提高常减压加热炉热效率的技术改造研究

＊崔晓冬

（中海沥青股份有限公司 山东 256600）

在原油生产系统中，常减压装置加热炉是辐射对流管的匹配装置，加热炉内的主要燃料为瓦斯，通过改造加热装置，优化装置能耗，是提高常减压加热炉热效率的主要思路。加热炉内瓦斯气体燃烧过程中，会产生大量的有毒气体，提高加热炉热效率的同时，也要重点考虑降低这些有毒气体给环境造成的影响，进而提高国家整体原油生产水平。

1.影响加热炉热效率的因素

(1)过剩空气系数的影响

加热炉燃料燃烧过程中，实际消耗的空气量和理论消耗的空气量之间的比值，被称为过剩空气系数。过剩空气系数会直接影响加热炉的热效率：①过剩空气系数过大，会导致加热炉热效应下降，过剩空气系数过大，代表进入到燃烧炉中的空气远远大于理论值，那么就会产生大量的过剩气体，过剩气体随着烟气被带入到大气中，而过剩气体的流出也会带走部分热量，使得加热炉的热损失增加，热效率降低。②大大降低燃烧温度，在加热炉内部，燃料燃烧的温度越高，其传递给炉管的热量也越多，而过剩空气含量增加后，燃烧炉内的燃烧温度会大大降低，辐射炉管吸热量减少，为了维持稳定的出口温度，必须不断增加燃料的使用量，致使燃烧炉热效率大大下降。③过剩空气系数越大，露点腐蚀问题加剧，为了降低露点腐蚀给整个系统带来的影响，只能不断降低排烟温度，使得燃烧炉热效应降低。④过大的过剩空气系数，还会让炉管养护问题越来越明显，进而影响整个加热炉的寿命，同时NOx化合物的含量也会显著增加，这些物质排放到大气中，会对大气环境带来一定的影响。

(2)不完全燃烧的影响

烟气排放过程中，除了上文提到的数量方面的损失，还会因为不完全燃烧反应带来一定的化学损失。不完全燃烧反应带来最为直接的影响就是热量损失，热效率降低，与此同时，还会带来严重的大气污染问题。不仅如此，不完全燃烧生成的物质会聚集在机械设备的某个位置，产生结炭,影响传热速率,这也是导致加热炉热损失的主要原因之一。

(3)排烟状况的影响

加热炉内的燃料主要为天然气,烟气温度越高，排除烟气的过程中，带走的热量越多，对整个加热炉热效率产生的影响越大，为此，想要提高加热炉整体热效率水平，必须采取有效的措施控制好烟气的排放温度。

2.提高加热炉热效率的有效途径

影响加热炉热效率的因素有很多，这些因素的存在会直接导致加热炉热效率的降低，进而加剧化工生产过程中能源的损失，使得化工企业的生产成本显著提升。为了提高加热炉热效率水平，可以采取以下措施：

(1)确定最佳的过剩空气系数

保证加热炉内燃料充分燃烧，否则不仅会带来燃料的浪费，还会因为不燃烧反应产生其他物质，这些物质可能具有强腐蚀性，还可能发生二次燃烧或者闪爆的问题，让加热炉内部的燃烧反应变得不可控。确定最佳的过剩空气系数，可以有效提高加热炉的热效率，具体可以通过操作烟道蝶阀、一、二次风门以及烟道挡板实现。经过分析发现，在烧燃料气时，过剩空气系数和燃料消耗量之间的关系如图1所示，通过分析该图可以发现，当过剩空气系数小于1.1时，随着加热炉内过剩空气系数的增加，燃料消耗量减少，当过剩空气系数大于1.1时，随着加热炉过剩空气系数的增加，燃料消耗量增加。另外从该曲线中，也可以看出，当过剩空气系数为1.1时，加执炉内的能耗处于最小值，所以说，我们认为这个数值就是烧燃料时最佳的过剩空气系数。

图1 过剩空气系数和炉内燃料消耗量关系图

(2)定期做好除灰除垢

在加热炉内部，如果燃料不能充分燃烧，那么就会产生碳粒或者灰分，这两种物质如果聚集在某个位置，就会对整个炉管的热传递效率产生影响。为此，在化工生产过程中，化工企业必须对炉管做好定期的除灰除垢，必要的时候，可以借助吹灰器，重点处理燃烧渣油的炉子。经过分析发现，盐类物质的存在也会影响炉管的传热效率，为了解决这个问题，可以加强原油脱盐过程的管理，将进入到加热炉中原有的含盐量控制在规定范围内。

(3)维持较低的排烟温度

化工生产过程中，新加入加热炉中的物料的温度较低，会导致加热炉内温度的降低，烟气排放过程中，也会带走一部分的热量，也会导致加热炉中温度的降低。为了保证加热炉热效应水平，应适当增加进料的温度，并严格控制排烟温度。比如可以借助空气预热器对排烟进行加热处理，降低排烟过程的热量损失。

(4)采用高效燃烧器

传统的燃烧器是燃料和助燃空气在燃烧器内初步混合燃烧，而大部分（70%左右）火焰是在加热炉辐射室内燃烧，靠火焰的辐射对介质加热。这种加热方式在辐射室内的温度场不均匀，加热炉热效率低。

高效燃烧器使燃料80%以上集中在火道周围燃烧，燃烧形成的高温烟气以较高的速度喷出，在辐射室内形成烟气的机械扰动，利用其辐射和吸热的作用过程，最大限度的将热能传给被加热介质。使炉管在轴向和径向的热强度及管壁温度趋于均匀，可大幅提高加热炉热效率。

(5)完善加热炉的燃料性质

国内各大化工企业生产过程中所应用的燃料油主要有两种：低压瓦斯和减顶压瓦斯，这两种燃料都含有较高的硫，燃烧效果较差，燃烧时会影响炉内火焰的状态，让整个加热炉内的温度也出现忽高忽低的现象，给实际的调节工作带来较大的难度。另外，如果烟气中二氧化硫含量过高，可能会直接导致加热炉预热器局部腐蚀加剧，这一问题的产生会影响炉内烟气问题的提升效果，进而降低加热炉热效率水平。为此，合理管控加热炉装置，改善燃料性质，降低燃料硫含量，有利于提高加热炉热效率，进而提高整个化工生产过程的工艺水平。

(6)定期进行项目改造

为了更好的优化加热炉系统配置，彻底消除系统内部隐患问题，全面提高加热炉运行效率，必须以定期或者不定期的方式对加热炉内部的装置进行检修、改造和升级。要定期对炉内污垢现象进行清理，让烟气和风量的调节更加灵活，改善加热炉内部含氧量和温度控制效果，进而让加热炉更加安全稳定的运行。不仅如此，加大对加热炉炉管测厚频次防止因炉管腐蚀减薄造成的加热炉着火事故的发生。定期对内部定位管进行检查，一旦发现歪曲开焊现象及时处理，及时修补保温层，将加热炉内的热量损失降到最低。定期对加热炉整个系统的检修、更新和升级，努力提高室内的排烟速率，将加热炉的运行效率水平提升到一个新的高度。

(7)应用适当的清灰剂

最近几年，化工企业在对常减压装置进行清理时，都会应用清灰剂逐步清理辐射管外壁结垢。对于加热炉炉管外壁的机灰结垢现象，化工企业一般应用清洁效率更高的清灰剂进行清理，这类清洁剂的应用可以很好的改善热炉管系统的燃烧情况，解决炉管外壁机灰和结垢问题，进而有效提升炉管的热运行效率水平。

3.提升加热炉系统运行效率

国内各大化工行业在对加热炉进行管理时，通常会应用到加热炉控制系统，该系统可以很好的控制加热炉内部燃料的总量，热量分支流量以及温度等参数，让加热炉整个系统运行的过程更加平稳，让燃料燃烧器处于更加完全管控状态下，同时将加热炉的运行效率水平提升到原来的0.5%。加热炉在正常生产过程中，可以同时实时性的控制烟气氧含量调整加热炉的运行状态，让加热炉的运行状态更加可控化和合理性，与此同时，为了提高加热炉热传递效果，积极应用对流室声波吹灰以及空气预热器热管激波吹灰等设备，减少对流管和热管积灰结垢程度，进一步提高加热炉传热效果。

加强加热炉内部设备的管理，做好系统的日常维护和管控。针对加热炉日常管理和维护，制定专门制度以及考核方法，增强维护管理人员工作意识，保证加热炉维护管理水平。对于加热炉的操作人员，定期对其进行技能培训和测试，提高其理论知识的储备量，在企业内部定期组织技能必要，改善操作人员对加热炉的认知程度，为保证加热炉运行效果打好坚实的基础。建立知识培训、技能比赛和薪酬福利之间的联系，在整个企业内部营造积极学习的氛围。

4.结语

为了提高加热炉技术改善效果，国家甚至专门出台了相应的政策，并投入了大量的人力、物力，希望可以有效改善国内加热炉加热运行系统的运行效果。作为化工生产企业，在日常生产管理中，也要做好人员技术培训和考核，增强工作人员工作认识，同时积极引进国外先进技术，提升加热炉运行效率水平，为提高化工生产经济效益水平奠定坚实的基础。