浅谈炼化装置加热炉节能技术

赵子龙

大庆石化公司炼油厂，黑龙江 大庆 163711

加热炉是炼油和石油化工生产装置的主要耗能设备，其能耗占装置总能耗的20%~70%。降低其能耗对整个石油和石化行业节能工作有着重要意义。由加热炉热效率反平衡法计算公式可知，提高热效率、减少燃料消耗量的措施为：降低排烟损失、不完全燃烧损失、表面散热损失和附属设备耗能。

一、降低排烟损失

1.回收烟气中的余热，降低排烟温度

目前国内外各炼厂采用的余热回收措施大致有以下几种类型。

(1)从工艺流程与装置总体平衡考虑，有冷进料及工艺分支物流预热空气。

(2)从加热炉本体考虑，有对流段增加管束及对流段采用钉头管、翅片管等。

(3)从改进和简化循环系统考虑有热载体循环，包括开路与闭路热载体循环。

(4)从增加附属回收设备考虑，有钢管式、玻璃管式、回转式、铸铁管式、扰流子式、热管式及板式空气预热器等。

(5)从与其他设备联合节能考虑，有余热锅炉及热电联产。

余热回收技术选用原则是：应首先在炉子现有设备上考虑，如利用低温工艺介质降低排烟温度和利用对流空间增加对流室传热面积，强化对流传热；其次再考虑增加附属设备和采用各种预热器和余热锅炉方法回收烟气余热。对增加设备的费用应进行经济评价，投资回收年限一般不超过3年。

吹灰器是清除加热炉对流炉管积灰，保证加热炉长期高效运行的设备。目前炼化加热炉使用的吹灰器有：声波吹灰器、激波吹灰器和蒸汽吹灰器。声波吹灰器由于吹灰的能量较小，对于黏性小且又疏松的积灰具有良好的吹灰效果，使用的经济性也较好，对于重质燃料油燃烧产生的黏性灰吹灰效果较差。激波吹灰器又称脉冲或爆炸吹灰器，由于吹灰的能量较声波吹灰器大，吹灰效果较好，但产生激波时引起的振动对加热炉的衬里和对流炉管的使用寿命有一定的影响。蒸汽吹灰器使用历史悠久、技术成熟、吹灰效果好，但存在吹灰管易变形、传动部件易出故障、结构复杂等缺点。

2.降低α，减少排烟量

在加热炉中，燃料不可能完全燃烧。燃烧所用实际空气量与理论空气量之比称做过剩空气系数α。加热炉的烟气排放量与α成正比，在排烟温度一定的条件下，α越大，加热炉的热效率越低，降低α可以提高加热炉热效率。但α太大不仅使得热效率降低，还会加速炉管和炉内构件的氧化；提高SOx的生成量，从而加剧露点腐蚀。降低α的有效措施如下。

(1)选用技术水平领先的燃烧器，保证燃料在较低的α下完全燃烧。

(2)在操作过程中管好“三门一板”(调风门、雾化介质阀门、燃料油阀门和烟囱挡板)，确保加热炉在合理的α下运行。

(3)做好加热炉的堵漏工作，保证炉体的完整性和密封性，尽量减少看火门、防爆门、人孔和弯头箱等处的漏风量。

二、降低炉体表面散热损失

采用导热系数小，整体性好，使用寿命长的耐热保温材料做衬里，控制炉体表面散热损失：无余热回收系统时，炉壁热损≤2%；有余热回收系统时，炉壁热损≤3%。

采用浇注料和陶纤喷涂复合衬里，既克服了全用浇注料施工时间长、隔热效果差(浇注料导热系数高)的缺点，又克服了全用陶纤喷涂衬里易脱落的缺点。例如大庆石化公司炼油厂制氢装置转化炉在2008年增加陶瓷喷涂后转化炉炉顶平均温度下降了40℃，炉墙平均温度下降了15℃，瓦斯的单耗较喷涂前降低了585.87 kg/t。

三、降低不完全燃烧损失

燃料的不完全燃烧损失主要取决于燃料性质和燃烧器技术水平。在燃料一定时，燃料的不完全燃烧损失主要取决于燃烧器技术水平。降低燃烧损失的措施如下。

(1)采用技术水平先进的燃烧器：具有先进的配风技术、燃油雾化技术；火道、喷嘴和调风器三者相互匹配、在燃料燃烧完全条件下α低、雾化介质耗量少。

(2)对燃料进行改质：如重质燃料油减黏处理或加入添加剂，降低黏度，提高雾化性能。在国内某设计院开发出了一种燃料油添加剂，使用后，在燃料油含硫量不变条件下，烟气露点温度下降20℃；另外还有含硫瓦斯脱硫、低压瓦斯增加压力等工艺技术。

四、降低辅助能耗

已经采用强制供风的大、中负荷加热炉的鼓风机、引风机采用变频调速技术。

采用技术水平先进的(蒸汽耗量少)燃烧器和吹灰器，减少燃料油雾化蒸汽用量和吹灰能耗。

五、加强管理、精心操作

(1)根据调查总结，1台加热炉，如进行精心操作和调节与进行粗放式操作和调节相比，其全年平均热效率可提高2%。

(2)重视加热炉日常管理工作，按照股份公司有关规定或管理、操作规程进行加热炉的日常管理和操作调节。

(3)重视技术改造工作，采用新设备、新技术、新工艺、新材料对加热炉进行改造或更新，保证技术的先进性。

(4)重视易损件的更换和大检修工作，保证加热炉设施齐全、完好。

(5)对管理人员或操作工进行技术培训，提高其业务素质。

六、其他节能措施

1.优化装置换热流程，降低加热炉热负荷

炼化加热炉的热负荷随装置换热流程的不同而改变，根据装置的特点，对换热流程进行科学合理的优化。最大限度的降低加热炉热负荷是减少加热炉能耗的有效措施。如1套800万t/a常减压装置，采用优化换热流程技术，常压炉的热负荷为58.1MW，燃料耗量为5 314kg/h；不采用优化换热流程技术，常压炉的热负荷为103.7MW，燃料耗量为9 641kg/h。

2.余热利用

把空气冷却器放出的热空气引入加热炉空气预热器。

3.石化加热炉排管优化

采用“多管程、小管径”排管，有效地缩短原料油流过炉管的长度，降低压力降，减少原料泵的能耗；同时提高加热炉单位体积内炉管传热面积和炉管对流传热系数。

4.采用“燃烧系统优化和强化辐射室传热”技术

辐射室炉管表面平均热强度约是对流室表面平均热强度2倍，采用“燃烧系统优化和强化辐射室传热”技术，不但可增加辐射室传热量，减少全炉炉管用量，而且可以降低烟气出辐射室的温度，为提高石化加热炉热效率奠定基础。

5.采用“以热效率巡优为目标的智能控制系统”

加热炉如采用自动控制系统进行调节与人工操作和调节相比，加热炉全年平均热效率高2%。并且使加热炉的控制效果和精度上了新台阶。

6.采用富氧燃烧

含氧量高于21%的空气称为富氧空气，现有燃烧器如采用富氧燃烧则有如下优点。

(1)可以提高辐射室温度，增加辐射室传热温差，强化辐射室传热。乙烯裂解炉、化肥转化炉、制氢炉辐射室需要较高的温度，可利用富氧燃烧这一优点，重整炉利用富氧燃烧这一优点可以降低流体压降。

(2)可以有效地减少排烟量，在排烟温度不变的条件下，减少排烟损失，提高加热炉热效率。例如燕山石化公司炼油厂II套催化裂化装置于1998年采用富氧再生工艺，实际生产中氧浓度达23%~26%，经济效益达2 640万元/年；江苏某厂燃油锅炉采用富氧助燃后，锅炉热效率提高了8.3%，燃油节约率16.64%，具有良好的经济和社会效益。

7.乙烯炉、化肥一段转换炉、制氢炉与蒸汽透平机联合技术

乙烯炉、化肥一段转换炉、制氢炉与蒸汽透平机联合技术辐射室的温度在1 100℃，利用如此高温度的烟气预热温度较低的原料，从热量利用上讲是不合理的。利用乙烯炉、化肥一段转换炉、制氢炉辐射室出口烟气产生高温、高压蒸汽后再预热原料，利用高温、高压蒸汽拖动主风机、泵、压缩机和大型鼓风机、引风机。经过作功的蒸汽可以用于生产工艺用蒸汽。此技术既可优化热量利用，又可以有效地减少二次能源(电能)耗量，经济效益很好，是提高燃料利用率，降低能耗的前沿技术之一。

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