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管式加熱爐節(jié)能途徑與措施 PPT講義.ppt
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管式加熱爐節(jié)能途徑與措施 PPT講義.ppt
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管式爐的燃料消耗在化工裝置能耗中占60%-80%。因此,提高管式爐的熱效率,減少燃料消耗,對(duì)降低裝置能耗具有十分重要的意義 。熱效率是衡量管式爐先進(jìn)性的一個(gè)重要指標(biāo)。
效率與燃料的關(guān)系,如圖2-1
它關(guān)系著石油化工裝置能耗的高低。上個(gè)世紀(jì)七十年代以前,管式爐的熱效率僅60%-75%。那個(gè)年代的末期,一場(chǎng)世界性的能源危機(jī)促使各種節(jié)能措施紛紛上馬,從那時(shí)以來(lái),管式爐的熱效率一再得到提高,現(xiàn)在大中型管式爐的熱效率一般都在85%-93%之間,特別是裂解爐,由于重視能量綜合利用的整體設(shè)計(jì),其熱效率已達(dá)到94%-95%。小爐群則聯(lián)合采用余熱回收系統(tǒng)以提高熱效率。
常用的節(jié)能途徑及措施
管式加熱爐的熱負(fù)荷大小,隨裝置換熱流程的不同而改變,在處理能力不變的情況下,減少管式加熱爐的熱負(fù)荷,可減少其加熱爐的燃料用量。
通過(guò)改進(jìn)工藝流程,提高入爐物料溫度等措施,可使管式加熱爐的熱負(fù)荷得到減少,從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。
對(duì)流室的工藝流程變化
加氫裝置的反應(yīng)爐,由于爐管材質(zhì)昂貴,又要減少壓降等原因,常常采用純輻射的單排管雙面輻射爐型,排煙溫度可高達(dá)800℃。該裝置一般還有重沸爐或分餾爐,其介質(zhì)入爐溫度不高,通常采用對(duì)流-輻射爐型。它們之間應(yīng)該采取聯(lián)合回收余熱的方案:一種是讓分餾爐的被加熱介質(zhì)先進(jìn)反應(yīng)爐對(duì)流室,再進(jìn)分餾爐的對(duì)流室;另一種是將反應(yīng)爐的熱煙氣引入分餾爐的對(duì)流室入口處,分餾爐的對(duì)流室變成兩爐共用。這樣兩爐的排煙溫度都會(huì)大大降低,提高了總的熱效率,減少了燃料消耗。
重整裝置擴(kuò)建時(shí),常常將預(yù)處理部分的爐子進(jìn)料先引入新建的重整爐對(duì)流室,再回到原來(lái)的爐子。這樣既解決了新建重整爐的熱效率問(wèn)題,又使原來(lái)的預(yù)處理爐子不用改造就能滿足裝置擴(kuò)能而要求爐子增加熱負(fù)荷的需要。
聯(lián)合煙道 :
對(duì)于小爐群,例如芳烴裝置預(yù)處理部分的管式爐,就單個(gè)爐子而言,由于其熱負(fù)荷不大,單獨(dú)上一套余熱回收系統(tǒng)并不經(jīng)濟(jì),但將這些小爐子的煙氣集中起來(lái)上一套余熱回收系統(tǒng)則是合理的。還有把煙氣集中回收,通過(guò)高煙囪統(tǒng)一排放 。
2.3.1 減小末端溫差
減小對(duì)流室出口溫度與被加熱介質(zhì)入對(duì)流室溫度之差。這項(xiàng)措施涉及到一次投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的權(quán)衡問(wèn)題,應(yīng)該由詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)決定。
末端溫差大,一次投資少,但管式爐熱效率低,運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高;末端溫差小,一次投資大,熱效率高,運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。
采用空氣預(yù)熱器由煙氣直接預(yù)熱空氣的優(yōu)點(diǎn)在于它自成體系,不受工藝流程的約束。在管式爐其他參數(shù)不變的情況下,空氣預(yù)熱溫度與熱效率提高值的關(guān)系見(jiàn)圖2-2。從圖中可以看出,空氣溫度每提高20℃,爐子熱效率提高約一個(gè)百分點(diǎn)。
隨著空氣溫度的提高,燃燒產(chǎn)物中的NOX增加,如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)降低NOX,則對(duì)環(huán)保是不利的。另外,空氣溫度過(guò)高,還可能引起燃油噴頭結(jié)焦或燃燒器結(jié)構(gòu)變形、燒壞等問(wèn)題,除非改變?nèi)紵鹘Y(jié)構(gòu)和材質(zhì),一般空氣預(yù)熱溫度不宜 超過(guò)300℃。
2.3.2.1 熱管空氣預(yù)熱器
熱管空氣預(yù)熱器中的熱管一般由管殼和內(nèi)部工作液體(工質(zhì))組成。鋼制、密閉管殼內(nèi)抽成真空,工質(zhì)是經(jīng)特殊處理的液體,如圖2-3所示。
但是,碳鋼-水熱管在使用過(guò)程中不凝氣的積聚是常見(jiàn)的問(wèn)題之一。因此,長(zhǎng)期制約了熱管有效使用壽命的提高。
圖2-3 熱管原理圖
岳陽(yáng)長(zhǎng)嶺設(shè)備研究所研發(fā)的低溫除氫技術(shù)很好地解決了這個(gè)難題。該技術(shù)在2004年第13屆國(guó)際熱管年會(huì)上,得到國(guó)內(nèi)外專家的高度評(píng)價(jià),并于2006年獲得了國(guó)家發(fā)明專利。采用該技術(shù)生產(chǎn)的熱管有以下特點(diǎn):
①除氫反應(yīng)溫度大幅降低,在常溫下就能很好的進(jìn)行除氫反應(yīng),這樣徹底解決了鋼—水熱管在不同使用溫度下不凝氣體的消除問(wèn)題,保證了鋼-水熱管的長(zhǎng)周期高效運(yùn)行。
②用該技術(shù)生產(chǎn)的長(zhǎng)效鋼-水熱管,在試驗(yàn)室條件下,使用壽命較普通熱管提高兩倍以上,其性能已基本達(dá)到銅材的效果,但成本較銅材大幅降低。
③工業(yè)應(yīng)用節(jié)能效果明顯,在相同熱管數(shù)量下,熱風(fēng)平均溫度提高20℃以上。
④對(duì)不凝氣的消除效果非常明顯。從已在工業(yè)上應(yīng)用的情況看,新生產(chǎn)的熱管使用一年,無(wú)一支熱管因產(chǎn)生不凝氣而性能下降;普通熱管使用半年后,熱管冷端頂部溫度有66%的下降,溫度平均降幅為63℃,而長(zhǎng)效鋼-水熱管只有6%略有下降。
目前,該技術(shù)已在長(zhǎng)嶺分公司、岳化烯烴廠、鷹山石化、揚(yáng)子石化、西安石化、武漢石化等單位得到應(yīng)用,受到用戶的一致好評(píng)。
當(dāng)熱管換熱器在低溫?zé)煔庵惺褂脮r(shí),熱管會(huì)遇到低溫露點(diǎn)腐蝕是其在使用中常見(jiàn)的又一個(gè)主要問(wèn)題。解決露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題我們可以從以下幾方面做工作:
①根據(jù)煙氣的露點(diǎn)溫度合理確定排煙溫度。一般而言,排煙溫度應(yīng)高于露點(diǎn)溫度20-40℃。另外,在冬、夏季節(jié)環(huán)境溫度相差較大的情況下,應(yīng)控制不同的排煙溫度,在應(yīng)適當(dāng)提高冬季排煙溫度。
②增設(shè)前置預(yù)熱器,提高空氣入預(yù)熱器的溫度,可有效的防止露點(diǎn)腐蝕。
③對(duì)空氣風(fēng)道進(jìn)行旁路設(shè)計(jì),當(dāng)煙氣溫度較低或環(huán)境溫度較低時(shí),可將部分換熱后空氣混合到冷空氣中,以提高空氣的入口溫度。
④進(jìn)行調(diào)壁溫防低溫腐蝕設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)節(jié)冷熱端的結(jié)構(gòu)參數(shù),提高熱管換熱器的最低壁溫,防止低溫腐蝕。結(jié)構(gòu)參數(shù)中,冷熱端長(zhǎng)度的變化對(duì)壁溫的變化最敏感,但熱端的長(zhǎng)度不能增加太多,否則出口煙氣的溫度升高,單支熱管傳熱能力下降,空氣側(cè)流動(dòng)阻力也會(huì)增大;目前應(yīng)用得最多的是調(diào)整翅片的高度和間距。在結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整中,一般建議冷熱側(cè)同時(shí)改變某一參數(shù),這樣壁溫變化較快,且單排熱管的傳熱量基本不變,不用增加管排即可保證原有的傳熱性能。在壁溫與露點(diǎn)溫度相差不大時(shí),優(yōu)先選擇翅片高度或間距作為調(diào)溫參數(shù);當(dāng)壁溫與露點(diǎn)溫度相差較大時(shí),應(yīng)選擇冷端長(zhǎng)度作為調(diào)溫參數(shù)或同時(shí)調(diào)節(jié)多個(gè)參數(shù)。采用這種辦法逐排改變壁溫低于煙氣露點(diǎn)的最后幾排熱管結(jié)構(gòu),就可有效的防止低溫腐蝕。
⑤熱管是低溫區(qū)的換熱元件,其外表面采用燒鍍搪瓷,即在普通碳鋼(翅片管)外涂一層耐酸搪瓷,可有效防止換熱器低溫露點(diǎn)的腐蝕。由于搪瓷層很薄,一般厚度為0.2mm,因而與碳鋼結(jié)合緊密,對(duì)傳熱效果影響很小。搪瓷管的傳熱系數(shù)大于等于48.3W(m2·℃),與碳鋼管相比,傳熱系數(shù)相對(duì)降低率小于7.14%;且搪瓷表面光滑,不易結(jié)垢積灰,又耐磨損、抗腐蝕;與選用耐酸不銹鋼材料相比,可降低投資。
2.3.2.2 水熱媒空氣預(yù)熱器
水熱媒空氣預(yù)熱器利用除氧水或除鹽水作熱媒(中間載熱體),建立一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)。熱媒水通過(guò)放置在加熱爐對(duì)流室出口的煙氣換熱器吸收煙氣的熱量,再通過(guò)布置在鼓風(fēng)機(jī)出口的空氣預(yù)熱器放出熱量,加熱空氣,如此循環(huán)將煙氣熱量傳遞給加熱爐所需的空氣。為了防止煙氣換熱器發(fā)生低溫露點(diǎn)腐蝕,在水熱媒空氣預(yù)熱器進(jìn)口和循環(huán)水泵入口之間,設(shè)置旁路調(diào)節(jié)閥,控制空氣預(yù)熱器的換熱量,保證進(jìn)煙氣換熱器熱媒水的溫度高于露點(diǎn)溫度,即煙氣換熱器的最低壁溫高于露點(diǎn)(一般設(shè)計(jì)值為120℃-150℃)。水熱媒空氣預(yù)熱器典型流程見(jiàn)圖2-4。
主要工作特點(diǎn)有以下四點(diǎn):
(1)由于水熱媒空氣預(yù)熱器進(jìn)煙氣換熱器的熱媒溫度均控制在130℃以上,即使加熱爐負(fù)荷降低,排煙溫度也將高于水熱媒的進(jìn)口溫度;煙氣側(cè)最低管壁溫度均高于水熱媒進(jìn)口溫度,即高于露點(diǎn)溫度,較好地適應(yīng)了加熱爐負(fù)荷變化。
(2)水熱媒空氣預(yù)熱器設(shè)置了旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng),只要將控制回路中進(jìn)煙氣換熱器的熱媒水溫度提高,便可使煙氣側(cè)最低管壁溫度高于露點(diǎn)溫度,從而適應(yīng)燃料的變化。
(3)在加熱爐短時(shí)間操作異常,進(jìn)空氣預(yù)熱器煙氣溫度高于正常設(shè)計(jì)值時(shí),水熱媒空氣預(yù)熱器不會(huì)發(fā)生像熱管式空氣預(yù)熱器的熱管失效甚至爆管的現(xiàn)象。水熱媒空氣預(yù)熱器總管路中設(shè)有安全閥,當(dāng)熱媒水的壓力高于設(shè)定值時(shí),安全閥自動(dòng)啟跳,確保設(shè)備安全,設(shè)備使用壽命在5年以上。
(4) 最終排煙溫度同熱管式空氣預(yù)熱器相比,可降低20℃-50℃,所以余熱回收效率高,加熱爐熱效率可提高1%以上。
2.3.2.3 水熱媒空氣預(yù)熱器與熱管空氣預(yù)熱器的比較
熱管空氣預(yù)熱器的主要不足之處有:
(1)熱管操作彈性小。加熱爐正常操作時(shí),煙氣出對(duì)流室進(jìn)空氣預(yù)熱器的溫度為220℃-350℃,而在異常情況下,煙氣溫度可能高出設(shè)計(jì)值100℃-150℃,此時(shí)產(chǎn)生大量不凝氣體,減弱了熱管元件內(nèi)的循環(huán),導(dǎo)致部分熱管失效。
(2)熱管式空氣預(yù)熱器較難適應(yīng)燃料的變化。當(dāng)燃料硫含量增加,煙氣的露點(diǎn)溫度提高,熱管式空氣預(yù)熱器低溫段管壁溫度可能低于露點(diǎn)溫度,導(dǎo)致露點(diǎn)腐蝕。
所以采用熱管式空氣預(yù)熱器時(shí)為了防止露點(diǎn)腐蝕,排煙溫度不能定得太低,一般為140-180℃。
水熱媒空氣預(yù)熱器的主要不足之處有:
(1)因水熱媒空氣預(yù)熱器是用除氧水或除鹽水為介質(zhì)循環(huán)取出煙氣余熱,需要與裝置外(或內(nèi))的水系統(tǒng)相連,因此流程長(zhǎng),在加熱爐區(qū)要增加熱水泵、旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、安全閥等(其它類型的余熱回收系統(tǒng)沒(méi)有這些設(shè)施),增加了操作的復(fù)雜性。
(2)用于熱負(fù)荷較小的加熱爐時(shí),投資成本高。
因此,對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用,要因地制宜,靈活采用。
2.3.3 用煙氣余熱鍋爐發(fā)生蒸氣
在一些生產(chǎn)裝置上如連續(xù)重整四合一重整反應(yīng)爐上,熱負(fù)荷很大,為了減少壓降又不能在對(duì)流室排爐管,只能將對(duì)流室作為煙氣余熱鍋爐。又如制氫裝置的轉(zhuǎn)化爐,其轉(zhuǎn)化反應(yīng)只在輻射室的轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)進(jìn)行,熱負(fù)荷較大,煙氣出輻射室的溫度比一般管式爐要高的多,對(duì)流室僅靠預(yù)熱原料氣遠(yuǎn)不能將煙氣溫度降下來(lái),只能布置煙氣余熱鍋爐來(lái)產(chǎn)生蒸汽并入系統(tǒng)管網(wǎng)。
2.3.4 去灰除垢保證高的爐熱效率
加熱爐不完全燃燒產(chǎn)生的碳粒和燃料中的灰分等煙塵均會(huì)污染對(duì)流室爐管和余熱回收系統(tǒng)(如熱管)的外表面,增加熱阻,降低傳熱效果。
造成受熱面積灰結(jié)垢的主要因素有:燃料品質(zhì)變重,含硫增高;吹灰器的選型與使用不當(dāng),受熱面表面生成陳垢;爐負(fù)荷變化導(dǎo)致的燃燒質(zhì)量波動(dòng)性大。
為保證加熱爐長(zhǎng)期在高效率下運(yùn)行,采取的主要措施有:
(1)在線投用清灰劑。在加熱爐運(yùn)行過(guò)程中,定期從輻射段看火孔適量加入清灰劑,達(dá)到清除對(duì)流段爐管表面污垢的目的。它的原理是:投入到爐膛的清灰劑燃燒后,生成堿性物質(zhì)隨著煙氣的流動(dòng)而堆積在爐管表面上,與垢物中的酸和碳酸鹽起中和反應(yīng),變成無(wú)腐蝕、無(wú)粘接性的硫酸鹽,從管壁上自行剝離脫落下來(lái)。
(2)必須堅(jiān)持用吹灰器定期清除積灰。這對(duì)于燃油加熱爐尤為重要。現(xiàn)在吹灰器的種類較多,有蒸汽吹灰器、聲波吹灰器、次(亞)聲波吹灰器和燃?xì)饷}沖(激波)吹灰器等,它們?cè)诟髯缘氖褂梅秶鷥?nèi)效果較好。
現(xiàn)在使用較多的是聲波吹灰器,其原理是利用了聲學(xué)、振動(dòng)學(xué)和疲勞學(xué)等原理,通過(guò)聲波發(fā)生器,把一定強(qiáng)度的聲波送入運(yùn)行中的加熱爐內(nèi)各種可能積灰結(jié)垢的空間區(qū)域,通過(guò)聲能量的作用,使這些區(qū)域中的空氣分了與灰、垢粒子產(chǎn)生振蕩,即對(duì)這些粒子施以拉、壓循環(huán)變化的載荷,當(dāng)達(dá)到一定的循環(huán)應(yīng)力周次數(shù)N(N為102-105)后,灰、垢之間的結(jié)合力會(huì)因疲勞而被逐步破壞,再加上煙氣流的沖刷及煙氣中所含顆粒對(duì)灰粒子的撞擊而使灰垢脫落,被煙氣流帶走。
北京時(shí)林公司制造的聲波除灰系統(tǒng)由4部分組成:壓縮空氣源、聲波發(fā)生器、聲導(dǎo)管、電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)所使用的壓縮空氣壓強(qiáng)在O.3-O.6 MPa之間,流量在2-6 m3/min之間,它包括空氣過(guò)濾器、油霧器、減壓閥及電磁閥等元件。除灰器作用范圍為1.5-3 m,聲強(qiáng)范圍為135-140 dB,聲波頻率30-70 Hz。
實(shí)踐證明,用好吹灰設(shè)施,及時(shí)清除灰垢是加熱爐長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的重要措施之一。
運(yùn)行中應(yīng)對(duì)吹灰有足夠的重視,不要等積灰多了再吹,而是邊積邊吹,盡量保持不積灰或少積灰的良好狀態(tài)。
(3)干冰清洗與化學(xué)清洗
對(duì)燒渣油和對(duì)流室安裝釘頭管、翅片管的爐子,用吹灰器難以徹底解決積灰問(wèn)題。因此,近年來(lái)在停工大修期間和消缺期間用干冰清洗與化學(xué)清洗清洗對(duì)流管的方法,已取得良好的效果。據(jù)資料介紹,用這兩種方法清洗對(duì)流管的積灰后,可使排煙溫度下降20-100℃,熱效率相應(yīng)提高1%-5%。
下面分別介紹這兩種對(duì)流管積灰的清洗方法和注意事項(xiàng):
①干冰清洗
干冰是CO2的固態(tài)存在形式,CO2常態(tài)下是一種無(wú)色無(wú)味的氣體。在-78℃低溫時(shí),CO2以固體形式存在,在常壓下,固體CO2直接升華,沒(méi)有液化過(guò)程。
干冰清洗又稱冷噴。其工作原理是以壓縮空氣作為動(dòng)力和載體,以干冰顆粒為加速粒子,通過(guò)專用的噴射清洗機(jī)噴射到被清洗物體表面,利用高速運(yùn)動(dòng)的固體干冰顆粒的動(dòng)量變化、升華、熔化等能量轉(zhuǎn)換,使被清洗物體表面的污垢、油污、殘留雜質(zhì)等迅速冷凍、凝結(jié)、脆化、被剝離,同時(shí)隨氣流清除。該方法不會(huì)對(duì)被清洗物體表面,特別是金屬表面造成任何傷害,也不會(huì)影響金屬表面光潔度。
②化學(xué)清洗
化學(xué)清洗利用清洗液的濕潤(rùn)、滲透、乳化、分散和剝離性能,將污垢從爐管表面清除干凈。其過(guò)程由清洗設(shè)備將清洗液輸送到對(duì)流段頂部,由上而下噴淋到對(duì)流段爐管表面,在對(duì)流段下部安裝一個(gè)接液槽,將清洗液導(dǎo)出爐體。
在清洗過(guò)程中,如何保護(hù)好爐內(nèi)對(duì)流段、輻射段襯里不被清洗液淋濕,是爐管清洗中一個(gè)較為關(guān)鍵的技術(shù)步驟。如果對(duì)流段、輻射段襯里被淋濕、浸泡或沖壞,加熱爐開(kāi)工后,可能出現(xiàn)爐襯脫落、裂紋等現(xiàn)象,將影響加熱爐正常運(yùn)行,嚴(yán)重時(shí)需停爐搶修。因此,清洗中要有爐襯的保護(hù)措施。
近幾年,岳陽(yáng)長(zhǎng)嶺設(shè)備研究所先后對(duì)中石化長(zhǎng)嶺分公司、廣州分公司、洛陽(yáng)分公司、天津分公司、茂名分公司、西安分公司、荊門(mén)分公司及上海石化、齊魯石化、揚(yáng)子石化、鎮(zhèn)海石化、燕山石化、大慶石化、吉林化工、中原油田、岳化等幾十家國(guó)內(nèi)大型石化企業(yè)的近300臺(tái)加熱爐進(jìn)行了化學(xué)清洗,效果很好。并沒(méi)有一臺(tái)加熱爐的對(duì)流段、輻射段襯里被淋濕、浸泡或損壞。化學(xué)清洗效果見(jiàn)圖2-5、圖2-6。
③干冰清洗與化學(xué)清洗優(yōu)、缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表2-1。
表2-1干冰清洗與化學(xué)清洗優(yōu)、缺點(diǎn)的比較
第二章 管式加熱爐的節(jié)能途徑與措施
2.4 合理控制過(guò)?諝庀禂(shù)
過(guò)剩空氣系數(shù)對(duì)管式加熱爐熱效率影響很大。過(guò)剩空氣系數(shù)過(guò)大,一方而,表明管式加熱爐內(nèi)煙氣含氧量過(guò)多,排煙時(shí),過(guò)?諝鈱崃繋ё撸湃氪髿,所以使?fàn)t子熱損失增加,熱效率下降;另一方面,會(huì)降低爐膛內(nèi)燃燒溫度,使?fàn)t管表而熱強(qiáng)度下降,若要保證管式加熱爐的恒定熱負(fù)荷,則必須增加燃料用量,使管式加熱爐熱效率下降。過(guò)剩空氣系數(shù)過(guò)小,會(huì)造成燃料燃燒不完全,也會(huì)使管式加熱爐燃料耗量增加,從而使管式加熱爐熱效率下降。
合理控制過(guò)?諝庀禂(shù)的辦法很多。首先是要選用性能良好的燃燒器,保證在較低的過(guò)剩空氣系數(shù)下完全燃燒;其次是在操作過(guò)程中管好三門(mén)一板(風(fēng)門(mén)、氣門(mén)、油門(mén)和煙囪擋板),確保管式爐在合理的過(guò)?諝庀禂(shù)下運(yùn)轉(zhuǎn),既不讓過(guò)剩空氣量太大,也不因過(guò)?諝獠粔蚨霈F(xiàn)不完全燃燒;再者是應(yīng)做好管式爐的堵漏,因?yàn)榛す苁綘t幾乎都是負(fù)壓操作的,如果看火門(mén)、人孔門(mén)、彎頭箱門(mén)等關(guān)閉不嚴(yán)或爐墻有泄漏之處,從這些地方漏入爐內(nèi)的空氣一般都不參與燃燒而白白帶走熱量。
第二章 管式加熱爐的節(jié)能途徑與措施
過(guò)剩空氣系數(shù)太大不僅僅使熱效率降低,還有其他許多有害之處,例如加速爐管和爐內(nèi)構(gòu)件的氧化、提高S02向S03的轉(zhuǎn)化率從而加劇低溫露點(diǎn)腐蝕等等。
合理地控制過(guò)?諝庀禂(shù),對(duì)提高管式加熱爐的熱效率是很重要的。通常采取的措施是,檢測(cè)煙氣中的一氧化碳含量,來(lái)控制煙道供風(fēng)擋板或燃燒空氣入爐量,使管式加熱爐處于最佳的燃燒狀態(tài),從而使燃料耗量減少。
2.5 減少不完全燃燒損失
不完全燃燒除造成熱損失,降低熱效率外,還造成大氣污染。機(jī)械不完全燃燒產(chǎn)生的炭粒還會(huì)造成對(duì)流室爐管表面積灰,影響傳熱效果。
減少不完全燃燒損失的措施首先是選用性能良好的燃燒器,并及時(shí)和定期地做好維護(hù),使燃燒器長(zhǎng)期保持在良好狀態(tài)下運(yùn)行,以保證在正常操作范圍內(nèi)能完全燃燒。其次是在操作中精心調(diào)節(jié)“三門(mén)一板”,以保證過(guò)剩空氣量適合。
化工管式爐的燃燒器性能一般都較好,自動(dòng)化控制水平也較高,因此不完全燃燒都較少。在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中通常都不考慮不完全燃燒損失。但對(duì)那些性能不良或維護(hù)不及時(shí)運(yùn)行狀況不好的燃燒器,以及操作管理不精心的爐子來(lái)說(shuō),不完全燃燒損失則是不可忽略的。
2.6 減少散熱損失
管式爐外壁以輻射和對(duì)流兩種方式向大氣散熱。散熱量與爐外壁溫度、環(huán)境溫度和風(fēng)速等有關(guān)。當(dāng)內(nèi)壁溫度一定,爐墻材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和尺寸也一定時(shí),環(huán)境溫度下降,爐外壁溫度也降低,實(shí)際溫差變化不大,散熱損失變化也不大。同樣,環(huán)境風(fēng)速增加,外壁溫度也降低,但對(duì)流傳熱系數(shù)增加,因此散熱量變化也不大。也就是說(shuō),環(huán)境溫度和風(fēng)速對(duì)爐外壁溫度影響較大,而對(duì)散熱損失雖然有影響,但是影響并不大。
新建的化工管式爐的散熱損失并不大,一般僅占爐子總能量的l%-2%。因此靠減少散熱損失來(lái)提高熱效率的余地并不大。但對(duì)于已經(jīng)使用多年,爐墻已有損壞的爐子,及時(shí)修補(bǔ)爐墻對(duì)減少散熱損失,提高熱效率卻是很有必要的。
2.7 扭曲片強(qiáng)化傳熱技術(shù)在裂解爐輻射爐管上的應(yīng)用
在流體力學(xué)中,當(dāng)氣相或液相物料在管道內(nèi)沿著一個(gè)方向做平直流動(dòng)時(shí),在摩擦力的作用下,靠近管壁的流體速度相對(duì)于管道中心的流體流速要慢得多,易發(fā)生滯留現(xiàn)象;而流速慢的物料在外界高溫作用下則容易結(jié)焦,從而影響傳熱效果。
裂解爐輻射管扭曲片技術(shù)改造就是在爐管上間隔焊接兩段內(nèi)部預(yù)制有一個(gè)S型的扭曲片短管,強(qiáng)制改變了裂解爐管內(nèi)物料的流向,使其中的物料由原來(lái)的柱塞流改變成旋轉(zhuǎn)流,對(duì)爐管管壁產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的橫向沖刷作用,從而減薄邊界滯留層,減緩管壁的結(jié)焦趨勢(shì),進(jìn)而提高了傳熱效果,并延長(zhǎng)了裂解爐的運(yùn)行周期。
扭曲片技術(shù)是北京化工研究院將航空空心葉片強(qiáng)制冷卻原應(yīng)用于乙烯裂解爐強(qiáng)化傳熱的技術(shù)發(fā)明。經(jīng)過(guò)十多年的試驗(yàn)和開(kāi)發(fā),該技術(shù)目前已經(jīng)日臻成熟,經(jīng)在企業(yè)的整爐工業(yè)試驗(yàn)表明,扭曲片管對(duì)輕重原料都有很好的適應(yīng)性,加裝扭曲片管可使裂解爐輻射段爐管管壁溫度下降20℃以上,對(duì)裂解爐的操作和運(yùn)行沒(méi)有不良影響,石腦油在正常裂解條件下延長(zhǎng)運(yùn)行周期110%,石腦油在提高處理量7%和提高裂解溫度8℃的條件下延長(zhǎng)運(yùn)行周期70%,重柴油在提高處理量7%條件下延長(zhǎng)運(yùn)行周期27%,扭曲片對(duì)裂解爐的主要產(chǎn)品收率影響不大。
2.8 裂解爐空氣預(yù)熱技術(shù)的應(yīng)用
充分利用乙烯裝置過(guò)剩的低壓蒸氣、急冷水等熱源,在裂解爐底部燃燒器采用空氣預(yù)熱器回收低溫?zé)峒夹g(shù),節(jié)能效果明顯。
該項(xiàng)技術(shù)由北京航天動(dòng)力研究所開(kāi)發(fā)。通過(guò)增設(shè)在裂解爐底部燃燒器的空氣預(yù)熱器加熱入口空氣,從而提高進(jìn)入爐膛的空氣溫度,降低裂解爐的燃料消耗。
這種新技術(shù)的核心之處是它的節(jié)能性,即選用的加熱介質(zhì)是裝置余熱,而不是有用熱介質(zhì);節(jié)能系統(tǒng)不增加公用工程水、電、氣、汽的消耗;用裂解爐本身設(shè)備儲(chǔ)備的動(dòng)力余量來(lái)推動(dòng)整個(gè)節(jié)能系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),即僅消耗很少的原設(shè)備動(dòng)力就可滿足運(yùn)行。這種新技術(shù)已在中石化幾套大型乙烯裝置上成功投用,空氣溫度加熱達(dá)到50℃-130℃,節(jié)約燃料氣1.5%-5%。此項(xiàng)技術(shù)已獲得國(guó)家發(fā)明專利。
2.9 應(yīng)用高溫輻射涂料增強(qiáng)換熱效果
加熱爐的燃料通常為瓦斯、燃料油,這兩種能源燃燒所放出的化學(xué)能,在加熱爐內(nèi)是以輻射和對(duì)流的方式傳給介質(zhì)的,而靠輻射方式傳遞的熱量占總的傳熱量的70%,可見(jiàn)輻射傳熱的效果如何,直接影響加熱爐的效率。要想強(qiáng)化輻射傳熱那就必須增加反輻射率,燃料燃燒所放出的化學(xué)能傳到爐墻后要馬上反給爐管,最終傳給介質(zhì),而不是被爐墻所吸收。
因此,在管式爐爐膛內(nèi)表面噴涂高溫輻射涂料,可以增強(qiáng)輻射傳熱量。爐內(nèi)壁常用的耐火材料(耐火磚、耐火混凝土和耐火纖維氈三大類)輻射系數(shù)小,而高溫輻射涂料的幅射系數(shù)大,涂抹后會(huì)增加熱源對(duì)爐壁的輻射傳熱量,使?fàn)t壁表面溫度上升,達(dá)到增大爐管的傳熱量和加熱爐的熱負(fù)荷之目的。
2.10 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用
變頻調(diào)速技術(shù)是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子電源頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,相應(yīng)地改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和工況,使其工況適應(yīng)加熱爐運(yùn)行的變化。
加熱爐在實(shí)際運(yùn)行中,因熱負(fù)荷、燃料組份的變化,使得加熱爐煙氣中最佳過(guò)剩氧量很難控制,使用傳統(tǒng)的“三門(mén)一板"很難準(zhǔn)確地控制煙氣中的氧含量。在加熱爐空氣預(yù)熱器系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)的電機(jī)上分別安裝變頻調(diào)速器,空氣量和煙氣量靠調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)的電機(jī)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn),風(fēng)量和煙氣量能夠做到準(zhǔn)確控制,從而保證燃料燃燒充分,加熱爐高效運(yùn)行和平穩(wěn)。
采用變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)電效果明顯。加熱爐系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī),現(xiàn)在根據(jù)用風(fēng)量要求,調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù),節(jié)電率達(dá)40%。
謝謝!
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