提高常减压加热炉热效率探讨

张连生（中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

提高常减压加热炉热效率探讨

张连生（中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

某炼化企业800万吨/年常减压蒸馏装置加热炉由于较长时间使用燃料油，导致炉管表面结垢，出现加热炉排烟温度升高、热效率降低的现象，为解决这个问题，调整了操作。本文对调整及提高加热炉热效率总结和探讨。

常减压蒸馏加热炉；热效率；提高

1 装置简介

某炼化企业800万吨/年常减压蒸馏装置主要由原油电脱盐、800万吨/年常压蒸馏、250万吨/年减压蒸馏、轻烃回收等部分组成，常压蒸馏、减压蒸馏分别由常压炉、减压炉提供热量，加热炉原设计单烧燃料气，由于燃料气资源紧张，上游公司无法保证该项目燃料气供应，由此更改为“燃料油、燃料气混烧”方案。

2 存在的问题

该装置于2013年底进行过一次大修后，目前已经运行将近3年，按照炼油装置一般3年一修的要求，已经即将到达检维修周期，但根据生产的需要和对生产装置的评定，公司决定四年一修。虽然该装置总体运行问题不大，但是局部还是需要优化调整，特别是加热炉排烟温度升高、氧含量高，导致热效率降低，需要进行处理。该装置常压炉和减压炉烟气在对流段后合并，共用烟气预热回收系统，由引风机提供动力，与伴热空气在空气预热器中换热，然后经烟囱排向大气，并设置烟气直排烟囱蝶阀，流程上和空气预热器并联，特殊情况下，打开蝶阀，烟气也可不经过空气预热器，直接经烟囱排向大气。详见图-1。

该装置加热热炉在实际生产过程中，短时间曾经使用催化油浆作燃料油，由于催化油浆中的粉尘、重金属含量较高，尤其是N、V、N等极易造成炉管结垢和腐蚀的成分增加，燃料中硫含量也较高，在燃烧过程中易形成各种金属氧化物和硫酸盐，粘结在炉管的外表面上，炉管积灰严重，使其传热系数下降，并导致加热炉热效率降低。通过看火孔观察，辐射室炉管发白，有明显灰垢积存。为减少辐射室炉管积灰，曾经外加清灰剂，暂时解决了炉管导热效率低的问题，但仅有部分积灰随烟气排出，还有一部分积存在空气预热器内，从而降低加热炉的热效率。9月上旬常压炉排烟系统统计数据见表-1。

表-1：9月下旬常压炉排烟系统统计数据（每天数据采集时间为16：00）

由于篇幅有限，表-1只列出了一旬的数据，但这些数据和近一段时期的数据相差不大，基本反映近期加热炉的运行状况，具有一定的代表性。

热效率测算：按照加热炉热效率计算公式η=[100-(q+ 2.5)]%，测算出调整前加热炉的热效率（η1）为：η1=[100-(q1+ 2.5)]%（当氧含量为4.3～6.3%时q1=0.0577t1-1.74），查表-1，温度（t1）平均值为：222.5℃，即：

η1={100-[（0.0577×222.5-1.74）+2.5]}%=86.4%

通过分析加热炉主要存在如下问题：

（1）加热炉烟气中氧含量偏高，超出工艺标准规定的≯5%的范围，说明辐射室存在漏风现象，影响炉子热效率。

（2）排烟温度由开工初期的160℃左右上升到222.5℃，说明辐射室、对流室炉管和空气预热器等部位积灰严重，严重影响了炉子热效率。

（3）预热器系统压降升高，已经达到1.54KPa。说明空气预热器积灰更加严重，预热器导热效果变差，不仅影响炉子热效率，且不利于长周期运行。

（4）由于炉膛局部内衬里损坏，甚至个别点脱落，导致加热炉外壁温度局部超高，辐射室、对流室部分点超过80℃，对流室个别部位超过100℃。

3 处理方法

（1）针对氧含量偏高的问题，主要采取如下措施：

①控制好“三门一板”。“三门一板”对燃料的完全燃烧有很大的作用，直接影响到炉子的热效率。

风门：风量小，燃料燃烧不完全，烟气中一氧化碳含量高。风量太大，过剩空气系数大，烟气中氧含量高，降低炉子热效率。一般过剩空气系数为1.12～1.2，即烟气中氧含量2～5%比较合适。

油门：决定了燃料油雾化的好坏，如果油门太大，火焰发黑，发漂，造成局部过热，甚至结焦。

汽门：汽门太小，雾化不好，燃烧不分。汽门太大，火焰太刚，易缩火。

烟道挡板：烟道挡板用于调节炉膛负压，开度过大，负压过大，空气漏入炉膛，烟气中氧含量高，降低炉子热效率，开度过小，炉膛会出现正压，甚至回火。

②检查炉子看火窗、看火孔密封是否良好，对有问题的进行修复，避免空气漏入炉膛。

③检查吹灰器系统是否泄漏，保证在非吹灰期间无非净化风漏入炉膛。

（2）针对排烟温度高、烟气系统压降大的问题，经过各专业管理部门和生产部门讨论，一致认为空气预热器积灰严重、部分换热热管失效是热效率低的主要原因，考虑到距离大检修还有一年的时间，确定实施加热炉不停炉清灰方案。

①为了清灰彻底，首先采用清灰剂对炉子辐射室和对流室吹灰，确保辐射室和对流室清理干净，使其积灰彻底后移至空气预热器。

②烟气直排烟囱蝶阀打开，烟气系统流程改为直排，停通、引风机，把烟气从空气预热系统切出，加热炉伴烧风改为自然供风。

③安排检维修单位拆开空气预热器，进行不停炉清灰、更换失效热管。

在打开空气预热器后检查发现空气预热器烟气侧低温部位积灰严重，灰垢呈粘性，质地较硬，热管翅片间几乎积满，且预热器烟气侧低温部位存在着酸性腐蚀，而且有部分热管被腐蚀穿孔，热管真空破坏、管内传热工质漏出而失效。此次共对756根积灰的热管抽出、清垢，并检查热管失效情况，共检测出158根（约占总热管的20%）热管失效并进行更换。

4 处理后的效果

空气预热器清灰检修后于9月18日20时投用正常。本次清灰前排烟温度为222.5℃，清灰后排烟温度为170.4℃左右，降低了52℃。空气预热器压降由1.54KPa降至0.96KPa，压差降低了0.58 KPa，详细数据见表-2。

表-2 9月下旬常压炉排烟系统统计数据（每天数据采集时间为16：00）

热效率计算：投用后10天根据表-2中数据的平均值，测算出调整后炉子的热效率（η2）为：η2=[100-(q2+2.5)]%，当氧含量为1.7～4.3%时，q2=0.0469t2-0.911，查表-2，温度（t2）平均值为：170.4℃，即：

η2={100-[（0.0469×170.4-0.911）+2.5]}%=90.42%

结论：检修后，加热炉热效率由86.4%提高至90.42%，提高4.02%，效果显著。

5 存在的问题

（1）炉外壁温度较高，需要等待装置大检修时处理。

（2）虽然经过清灰、空气预热器检修后常压炉和减压炉的排烟温度由222.5℃降低至170.4℃，但仍然高于设计排烟温度，而且与同类装置的先进水平（140～160℃）有一定差距。有待大检修时彻底处理，进一步提高加热炉热效率。

（3）协调上游公司保证燃料气供应，大检修把加热炉火嘴全部更换为燃料气火嘴，不仅节能，还有利于环保达标的要求。

[1]唐孟海，胡兆灵.常减压蒸馏装置技术问答.中国石化出版社.2007年出版.

张连生，工程师，国家注册安全工程师，现就职于海南炼油化工有限公司HSE部，从事HSE管理工作。