延迟焦化加热炉水热媒空气预热器工业应用

延迟焦化加热炉水热媒空气预热器工业应用

九江分行1吨延迟焦化厂于2006年3月20日正式落成。该装置由中国石化建筑安装公司（sei）设计。其中，焦化炉是一个垂直的倾斜管厅，带有双辐射室多火嘴的垂直管。垂直水下燃烧的平波vsx火嘴。加热炉采用两点蒸发技术，余热回收系统率先引入无低温腐蚀水热媒体技术，空气预热器配置，加热空气，降低排放温度，提高加热炉效率。该空气预热器由中船重工集团公司第711研究所开发,以除氧水为热载体,用三个换热器分别实现水、烟气和空气三者之间的热量交换,并预热空气,因其排烟温度易调节和控制,具有节能效果好,设备使用寿命长等特点,已开始应用于大型锅炉和炼油化工装置加热炉的余热回收。1预热水装置的性能1.1烟气余热回收技术近年来,随着石化企业加工原油硫含量的上升,加热炉烟气中的SOx增加,使得烟气酸露点温度升高,导致加热炉余热回收系统换热设备腐蚀加剧,严重影响了加热炉长周期稳定运行,其腐蚀根本原因在于被预热的工艺介质(空气)温度较低,使得换热设备管壁温度低于烟气的露点温度(尽管排烟温度可能高于露点温度),导致换热设备在烟气侧表面产生露点腐蚀。水热媒技术以除氧水为传热媒介,先将烟气余热转化为热媒水的热能,再利用热媒水的热能加热工艺介质(空气)。整个系统采用中压除氧水作为系统的定压水,以提高热媒水的饱和温度,从而提高系统的传热品质,有利于充分回收烟气的余热。水热媒系统可以根据加热炉负荷、加热炉用燃料气(油)硫含量的变化采取有效的调节手段确保热媒水的温度高于烟气露点温度,从机理上避免换热设备产生露点腐蚀的可能性,保证换热设备的长周期运行。1.2烟气余热回收利用该空气预热系统主要由烟气换热器、空气换热器、高温预热器、热媒水循环泵、调节阀组等设备组成,以2.2MPa的中压除氧水为传热媒介,建立一个闭式循环系统。热媒水通过设置在加热炉对流室出口的烟气换热器将烟气的低温热吸收,把回收来的热量通过鼓风机出口空气换热器预加热外界空气,而空气经过预加热后,再在高温预热器中与高温烟气换热升温至加热炉助燃,如此循环将烟气热量源源不断传给助燃空气。在热媒水空气换热器进口和热媒水循环泵入口之间,设置旁路调节阀,可灵活调节烟气换热器进口水温使之高于烟气露点温度,从而防止管壁产生低温腐蚀,热媒水、助燃空气和烟气流程详见图1。热媒水循环过程空气处理冷空气→空气换热器→高温预热器→加热炉。气体处理高温烟气→高温预热器→烟气换热器→烟囱。1.3水热媒空气预热器性能保障(1)从流程上进行分析,烟气换热器的管壁温度始终高于冷侧热媒水入口温度,而热媒水入口温度由旁路调节控制阀自动控制,因而可根据烟气的实际露点温度调节热媒水温,进而控制管束的最低壁温,所以在加热炉热负荷或燃料气(油)性质发生变化的情况下,该预热器能够自动控制管束的管壁温度使之高于露点温度;另一方面,空气经空气预热器预热后,再与高温烟气换热,提高了高温预热器的冷端温度,可以防止其它管式空气预热器存在的因冷端温度过低而引起的冷空气入口侧烟气的低温露点腐蚀问题。因此从上述两个方面真正保证换热设备避开烟气低温露点腐蚀,延长换热设备的使用寿命,并能在保证烟气换热器冷侧热媒水入口温度高于露点温度情况下尽可能降低排烟温度,提高加热炉的热效率,这是水热媒空气预热器的最大优越性。(2)水热媒系统长周期运行过程中,烟气换热器的传热性能是整个系统性能保证的关键,影响烟气换热器传热性能的直接因素是受热面的表面积灰(细灰颗粒静电作用吸附在受热面管壁上所致)。积灰有两种现象:一种是浮灰,当管壁温度高于烟气露点温度时,积灰呈疏松状,较容易被清除,但当浮灰不能被及时清理时,浮灰也会积块,呈密质状,增大清理难度;一种是粘结灰,当管壁温度低于烟气露点温度时,粉尘因结露会牢牢地粘结在管壁上,越结越厚,越结越坚硬,难于清理。设计水热媒系统,使烟气换热器管内的热媒水温高于烟气露点温度,保证了管壁积灰呈疏松状,为清灰创造了有利条件,另外该系统配套安装有10台正压防爆型固定旋转式蒸汽吹灰器,能及时有效地清除烟气换热器表面的积灰,保证了烟气换热器的传热性能。(3)在加热炉操作异常变化、进高温预热器烟气流量和温度远高于正常设计工况时,对于其它管式预热器如热管式,温度超高会破坏管内的钝化膜,导致热管失效,甚至超压导致爆管事故,而水热媒空气预热器系统管路中设有温度调节阀和安全阀,当热媒水的温度高于设定值、压力高于安全阀设定值时,安全阀自动起跳,确保了换热的有效性和操作的安全性。热媒水循环泵采用联锁自动控制,当主泵停止时,备用泵会自动启动,避免热媒水突然中断,系统热量无法传递,导致局部超温对设备造成损害。(4)烟气换热器下部属低温端,相对而言较易发生管束腐蚀穿孔,安装过程中在该组烟气换热器上增设热媒水循环副线,一旦发生腐蚀穿孔等异常情况可以单独切除这部分管束进行维修处理,而水热媒空气预热器还可以继续使用,不影响加热炉的正常运行。1.4性能参数水热媒空气预热器的主要性能参数(设计值)见表1。2烟气温度和烟气放空量水热媒空气预热器自投用以来,连续运行7个月工况良好,实际运行参数(见表2)接近甚至优于设计参数,说明该空气预热器在延迟焦化加热炉上的应用是成功的。主要体现在:(1)按照中国石化加热炉管理制度推荐加热炉的最终排烟温度一般应高于露点温度20～30℃,经中国石化加热炉检测评定中心金陵中心站评价分析该炉的露点腐蚀温度为118℃,因此该炉在运行过程中通过控制热媒水入烟气换热器的温度,将排烟温度控制在140℃左右这样一个较理想的工况下,与其他焦化装置加热炉排烟温度普遍高于180℃相比较而言,热损失较小;另外排烟温度在加热炉运行负荷发生变化的情况下控制不受影响。从表2可以看出,在加热炉低负荷或满负荷的情况下排烟温度控制都非常稳定。(2)从表2实际运行的参数看,外界空气先经过空气换热器预热到140℃以上,再经过高温预热器加热到245℃左右,而烟气最终排烟温度140℃左右低于设计值。避开了三位露点腐蚀,延长换热设备使用寿命,而且空气预热后的温度也高于设计值216℃,说明该预热器实际运行传热效果比设计更佳。(3)在该焦化装置满负荷运行时,按照行业标准计算,加热炉的热效率都在91%以上,经专业测评,因水热媒空气预热器的良好运行,使该加热炉的热效率提高了7.12%。该焦化装置的燃料气单耗为765.2MJ/t,比设计的870.6MJ/t低105.4MJ/t,说明水热媒空气预热器在延迟焦化加热炉上应用能够明显提高加热炉的效率,充分体现了该预热器的节能效果,大大降低了延迟焦化装置的能耗。(4)从经济效益来分析,由燃料气的组成和烟气组成计算得知,加热炉的理论空气量为14.93,空气过剩系数为1.17。而加热炉满负荷运行的燃料气用量为2280kg/h,每年开工8400h,假定烟气排烟温度比一般空气预热器低40℃,按照行业标准计算,每年可多回收热能约21916.6GJ,燃料油按2690RMB￥/t计,则每年可节省141×104RMB￥,而该空气预热器系统的总设备购置费以及安装调试费为211×104RMB￥,可见设备投资回报率高,其经济和社会效益非常可观。3除氧水系统压力(1)水热媒空气预热器投入使用必须先运行热媒水,只有在热媒水系统运行正常的情况下,方可将鼓、引风机投入系统,然后慢慢引热烟气至高温预热器和烟气换热器逐步升温,防止热媒水局部骤然受热损坏设备。如果系统发生故障,必须先将烟气切出水热媒空气预热器,这与一般换热器投用的原则一样。(2)在热媒水投用初期需要定期在整个热媒水循环系统的高点排气,防止热媒水系统内存有空气,空气的存在一方面会引起气阻造成热媒水泵不上量,导致系统换热不均匀局部过热,另一方面还可能引发预热器管束高温有氧腐蚀。(3)水热媒空气预热器正常运行过程中,热媒水系统不需要补充水,只有在换热设备泄漏时才需要微量补水;另外加热炉负荷和环境温度的变化也会引起热媒水容量的微量增减,水量增加会造成系统压力上升、安全阀起跳或管束泄漏;反之会造成系统压力下降,引发管束内除氧水汽化。因此热媒水必须与公用系统的除氧水始终连通,这就要求公用系统的除氧水系统压力相对稳定,为此该装置专门安装了一台自立式减压调节阀,以保证公用系统除氧水压力在规定的范围之内。(4)热媒水的循环量对烟气热量在空气预热器和烟气换热器的分布影响较大,如果热量的分布不合理,会造成在高温预热器的冷流空气的入口温度过低,使得其管壁温度低于烟气露点温度,从而腐蚀管束,另外切换热媒水循环泵时由于没有热媒水流量作参考,整个热量分布需要重新摸索和调整,有时调整不好还会导致热媒水循环泵超载跳停,因此建议在热媒水循环管路上设计和安装流量计,以方便操作和保证运行更安全稳定。4对回用空气预热系统的特殊要求在加热炉的烟气余热回收系统中,水热媒空气预热器在延迟焦化加热炉上的应用表明其