加热炉综合节能技术应用探讨

张宝玉（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

1 现状

大庆油田某采油厂现有加热炉123台，主要分布在各中转站、联合站，用于原油集输伴热，平均每天运行70台次，平均热效率78.20%。2016年全厂加热炉总能耗为5534×104m3（标况），占全厂总能耗33.26%，其中消耗自产气5181×104m3（标况）、外引气353×104m3（标况）。近年来，我厂在加热炉节能上做了大量工作，如精细管理、更新设备、应用新技术等。但目前我厂加热炉燃料利用率只有72.87%，若加热炉燃料利用率达到78.7%，我厂则可实现燃气自给。为了进一步降低燃料消耗，减少加热炉燃料的浪费和对环境的污染。2017年我们以“节能降耗”总的生产方针为指导，对全厂在运加热炉存在的结症问题进行系统分析。加热炉在运行过程中主要存在以下两大问题：一是部分加热炉受设备、燃料等条件制约，燃气利用率低，燃气消耗量大；二是部分加热炉因燃烧条件差、燃气燃烧不充分，会产生一些有害气体（CO、SO2）极易对环境造成污染。为了解决以上问题，相关技术人员深入研究影响加热炉热效率的因素，通过测算加热炉热效率，评价加热炉系统能耗，对在运加热炉采取针对性措施，改变加热炉运行状况[1]，进而达到节能降耗、降本增效的目的。

2 加热炉技改措施

大庆油田某采油厂结合加热炉系统运行的特点，近几年先后采取了涂刷FHC远红外节能剂、炉体改造、更换新型燃烧器等综合节能措施，提高加热炉运行热效率，达到节能减排的目的。

2.1 涂刷FHC远红外节能剂

加热炉的主要传热元件是炉管，根据加热炉的结构分辐射炉管和对流炉管两个部分[1]。针对辐射炉管热效率低，采用强化传热技术，在加热炉炉膛内涂刷FHC远红外节能剂，使辐射炉管能够更充分地吸收炉膛热量，降低燃料消耗，提高加热炉热效率。FHC远红外节能剂具有耐高温、辐射率高的特点，同时可降低烟垢和水垢生成速度，尤其对加快升温速度、延长炉体使用寿命具有独特的作用。2017年对4台加热炉炉膛内壁进行了涂刷FHC远红外节能剂技术试验，技术人员对涂刷FHC远红外节能剂前后加热炉测试数据进行统计，如表1所示。

结果表明，应用该节能技术，加热炉热效率平均由80.57%提高到87.1%，加热炉热效率提高了6.53%，加热炉平均节气率10.07%，单炉日节气261.72 m3（标况）。截止2017年涂刷FHC远红外节能剂技术推广应用10台，热效率得到了有效提高，年创节气效益34.62万元。

2.2 改善炉体结构

加热炉因炉体结构差造成烟道吸力两极分化，出现回火或排烟温度过高现象，增加了烟气的汽化潜热，进而增加了燃料消耗。为实现加热炉控制合理的热损失、降低燃料消耗，提出了两项改善加热炉炉体结构的措施。

2.2.1 改进花墙结构

常规加热炉燃料在炉膛内燃烧后，一部分烟气留在辐射室，另一部分进入对流室，对流室排列着炉管，炉管是以对流方式吸收烟气热量[3]。

为使炉管能够充分吸收热量，在对流室增设螺旋型花墙，改变花墙的原始结构，可控制烟气的走向。通过改变花墙的层数或位置，改变烟气的排出角度，即变S走向为螺旋走向，使烟气流沿通道旋转排出，气流的旋转扰动使对流换热能力显著加强。旋转的气流减缓了烟气流动速度，使加热炉的吸热能力增强，烟气可顺畅排出，如图1所示。

图1 螺旋型花墙结构原理

2016年，对1台加热炉进行了改善花墙结构试验，2017年又继续推广应用4台饮进花墙强求构的新式炉，目前共有5台加热炉改善了花墙结构技术，应用前后数据对比见表2。

改善花墙结构后，加热炉热效率提高2.98%，单炉日节气119.44 m3（标况），5台炉年创节气效益7.84万元。

2.2.2 延长对流管长

对花墙结构较好、烟道吸力过大、排烟温度过高的加热炉，采取延长对流管的长度，将U型管改变成W型管，见图2。

图2 改善对流管长度结构图

2016年对2台加热炉的对流管进行了试验，通过延长加热炉对流管长，延长了烟气在加热炉内的流动时间，增强了对流热管吸热能力，提高了加热炉的热能利用率[4]。2017年又推广应用4台炉，目前共有6台加热炉采取了延长对流管长度技术，通过对比措施前后数据（表3）可知，排烟温度下降28℃，加热炉热效率提高2.44%，单炉日节气为97.79 m3（标况），6台炉年创节气效益9.63万元。

2.3 研制加热炉空气预热装置

加热炉燃烧器的燃烧方式是采用直接燃烧，受冬季气温低影响，进入炉堂内的空气温度较低，助燃空气在燃烧过程中吸收了大量的热能[4]，增加了燃料消耗。由于空气温度低，空气分子不活跃，燃气与空气混合不充分，影响加热炉的燃烧效果。同时，烧火间内的温度过低，会使燃料气管线容易结冰、堵塞，严重时会导致停炉情况，影响正常生产。为此，研制了加热炉空气预热装置，见图3。

表2 加热炉改善花墙结构计算数据对比

表3 增加对流管长度前后加热炉测试数据对比

图3 空气预热装置结构原理图

在加热炉对流室尾部裸露的烟箱和烟囱的底部分别用铁皮密封，形成高温导热密封室，密封室下端与烧火间相连处开口，并安装滑道挡板。气温高时将挡板关闭，防止烧火间内温度过高。气温低时打开挡板，密封室与烧火间形成对流换热，将进入炉堂的空气进行升温。2016年，在3个中转站6台加热炉上安装空气预热装置，并对安装前后加热炉运行效果进行测试对比，如表4所示。

在加热炉加装空气预热装置后，进入炉堂的空气温度提高了5℃，而且加热炉排烟温度也降低了26℃，应用空气预热装置后，加热炉热效率提高2.42%，单炉日节气96.99 m3（标况），单炉年创经济效益1.59万元，投入费用为单炉0.22万元，投入产出比为1∶7.22。同时，加热炉排烟温度降低，减少汽化潜热的排放量，抑制了空气热污染[5]。另外，在2017年四季度重点连续跟踪测试和调查了这6台炉的运行状况，没有发现烧火间燃气管线结冰的现象。目前，我厂共有40台加热记应用了该装置，年创经济效益63.6万元。

3 结论

1）涂刷FHC远红外节能剂，可提高加热炉炉管吸热能力，促使加热炉强化传热，提高加热炉热效率，单炉日节气261.72 m3（标况），10台炉年创节气效益34.62万元。

表4 加热炉空气预热装置测试数据对比

2）改进花墙结构，利用旋转热气流方式换热，使对流换热能力显著加强。降低了烟气热损失，单炉日节气119.44 m3（标况），5台炉年创节气效益7.84万元。

3）延长对流管长度，增强了对流热管吸热能力，降低排烟温度，提高了加热炉的燃气利用率，单炉日节气为97.79 m3（标况），6台炉年创节气效益9.63万元。

4）加热炉空气预热装置，实现了加热炉余热回收利用，提高了燃烧气体温度，单炉日节气96.99 m3（标况），40台加热炉年创节气效益63.6万元。