第３１卷第１１期 Ｖ０１３１ Ｎｏ．１１ 企业技术开发 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ ２０１２年４月 Ａｐｒ．２０１ ２ 石油化工加热炉群联合余热回收节能改造 闰延超 ，２ （１．安庆实华工程设计有限责任公司洛阳分公司，河南洛阳４７１００３； ２．洛阳合纵石化工程有限公司，河南洛阳４７１００３） 摘要：文章根据大型炉群中各台加热炉的实际情况，对炉群联合余热回收系统的合理设计，使整个系统的各台 加热炉都操作方便，运行高效。 关键词：加热炉群；热效率；联合余热回收系统；节能改造；空气预热器 中图分类号：ＴＫ１１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１２）１ｌ一０１６２－０２ 炉膛烟气氧含量过低，无法保证燃料的完全燃烧，燃 小投资，加热炉常集中布置，采用联合余热回收系统回收 料的不完全燃烧使加热炉操作时燃料消耗增加，致使加 烟气余热，这样做虽节省了空间，降低了投资，但同时也 热炉热效率降低。 增加了系统的复杂性，设计时应充分考虑，以免影响各炉 １．３加热炉余热回收系统预热器 的正常工作。 ①空气预热器直接使用热管预热器不合适。目前 某炼化公司芳烃厂二甲苯车间８５００单元有二甲苯 ８５０１炉群混合烟气温度在３７５～４００℃之间，根据我公司 目前，炼化装置不断大型化，集群化，为节省占地，减 塔再沸炉（８５０１Ａ／Ｂ）设计介质热负荷７６．４ ＭＷ，设计热效 率９０％；择形歧化加热炉（５５０１）设计介质热负荷５．０２ ＭＷ，设计热效率６１％；、甲苯塔再沸炉（５５０２）设计介质热 负荷３０．５ ＭＷ，设计热效率８０％；进料加热炉（７５０１Ａ／Ｂ） 实际热负荷在５．５～ｌ６．５ ＭＷ之间，设计热效率不会高于 ９０％。炉群采用一套联合余热回收系统并采用纯热管空 气预热器，实际排烟温度＞１５０℃。 的经验及综合多个炼厂实际操作经验教训，热烟气温度 高于３００％不适合直接使用热管空气预热器。８５００＃炉群 混合烟气３７５～４０ｏ℃这么高的烟气温度很容易造成预热 １加热炉目前存在的主要问题 １．１ ８５０１Ａ／Ｂ加热炉对流段排管不足 器的热管失效，而一旦热管开始失效将形成恶性循环：烟 气温度高一热管失效一加热炉效率降低一燃料消耗增 加一烟气进预热器温度升高一热管失效。 ②热管预热器热管采用立式不合理。热管烟气侧结 构有环形翅片，立式布置的热管其翅片是水平的，不利于 烟气中的灰尘靠自重清除，未能合理利用烟气自清灰能 力。 ８５０１Ａ／Ｂ加热炉对流段介质入口温度２８０～３００℃， １．４加热炉群余热回收系统鼓风机出口风道布置不合 理 烟气出口温度约４６０℃，介质和烟气温差在１６０～１８０℃； 加热炉群余热回收系统鼓风机出口风道布置不合 对新设计的加热炉，碳钢管材的炉管和介质换热温 理，两台鼓风机并联布置，但风机布置不对称，且风机空 差一般控制在３０—５０℃是比较经济合理的。目前８５０１Ａ／Ｂ 气出口流形不合理，两台风机同时操作时调节困难，空气 炉的换热温差明显偏大。同时对流出口烟气温度过高，也 出口压力不稳定。 给后续的余热回收系统操作带来困难。 １．２加热炉出口烟道进炉顶水平联合烟道布置不合理 ２数据整理分析 加热炉出口烟道进炉顶水平联合烟道布置不合理， ２．１数据整理 在保证加热炉燃烧器正常燃烧的前提下，造成加热炉操 整理出的数据如表１所示。 作过程中辐射顶负压和炉膛烟气氧含量难以控制，并且 其中一台加热炉的操作波动会引起其他加热炉 表１整理出的数据 炉膛压力的波动。 数据名称 加热炉编号 合计 备注 ＢＡ ８５０１Ａ／Ｂ ＢＡ一５５０１ ＢＡ一５５０２ ７５０１Ａ／１３ 炉顶压力低，炉体看火门、防爆门、长明灯、 设计介质热负荷Ｍｗ ７６．３４ ５．２ ３５．０７ １ １７－１２７正常 看火孔、弯头箱等处漏风量大，漏进炉内的空气 现操作供给热负荷ＭＷ ７５．６ ６．７５ ２７ ５．４ １ １４．７５ 最大 不参与燃烧，相当于将空气加热到排烟温度排 现操作供给热负荷ＭＷ ９４．５ ８．１ ２９．７ １６．２ １４８．５ 放，直接造成加热炉热效率下降；漏风还导致实 对流出口烟气温度ｃｃ ４６０ ２９０ ３００ 混合烟气温度正常，最大 ３７５／４００℃ 际烟气量比理论烟气量大，影响余热回收系统预 现操作计算烟气量Ｎｍ３／ｈ １３５７２８—１７５６４８ 热器的操作。 现操作计算空气量Ｎｍ３／ｈ １２５２９９－－１６２１５２ 炉顶压力高，设计负压操作的加热炉可能形 加热炉热效率 成炉内正压，给加热炉的操作带来安全隐患。 ２数据分析 炉膛烟气氧含量过高，说明未参与燃料燃烧的空气 ２．目前进预热器混合烟气温度在３７５／４００％，这么高的 量多，造成加热炉实际操作热效率下降。 温度如果直接进行余热回收，假如环境温度按２０。【＝计 作者简介：闰延超，助理工程师，主要从事石油化工加热炉设计 算，烟气和空气间换热温差４０℃，则换热后空气温度不 工作。 第３ｌ卷第１１期 闰延超：石油化工加热炉群联合余热回收节能改造 １６３ 能超过３３５～３６０￣Ｃ计算，空气温升在３１５～３４０℃之间， ３Ｏｏ ４５。汇人，使烟气流动顺畅。 ３余热回收部分 漏风量按１５％反算烟气温降：Ａ ｔ＝２３８—２５８℃，排烟温度 ４．①根据现场实际情况，利用原热管预热器框架，在热 气内循环的影响。如果考虑空气内漏和烟气内循环影响 管预热器前部增加高温保护段。因烟气进入预热器温度 因素，实际排烟温度不会低于ｌ５０℃。而空气内漏和烟气 偏高，而现有缺少高温保护的热管预热器，预期寿命在 内循环是不可避免的。炉群的实际热效率＜８６％。 ３ ６个月。之后换热效果开始急剧恶化，不能保证加热 芳烃厂燃料非常干净，燃料硫含量小于５ＰＰｍ，具备 炉的长周期高效率操作。所以必须在现有热管预热器前 进一步降低排烟温度的条件；加热炉改造工程必须考虑 部增加高温保护段。 ②调整热烟道。调整热烟道下行角度，使烟气流动合 改造后装置操作的适应性，并且冬季和夏季环境温度相 差４０ ｃ（＝以上，必须设置一定的调节手段，控制排烟温度 理，降低烟道中的烟气流动阻力损失。利用原热烟道做支 在合理的范围内；根据核算结果，最大操作负荷和原设计 撑，改变热烟气出口流向，使热烟气从上面直接进入新增 负荷基本吻合，本装置改造以原设计负荷为准比较合适； 的预热器高温保护段。要想进一步提高热效率，必须增加主要介质吸热量；我公 ③调整５５０１热烟道。原加热炉５５０１烟气汇入５５０２ 司控制钢水热管预热器的使用范围是：烟气温度２８０～ 对流段，炉５５０１缺乏调整手段，无法调整炉顶负压，建议 １８０℃，特殊工况下最高使用温度不超过３００℃，中温热 增加烟道调节挡板，方便炉５５０１的操作。管或高温热管，根据我们了解的目前国内实际使用情况， ④调整鼓风机出口风道。现场鼓风机出口风道布置 不推荐使用。 不合理，改造后保持鼓风机位置不动，根据需要调整鼓风 机出ＩＳｌ风道，空气直接向上流动进入热管空气预热器，使 ３改造目标 空气流动更加顺畅，解决目前操作中鼓风机存在的问题。 ⑤鼓风机控制方案调整两台鼓风机单独操作都能满 解决ＢＡ ８５０１Ａ／Ｂ加热炉对流段取热不足问题，为进 但如果采用一开一备，实际过程 步提高加热炉热效率创造条件；解决加热炉余热回收 足加热炉燃烧供风要求，系统操作寿命短，长周期操作效率低下问题，提高加热炉 操作中运行鼓风机发生故障时，临时启动另外一台鼓风 长周期实际操作热效率，减少燃料消耗；解决加热炉余热 机在时间上来说是来不及的。建议采用两台鼓风机同时 供风，每台鼓风机供风５０％的运行模式。这样其中一台 回收系统鼓风机操作不稳定问题。 鼓风机发生故障时才有足够的时间调整另外一台鼓风机 ４改造方案 满负荷运行。 ⑥现场旁通风道偏大，重新设计旁通风道，使之结构 ４．１ ８５０１Ａ／Ｂ对流段增加介质排管 相关的密封 由于８５０１Ａ／Ｂ炉对流出口烟气温度偏高，致使炉群 更合理，操作调节方便。如果旁通风道过大，而且挡板密封调 混和后烟气温度在３７５℃以上，给后续的空气预热器设 调节挡板及其执行机构也大，不仅占地，容易泄漏。空气泄漏后不经过预热器直接进入主 计带来困难。采用扰流子预热器取热，一程扰流子不够， 节不便，影响空气预热器 两程设计困难。因此只能加高对流段，根据需要增加合理 风道。使实际经过预热器的空气量偏小，最低不能低于１３５～１４５℃，这还没有考虑空气内漏、烟 一的主介质对流排管。 根据８５０１Ａ／Ｂ加热炉的结构，在不改变原结构的前 换热效果。 ⑦调整预热器冷烟出口烟道。目前预热器冷烟出口 提下，在对流顶新增加一段对流段，用来加热主介质。由 烟道结构复杂，烟气流动过程中弯多弯陡弯急，烟气流动 于主介质为液相，排管内外气一液的换热系数比空气预 阻力大。克服阻力就需要消耗电力，造成加热炉的实际操 热器气一气换热系数大，换热效果也更加经济。并且用较 作能耗加大。根据现场实际，增加预热器高温保护段后， 高温位的烟气直接加热主介质不会降低烟气品味，加热 适当调整冷烟道结构，使之达到节能降耗目的。炉的操作运行更加合理，并且真正的减少燃料消耗。 初步估算增加一段对流段后，出对流烟气温度能降 低到３６０℃以下，炉群混和烟气温度在３３４ｏＣ左右。完全 可以采用一程扰流子保护段回收烟气余热并对热管预热 器进行保护。确保加热炉及配套的余热回收系统长周期 高效率操作。 ５改造效果 目前，该系统已按此方案进行了改造投用一年多，改 造后炉群热效率一直保持在９１％以上。且各炉的各项指 标均在合理范围之内，操作也更加简单平稳。改造带来的 经济效益，正常工况下燃料消耗减少４６７ Ｎｍ３］ｈ，按每年 ４．２加热炉出口烟道 开工８ ０００ ｈ计算，节约燃料气４ １７０ ｔ／ａ。按燃料气３ ０００ 加热炉出口烟道进炉顶水平联合烟道布置不合理。 元／ｔ计算，每年燃料节约费用约１ ２５１万元。改造总投资 现有烟道情况使得远离水平烟道烟气出口的加热炉排烟 工程费用８００万元，８个月即回收了全部投资。烟气可能对靠近水平烟道烟气出口位置的加热炉排烟形 成封堵。造成靠近烟囱位置的加热炉排烟不畅，炉膛压力 参考文献： 波动，炉膛压力及烟气氧含量调整不便，无法将加热炉内 １］化工部工业炉设计技术中心站．化学工业炉设计手册【Ｍ】． 辐射顶负压及烟气氧含量控制在合理的范围内，甚至造 【北京：化学工业出版社，１９８８． 成火嘴熄火的危险。根据现场实际情况，将加热炉排烟进 入水平烟道的角度由垂直进入修改为顺烟气流向倾斜
