管式加热炉热效率的影响因素及解决措施

1、管式加热炉热效率的影响因素及解决措施于战德中国石化股份有限公司广州分公司摘要：分析了影响管式加热炉热效率的主要因素及存在的问题，根据装置的特点，指出 提高管式加热炉热效率的具体措施。关键词：管式加热炉；热效率；热负荷；影响因素；the mostly factors for affecting the thermal efficiency of tube stove and its resolventyuzhandeabstract：the mostly influence factors and existent problem of tube stove are introduced，the

2、 measures for improving the thermal efficiency of tube stove are found out,base on the specialty ofset，keyword：tube strove；thermal efficiency；thermal load；influence factors1前言近些年来，我国的炼油、化工行业取得了长足的进步，技术经济指标持续提升，企业的 竞争能力不断增强。但在综合能耗方面，我国石化企业与国外公司的先进水平差距仍然较大 (详见下表)。表l国内外企业综合能耗对照表年份综合能耗，kg(标油)t国家清洁生产指标 美

3、国phibro中石化中石油等级：一级 公司1998年 8849 l2001矩 7874 综合能耗 532kgt2002年 7803 8925 kg(标油)t j2003钲 7603 8335 80|2004焦 7347 7268 f能耗偏高是我国炼油企业成本高的重要原因，它制约着企业的进一步发展，限制了企业 竞争力的进一步提高。加热炉是炼油化工生产装置重要的提供热源设备，也是炼油厂消耗燃料的主要设备。据 相关资料和能耗统计分析，2001年中国石化股份有限公司24家炼油企业有各类工艺加热炉834台，年耗用燃料油490kt、燃料气2138kt，占炼油厂总能耗的3329，即加热炉能耗占炼 油厂总能耗

4、的三分之一。全国炼油平均总能耗为09ikw，占原油处理量的89；燃料油单 耗约为3040kgt原油，而加热炉又占炼油企业燃料消耗的35左右。因此如何改进加热炉的 操作，提高加热炉的热效率已成为炼油企业降低炼油成本、提高经济效益的重要环节。2影响管式加热炉热效率的主要因素热效率是衡量管式加热炉先进性的一个重要指标，它直接关系着装置能耗的高低。影响 管式加热炉热效率的主要因素主要有以下几点：21排烟温度 管式加热炉排烟温度在某种程度上对管式加热炉的热效率起决定因素。排烟温度越低，其烟气带走的热量越少，热损失越小，热效率越高。而排烟温度主要与被加热介质人口的温 度有关，并且随介质入口温度升高而升高，

5、随烟气与介质之间的温差而变化。所以提高管式 加热炉的热效率必须充分利用对流室，从而降低被加热介质入口的温度和缩小烟气与介质之 间的温差，使排烟温度降低。减少排烟热损失可以迅速提高热效率，排烟损失在管式加热炉的热损失中占极大比例， 比如热效率为90的加热炉，排烟损失占总损失的70“80。2。2过剩空气系数 工业炉中，燃料的燃烧不可能在理论空气量下完全燃烧，要有一定的过剩空气量。过剩空气系数太低，则易造成燃料的燃烧不完全，也会使管式加热炉燃料耗量增加，从而使管式 加热炉热效率下降。过剩空气系数过大，表明管式加热炉内烟气含氧量过多，排烟时，过剩 空气将热量带走，排入大气，所以使炉子热损失增加，熟效率

6、下降；同时会降低炉膛内燃烧 温度，使炉管表面热强度下降，若要保证管式加热炉的恒定热负荷，则必须增加燃料用量， 使管式加热炉热效率下降。过剩空气量过大，不仅造成降低了加热炉热效率，还加速了炉管和炉内构件的氧化、增 加对流室吸热量、提高sox的转化率从而加剧低温露点腐蚀。233i热炉燃料的不完全燃烧损失 加热炉燃料的不完全燃烧分为化学不完全燃烧、机械不完全燃烧。化学不完全燃烧损失越大，即排烟中的co越多，热效率越低；机械不完全燃烧损失越大，即排烟中的未烧尽碳 粒子含量越多，热效率越低。加热炉燃料的不完全燃烧对炉热效率直接产生热损失，烟气排 至大气，还直接对大气产生污染。此外机械不完全燃烧产生的碳粒

7、还会造成对流室炉管表面 积灰，影响传热效果。33124hl热炉的散热损失 管式加热炉外壁以辐射、对流两种方式向大气散热。散热量与炉外壁温度、环境温度和风速等有关。 新建的炼油管式加热炉的炉墙耐火浇注料、外保温等较完好，散热损失并不大，一般仅占加热炉总供热量的153。因此靠散热损失来提高热效率地余地并不大。但对于已使用 多年，炉墙已有损坏的加热炉，应及时修补炉墙，才能有效减少加热炉的散热损失。25dn热炉炉管结垢 加热炉炉管结垢是阻碍油品的传热的一个重要因素。由于燃料燃烧生成低熔点复合盐粘附在受热管束上，和烟气中的灰分粘接，形成灰垢，增加了传热阻力，降低了加热炉的热效 率。加热炉对流室炉管为了提

8、高炉管表面热强度，一般采用钉头管或翅片管，更易于结垢。 对流室炉管热负荷占全炉总热负荷的2030左右，炉管积垢对全炉热效率影响巨大。因此， 减少加热炉管束结垢，将使加热炉保持较高的热效率，成为降低加热炉能耗的有效途径。3国内炼油行业加热炉运行状况及存在的问题近年来，尽管石化炼油企业加热炉的管理水平在逐年提高，相关资料显示众多炼油行业 加热炉热效率有了很大提高，排烟温度有了较明显的下降。但也有部分加热炉运行情况不理 想，运行过程中仍存在较多问题，主要表现在以下方面：31加热炉的现场管理工作不到位虽然各炼油企业在加热炉的控制、管理方面做了大量的工作，但仍然存在着许多薄弱环节，加热炉管理和操作水平仍

9、有待提高。主要表现在：1)加热炉保温不好或保温失效，防爆门、看火门关不严，点火孔、看火孔不关，局部 漏风严重等现象仍然存在。2)部分操作工操作水平低，对“三门一板”的操作方法和节能知识掌握不够熟练，燃 烧器配风调节技能较差。3)对烟气氧含量和燃料消耗等指标重视不够。32部分加热炉的运行状况不好1)空气预热器运行效果较差，余热回收效率不高，导致加熟炉排烟温度高，制约了加热炉热效率的进一步提高。相关资料显示从2002年企业上报的lo兆瓦以上的加热炉数据可以看出t排烟温度在400以上的l台，排烟温度在250-一400c的14台，排烟温度在180250的59台，180。c以上的 加热炉竟占总台数的42

10、。332u，1o2)加热炉烟气的氧含量偏高，过剩空气系数偏大 部分加热炉在线氧化锆长期失灵，每周次的烟气采样中，氧含量常高于5，个别炉的氧含量达126等等。33燃料脱硫措施不全，硫含量偏高 由于加工高含硫原油，全厂瓦斯、燃料油含硫问题无法根本解决，炉管表面结有硫化物，如不注意，加热炉停用检修期间因与空气、水的接触，容易发生炉管的连多硫酸盈利腐蚀问 题，造成不可挽回的经济损失。4广州石化加氢联合装置加热炉的特点41力氢联合装置加热炉的特点 广州石化加氢联合装置包括四套新建装置：加氢裂化(120万吨年)、蜡油加氢处理(210万吨年)、柴油加氢(200万吨年)、航煤加氢(100万吨年)，8台管式加热

11、炉，加热炉 的设计选型具有以下特点：1)均采用先进设计的管式加热炉，设计热效率均达j1u90，设计热负荷最小的为航煤 加氢单元的f6001炉8721kw，最高的为加氢裂化单元的f3002炉29190kw。2)炉管压降较小，反应进料加热炉设计压降般不大于045mpa，分馏进料加热炉设 计压降为025030mpa。3)对流室炉管外壁采用了钉头管、翅片管；辐射室炉管平均热强度高，炉管受热均匀， 不易结焦。4)燃料气含硫较低，反应炉采用了低nox扁平火焰燃烧器，火焰面与受热面平行， 有利于均匀传热。而对于烧油的分馏进料加热炉，多采用大功率的油气联合烧嘴。5)加热炉均设置了负荷可调的复式空气预热器回收烟

12、气余热，排烟温度控制较低，为180左右。6)余热回收的风道系统热风道采用耐火纤维毯外保温，辐射炉墙下部为轻质高铝砖+ 耐火纤维板，辐射炉墙上部及炉顶部分为陶瓷纤维模块，对流段和烟囱采用轻质耐 热浇注料，炉底部分为轻质耐热浇注料+耐火砖，使散热损失降到了最低。42加氢联合装置加热炉提高热效率的有效途径 针对加氢联合装置加热炉的特点，重点要抓好以下几方面的措施：421完善、落实加热炉管理制度 认真完善、落实加热炉管理制度，建立奖惩激励机制，使提高加热炉热效率的各项管理措施能够落到实处。组织、开展以提高加热炉管理水平为目标的竞赛，通过竞赛，提高加热333炉的管理水平，同时也可提高操作人员的整体操作水

13、平。422优化装置的换热系统 管式加热炉的热负荷大小，随装置换热流程的不同而改变，减少管式加热炉的热负荷，可减少其加热炉的燃料用量。如果将一个管式加热炉的热负荷降低10，当此加热炉的热效 率为80时，从燃料消耗量考虑，相当于将原管式加热炉的热效率提高89，而管式加热炉 的热效率越高，减少热负荷相应使原管式加热炉热效率值提高的就越大。例如加氢联合装置中蜡油加氢单元蜡油蒸汽发生器e4009后的热蜡油温度208。c，这部分 低温余热原设计要直接经过空冷冷却后出装置。流程优化后，增加了一台原料油换热器，将 热量传给原料油，原料油的温度提高了近1520c，这样既提高了原料油温度，降低了反应 进料加热炉f

14、4001的热负荷，又降低了热蜡油温度，减少了空冷器电量的消耗，从而最终达 到减少加热炉热负荷，减少燃料消耗的目的。通过改进工艺流程、提高入炉原料油温度，可使管式加热炉的热负荷得到减少，从而达 到节约能源的目的。43搞好现场管理，提高加热炉的硬件水平。 要加强对“三门一板”的操作，加强对漏风情况和燃烧器燃烧情况的检查、调整，使其经常处于良好的燃烧状态，最终达到减少燃料消耗的目的。1)加强对加热炉的管理、考核力度，严格控制各项指标，如烟气氧含量要5等。2)调整人炉空气量，控制加热炉烟气氧含量。3)细调三门一板，控制每个烧嘴的空气量，使燃料充分雾化、完全燃烧。4)加强堵漏，减少漏入炉膛的空气量。5)

15、生产操作过程中，要求加热炉操作多火嘴、齐火焰，不用的火嘴定期切换。6)严格控制工艺指标，确保加热炉出口不超温、超压。44加强优化操作，强化运行管理，实现量优控制。 重点是要严格控制加热炉的操作参数，把排烟温度和氧含量控制在一个合理的水平上。334441降低排烟温度以减少排烟热损失 管式加热炉的原料一般都是先经装置换热后，再进管式加热炉，所以可通过减少换热流程、采取冷进料方式来降低管式加热炉介质入口温度，或者增加余热回收设备，使排烟温度 降低，提高管式加热炉的热效率。1)重点要抓好空气预热器、氧化锆分析仪、声波吹灰仪等硬件设施的管理，确保其灵 敏好用。 新投用的加热炉一般设置有空气预热器，这样虽

16、然一次投资较大，但热效率高，运转费用低，排烟温度一般能控制在1801200。c之间。一般情况下，空气温度每提高20。c， 加热炉的热效率可提高1。2)除灰除垢，保证加热炉长期在高效率下运转。 不完全燃烧产生的碳粒和燃料中的灰分等烟尘均会污染对流室炉管的外表面，增加热阻，降低传热效果。随着灰分的增加，排烟温度迅速上升，热效率显著下降。为保证 加热炉在较高的热效率下运转，必须坚持用吹灰器定期(8或24小时)清除积灰，这一 点对烧渣油的加热炉尤为重要。燃料油的含盐量较高时，盐分沉积在炉管外表面，特别是辐射室炉管外表面；积盐 与积灰所不同的是，积盐比积灰更难清除，般要向炉膛内喷洒除垢剂，但效果并不明

17、显。根本办法是要求脱盐达标。3)降低排烟温度的限制 排烟温度因受烟气预热回收系统投资成本的限制，排烟温度不可能降得太低，根据经济性评价，确定排烟温度在150200c时较适宜。 技术上排烟温度受烟气露点的限制。余热回收换热面的温度必须高于烟气的露点温度，否则换热面将受到露点腐蚀而损坏。另外，换热厩在露点温度下积的灰将是“粘灰”， 是很难清除的。这种粘灰越积越多，烟气侧的阻力迅速增加甚至使余热回收系统难以操 作而被迫停运。442降低过剩空气系数以减少排烟热损失 燃料燃烧热效率的高低，很大程度上取决于空气供给量是否合适。在加热炉投用了空气预热器之后，提高燃烧热效率的唯一经济可行且有效的方法是控制过剩

18、空气系数。为使加热 炉能在合适的过剩空气系数条件下长期平稳操作，需要通过氧化锆氧分析仪对排烟中氧气含 量的监测，对加热炉总供风量进行控制。一般炼油管式加热炉正常的过剩空气系数烧气时为=105115，烧油时为=115125。3351)首先要选用性能良好的燃烧器保证较低的过剩空气系数下完全燃烧，使管式加热炉 处于最佳的燃烧状态，从而使燃料耗量减少。2)操作过程中管好“三门一板”，确保加热炉在合理的过剩空气系数下运转。3)做好加热炉的堵漏，因为炼油管式加热炉几乎都是负压操作的，如果看火门、入孔 门、弯头箱门等关闭不严或炉墙有泄漏之处，将直接影响过剩空气系数。45减少不完全燃烧损失1)要选用性能良好的

19、燃烧器，并及时定期进行维护，使燃烧器长期保持在良好状态下 运行，以保证燃料能完全燃烧。2)操作过程中管好“三门一板”，优化送风量、过剩空气系数及烧油时的物化蒸汽量， 减少排烟中的co及未烧尽碳粒子，使燃料得以充分燃烧。3)当加热炉烧燃料油时，合理调节雾化蒸汽的量与燃料油的比例，使燃料油完全燃烧。46减少散热损失 装置定期对烟道气取样分析，根据分析结果调整操作；采用低传热系数的耐火绝热材料，降低炉壁散热损失；加强炉体、烟道等重要部位的维护，减少加热炉散热损失，降低能耗物 耗。装置操作人员每小时调整一次加热炉各部位的温度控制，保证燃烧完全。47加强对燃料的计量 提高计量的准确性，努力把提高加热炉的

20、热效率的成果在燃料单耗上体现出来。48降低燃料的硫含量，确保加热炉安全平稳运行 做好停工期间加热炉的维护，防止炉管的腐蚀。49进行技术改造，采纳先进技术。491试制新型燃烧器改善加热炉燃烧状况。 根据燃料类型采用新型燃烧器，如平焰燃烧器，它使燃料与空气进入火道和炉膛后，能形成高强度旋转气流在火道上形成平展火焰，在很大的平面内造成均匀的温度场，并具有很 强的辐射能力。热效率高，加热均匀。能缩短炉管与燃烧器的布置距离，因此可显著改善加 热质量，提高炉子生产率和降低燃料消耗。492更新设备材质，提高对劣质燃料的适应能力 抓住装置的大修、改造之际，对老化设备如空气预热器管束材质进行提升，提高抗露点腐蚀的能力，以适应加工高硫原油及高负荷生产的需要。493采用新型耐火材料，减少热损失等 采用新型耐火材料，做加热炉的衬里内表面，能够促使加热炉中的一部分对流传热，转338，