芳烃抽提装置标定状态下加热炉热效率分析

别中正，李国冲，王文斌

（中国石油广西石化分公司，广西 钦州535008）

芳烃抽提装置标定状态下加热炉热效率分析

别中正，李国冲，王文斌

（中国石油广西石化分公司，广西 钦州535008）

主要对芳烃抽提装置在标定状态下加热炉的热效率进行了分析，并提出了改进措施。通过现场对加热炉进行实地操作数据的测取，总结并归纳了不同设备位号进出口的流量、温度参数，分析了影响炉热效率的主要原因，并据此提出了提高本装置加热炉热效率的几点措施。为设计人员和生产单位的加热炉操作参数的选取、现场调试以及经济运行提供参考。

加热炉；热效率；燃烧器；过剩空气系数

芳烃抽提装置的二甲苯塔重沸炉采用油气混烧型双胞胎结构设计，进料分八路进入对流室、辐射室，扩径后出重沸炉。对流室顶部通过191℃热蒸汽回收烟气余热，对流段设有激波吹灰装置，烟气余热回收系统中设有离心式鼓风机和搪瓷热管空气预热器，其设计热效率可达90%。

整套装置中，加热炉作为主要的能耗设备之一，其热效率的高低直接影响到运行成本，也是评判整套装置性能的一项重要指标。分析影响加热炉热效率的因素并寻找提高热效率的措施，对整套装置的经济效益具有十分重要的意义，也为设计人员和生产单位的调试和经济运行提供参考。

1 标定状态下加热炉运行情况分析

广西石化芳烃抽提装置于2010年9月6日一次开车成功，经过3个月的平稳运行后，本装置在2010年12月13日14：00时至2010年12月15日14：00时进行了装置满负荷标定工作，用以考察装置在设计的加工负荷下能否平稳运行以及各项指标是否满足设计要求。以下为标定状态下加热炉相关运行数据，并进行简要分析。

通过计算，加热炉在标定状态下全炉热效率为89．4%， 过剩空气系数为1．32，热负荷为54．5MW。

表1 标定状态下加热炉操作数据

表2 标定状态下烟气分析

影响加热炉热效率的主要原因分析如下：

（1）空气过剩系数偏大。设计空气过剩系数为1．15～1．25。 如果空气过剩系数为1．2时，排烟损失可降低为7．43%。

（2）加热炉热负荷偏大，会引起热效率下降。

（3）排烟温度达到184℃，远超设计最大值170℃。

2 提高加热炉热效率的几点建议

该设备由于是新开工的装置，加热炉的热效率基本能够满足设计工况，为了更好地提高本装置加热炉的热效率，特提出以下几点建议优化今后的加热炉操作。

2．1 控制过剩空气量

过剩空气系数对加热炉的影响主要表现在以下几个方面：

（1）对加热炉热效率的影响

加热炉是靠燃料燃烧来提供热量的。在操作过程中，过剩空气系数过大会使加热炉内烟气含量增加。在排烟过程中，大量的烟气将热量带走，排入大气，因此，加热炉热损失增多，热效率下降。由于过剩空气是在出口烟气温度下排入大气的，所以排烟温度越高，过剩空气带走的热量越多，对热效率的影响也就越大。

（2）对燃烧温度的影响

在加热炉内，燃料燃烧温度越高，火焰和高温烟气传给辐射炉管的热量就越多，而且是与火焰和高温烟气的绝对温度成四次方关系。辐射室燃烧温度的高低，会改变炉膛的温度场分布，影响加热炉内辐射段和对流段传热量的比例。当过剩空气系数由1．2升高至1．6时，最高燃烧温度约下降330℃。加热炉辐射室过剩空气系数增大后，降低了燃烧温度，使辐射管热强度减小，吸热量下降，对流管又不能弥补辐射管少吸收的热量，必须增加燃料用量才能保持加热炉的恒定热负荷和管内介质出口温度，因此使加热炉热效率下降。

（3）对露点温度的影响

加热炉尾部受热面的壁温保持在烟气露点温度以上是防止露点腐蚀和堵塞所必须考虑的一个主要问题。加热炉热效率不能进一步提高，往往是受到低温露点腐蚀的限制。烟气中的过剩空气量增大后，会使露点温度升高。因为过剩空气量过大会促使烟气中过多地生成SO3，SO3将与烟气中的水蒸汽H2O化合生成硫酸蒸气，当硫酸蒸气凝结到加热炉尾部温度较低的受热面上时，就会发生低温露点腐蚀。

（4）对环境的影响

过剩空气系数过大会加剧炉管氧化，促使氮氧化物NO2增加，从而对环境造成极不利的影响。

鉴于过剩空气量对加热炉的燃烧性能影响较大，在操作过程中需要更好地通过调节烟囱挡板和风道蝶阀来控制过剩空气量，使燃料充分燃烧，更好地节约能源和优化环境。

2．2 减少散热损失

加热炉以辐射和对流2种方式向大气散热，其散热量和炉外壁温度、环境温度和风速等有关。环境温度和风速对炉外壁温度影响较大，而对散热损失虽有影响，但影响并不大，一般占炉子总能耗的1%～2%。

本装置为新建装置，炉壁热损失在2．5%左右，通过热成像分析发现炉体外表面某些部位存在局部高温热点如图1、图2所示。其中图1温差峰值为24．9℃，图2温差峰值达到32℃，说明在这些部位存在局部高温热点，需要在下次停工检修时对加热炉衬里进行修补。

2．3 提高吹灰器使用效果

加热炉不完全燃烧产生的碳粒和燃料中的飞灰等烟尘均会污染辐射室、对流室的炉管和余热回收系统的外表面，从而增加热阻，降低传热效果。定期清除积灰，对燃油加热炉尤为重要。本装置采用QMF－JB－R5818－50型激波吹灰器，使用过程中出现燃料气压力波动，部分吹灰器不闪爆等故障。根据吹灰器使用情况，需采用以下措施保证吹灰器的正常运行：

（1）定期对燃料气组分、压力和流量进行检测，保证燃气和空气的混合比在规定的范围内。当出现燃气组分、压力和流量变化时，要及时确定是否为工艺原因或者管线堵塞。

（2）监控燃料气中硫化物含量及燃料油中灰分等杂质含量，发现分析异常后及时调整，有效减少和避免加热炉余热回收系统的积灰结垢。

（3）在加热炉运行过程中，根据炉膛温度需要不定期从辐射室观察，并加入适量清灰剂，来清除辐射段和对流段炉管表面的积灰。

2．4 优化油气混烧燃烧器的使用

对于油气混烧型燃烧器，一次风门和二次风门的开度，雾化蒸气的品质和使用量，燃料油和燃料气的使用量都直接影响加热炉的热效率。本装置燃烧器在使用过程中，也出现过燃料油火嘴堵塞，雾化蒸气带水，火焰过长、发飘，炉膛冒烟等异常现象。因此，今后更要从以下几方面来优化燃烧器的操作：

（1）加强“三门一板”的调节，尤其是二次风门的调节。烧渣油时，二次风门多开一些；烧燃料气时则关闭二次风门。

（2）油气混烧时，可在某些燃烧器内单独烧油，其他燃烧器内单独烧瓦斯气。同时燃烧两种燃料时，应维持一种燃料的恒定负荷，以另一种燃料控制炉内的介质温度。当较长时间内单独燃烧瓦斯气时，应将油枪拔出或通入少量蒸气，以防设备烧坏。

3 结论

节能降耗是当今社会发展的主体，本文根据芳烃抽提装置标定状态下加热炉的运行情况，分析了影响加热炉热效率的主要原因，在此基础上，提出了一系列提高加热炉效率的合理化建议，为生产单位加热炉操作参数的选取和现场调试提供参考。此外，根据本装置的特点，今后还需在以下几个方面强化加热炉节能效果的研究：

（1）加热炉工艺介质组分较重，造成介质进出口温度偏高，影响整个加热炉的效率和安全，需要改善上游进料工况。

（2）优化燃料气的组分，可以提高激波吹灰器的性能和全炉热效率。

（3）深化对加热炉的技术管理，严格按照操作卡片指导加热炉的操作，做到受控管理。

［1］ 刘运桃．管式加热炉技术问答［M］．北京：中国石化出版社，2006．

［2］ 阎国超．炼油化工工艺及设备概论［M］．山东：石油大学出版社，1999．

［3］ 徐承恩．催化重整工艺与工程［M］．北京：中国石化出版社，2006．

Thermal Efficiency of Furnace at Calibration State of Aromatics Extraction Unit

BIE Zhong-zheng，LI Guo-chong，WANG Wen-bin
（Guangxi Petrochemical Company，Qinzhou 535008，China）

TQ 052.6

B

1671-9905（2011）06-0061-03

别中正，男，助理工程师，联系电话：15177963100，地址：535008广西钦州广西石化生产二部，E-mail：biezhongzheng＠petrochina．com．cn

2011-03-31