成慶林 王雨新 吳 浩 解紅軍 呂莉莉 劉 揚(yáng)

1. 東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 黑龍江 大慶 163318;2. 中國(guó)石油規(guī)劃總院, 北京 100083

0 前言

20世紀(jì)末期,由于節(jié)能工作的開(kāi)展,加熱爐燃燒單耗逐年遞減,雖然近些年在節(jié)能降耗方面取得較大成績(jī),但與國(guó)外先進(jìn)水平相比,依然存在很大差距。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際可以得知,影響加熱爐加熱質(zhì)量、燃耗等消耗指標(biāo)有很多,多數(shù)油田以高產(chǎn)為主要目的,往往忽視加熱爐的燃料消耗[1]。加熱爐加熱質(zhì)量、燃耗等消耗指標(biāo)，主要受爐溫、火焰形狀、爐體外表面溫度等方面的影響,高效先進(jìn)的燃燒裝置若能被正確使用,可以獲得5%左右的經(jīng)濟(jì)效益[2-3]。因此,為了提高油田加熱爐效率,降低能耗,減少生產(chǎn)過(guò)程中不必要的損失,諸多學(xué)者進(jìn)行了研究。

許彥博等人[4]對(duì)中國(guó)石油管道公司運(yùn)行的加熱爐進(jìn)行了節(jié)能監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)部分的熱效率、排煙溫度、過(guò)?？諝庀禂?shù)和爐體外表面溫度等技術(shù)參數(shù)未達(dá)到監(jiān)測(cè)合格標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)分析直接加熱爐和熱媒加熱爐在當(dāng)前使用中存在的主要問(wèn)題,對(duì)加熱爐未來(lái)的研究方向提出了建議。成慶林等人[5]針對(duì)目前監(jiān)測(cè)方法將所有評(píng)價(jià)指標(biāo)視為同等權(quán)重,而且所得評(píng)價(jià)結(jié)果僅限于定性的情況。將灰色關(guān)聯(lián)分析引入加熱爐運(yùn)行的綜合評(píng)價(jià)中,采用熵權(quán)法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,為加熱爐的節(jié)能運(yùn)行提供了更具操作性的依據(jù)。李振林等人[6]提出需要對(duì)油田加熱爐綜合評(píng)價(jià),分別以排煙溫度、過(guò)剩空氣系數(shù)和爐體外表面溫度作為綜合指標(biāo)的一個(gè)因子,以三種熱損失分別作為對(duì)應(yīng)的權(quán)數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)綜合指標(biāo),使綜合指標(biāo)對(duì)加熱爐的評(píng)價(jià)更加完善。張華[7]通過(guò)集成加熱爐專家的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí),建立加熱爐數(shù)學(xué)模型,對(duì)加熱爐運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測(cè),提供優(yōu)化運(yùn)行工況參數(shù),為加熱爐的操作提供專家性指導(dǎo),確保加熱爐的安全運(yùn)行,追求加熱爐熱效率的最優(yōu)化。梁光川等人[8]提出對(duì)稠油集輸系統(tǒng)加熱爐節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究,利用加熱爐能分析法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的加熱爐進(jìn)行效率測(cè)試。

加熱爐作為油田生產(chǎn)系統(tǒng)中的主要耗能設(shè)備,一直是油田生產(chǎn)節(jié)能優(yōu)化的重點(diǎn),因此有必要針對(duì)油田轉(zhuǎn)油站集輸系統(tǒng)進(jìn)行能耗分析,找出其用能薄弱環(huán)節(jié)。雖然前人采用多種方式對(duì)加熱爐能耗進(jìn)行評(píng)價(jià),但簡(jiǎn)單的能量分析法依舊有較大的局限性[9-11]。隨著分析的發(fā)展,在復(fù)雜能量系統(tǒng)的建模過(guò)程中,可采用更通用、更靈活的分析模型進(jìn)行分析,其根本區(qū)別在于能分析法分析過(guò)程中只考慮加熱爐的外部損失,對(duì)于內(nèi)部損失不予以考慮,而這一容易忽略的部分往往會(huì)造成較大能耗。而分析法將外部損失、內(nèi)部損失均予以重點(diǎn)分析,更注重質(zhì)的差別[12]。本文重點(diǎn)針對(duì)轉(zhuǎn)油站集輸系統(tǒng)主要耗能設(shè)備加熱爐進(jìn)行分析,建立損模型,確定其流分布走向。結(jié)合損及損系數(shù)計(jì)算公式,通過(guò)改變加熱爐排煙溫度、過(guò)量空氣系數(shù)、熱負(fù)荷率,將影響加熱爐內(nèi)外部效系數(shù)的因素分別進(jìn)行細(xì)致討論,找出影響其值的主要因素并重點(diǎn)分析。最后建立加熱爐效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,引入正交分解法建立指標(biāo)關(guān)系矩陣,計(jì)算出各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)加熱爐效率的影響程度,根據(jù)分析結(jié)果對(duì)加熱爐性能進(jìn)行評(píng)價(jià),為加熱爐節(jié)能降耗技術(shù)的實(shí)施提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 轉(zhuǎn)油站集輸系統(tǒng)流程

轉(zhuǎn)油站集輸系統(tǒng)工藝流程圖見(jiàn)圖1,加熱爐基本參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 集輸系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1 Process flowchart of gathering and transportation system

表1 加熱爐基本參數(shù)表

Tab.1 Basic parameters of heating furnace

參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值額定容量/MW2理論空氣量/(%)10.48進(jìn)口溫度/℃38原油密度/(kg·m-3)851.7摻水溫度/℃63.5排煙溫度/℃182加熱爐流量/(m3·d-1)1 911.4過(guò)量空氣系數(shù)1.97天然氣比/(GJ·m-3)0.041天然氣比熱/(kJ·kg-1·℃-1)4.187燃燒熱量/(GJ·h-1)14.77燃燒產(chǎn)物平均定壓比熱/(kJ·kg-1·℃-1)4.35摻水量/(m3·d-1)2 003.8熱負(fù)荷率/(%)42.26環(huán)境溫度/℃-1額定散熱/(%)2.9天然氣密度/(kg·m-3)1 000熱效率/(%)81.7進(jìn)加熱爐氣體溫度/℃11加熱爐自耗干氣量/(m3·d-1)2 085.6理論空氣量/(m3·m-3)10.62燃料氣體低位發(fā)熱量/(kJ·m-3)42 795入爐冷空氣溫度/℃90原油加熱過(guò)程的平均溫度/K323.73散熱表面積/m2487.5排煙處含量O2/(%)10.5理論最高燃燒溫度/℃2 560.41排煙處含量CO/(%)0.005 2油水混合液比熱/(kJ·kg-1·℃-1)4.187排煙處含量CO2/(%)9.1氣體未完全燃燒熱損失/(%)0.03

2 加熱爐損

2.1 加熱爐損模型建立

加熱爐白箱分析主要是對(duì)損構(gòu)成進(jìn)行分析,分為外部損和內(nèi)部損。加熱爐白箱分析模型見(jiàn)圖2[13-15]。

圖2 加熱爐白箱模型Fig.2 White box model of heating furnace

2.1.1 燃燒反應(yīng)過(guò)程損

由于燃料、空氣、霧化蒸汽、物料等物流不斷供入加熱爐內(nèi),而燃燒產(chǎn)生的煙氣傳熱給物料后不斷流出,爐體散熱,故有物流和散熱。若忽略動(dòng)能和位能變化,物流等于其物理與化學(xué)之和。對(duì)于加熱爐子系統(tǒng),由于實(shí)際燃燒過(guò)程是在a>1情況下進(jìn)行的,并存在化學(xué)不完全燃燒損失q3和機(jī)械不完全燃燒損失q4,相應(yīng)的實(shí)際燃燒溫度將小于理論燃燒溫度。實(shí)際燃燒溫度計(jì)算式為:

(1)

B′=B(1-q3-q4)

(2)

對(duì)應(yīng)于實(shí)際燃燒溫度Tp的熱為:

(3)

參與實(shí)際燃燒過(guò)程的燃料為:

(4)

式中:exf為燃料的比；T0為環(huán)境溫度;K。

由此得實(shí)際燃燒過(guò)程的損為:

(5)

2.1.2 排煙損

由煙道最后通過(guò)煙囪排放到大氣環(huán)境中的煙氣,其排煙即為排煙損。排煙損ΔEx2按下式計(jì)算:

(6)

式中:Tpy為排煙溫度,K；q2為排煙損失。

2.1.3 不完全燃燒損

氣體和固體不完全燃燒直接由未參與燃燒的可燃?xì)怏w造成。由此可得ΔEx3:

ΔEx3=Exfq3

(7)

2.1.4 散熱損

散熱損與熱平衡的散熱計(jì)算所取得的溫度基準(zhǔn)不同。散熱計(jì)算是以散熱表面溫度為基準(zhǔn)；散熱損則以被散熱表面所包圍的熱介質(zhì)溫度為基準(zhǔn)。加熱爐的散熱損為:

(8)

式中:TH為熱介質(zhì)溫度，通常取燃燒產(chǎn)物與排煙的對(duì)數(shù)平均溫度,K;Q4為散熱量，GJ/h。

其中熱介質(zhì)溫度TH可按式(9)計(jì)算:

(9)

2.1.5 燃燒產(chǎn)物的冷卻過(guò)程損

絕熱燃燒溫度下的燃燒產(chǎn)物實(shí)際并不存在,因?yàn)閷?duì)于生產(chǎn)用的加熱爐。爐膛過(guò)?？諝庀禂?shù)α總是大于1的。另外燃燒過(guò)程也不可能完全絕熱。因而實(shí)際燃燒溫度Tp必定小于燃燒產(chǎn)物的實(shí)際最高溫度Tt。燃燒產(chǎn)物由Tt降至Tp,能級(jí)降低,造成損△Exl。顯然此損取決于溫度Tp:

(10)

式中:B0為燃料氣耗量折算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值,m3/h。

設(shè)Tp下燃燒產(chǎn)物的值為Exp,則:

ΔEx5=Exq-Exp

(11)

其中Tp下燃燒產(chǎn)物的值為Exp按下式計(jì)算:

(12)

若由燃燒產(chǎn)物的分析得其組成為rgi,則:

Hg=∑rgiHgi(Tp)

(13)

Sg=∑rgiSgi(Tp)

(14)

以及:

(15)

(16)

式中:Hgi、Sgi分別為燃燒產(chǎn)物i組份的焓和熵,kJ或 kJ/kmol、kJ/K或kJ/(kmol·K)。

2.1.6 換熱損

取加熱爐內(nèi)換熱表面的爐體空間為能量分析系統(tǒng),視溫度為T(mén)p的燃燒產(chǎn)物為輸入,則可得到相關(guān)的黑箱模型,其換熱損計(jì)算模型見(jiàn)圖3。

圖3 換熱損計(jì)算模型示意圖Fig.3 Schematic diagram of heat exchange exergyloss calculation model

由此可列出平衡方程:

Exp=Exef+ΔEx2+ΔEx5+ΔEx7

(17)

得換熱損為:

ΔEx6=Exp-(Exef+ΔEx2+ΔEx5)

(18)

2.1.7 損系數(shù)

各部分損系數(shù)按式(19)計(jì)算：

(19)

由計(jì)算所獲得的各項(xiàng)損,結(jié)合圖3黑箱模型可得加熱爐的損Exf:

Exf=Exef+ΔEx1+ΔEx2+ΔEx3+ΔEx4+ΔEx5+ΔEx6

(20)

(21)

2.2 加熱爐相關(guān)參數(shù)對(duì)各損系數(shù)的影響

2.2.1 過(guò)量空氣系數(shù)

過(guò)量空氣系數(shù)是實(shí)際空氣量和理論空氣量的比值。燃料的燃燒過(guò)程,其實(shí)質(zhì)就是燃料中可燃元素與空氣中的氧發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)的過(guò)程。較佳的過(guò)量空氣系數(shù)不僅對(duì)加熱爐的效率產(chǎn)生重大影響,還對(duì)節(jié)能降耗、減少排放污染具有決定性的意義。本文分別計(jì)算過(guò)量空氣系數(shù)在1.33～1.93范圍內(nèi)變化時(shí)加熱爐的各部分損系數(shù)與反平衡效率的變化情況。改變過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)損系數(shù)的影響的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2,其變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4～5。

根據(jù)計(jì)算可知,改變過(guò)量空氣系數(shù)只對(duì)冷卻過(guò)程、換熱過(guò)程、散熱過(guò)程損系數(shù)產(chǎn)生影響,對(duì)燃燒過(guò)程、不完全燃燒過(guò)程、排煙過(guò)程損系數(shù)無(wú)較大影響。從圖4可看出,過(guò)量空氣系數(shù)與冷卻過(guò)程損系數(shù)成正比關(guān)系,與換熱過(guò)程、散熱過(guò)程損系數(shù)成反比關(guān)系。改變過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)排煙過(guò)程與冷卻過(guò)程影響最大約6%～7%,冷卻過(guò)程與換熱過(guò)程影響相對(duì)較小約0.5%～1.5%。這是因?yàn)槔鋮s過(guò)程損系數(shù)主要由理論燃燒產(chǎn)物與實(shí)際燃燒產(chǎn)物決定。排煙過(guò)程損系數(shù)由加熱爐供給熱量與過(guò)量空氣系數(shù)直接決定，其值具有較大變化。而在此過(guò)程中,散熱損系數(shù)的變化主要由燃燒產(chǎn)物降至排煙溫度的平均溫度、散熱量、環(huán)境溫度來(lái)決定。隨著過(guò)量空氣系數(shù)升高,燃燒產(chǎn)物降至排煙溫度的平均溫度不斷降低,換熱損失主要取決于燃燒產(chǎn)物降至排煙溫度的平均溫度以及原油加熱過(guò)程的平均溫度。原油加熱過(guò)程的平均溫度主要由進(jìn)口溫度與出口溫度決定,由于進(jìn)出口溫度不變,原油加熱溫度變化不大。故在過(guò)量空氣系數(shù)增加時(shí),原油加熱過(guò)程散熱損失與換熱損失變化趨勢(shì)較為類似且影響程度較小。

表2 改變過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)損系數(shù)的影響計(jì)算結(jié)果表

Tab.2 The calculation results of influence of changing excess air coefficient on exergy loss coefficient

過(guò)量空氣系數(shù)冷卻過(guò)程損系數(shù)/(%)換熱過(guò)程損系數(shù)/(%)散熱過(guò)程損系數(shù)/(%)排煙過(guò)程損系數(shù)/(%)反平衡效率/(%)1.3317.7652.314.922.7711.661.4318.7951.474.852.9511.351.5319.7650.674.783.1411.051.6320.7049.914.723.3310.751.7321.5949.184.663.5210.461.8322.4448.484.603.7110.171.9323.2647.814.543.899.89

圖4 改變過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)損系數(shù)的影響曲線圖Fig.4 The influence of changing excess air coefficient on exergy loss coefficient

圖5 改變過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)反平衡效率的影響曲線圖Fig.5 The influence of changing excess air oefficient on counterbalance efficiency

從圖5可看出,隨著過(guò)量空氣系數(shù)增加,加熱爐的反平衡效率逐漸降低。說(shuō)明過(guò)高的過(guò)量空氣系數(shù)將會(huì)降低加熱爐的效率,為了確保加熱爐的正常高效運(yùn)行,可以采取增設(shè)空氣預(yù)熱器來(lái)降低過(guò)量空氣系數(shù)。

2.2.2 排煙溫度

排煙溫度是鍋爐范圍內(nèi)最后一個(gè)受熱面出口排出煙氣的平均溫度。排煙溫度的改變決定加熱爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。本文分別計(jì)算排煙溫度在150～210 ℃范圍內(nèi)變化時(shí)加熱爐的各部分損系數(shù)與反平衡效率的變化情況，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3,其變化趨勢(shì)見(jiàn)圖6～7。

排煙溫度只對(duì)換熱過(guò)程、散熱過(guò)程、排煙過(guò)程、冷卻過(guò)程損系數(shù)產(chǎn)生影響,對(duì)燃燒過(guò)程、不完全燃燒過(guò)程損系數(shù)無(wú)明顯影響。從圖6～7可看出,排煙溫度與冷卻過(guò)程損系數(shù)成反比,與換熱過(guò)程、散熱過(guò)程、排煙過(guò)程損系數(shù)成正比關(guān)系。在此過(guò)程中,散熱過(guò)程損系數(shù)的改變主要由原油加熱過(guò)程的平均溫度、燃燒產(chǎn)物降至排煙溫度的平均溫度、環(huán)境溫度決定。影響換熱過(guò)程損系數(shù)的主要原因由理論燃燒溫度、燃燒產(chǎn)物降至排煙溫度的平均溫度、環(huán)境溫度、原油加熱過(guò)程的平均溫度來(lái)決定。其中,燃燒產(chǎn)物降至排煙溫度的平均溫度變化程度與散熱過(guò)程相同,故其變化趨勢(shì)與散熱過(guò)程基本一致。在排煙過(guò)程損系數(shù)計(jì)算時(shí)不難發(fā)現(xiàn),排煙溫度的變化直接影響排煙損系數(shù),其損系數(shù)的改變也與排煙熱損失與環(huán)境溫度相關(guān),但排煙溫度的變化占主要決定因素。對(duì)于冷卻過(guò)程損系數(shù),其計(jì)算主要與實(shí)際燃燒產(chǎn)物、理論燃燒產(chǎn)物相關(guān)，其變化的主要原因?yàn)閷?shí)際燃燒產(chǎn)物的變化。

表3 改變排煙溫度對(duì)損系數(shù)的影響計(jì)算結(jié)果表

Tab.3 The calculation results of influence of changing exhaust gas temperature on exergy loss coefficient

排煙溫度/℃冷卻過(guò)程損系數(shù)/(%)換熱過(guò)程損系數(shù)/(%)散熱過(guò)程損系數(shù)/(%)排煙過(guò)程損系數(shù)/(%)反平衡效率/(%)15024.5846.734.452.7010.9316024.2547.004.473.0810.5917023.9447.264.503.4710.2318023.6347.514.523.889.8519023.3347.754.544.319.4620023.0447.994.564.759.0621022.7548.224.585.208.64

圖6 改變排煙溫度對(duì)損系數(shù)的影響曲線圖Fig.6 The influence of changing exhaust gas temperature on exergy loss coefficient

圖7 改變排煙溫度對(duì)反平衡效率的影響曲線圖Fig.7 The influence of changing exhaust gas temperature on counterbalance efficiency

從圖7可看出,隨著排煙溫度的增加,加熱爐的反平衡效率逐漸降低。說(shuō)明過(guò)高的排煙溫度將會(huì)降低加熱爐的效率,為了確保加熱爐的正常高效運(yùn)行,可以采取增設(shè)空氣預(yù)熱器，用聯(lián)合站來(lái)的干氣作為加熱爐燃料的方式以降低過(guò)量空氣系數(shù)[16-17]。

2.2.3 熱負(fù)荷率

加熱爐熱負(fù)荷率是指加熱爐提供的能量被有效利用的程度,直接影響加熱爐效率的高低。本文分別計(jì)算熱負(fù)荷率在42%～72%范圍內(nèi)變化時(shí)加熱爐各部分損系數(shù)及反平衡效率的變化情況，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4,其變化趨勢(shì)見(jiàn)圖8～9。

熱負(fù)荷率只對(duì)換熱過(guò)程、散熱過(guò)程、排煙過(guò)程損系數(shù)產(chǎn)生影響,對(duì)燃燒過(guò)程、不完全燃燒過(guò)程、冷卻過(guò)程損系數(shù)無(wú)明顯影響。從圖8～9可看出,熱負(fù)荷率與散熱過(guò)程、換熱過(guò)程損系數(shù)成反比,與排煙過(guò)程損系數(shù)、反平衡效率成正比。改變熱負(fù)荷率對(duì)換熱過(guò)程影響最大約20%,排煙過(guò)程與散熱過(guò)程影響相對(duì)較小。其中換熱過(guò)程損系數(shù)的降低是引起加熱爐效率變化的主要因素。這是由于熱負(fù)荷率的升高導(dǎo)致油流出口溫度升高,從而導(dǎo)致燃?xì)馀c原油換熱損失升高,該因素直接導(dǎo)致?lián)Q熱過(guò)程損系數(shù)急劇增長(zhǎng)。

表4 改變熱負(fù)荷率對(duì)損系數(shù)的影響計(jì)算結(jié)果表

Tab.4 The influence of changing heat load rate on exergy loss coefficient

熱負(fù)荷率/(%)換熱過(guò)程損系數(shù)/(%)散熱過(guò)程損系數(shù)/(%)排煙過(guò)程損系數(shù)/(%)反平衡效率/(%)4247.564.523.929.834739.564.028.7213.525235.643.6211.1015.465732.893.2912.7716.876230.843.0214.0117.956729.242.7914.9718.827227.952.5915.7419.54

圖8 改變熱負(fù)荷率對(duì)損系數(shù)的影響曲線圖Fig.8 The influence of changing heat load rateon exergy loss coefficient

圖9 改變熱負(fù)荷率對(duì)反平衡效率的影響曲線圖Fig.9 The influence of changing heat load rateon counterbalance efficiency

從圖9可看出,隨著熱負(fù)荷率的增加,加熱爐的反平衡效率逐漸升高。說(shuō)明較高的熱負(fù)荷率會(huì)增大加熱爐的效率,使加熱爐正常高效運(yùn)行,為了增大加熱爐的熱負(fù)荷率,可以采取增加加熱爐輻射室爐管的換熱面積以及增大空氣預(yù)熱器能力的方式[18]。

3 影響因素排序

通過(guò)改變影響加熱爐損系數(shù)的過(guò)量空氣系數(shù)、排煙溫度、熱負(fù)荷率及其相關(guān)聯(lián)的變量找出加熱爐各部分損失隨變量變化的定量關(guān)系,并繪制變化趨勢(shì),采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)其影響因素進(jìn)行排序。加熱爐影響因素水平見(jiàn)表5,加熱爐反平衡效率正交實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6,方差分析結(jié)果見(jiàn)表7。

表5 加熱爐影響因素水平表

Tab.5 Level influencing factors of heating furnace

水平熱負(fù)荷率/(%)過(guò)量空氣系數(shù)排煙溫度/℃1401.41602501.61803601.8200

表6 加熱爐反平衡效率正交實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果表

Tab.6 Results of the orthogonal experiment of the heating furnace counterbalance efficiency

實(shí)驗(yàn)號(hào)負(fù)荷率過(guò)量空氣系數(shù)排煙溫度反平衡效率/(%)11(40%)1(1.4)1(160 ℃)11.7521(40%)2(1.6)2(180 ℃)10.6331(40%)3(1.8)3(200 ℃)9.3342(50%)1(1.4)2(180 ℃)12.2552(50%)2(1.6)3(200 ℃)10.9962(50%)3(1.8)1(160 ℃)11.7173(60%)1(1.4)3(200 ℃)12.3783(60%)2(1.6)1(160 ℃)12.8993(60%)3(1.8)2(180 ℃)11.69

表7 方差分析結(jié)果表

Tab.7 Analysis of variance results

三種負(fù)荷率下反平衡效率之和Ⅰ/(%)三種過(guò)量空氣系數(shù)下反平衡效率之和Ⅱ/(%)三種排煙溫度下反平衡效率之和Ⅲ/(%)負(fù)荷率平均意義下反平衡效率之和K1/(%)過(guò)量空氣系數(shù)平均意義下反平衡效率之和K2/(%)排煙溫度平均意義下反平衡效率之和K3/(%)極差R/(%)31.7134.9536.9510.5711.6512.321.7536.3734.5132.7312.1211.5010.911.2136.3534.5732.6912.1211.5210.901.22

由于極差R又稱為誤差范圍內(nèi)的全距,表示該影響因素對(duì)應(yīng)的值在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的波動(dòng)情況,值越大代表著其帶給的水平因素指標(biāo)帶來(lái)的差別越大。根據(jù)表5～7數(shù)據(jù)顯示,影響加熱爐損的主要因素為熱負(fù)荷率,次要因素為排煙溫度,最后為過(guò)量空氣系數(shù)。為了減少加熱爐損失,可以采取的方法:環(huán)境溫度較高的月份,可適當(dāng)停運(yùn)加熱爐總臺(tái)數(shù)以保證單臺(tái)加熱爐高負(fù)荷率運(yùn)行;優(yōu)化摻水量和摻水溫度,在確定管道可以正常輸送的情況下,盡量使加熱爐處于高負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行,從而提高加熱爐熱負(fù)荷率;增設(shè)空氣預(yù)熱器以降低過(guò)量空氣系數(shù)等;縮短清淤除垢周期以提高加熱爐換熱效率等[19-20]。

4 結(jié)論

1)通過(guò)加熱爐單元設(shè)備建立過(guò)程分解系統(tǒng)模型,白箱分析模型,確定加熱爐外部損主要由排煙損和散熱損組成,加熱爐內(nèi)部損由燃燒反應(yīng)過(guò)程損、燃燒產(chǎn)物冷卻過(guò)程損、換熱過(guò)程損、不完全燃燒損組成。結(jié)合損系數(shù),正、反平衡效率對(duì)加熱爐用能優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)價(jià),分析確定了加熱爐部分用能薄弱環(huán)節(jié)。

2)摒棄傳統(tǒng)從能的角度出發(fā),結(jié)合熱力學(xué)第二定律,從能質(zhì)的角度入手,通過(guò)改變加熱爐過(guò)量空氣系數(shù)、熱負(fù)荷率、排煙溫度,觀察對(duì)損系數(shù)的影響,找出影響損系數(shù)的本質(zhì)因素,更好地確保加熱爐節(jié)能性的提升。

3)加熱爐熱效率評(píng)價(jià)結(jié)果雖合格,但加熱爐效率較低,有效能利用程度差,故降低內(nèi)部損,提高損效率是提高加熱爐效的關(guān)鍵。通過(guò)正交分析法確定影響加熱爐損的主要因素為熱負(fù)荷率,次要因素為排煙溫度,最后為過(guò)量空氣系數(shù)。降低加熱爐損系數(shù)的主要措施：在環(huán)境溫度較高的月份,適當(dāng)停運(yùn)加熱爐總臺(tái)數(shù)以保證單臺(tái)加熱爐高負(fù)荷率運(yùn)行；優(yōu)化摻水量和摻水溫度,在確定管道可以正常輸送的情況下,盡量使加熱爐處于高負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行,從而提高加熱爐熱負(fù)荷率；增設(shè)空氣預(yù)熱器以降低過(guò)量空氣系數(shù)等；縮短清淤除垢周期以提高加熱爐換熱效率等。