AspenFiredHeater在优化加热炉效率上的应用

崔成东 范海笛

【摘要】介绍山东京博石油化工有限公司高等级道路沥青装置加热炉效率的优化，本文利用AspenFiredHeater模拟加热炉的运行情况，并进行切入性的分析，与同行业设备运行效率进行对比，同时针对本厂加热炉提出相应的优化改造方案，提高加热炉运行效率，从而为本厂节约大量的燃料成本。

【关键词】AspenFiredHeater 加热炉 效率

【中图分类号】TE6 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0223-01

一、加热炉耗能在炼油行业的地位

在典型炼厂，能量消耗的90%是与加热炉中的燃料燃烧有关的。这些设备是极度复杂的传热装置，包含燃烧、辐射和对流热交换，经常与工艺中的多股物流相结合。进料或原油成分上的变化必须依据加热炉中的当地过程条件加以仔细考虑。没有仔细的控制，加热炉管可能会遭受过度焦化甚至管道故障，对安全性和装置使用性造成严重影响。

二、AspenFiredHeater简介

Aspen FiredHeater是最新一代的热学设计软件，它用来模拟和校核工艺加热炉。它被广泛的使用在石油化工和批量化工生产行业中，Aspen FiredHeater能够与草拟计算相结合，将建模的灵活性和方便性带入到燃烧室和对流室过程的全面集成环节。它将Aspen HTFS模型的可靠性提供给过程热交换和压降过程，以及燃烧室辐射的搅动和长炉模型。Aspen FiredHeater模拟为加热炉操作员提供以当时过程条件来促进操作优化的观察能力，在不影响安全性和可靠性的同时使加热炉负荷和效率达到最大化。它也能允许用户检测燃烧室和对流段的热流和炉管金属温度。

三、设备运行现状

山东京博石油化工有限公司高等级道路沥青装置采用常规圆筒式加热炉，自装置投用已运行6年，加热炉在长期运行过程中存在设备老化现象。常压炉设有八支火嘴，减压炉设有六支火嘴，以煤焦油和干气作为燃料。由于近几年装置以加工高硫重质油生产道路沥青为主要生产工艺，同时要求装置最大负荷生产，所以在实际生产过程中需要更高的辐射量。这样就要求我们提高高热值燃料的比例，由于煤焦油的使用量提高，而煤焦油的性质较为复杂劣质，造成炉膛温度超高，操作波动大，炉出口温度不稳定，严重影响正常生产。由于长期使用高热值燃料，高炉膛温度运行生产，常压炉、减压炉炉壁衬里裂纹较多、脱落严重，外壁温度较高（辐射室约80-90℃，炉顶约100-120℃），造成加热炉热效率低下，能源浪费严重。

四、AspenFiredHeater模拟分析

利用AspenFiredHeater对加热炉建模分析，因油品性质变化，生产加工量需求，现有加热炉设备设计匹配度存在差距。利用模型获取以下信息：整体加热炉热负荷和热效率；燃烧室和管道每一部分的热性能；加热炉中每个流体的热概况；燃烧信息和燃料详细情况，包括计算出来的单一燃料和混合燃料的烟气成分；辐射信息，包括进行分区的分析。

利用模型计算当前加热炉负荷常压炉约为15.73MW、减压炉约为7.75MW，本装置设计常压炉负荷15.4MW减压炉7.8MW，设备运行都处于满负荷状态，操作条件苛刻。在此状态下加热炉运行一季度平均效率为84.13%，对比同类装置效率一般在90%以上，热效率十分低下，浪费燃料严重。

经模拟分析，发现炉壁温度（辐射室约80-90℃，炉顶约100-120℃）、排烟温度（烟气排出315℃）均过高，炉膛辐射强度大炉管吸收效率低只有约79%，烟气中氧含量过高8%-9%，造成加热炉整体热效率低。

五、优化措施及效果

辐射室、对流室更换衬里；通过新型衬里的更换大幅度提高加热炉隔热效果，将加热炉外壁温度降低至40℃（目前加热炉外壁温度常规设计为80℃，且运行温度在80℃左右）；另外加热炉看火门、防爆门、人孔门、弯头箱处温度普遍很高，对流弯头箱部分，应用弯头保温套，并进行隔热施工，将弯头箱外壁温度降至40℃。对流室钉头管更换为翅片管、辐射室炉管改造，减压炉对流室炉管排管方式变更，加设氧含量分析仪，监控烟气中氧含量排放。空气预热器计划更换为扰流子+热管+铸铁板换组合式，有效的降低排烟温度。

提前应用模型模型预测技改效果：减少热损失，炉壁温度降为40℃以下大约可以提高热效率2%；调整排烟温度降低到200℃以下，提高加热炉热效率2.5%左右；更换燃烧器，提高燃料燃烧效率，控制烟气中氧含量3%—5%，提高炉效率约1.5%；预估提高炉效率6 %。

技改后，8月份加热炉运行月平均效率达到91%，大大提高了加热炉效率，检修技改后热效率提高6.78%，超出了软件预估的数据，原因可能是装置检修后设备运行效果优于检修前。

六、小结

通过利用AspenFiredHeater对影响加热炉效率的因素作分析，预测技改可以达到的理论效果，为公司提供技改方案可行性支持，最终实现技改后加热了效率提高6.78%，节约燃料成本672万元/年。

参考文献：

[1]皮宇.加热炉支路平衡及无烟控制的解决方案[J]. 炼油技术与工程. 2010（10）

[2]马珩皞.加热炉计算机最佳化模型的自适应控制[D]. 武汉科技大学.2002

[3]王亚君.常减压加热炉节能改进措施[J]. 节能. 2011（10）