duì)流室內(nèi)均裝有爐管,用于加熱工藝介質(zhì),煙囪內(nèi)裝有擋板,輔助調(diào)節(jié)爐膛溫度。加熱爐的燃料經(jīng)過燃燒器噴嘴在輻射室燃燒,產(chǎn)生的高溫火焰以輻射傳熱方式,將大部分熱量傳給輻射室爐管內(nèi)流動(dòng)著的工藝介質(zhì),溫度降低后的高溫?zé)煔庠龠M(jìn)入對(duì)流室,以對(duì)流方式繼續(xù)將部分熱量傳給對(duì)流室爐管內(nèi)流動(dòng)著的工藝介質(zhì),降溫后的煙氣最終進(jìn)入煙道,通過煙囪排入大氣。工藝介質(zhì)的流向一般是先經(jīng)過對(duì)流室爐管,再經(jīng)過輻射室的爐管,在流動(dòng)過程中不斷吸收高溫?zé)煔饨?jīng)爐管壁傳來的熱量,逐步升高到所需要的溫度成為高溫介質(zhì)流出。工藝介質(zhì)升溫所需熱量均由燃料(多為燃料油、天然氣、干氣等)燃燒產(chǎn)生,加熱爐熱效率高低直接影響著燃料消耗量,進(jìn)而影響生產(chǎn)成本。在加熱爐運(yùn)行過程中,影響熱效率的因素主要有煙氣氧含量、煙囪排煙溫度及加熱爐爐壁襯里的保溫效果。隨著國家對(duì)加熱爐節(jié)能要求和環(huán)保要求的日益嚴(yán)竣,利用現(xiàn)有技術(shù),通過對(duì)加熱爐系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析和研究,根據(jù)其運(yùn)行工況,量身定做最匹配的節(jié)能優(yōu)化措施,對(duì)于提高加熱爐熱效率、降低運(yùn)行能耗作用明顯。
從目前加熱爐運(yùn)行的問題看,造成熱效率不高的問題可歸納為以下幾種:一是生產(chǎn)工藝指標(biāo)差;二是燃燒系統(tǒng)老化,燃燒器技術(shù)落后;三是余熱回收系統(tǒng)效率低下;四是爐體襯里保溫效果差。具體情況如下:
1)生產(chǎn)工藝指標(biāo)差:加熱爐運(yùn)行過程中由于操作原因,使得氧含量、排煙溫度偏高,造成熱效率偏低,使得燃料消耗量大、生產(chǎn)成本增加。
2)燃燒系統(tǒng)老化,燃燒器技術(shù)落后:早期建設(shè)的加熱爐運(yùn)行多年后,燃燒系統(tǒng)老化,加之燃燒器技術(shù)落后,燃燒效率低,造成燃料浪費(fèi)。
3)余熱回收系統(tǒng)效率低下:早期建設(shè)的加熱爐預(yù)熱回收系統(tǒng)多為熱管式,換熱面積少,余熱回收效率低下,大量熱能無法有效回收,從煙囪排出,造成熱量損失。
4)爐體襯里保溫效果差:加熱爐運(yùn)行多年后,襯里材料嚴(yán)重老化,保溫效果逐年變差,造成爐外壁溫度逐年升偏高,對(duì)周邊低溫環(huán)境產(chǎn)生熱輻射,熱量損失嚴(yán)重。
對(duì)于加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能優(yōu)化,主要從以下四個(gè)方面提出節(jié)能優(yōu)化措施:
1)針對(duì)生產(chǎn)工藝指標(biāo)差,通過加熱爐管理人員的每日巡檢、每周專項(xiàng)檢查、每旬聯(lián)合檢查的方式來不斷提升加熱爐運(yùn)行日常管理,平穩(wěn)操作、控制好 “三門一板”、定期對(duì)爐管吹灰、消除爐體和對(duì)流室的漏風(fēng)點(diǎn)等措施來提高加熱爐熱效率,降低排煙溫度和氧含量,節(jié)約燃?xì)庀?。同時(shí)利用處于國內(nèi)領(lǐng)先水平的TESTO340型煙氣分析儀,定期對(duì)煙氣成分進(jìn)行現(xiàn)場檢測、分析,隨時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決加熱爐運(yùn)行過程中存在的問題,用來指導(dǎo)操作工平穩(wěn)生產(chǎn)、優(yōu)化操作,確保加熱爐運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)。
2)針對(duì)燃燒系統(tǒng)老化,燃燒器技術(shù)落后,更換高效燃燒器,調(diào)整適宜的過剩空氣系數(shù),讓空氣與燃燒流股間的混合迅速充分,使燃料燃燒過程可以在短時(shí)間內(nèi)迅速完成,確保焰煙初始噴射溫度增高,通過燃燒器專用噴槍和燃燒室采用剛玉磚及出口文丘里結(jié)構(gòu),使焰煙初始速度升高;同時(shí)輻射室底部形成較強(qiáng)低壓區(qū),與高速火焰射流共同強(qiáng)化對(duì)流傳熱,降低熱損失,提高熱效率,節(jié)約燃料消耗量,降低生產(chǎn)成本。
3)針對(duì)余熱回收系統(tǒng)效率低下,采用洛陽某公司生產(chǎn)的LYCS板殼式空氣預(yù)熱器,它具有換熱面積大、抗漏點(diǎn)腐蝕的特點(diǎn),能夠長周期、安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行。該公司為空氣預(yù)熱器設(shè)置了水沖洗機(jī)構(gòu),通過定期沖洗用來清除換熱面上的殘留灰垢,提高換熱效率,降低排煙溫度;該公司在原始設(shè)計(jì)時(shí),結(jié)構(gòu)上采用高溫區(qū)與低溫區(qū)200℃分界,高溫區(qū)采用1.5 mm考登鋼,低溫區(qū)采用5 mm鑄鐵合金平板,通過新型錨固來增加密封效果,增加空氣預(yù)熱器襯里的使用壽命,從而達(dá)到最佳的熱能回收效果。
4)針對(duì)爐體襯里保溫效果差,為爐體襯里內(nèi)表面噴涂上海某公司生產(chǎn)的耐高溫反輻射涂料涂,一種“二次輻射”節(jié)能產(chǎn)品(增加爐墻內(nèi)表面輻射率,提高輻射室傳熱量)。涂料由輻射粉體基料、粘結(jié)劑、燒結(jié)劑和載液組成,能夠增加基體表面黑度,增強(qiáng)基體表面對(duì)熱源傳來熱量吸收后的“二次輻射”傳熱。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),加熱爐輻射傳熱,占到全爐70%~80%熱負(fù)荷,所以提高輻射熱是提高熱效率最直接的辦法;當(dāng)加熱爐的爐膛溫度超過700℃時(shí),主要是靠輻射傳熱,加熱爐輻射室襯里使用的耐火材料常溫下的黑度一般為0.6~0.8,并隨著溫度的升高而大幅度下降,而耐高溫反輻射涂料涂能減緩這種下降,甚至可以使其提高。由于涂料基體表面的吸收和輻射作用,改變惡劣傳熱區(qū)熱輻射的波譜分布,將熱源發(fā)出的間接波譜轉(zhuǎn)變成了連續(xù)波譜,從而促進(jìn)了被加熱物體吸收熱量。耐高溫反輻射涂料涂噴涂工作完成后,增加了爐襯里的黑度,加強(qiáng)了輻射傳熱,降低了單耗,提高了熱效率;同時(shí)還改善了爐膛溫度的均勻度,降低了爐外壁溫度,消除了加熱爐爐壁對(duì)外的高溫?zé)彷椛?,改善了操作人員的工作環(huán)境,涂料在高溫下燒結(jié)形成的致密金屬陶瓷層,增強(qiáng)了襯里的抗沖刷性和表面強(qiáng)度,對(duì)襯里起到很好的保護(hù)作用。
通過對(duì)加熱爐運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化、操作工藝調(diào)整,可以使加熱爐高效運(yùn)行,對(duì)于提高熱效率、控制氧含量、降低排煙溫度、減少爐外壁熱損失具有重要幫助。通過節(jié)能優(yōu)化措施,是加熱爐氧含量控制在1.5%~2%,排煙溫度穩(wěn)定在130~140℃,較原
來降低了加熱爐外壁溫度10℃以上,熱效率提高1.5%以上,實(shí)現(xiàn)了加熱爐安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行,從而大幅降低了燃料消耗量,取得了很好的節(jié)能效果,降低了生產(chǎn)成本,大大提升了產(chǎn)品的市場競爭力和公司經(jīng)濟(jì)效益。
加熱爐節(jié)能優(yōu)化對(duì)于石油化工行業(yè)有著非常重要的意義,是石油化工行業(yè)節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)降本增效的重要手段。隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求和石化行業(yè)的現(xiàn)實(shí)需要以及科技的不斷發(fā)展,加熱爐系統(tǒng)的節(jié)能空間還會(huì)進(jìn)一步挖掘提升。對(duì)于加熱爐系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化,是一個(gè)循序漸進(jìn),持續(xù)改進(jìn)的過程,需要常抓不懈,才能不斷提高熱效率,降低石油化工行業(yè)的生產(chǎn)成本,增加產(chǎn)品的市場競爭力,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。