【论文】乙烯裂解炉节能改造工艺设计

乙烯裂解炉节能改造工艺设计 I 摘 要 乙烯装置是现代石油化工生产中的基础生产装置， 也是石油化工生产中的能耗大户。而乙烯裂解炉的能耗又占整个乙烯装置能耗的 50%以上。因此，降低裂解炉的能耗是降低乙烯装置能耗的关键。裂解炉的节能要根据实际情况、因地制宜地来选择和采用。 本文介绍乙烯装置充分利用乙烯装置内过剩的低压蒸汽、急冷水等热源，在裂解炉上采用空气预热器回收低温热能的节能技术，可节省燃料 3%左右，收效显著。增设空气预热器前后，对裂解炉的正常生产没有明显的影响。通过对比分析增设空气预热器前后两种状态下， 裂解炉热效率的提高、 燃料节省的量等， 得出结论认为，空气顶热器投用前后裂解炉运行情况变化不大； 投用空气预热器未对裂解炉的正常生产产生不利影响。但是，底部燃烧器在投用空气预热器后，火焰温度升高，导致燃烧产生的 增多，给环境保护工作造成了一定的负面影响。 关键词： 节能，乙烯，裂解炉，工业试验，空气预热器 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 is in is in of in is 0% in to in is to in in to be on to to of in of of by or of in of O in on in 烯裂解炉节能改造工艺设计 录 第一章 前言 .述 . 1 献综述 . 1 述 . 1 解反应特点 . 3 解反应原理 . 3 烯装置的能耗 . 6 烯装置单位能耗 . 7 烯装置的耗能分布 . 7 烯装置节能技术 . 8 料变化对乙烯收率和能源单耗影响 . 8 解炉节能技术 . 9 解炉燃气轮机并用技术 . 11 气预热器技术 . 14 第二章 节能的技术选择及设计任务 . 16 能的技术选择 . 16 计任务 . 16 第三章 空气预热器设计及效果分析 . 18 气预热器的设计 . 18 解炉热效率的计算（以. 26 料的低热值. 29 千克燃料气需要氧气量 . 30 成物量的计算 . 30 剩空气系数的计算 . 31 烟热损. 32 料不完全燃烧损失热量 . 34 热损失热量 . 34 算 . 36 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 综合热效率计算 . 37 解炉热效率的实际生产中计算 . 38 用空气预热器前热效率计算 . 38 用空气预热器后热效率计算 . 39 济衡算 . 44 第四章 结论 . 46 参考文献 . 47 致 谢 . 48 声 明 . 49 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 1- 第一章 前 言 述 在石油化学工业高度发展并业已成为现代化社会一个重要的支柱产业的今天，乙烯装置作为石油化学工业的重要生产装置，其能耗问题越来越得到各方面的重视。 乙烯裂解炉作为乙烯装置的核心设备，其能耗占整个乙烯装置能耗的50 %以上。因此，降低裂解炉的能耗，将直接影响整个乙烯装置操作上的经济性。特别是近年来，由于能源紧张、燃料价格上涨以及裂解炉规模扩大等因素，促使各设计单位、研究单位、生产单位加大了乙烯裂解炉节能的研究力度，通过改进技术，提高炉子热效率，减少燃料消耗来降低生产成本。 献综述 述 石油化学工业是以石油、天然气为原料，经过一系列化学加工过程而生产各种有机化学品及合成材料的原材料工业，是化学工业的一个重要部分。石油化学工业的发展不仅从根本上改变了化学工业的原料结构， 促进和推动了化学工业技术的发展， 而且所提供的大量新型合成材料在性能和生产成本上均比天然材料显示出更大的优越性1。石油化学工业的发展己使各种有机化学品及合成材料渗透到人类生活中的各个方面，在各个领域越来越广泛的替代各种天然材料(如金属、木材、纸张、皮革、纤维、橡胶、油脂等)。石油化学工业已成为现代化社会一个重要的支柱产业2。 石油化学工业中大多数产品多以烯烃和芳烃为基础原料。 乙烯装置就是生产三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)和三苯(苯、甲苯、二甲苯)等石油化学工业基础原料的生产装置。其中，乙烯是乙烯装置的标志产品。乙烯产量的大小已成为衡量一个国家石油化工发展水平的主要标志。目前，大约有75%的石油化工产品是由乙烯为基础原料生产的，从乙烯出发可以得到一系列产品。 乙烯装置主要裂解产品及副产品的用途见图1。 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 2- 图 1烯用途 图 1烯用途 图 1二烯用途 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 3- 解反应特点 裂解是指石油系的烃类原料在高温条件下，发生碳链断裂或脱氢反应，生成烯烃及其它产物的过程。裂解目的是以生产乙烯、丙烯为主，同时还副产丁烯、丁二烯等烯烃和裂解汽油、柴油、燃料油等产品。裂解反应有四个重要特点4： (1)裂解反应是一个强烈吸热反应； (2)反应温度高； (3)物料停留时间要短； (4)烃分压要低。 由于上述裂解反应的特点，工业上实现裂解反应制取烯烃必须达到如下要求： (1)给反应物料提供大量的热量； (2)使反应系统处在高温状态下； (3)要使反应物料在短时间内获得裂解反应需要的大量热量， 并在短时间内迅速降温(急冷)； (4)在反应物料中添加水蒸汽或其它气体以降低反应区内的烃分压。 烃类原料经高温裂解，可生成乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、炔烃和芳烃等组分。在裂解温度下，这些组分热力学状态很不稳定，在高温区停留时间稍长，就要发生二次反应，使烯烃收率降低，重质焦油生成量增加。因此，为了提高目的产物的收率，并有利于裂解操作的正常进行，需要采取有效的工艺措施，使生成的裂解气迅速冷却，以防止二次反应的发生，并回收裂解气的高位热能，这种操作过程即称为“急冷过程” 。经过急冷的裂解气在常温下进入裂解气压缩机，然后进入分离系统经深冷分离生产合格的乙烯、丙烯等产品。 解反应原理 热裂解反应是一种非常复杂的反应， 其基本的表现形式是脱氢反应及 的断裂。而从反应机理方面考虑，能够较好解释裂解反应历程的有自由基反应机理及分子反应机理。目前较为大家普遍接受的是自由基反应机理。下面以自由基反应机理为例做一简要介绍。 从综合的角度来看， 自由基链反应基理可分为三个阶段进行：即链引发阶段链增长阶段及链终止阶段。 链引发反应：烷烃的链引发反应，主要是 的断裂而生成两个自由基的过程。这是裂解反应的开始阶段。链引发反应的通可表示式如下： 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 4- M R + R 式中： 烃分子在引发反应中断裂 的可能性较小，因为 的解离能比断裂 要大，因此从能量角度来看，烷烃的链引发反应主要是 的断裂而不时 的断裂。这是与实际情况相符的。 链增长反应：链增长反应又称链传递反应或链转移反应，它是一种自由基转化为另一种自由基的过程。在这个过程中，进行着多种多样的反应。但是，从性质上可以把这些反应归纳为两类反应，即自由基夺氢反应和自由基的分解反应。自由基的夺氢反应的特点是自由基从原料烃分子中夺取一个氢原子而使自身转化为一个分子， 使被夺走一个氢原子的烃分子成为一个新的自由基， 从而使自由基传递下去。这类反应的通式可表示为： H+R R+RH+ R 式中： 料烃分子 RH碳原子数比原料烃分子少的烃分子 R由基的分解反应的特点是自由基自身进行分解， 生成一个烯烃和一个碳原子数比原来要少的新自由基，而使其自由基传递下去。这类反应的通式可表示为： R R +烯烃 R H +烯烃 我们注意到，自由基的分解反应是生成烯烃的反应，而裂解的目的是为了生产烯烃，所以这类反应是很关键的反应。只要提供足够的能量，自由基的分解反应一直会进行下去，直到生成 H及 由基为止。 链终止反应：裂解反应中的链终止反应是自由基与自由基合成分子的的过程。这是自由基链反应的结束阶段。链终止反应一般无需多少活化能。这类反应的通式可表示为： H+ H 烯裂解炉节能改造工艺设计 - 5- H+ R + R RH R+ R RR+ R R+ R 上面的简单介绍可以看出，自由基链反应机理反映了裂解过程的每一步细节，深入到对每一个基元反应的了解，所以对自由基链反应的研究不失为是揭示裂解反应过程本质的一种有效手段。它在裂解技术中可以起到有实际意义的作用。做为特例，乙烷的裂解可表示如下： 这是链引发反应， 的断裂，同时生成两个自由基。 2H+这是链增长反应中的自由基夺氢反应。 一个自由基与一个原料分子合并通过吸收一个氢原子而生成一个新的自由基。 这是链增长反应中的自由基分解反应。 自由基通过生成一个稳定的烯烃分子及一个氢自由基而稳定下来。这种链式反应可无休止地进行下去，直到反应以下列某一方式而终止，这是链终止反应。 H+ H+ +H 2这也是乙烷裂解反应中的主要反应。 从上面的举例可以得出结论， 自由基反应机理可对烃类裂解反应中发生的主要反应给出满意的解释。根据对裂解反应的研究，可以总结出裂解反应的几个主要特点，表述如下： 首先裂解反应的速度非常快。无论是 的断裂、氢自基的吸收及自由基乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 6- 的再生，其反应速度都是极快的。 裂解反应总的表现为大分子量物质转化成低分子量物质的反应。 即反应后生成物的平均分子量比反应前的平均分子量小得多，因此，总体表现为体积增大。 裂解反应是一个强吸热反应，反应过程中需要供给大量的热量，以维持反应的进行。 裂解反应的另一个特点是其复杂性，到目前为止，还不能准确描述裂解反应的全过程。 烯装置的能耗 综上所述 ，现代石油化学工业中的乙烯装置一般分为三个区域，即裂解区、压缩区、分离区。裂解区又分为裂解炉区和急冷区。石油烃从裂解炉的高温区发生裂解反应到深冷分离的低温区产出合格的产品的工艺流程， 决定了整个乙烯装置成为石油化工工业中的能源消耗大户。 图1图 1烯装置能源消耗占石油化学工业总能源消耗的比例 从图 1烯装置能耗占石油化学工业总能耗的三分之一以上，是石油化学工业之中能耗最大的装置。由此可知，乙烯装置的节能措施在石油化学工业中占据重要地位。 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 7- 烯装置单位能耗 表示乙烯装置单位能耗的指标是 烯或 油 /t 乙烯。 油 /t 产品一般也称为单位该产品的燃动能耗。然而，在乙烯装置生产中，只有约30%的产品是乙烯，其他还有丙烯、丁二烯、 。因此，随着产品结构的变化，以乙烯当量表示的能耗也相应发生变化。由此可知，这一数字只能应用于同一装置的能耗比较，而作为绝对值与其他装置比较优劣是不合适的。 从能源的单耗看，乙烯产量对能耗的影响非常大。用相同的裂解原料，在相同的生产装置中，乙烯收率提高10%，单位产品的燃动能耗则降低大约10%。可见，优化原料，改善裂解选择性，提高乙烯收率是降低乙烯生产能耗最基本的思路。 烯装置的耗能分布 乙烯装置是一个以高温热裂解石脑油、 为原料，通过将生成物压缩、冷却到超低温，从而分离出各个组分的工艺过程。图1给出了乙烯装置各工段的温度、压力水平以及能耗比率。在热裂解、压缩、深度冷却、精制中需要大量能量，其中热裂解需要的能量最多。 图 1烯装置各区域能量消耗分布 在裂解炉中，当以600温度进行热裂解反应的同时，也最大限度地回收60以下的余热，并将其能量分配到其他压缩、深度冷却、精制各工段。而且还将剩余的蒸汽、电力输往界外，以达到节能效果。1973年以前的乙烯装置曾经由界外补充供应能量， 而最新的乙烯装置己经可以将在裂解炉作为燃料消耗的一部乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 8- 分能量回收后，向界区之外输出。 烯装置节能技术 乙烯装置降低能耗的基木思路有以下两点： (1)使用多种原料。通过优化乙烯原料，可提高乙烯装置的产品收率，以较少的原料获得较多的烯烃，并使用廉价的原料，可达到降低能耗和节省资源的目的。这个目的可以通过改进裂解技术来达到。 (2)通过提高裂解炉热效率和提高压缩机效率降低能耗，通过改进工艺流程降低精制工序所需能量等，都可达到降低总能耗的目的，在许多乙烯装置改造中都采用了这种思路。 料变化对乙烯收率和能源单耗影响 乙烯装置的乙烯收率直接受到原料的影响，见表1。 表 1料对乙烯、丙烯收率的影响 原料 乙烷 石脑油 常压柴油 减压柴油 收率， % 相同工艺前提下，乙烯收率主要取决于裂解原料的性质，不同原料其综合能耗相差较大，如图1般情况下，原料烷烃含量越高，碳链长度越短，乙烯收率就越高，单位产品的燃动能耗则越低7。 图 1同裂解原料的乙烯综合耗能 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 9- 原料的变化不仅影响了产品的收率，同时也影响了裂解炉运行的周期、清焦次数，进而影响了蒸汽、燃料气等公用工程的消耗，见表1表 1位产品（每吨）蒸汽、燃料气消耗 消耗量 乙烷 石脑油 常压柴油 减压柴油 燃料气， t 压蒸汽， t 25 50 67 83 解炉节能技术 裂解炉节能技术分为筑炉节能技术与热裂解节能技术8。 炉节能技术的目标是裂解炉的大型化及炉子热效率的提高等。 裂解炉的大型化已经使1970年前的每台裂解炉年产乙烯2万吨提高到现在的10万吨左右， 0%上升到 93%裂解炉热效率的提高对乙烯装置降低能耗的贡献是十分明显的。因为热效率每提高 1%，相当于降低80烯的消耗9。 裂解节能技术的发展趋势是裂解反应的最优化， 它制约着工艺系统的高效运行。其初期技术改进的课题是如何提高裂解效率，即如何能够提高裂解强度，这需要炉管材质的不断提高，而现在炉管材质的提高几乎达到了极限。因此，热裂解节能技术新的方向是如何提高裂解反应的选择性， 即如何以较少的原料获得较大的烯烃产量，为此，许多公司开始从设计角度上对裂解炉的炉型进行改造，例如天津石化公司乙烯装置的鲁姆斯炉( )炉管形状和通道数的变化， 均向着缩短裂解气停留时间的方向发展(见图10)。 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 10- 图 1（ ）炉管形状及通道数 最新的炉型，也叫做多 U 型，为双通道结构(如图 1示11)。虽然以双通道结构为主，但也有一个取单通道结构型式的。 图 1同流程的裂解炉炉管形状 通过这种炉型的改进，可提高乙烯收率 10%左右，即在相同乙烯生产条件下，可以降低 10%的原料用量12。 解炉管结焦抑制技术也属于裂解炉节能技术的一种。对于乙烯裂解炉，结焦会严重地降低产品收率，缩短运转周期，增加能耗13。 焦的形成机理很复杂，它主要包括表面的催化反应和自由基反应。焦沉积在炉管内壁上，从而降低从裂解炉到反应气体的传热效率。为了弥补传热效率的降低，只能逐渐提高炉管外壁温度，直到炉管所能承受的极限温度。此外，炉管内径因焦乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 11- 的逐渐增加而减小，使物流通过炉管的压力降升高。因此，必须提高裂解炉入口压力。但这种措施不利于乙烯产率的提高。 裂解炉急冷锅炉结焦在使传热效率降低的同时，也使裂解气的出口温度升高。由于急冷锅炉出口温度较高直接导致裂解气能被回收利用的热量减少， 降低了废热利用效率。此外，焦的沉积也增加了压力降。 由于上述原因，裂解炉管和急冷锅炉中形成的焦必须定期除去。常用的清焦方法是用蒸汽种在线清焦操作要求定期中断乙烯生产，既减少了乙烯产量，又额外增加了能耗。在辐射段炉管清焦期间，急冷锅炉中的一些焦也被除去。然而，在经过若干次炉管除焦之后，在急冷锅炉中的焦只能通过机械方式清除。 因此，专利商、生产厂家和一些研究单位都在寻找延长运转周期的措施。比较普遍的方法是在辐射段炉管的内表面喷涂特定的涂层来抑制和减弱结焦， 延长运转周期。 许多抑制结焦技术均基于降低焦的生成14。 提高焦的清除即清除焦的前体的速率，主要有：(1)采用新炉管材料 3552)在原料中注入二甲基二硫、二甲基硫、 3)采用结焦抑制剂；(4)将焦经催化气化为 5)炉管渗铝；(6)在炉管表面涂 其它材料；(7)对炉管内表面进行预处理。 解炉燃气轮机并用技术 在裂解炉节能技术中，最近令人瞩目的是燃气轮机与裂解炉的并用技术，也叫做燃气轮机联合技术。燃气轮机热电联产系统于20世纪70年代初，首先在美国后，不断扩展到石油化工裂解装置、合成氨厂、天然气加工厂等。现在，乙烯装置也应用燃气轮机联合技术。目前 公司均有裂解炉与燃气轮机匹配的设计和应用经验。 在节能改造中，采用燃气轮机的技术改进需要大量投资，因此，世界上的应用实例不多。目前，全世界有十几套乙烯装置采用鲁姆斯技术使用燃气轮机，但除了英国的装置以外全部用作发电的动力，其排气全部作为裂解炉燃烧的空气源使用。在这十几家公司中，只有大阪石油化学公司的装置是经改造的，其余全部是新建装置。然而，考虑到今后不会更多地出现大幅度降低能耗的技术，采用燃气轮机进行节能改进技术应当受到瞩目。 裂解炉燃气轮机并用系统，如图1装置内发生的燃料气体用作燃气乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 12- 轮机用的燃料，其排出的废气则作为裂解炉燃烧用空气而加以利用。当然，由于裂解炉内的排气量增加，余热也相应增加，这种余热则以蒸汽的形式回收。这样在装置内电力与蒸汽的发生量都超过了装置本身的需要，作为公用能源向界区外供应。以燃气轮机发生的动力大部分用于发电，但在英国则用作压缩机的驱动动力。由于排气全部导入裂解炉，故可以获得效率很高的电力，如果一般电力的发电效率为35% 50%，而排气得到利用后，发电效率可达到100%。同时其单位电力产生的对环境保护也是很有意义的15。 图 1气轮机气轮机是目前的乙烯装置一般都是作为辅助系统的接受方而设计和运行的，所以一旦变成能源供应方，会出现在运行上缺乏灵活性的问题。 不过随着装置的不断改进， 这种情况会有所改变。表16。 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 13- 表 1气轮机in W17593 485 in 148 in W18309 156 W 902 789 by W 0 48 by W 52 4 W 52 52 in W 08 W 13 学公司在英国苏格兰 a 乙烯装置上采用这种燃气轮机气轮机排气(360、含摩尔分数17%的氧气)送入裂解炉燃烧室作为燃烧空气使用，进气压缩机由燃气轮机驱动。采用燃气轮机裂解炉联产和燃气轮机废热锅炉联产方案的经济性对比见表19。 表 1气轮机一裂解炉联产的节能效果 of 0 6 of 02 3 of 0 W 56 240 7 57 0 24 49 312 W 8 由表1表1气轮机且如果要采用燃气轮机最好采用燃气轮机- 14- 炉联产方案。 气预热器技术 裂解炉燃烧空气以往一直采用常温空气， 不仅炉膛燃烧温度得不到科学有效控制，增加了操作调节难度，而且浪费了燃烧能源。中国石化集团公司与各乙烯生产厂进行了裂解炉节能技术攻关， 经过大量科学论证核算， 在装置中增设空气预热器，将常温空气用装置富余低压蒸汽加热，再进裂解炉膛燃烧。这样，既节省了燃料，又使裂解炉得到平稳控制，延长了单炉运行周期。 广州石化乙烯装置的6台裂解炉新增空气预热器已于今年4月初全部投入使用，并顺利通过现场标定工作，实际运行参数达到了设计指标。标定结果表明，每台空气预热器每小时可以节约燃料气103千克，初步估算一年可节约标煤近万吨。 工业上燃烧用空气预热技术己经是一个较成熟的技术， 近些年也开始在高耗能设备然降低排烟温度是回收裂解炉能量最有效的办法，那么如何回收烟气的余热成为各公司首先要考虑的问题。一般情况下，回收烟气热量可采取集中回收烟道烟气余热或分别采用热管回收烟气余热的方法， 利用烟气余热预热燃烧用空气和燃料气，或预热其他物料，但烟气余热回收的最大限度受烟气组成即水蒸气含量和燃料中硫含量的制约。 在乙烯装置的裂解炉上直接应用烟气余热预热燃烧用空气和燃料气， 是一个十分复杂和困难的技术，因为：(1)每个单台裂解炉都是一个相对独立的复杂系统，因此烟气余热回收装置必须每台裂解炉单独安装，这不仅增加了投资，而且也相应地增大了操作难度。(2)目前的乙烯裂解炉的烟囱设计高度一般都在40米以上，将烟气从40 米高度引到炉底加热燃烧用空气，然后再将烟气返回高空排放掉，这在工艺设计和施工中是不经济的。(3)为了防止设备腐蚀，烟气余热回收的最大限度受烟气组成即水蒸气含量和燃料中硫含量的制约。 目前的新型裂解炉根据燃料的性质设计排烟温度一般为130左右，几乎达到了烟气余热回收的极限。这部分烟气再考虑回收余热，则增加了余热回收设备防腐蚀和抗腐蚀工作的难度。然而，预热助燃空气是提高炉子热效率的有效途径。预热燃烧用空气和燃料气可增加显热、节省燃料，同时可达到减少烟气量和排烟损失的目的。计算表明，当空气由20提高到55时， 可以使炉子的热效率提高 1%。 如果预热到10， 燃料用量可由 100%降到 右，节省燃料 经过节能分析与计算，裂解炉投用空气预热器后有以下节能功效：1、节约燃乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 15- 料气量。投用空气预热器后，利用急冷水的余热预热裂解炉燃烧空气，回收了急冷水中的部分热量，增加了燃烧空气的显热，从而降低了燃料气的消耗。根据设计，冬季空气温升将更高，节约燃料气仍会有所增加。2、节约冷却水量及电量。因空气预热器热源为急冷水， 这样在节约燃料气量的同时还可以节约生产中冷却水的使用量。在降低冷却水循环量的同时还节约了冷却水循环泵的电量。3、减少排烟热量损失。因投用空气预热器后，降低了燃料消耗，减少了烟气排放，利于环保。 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 16- 第二章 节能的技术选择及设计任务 能的技术选择 节能改造技术有许多，结合实际的生产，从经济效益方面考虑，本设计选择空气预热器技术来实现对乙烯裂解炉节能。结合天津石化烯烃部目前共有六台裂解炉，均采用底部及侧壁火嘴联合供热，正常运行时燃料为装置自产的甲烷和氢气，自给燃料不足情况下可由外购液化气做为补充， 各裂解炉燃烧器通过炉膛负压将空气吸至炉膛。每台乙烯裂解炉的主要热量来自于底部的火嘴燃烧燃料气，所以决定在底部火嘴加空气预热器。每台裂解炉裂解炉底部有24个火嘴，因此每台裂解炉要加24个空气预热器。空气预热器的热源采用天津乙烯工艺过程中的急冷水。 计任务 在满足乙烯裂解炉生产要求的前提下， 利用乙烯厂进入冷却器前的急冷水作为热源，加热增设在裂解炉底部燃烧器上的空气预热器，使进入裂解炉底部燃烧器的冷空气获得预热，从而节省了一部分燃料气，达到乙烯裂解炉节能降耗的目的。本设计是裂解炉节能的新技术，该节能系统不增加外界的能耗设备，也不需要自动控制， 完全利用裂解炉自身的潜力以及急冷水的显热， 来推动该节能系统的正常运行。该节能系统节能效果明显，而且投用后可以改善炉内燃料的燃烧状况，降低排烟温度，从而提高裂解炉的热效率。 本设计主要针对六台裂解炉的节能降耗问题， 空气预热器增设在每台裂解炉底部，由于每台裂解炉的底部有24个火嘴，所以每台裂解炉需要增设24个空气预热器。预热空气的热源是急冷水，主要的设计参数如下： 1、 急冷水用量 300 t/h 500 t/h，度65一共六台裂解炉,设计单台裂解炉急冷水用量为50 t/h,又因为每台裂解炉底部有 24 个火嘴,每个火嘴需要一个空气预热器,每台裂解炉有24个空气预热器,kg/h；空气预热器急冷水进水管温度为70，急冷水回水管温度为60。 2、 预热空气参数： 11月到3月不低于60（平均环境温度） ，4月到10月不低于30（平均环境温度+20计） 。以平均环境温度+20计算，各空气预热器空气乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 17- 温升35，所以空气进口温度为20，出口温度为55。设计通过每台空气预热器的燃烧空气总量为2400kg/h。 3、 台裂解炉改造后热效率设定值（见表21） 表 2效率设定值 位号 进料 热效率设定值， % 烟道气温度 负荷 T/H 油进料 14 脑油+循环 23 脑油 34 脑油+循环 16 氢尾油 42 20 石脑油 16 20 油 34 脑油 34 油 34 脑油 34 脑油 大于 15 氢尾油 大于 40 26 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 18- 第三章 空气预热器设计及效果分析 气预热器的设计 本设计选用板翅式换热器作为空气预热器，由于传热效率高，翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，因而具有较大的换热系数；同时由于隔板、翅片很薄，具有高导热性。板翅式换热器具有扩展的二次表面，使得它的比表面积可达到1000/翅式换热器可适用于：气气、气液、液液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要。所以选用板翅式换热器作为空气预热器。 热负荷 Q=756000W 干燥空气参数： 流量 400kg/h=s 平均压力 00口温度 0 出口温度 5 急冷水参数： 流量 kg/h=kg/s 平均压力80口温度 0 出口温度 0 用平直形翘片（如图32） ，通道为逆流布置（如图3，采用的结构参数见表3乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 19- 图 3束单元结构 图 3直形翅片 图3流 表 3构参数 名称 参数 翅片高度 h,片厚度 ， 翅片间距 b, 2有效宽度 0 隔板厚度 3， 板材料 3 3片的几何参数 乙烯裂解炉节能改造工艺设计 - 20- 表3表 3片的结构参数 名称 计算公式 数值 翅片内距 x， mm x=片内高 y， mm y=量直径 De,m 2y=+457310 每层通道截面积效宽度1m 时） ，2 528310 每层通道传热面积有效宽度有效长度为 1m 时） ，2m ( )2462 每层通道一次传热面积12m 1y=+176 每层通道二次传热面积22m 2y=+286 二次传热面积占总传热面积的比例2y=+062 空气侧通道数与水侧通道数之比 2:1 翅片定性尺寸 l,m 空气侧l=h= 水侧l=2h=理参数根据介质的平均温度和平均压力查取，见表3烯裂解炉节能改造工艺设计 - 21- 表 3理参数 名称 空气侧 水侧 流体平均温度 t， 5 导热系数 ， W/（ m） 力粘度 ， Pa s 0p， /( ) 1013 4182 密度 ，3/kg m 口：口：80 192 W/（ m ） 3热系数 名称 计算公式 空气侧 水侧 假设质量流速 e =9500 3915 传热因子 j 查图得 擦因子 f 查图得 r =3数3/j= 热系数 ，W/（2m ） = 172 3609 乙烯裂解炉节