广１ ５８ 东化工 ２０１６年第２０期 第４３卷总第３３４期 ｗｗｗ．ｇｄｃｈｅｒｎ．ｃｏｒｎ 石油化工管式加热炉节能新技术 吴银登 （上海众一石化工程有限公司，上海２００２３５） 【摘要］管式加热炉是石化装置的主要设备，节能对于提高装置的节能水平具有重要意义。文章介绍了加热炉主要的节能途径：采用新工艺、 新设备、新材料，降低加热炉热负荷：优化加热炉排管：合￣ｆｆ３＂ｚｔ剩空气系数，降低排烟温度；减少散热损失等途径以提高加热炉热效率。应 ＇开发新的燃烧技术满足环保和节能要求。 【关键词］管式加热炉：节能：新技术 ［中图分类号］ＴＨ 【文献标识码］Ａ ［￣－］１００７ １８６５（２０１６）２０．０１５８．０２ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｕｂｕｌａｒ Ｈｅａｔｅｒ Ｗｕ Ｙｉｎｄｅｎｇ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｚｏｎｅ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｍａｉｎ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｏｆ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｈｅａｔｅｒ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅ ｕｎｉｔ ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆｕｒｎａｃｅ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ：ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ ｈｅａｔ ｌｏａｄ；ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ ｃｏｉｌ；ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｅｘｃｅｓｓ ａｉｒ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｈｅａｔ ｌｏｓｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｗａｙｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ Ｎｅｗ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｈａｌｌ ｂｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｍｅｅｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｂｕｌａｒ ｈｅａｔｅｒ：ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ：ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １加热炉热效率的严峻形势 管式加热炉是炼油及化＿Ｔ：生产装置的主要设备，也是主要能 耗设备。据统计，中 石化公司的管式加热炉能耗占全部装置能 牦的６７％左右。以ｌ０００万吨／年常减压蒸馏装置的为例，装置总 能耗为３９７．６ｌ ＭＪ／ｔ原油，加热炉燃料消耗为３４３．３２ ＭＪ／ｔ原油， 占装置总能耗的比例为８６．３５％。冈此，提高管式加热炉热效率， ）ｆ发节能技术对于炼化企业至关重要。… 随着能源Ｈ益紧张．世界各国都在寻求节约能源，提高管式 ＪＪ【］热炉热效率的各种方法和途径。为提高管式加热炉热效率，节 约能源是当前急待解决的问题。 根据中 化《加炉管理定》，炼油厂的管式加热炉热效率一 般要求往９０％以Ｌ。根据国家节能减排及去产能的发展要求，开 发新技术提高加热炉热效率，解决节能减排问题是一项任 道远 的：ｌ：作。 ２加热炉热工测定 提高热效牢必须何科学的计量与对ｔ．ＣＩＮ试办法。日前公队的 测试疗法足热 衡测试， 般是依据ＳＹ／Ｔ６３８Ｉ加热炉热［测定 或ＳＨ／Ｔ３０４５ 油化工管式炉热效率设训。算进行。 提高加热炉热效率的措施有：降＇ｆ￣，ｌ４－ｂ烟温度、降低过剩空气 系数、减少不完全燃烧损失、减少散热损失等。 ｆｆ］简化的热效 钲反 衡表达式描述： ｎ （１一ｑ卜ｑ２一ｑ３）ｘｌ００％ 是开－ＫＤｎ热炉仪仪开工一个月，火焰检测器可以选择价格低廉的 离子棒火检，也节约了投资成本。 ３．２加热炉排管优化 管式加热炉计算一般采用ＦＲＮＣ一５ＰＣ软件。如果采用多管程 小管径排管，可有效地缩短原料流过炉管的长度，降低压力降， 减少原料泵的能耗。 通过采用合理的炉膛空间和在不增大炉膛空间容积的前提 Ｆ，加人炉内擘面积，增大热交换面积提高炉膛热交换，提高热 效率。 辐射事炉管表面平均热强度约是对流事表面平均热强度２ 倍，如果优化燃烧系统和强化辐射空传热，可增加辐射室传热量 减少炉管用量，而且可以降低烟气出辐射室的温度。［２１ ３－３提高空气入炉温度并降低排烟温度 排烟温度在一定程度上对管式加热炉的热效率起决定因素。 排烟温度越低，其烟气带走的热黾越少，热损失越小，热效率越 Ａ 式［｝】：”为加热炉热效率；ｑ．为排烟损失占加热炉放热量的 比值，址排烟温度平ｌ】过剩空气系数的函数；ｑ２为不完全燃烧损失 Ｉ 加热炉总供热的比值；ｑ３为散热损失＾加热炉放热量的比值。 由ＪＪ【Ｊ热炉热效率计算公式可知，提高热效率及减少燃料消耗 的措施为：降，ｆｋ￣Ｃ＃ｔｂ烟损失、降低不充全燃烧损失、表面散热损失。 ｌ 此ＪＪ【】热炉的 能，应采用新～１：艺、新设备、新技术、新材 料等方叫来着手。 ３加热炉节能的主要途径及措施 ３．１优化 岂或采川新Ｔ艺 采川先进的 岂技术，或根据装置换热流 的 同优化Ｉｉ艺， 从 减少侍式ＪＪｕ热炉的热负荷。 采川先进的Ｉ：艺流 ，优化换热流 、降低加热炉热负倚， 是减少燃料消耗、降低装置能耗最＾接、最有效的措施。还以常 炉为例， ２０世纪７０年代，原油入炉温度仅２２０℃ 右，建 套２５０万ｉｉ，ｇ／，，ｔＩ－ｎ勺常减瓜装置，就需要设一一 ４８．３ Ｍｗ的常压 炉。 的新Ｉ：艺对换热流程做ｊ，人 优化ｒ．ｉｆ－，建一套ｌ０００ 万ｒｌ，ｌｉ／￣ｔ 的常减压装置，常爪炉的热负荷仪需要７２．６ Ｍｗ。 如ｌ｝Ｊ４．ｔ｛Ｊｃ 炼Ｊ‘ｌｏ０万ｉｉｇ，／ｑ－：柴油加氯技置，Ｊ 品分馏塔进 料加热炉原热负衙为９ Ｍｗ，采 新１一艺之后，该炉热负荷降为７ Ｍｗ， 设置为 １：ＪｌＪ【］热炉，大人降低Ｊ，燃利消耗。并且因为 ‘高。根据换热公式 ｚ － 可知，排烟温度与介质入ｒ］ 温度有关，随介质入口温度升高而升高，和烟气 介质之间的温 差关系很大。所以应充分利用对流室的空间，降低介质入 】的温 度，缩小娴气与介质之问的温菁，使排娴温度降低。 般是通过空气预热器，利用烟气余热预热燃烧空气。这样 既可降低排烟温度，又可提高空气的入炉温度，使管式加热炉的 热效率得到提高。当空气预热到ｌ５Ｏ℃时，热效率口 提高７ ５％； 空气预热到２５０℃时，热效率可提高ｌ２％。 但住确定管式加热炉的排烟温度时必须要考虑到炉管、空气 预热器及风机的露点腐蚀。如果排烟温度低于烟气露点温度时， 会住低温换热而上造成露点腐蚀。露点腾蚀是降低管式加热炉排 烟温度和提高热效率的主要制约冈素。 露点温度不仪 管式加热炉的排娴温度仃关，还 燃料的含 硫量有关。硫含量越高，露点温度就越高。为防止出现低温露点 腐蚀，排赳蹦温度必须高于烟气的露点温Ｊｌ！＝，但这样就影响了热效 一率。 对于露点腐蚀，通常的解决方法是选用耐露点腐蚀的材料 （如铸铁、搪瓷管、玻璃管等）作为换热面。还可以对燃料进行预 处理以降低露点温度，必要时进行瓦斯脱硫。 近年来一些单位开发了新型空气预热器，如玻璃板换热器， 可有效降低烟气排烟温度，并通过ｍ口的低温烟气把硫组份何效 排ｍ，既提高了热效率又促进了环保。 中石化某新建项Ｈ原计划采用传统热管 铸铁板 气预热器， 排烟温度降低剑ｌ３０℃，预热 气温度提高钊３０６。Ｃ。而采用玻 璃板换热器后，排烟温度降低到１００℃，预热 气湍度提高剑３７３ 【收稿ｒｔ期】２０１６－０９．１７ ［作行简介】 银髓（Ｉ９７９．）． ，河北』ｌ 定人，１ 程 ｌｉ，丰要从事ｌｔ“艺工业 －的设计。 ２０１６年第２０期 第４３卷总第３３４期 广 东 化 工 ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ １ ５９ Ｃ。 似预热空气温度过高，烟气 Ｉ，的ＮＯｘ含量增加，还可能引起 烧嘴结焦，支燃烧器变形过大等问题。 ３ ４合理的控制过剩 气系数 燃烧所用实际空气量与理论空气量之比为过剩空气系数。加 热炉辐射室出口娴 讳 含量的控制范围，烧气时为２％～３％，烧 油时为３％～４％。 过剩 气系数过人，会使烟 氧箭过多，排烟时过剩空气 将会将热昂带走，他热效率下降：另一方面，会降低燃烧温度， 使炉管表面热强度卜降，若耍保证热仍荷，则必颈增加燃料刖量， 也会降低热效率；还会加速炉内构件氧化，提高ＮＯ 及ＳＯ 的生 成，加剧露点腐蚀。 而过剩空气系数过小，会产乍 完全燃烧，也会使管式』Ｊｕ热 炉燃料耗量增加，降低热效率。 通常过剩空气系数控制方案足，以炉顶烟气氧含量来控制供 风挡板或燃烧空气入炉量，使加热炉处于最佳的燃烧状态，减少 燃料消耗。 还＿口』以设置自动控制系统，川及时精确的控制米实现节能： 炉温Ｉ－ｊ燃料流量的串级控制，燃料 气的比例控制及烟道 气 的含氧节控制等。 ３．５降低炉体表面散热损失 根 ＳＨ／Ｔ３０３６ ‘般炼油装置用火焰加热炉，存无风，环境 温度２７℃条件下，炉体和热烟风管道外壁应不超过８２℃，辐射 段底部外表而温度』、 趔过９Ｏ℃ ３．５．１采 新型炉门等 件 统防爆门、看火ｒＪ在材料结构的局限，炉脖温度高的加热炉 如蒸汽过热炉绎常ｍ现炉门外壁超温。新掣炉『】采用耐高温玻璃， 并采川ｊ－新型密封结构，对节能有很好的效果，外蹙敞热仅有ｌ９４ Ｗ・ｍ一，比传统炉门约低２０倍。 ３．５－２采川新型衬里村料，优化炉｝’ｆ结构 保证炉子的结卡勾强嗖和耐热度的前提下，炉讨应尽量提高 绝热能力，减少蓄热。ｆ１７单纯依诘增加炉衬厚度求降低外壁温发 不仅增加藩热和成本，而且减少丁换热面积。 近年来新型衬 ｔｔ材料发展迅速。某公司研发的纳米做孔扳材 料， 为纤维材料中融入厂纳米十才料，５００℃卜导热系数可达 ０．０３１ Ｗ／ｍ．ｋ，而普迎陶瓷纤维板约为为０．１８ Ｗ／ｍ．ｋ。 ３．５．３保证炉体的完 和密封 量减少炉门及 箱等处的漏风，一般使Ｊ 陶瓷纤维 ｝进 行密封。如果炉体密封不严，将会造成能源浪费、设备烧坏等状 况。 ｔ｝】 “乜某炼厂８００万吨／年常减 蒸馏加热炉改造，除了陶瓷 纤带密封外，密封 头箱上装有密封模块，热效率提高１％／ｉ： 右。 ４先进的燃烧技术 ４．１蓄热武燃烧 ‘般炼化装置加热炉丰要通过辐射事进行辐射传热，剩余的 热量进仃。而为了提高热效率，余热还可以通过 气预热器回收。 烟气 介质之 的传热方式中，辐射传热的能力正比于温 度的４次方差，而对流传热的能力 正比于温度的４次方差。传 递同样的热量，辐射传热所需的传热面积最小最经济。如果采川 蓄热式高温燃烧技术， Ｈｊ辐射室不用对流室， 仪提高热效率， 还能Ｈ竹大量投资。 如 １，该技术的原理为：设置 个蓄热体，…鼓风机送入 常温伞气，在通过薷热体ｌ时被 灯【】热 高温，岛温 气在喷入炉 膛时形成 氰（２％～２０％）高温气流。燃料在这股气流附近喷入诈 燃烧。闪为燃料分 ｊ氧分子只 扩散碰撞时燃烧，因此不， ：生 【】Ｊ］显的火焰。与此硎时，引风机通过Ｈ 侧的燃烧器将烟气引｝【Ｉ１ 烟气将热 传递给蒂热体２后降温， 换向阀、 Ｉ风机和烟 排 入大 Ｃ。 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ＲＴＯ 换阳阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热体处于萏热 放 热交替工作状态，常Ｉ｝ｊ的切换岗期为３０～２００秒。换阳阀的寿命赴 本技术 个瓶颈。 热式高温空 ｅ燃烧技术已ｆｔ 冶金和机械制造行业已 剑应 用，理论上热效率 。达到９４％以ｆ 。但炼化管』℃办『ｊ热炉对温 场 的均 性及稳定性葵求 高，女【 】应用还需要人 的工作。【 ］ ４．２富轼燃烧技术 是要新的 富氧燃烧足采用氧气浓度高＿ｊ ２Ｉ％的空 Ｃ进行燃烧的技术。依技热 富氧燃烧技术・Ｕ‘减少排烟量及热损失，提高辐射室温瞍，增 能源技新囤能科我困靠术效 、牢 。加辐射室传热温差，强化辐射传热，从而缩小设备尺、 使炉膛 温度 加均匀，提高热效率，利ｒ 气的回收技综合利用。［４１ 含氧量的增ＪＪＩ】将导致炉肫温度升商，尾 ｌ＿ＮＯｘ含鲑增 源战进设 加，足制约富氧燃烧技术进一步发展的重要 拳。 紧 的略步各 ，， ５节能和环保并重 张政应强 前我国面临很大的环保压力，在进行节能改造的同时，应 策果化 进行污染治理，努力骄低或消除何曾废气和删 的排放。蛳的 余 ｊ的我囤环保面临很大的 力。根据ＧＢ３１ ５７０．２０１缺核世热 严已心界回 ５ 。上收 汕烁 制工、ｌ 污染物排放标准，在国 开发＿ｌ蒈度已经较高、环境承载能 力开始减弱。或大，（环境容量较小、牛态环境脆弱，容易发 严 解先剐 重大，（环境污染 题 需要采取特别保护措施的地区，瞳严ｌ影决进资 Ｊ：ｆ｝｝控 制企、』 的污染排殷｝ 为，任ｊ：述地 的企业执 规定的工艺』响能科源 ＪＩＪ热 炉ＮＯｘ排放含量 高于ｌ００ ｍｇ／ｍ 。 厂源学的 此洛阳瑞吕、凯勒特等斟ｌ～外专业燃烧器公刊棚继外发ｊ经问的循 低Ｎ０ｘ燃烧器。 的济题工环 ．艺利 ’ ６结束语 腱根线发最路坩 本，提 ， ，节的不高 能的断加 依还＂热 然址发炉 参考文献 ［１】张贼，疗辉．管式加热炉节能综述［Ｊ］．油气田地眭¨ ，２００２（Ｉ１）：１０５ ［２】钱家磷．管式加热炉（第２版）【Ｍ］北京：中困石化山版社，２００３：５２１－５２４ 【３］李交辉．炼油装置 热炉 能途径 ｊ制约闲素【Ｊ１．中外能源，２００９（１０） ８５—９１． ｆ４］徐烈（ 加热炉富瓴燃烧特性分析…． 炉，２０１２．３４（５）：１２．１４． （本文文献格式：吴银登．石油化工管式加热炉节能新技术［Ｊ］．广 东化工，２０１ ６，４３（２Ｏ）：１５８—１５９）