管式爐加熱系數(shù)

1、管式加熱爐節(jié)能寧波市方圓工業(yè)爐技術開發(fā)有限公司李飛目錄一. 管式加熱爐的回顧 1二. 管式爐熱力計算的理論基礎: 11. 輻射-對流-熱傳導基本理論 12. LOBO-EVANS法 2三. 加熱爐的節(jié)能 31. 工藝節(jié)能 32. 優(yōu)化加熱爐的設計方案，設計節(jié)能 32.1. 加熱爐系統(tǒng)的總體布局 32.2. 余熱回收利用方案： 52.3. 爐型的差別對能量利用的影響 63. 應用成熟可靠的設備，設備節(jié)能 103.1. 爐襯材料對加熱爐熱效率的影響 103.2. 金屬表面溫度對加熱爐效率的影響 103.3. 總結 144. 加熱爐在操作中的節(jié)能 145. 其它的幾種節(jié)能手段： 175.1. 利用工

2、藝廢氣做為加熱爐的燃料 175.2. 利用工藝廢熱： 175.3. 不完全再生催化裝置中的CO焚燒爐的節(jié)能 185.4. 降低其它消耗節(jié)能 205.5. 挖掘現(xiàn)有加熱爐的操作潛力節(jié)能 215.6. 裝置擴能加熱爐規(guī)劃 23四. 如何使用好熱管 251. 工業(yè)上應用的熱管的優(yōu)點 252. 工業(yè)上應用的熱管的缺點 253. 安全地使用熱管，提高熱管壽命 273.1. 高溫段的防護 273.2. 對熱管進行低溫防護 274. 提高在線運行熱管的使用效果 285. 燃油加熱爐的熱管預熱器的問題 30五. 燃氣輪機加熱爐聯(lián)合系統(tǒng)方案 311. 基礎資料 312. 聯(lián)合系統(tǒng)的組成 323. 燃燒及排氣計算

3、結果 334. 聯(lián)合系統(tǒng)中加熱爐的操作參數(shù)及與單獨加熱爐的比較 335. 聯(lián)合系統(tǒng)投資估算 346. 經(jīng)濟評價 347. 聯(lián)合系統(tǒng)技術分析 358. 聯(lián)合系統(tǒng)的技術分析 359. 經(jīng)濟分析 3610. 結論 36六. 我國管式爐的現(xiàn)狀及對策 361. 設計規(guī)范不完善 362. 管式爐的制造以現(xiàn)場為主 373. 方案對比不充分 374. 爐膛溫度800的限制 375. 新技術的應用 376. 加熱爐的配件供應商的技術水平有待提高 37七. 思考題： 37一. 管式加熱爐的回顧隨著工業(yè)化的發(fā)展，石油作為重要的能源形式，帶動了石油煉制、石油化工等整個石化行業(yè)的發(fā)展。到目前為止，石化行業(yè)都已經(jīng)世界經(jīng)濟

4、中一個舉足輕重的部門。在這些行業(yè)中，目前主要使用的工藝介質加熱爐是管式爐，它具有以下主要特點:l 由于在管內流動,故被加熱介質僅限于氣體和液體.通常這些氣體或液體通常都是易燃易爆的烴類物質,具有較大的危險性，操作條件比較苛刻。 l 加熱方式主要為直接式. 燃料為液體或氣體.l l 運轉周期長，連續(xù)不間斷操作.石化行業(yè)最初的介質加熱設備是具有相當不安全隱患的間歇式操作的“釜式蒸鍋”，管式加熱爐的出現(xiàn)，開創(chuàng)了“連續(xù)安全管式蒸餾”的新時代，這也使得大規(guī)模、超大規(guī)模石化企業(yè)的出現(xiàn)成為可能，因此可以說，管式加熱爐具有化時代的意義。煉油工業(yè)采用管式加熱爐始于上一世紀初，經(jīng)歷了以下幾個主要階段：l 堆形爐它

5、參考釜式蒸鍋的原理。吸熱面為一組管束，管子間的聯(lián)接彎頭也置于爐中，由于燃燒器直接裝在管束下方，因此爐子各排管子的受熱強度不均勻，當最底一排管受熱強度高達50000-70000kcal/m2.h，最頂排管子卻不到800-1000cal/m2.h，因此底排管常常燒穿,管間聯(lián)接彎頭也易松漏引起火災。l 純對流爐，當時認為是因為輻射熱太強了，于是改為用純對流爐。全部爐管都裝在對流室內，用隔墻把對流室與燃燒室分開，避免爐管受到火焰的直接沖刷。然而，操作中又發(fā)現(xiàn)對流室頂排管經(jīng)常燒壞，而且爐管受熱仍然很不均勻。這是因為高溫燃燒煙氣在進入對流一之前未能和一個吸熱面換熱，在對流室入口處溫度高達1000多之故。l

6、 輻射對流爐，后來人們發(fā)現(xiàn)。在燃燒室內安裝一些爐管，一方面可取走部分熱量降低煙氣溫度，解決對流室頂管的過熱燒壞問題；同時可利用高溫輻射傳熱強度大的特點，節(jié)省上爐管，縮小爐子體積。這樣，具有輻射室和對流室的管式加熱爐開始出現(xiàn)了，其初期代表為箱式爐。目前管式加熱爐技術發(fā)展很快,它對于石油煉制和化工工藝的進步起到了很大的推動作用?？梢院敛豢鋸埖卣f，管式加熱爐幾乎參與了各類工藝過程。尤其在制造乙烯氫氣氨等工藝過程中，它成為進行裂解或轉化反應的心臟設備，支配著整個工廠或裝置的產品質量產品收率能耗和操作服役期等。因此，認真總結加熱爐的設計，計算和操作，維修經(jīng)驗就顯得十分必要了。二. 管式爐熱力計算的理論基

7、礎:管式爐的所有熱力計算均由經(jīng)典傳熱理論支撐,只是由于近年來計算手段的豐富出現(xiàn)了很多數(shù)值計算方法,但其核心仍是輻射-對流-熱傳導基本理論。1. 輻射-對流-熱傳導基本理論 輻射傳熱：q=C（T1/100）4-（T2/100）4l 對流傳熱:l q=t 熱 傳 導: q=t/ (q=t/Ri-l Ri=/)對于多層結構有如下的關系: q=t/Ri-Ri=/+1/加熱爐的所有傳熱和這三個過程是密不可分的，但是在某些部位其中的一種傳熱過程起主要做用，這樣就把爐子分為了輻射室和對流室，無論是輻射還是對流，都是通過熱傳導將熱量從管表面?zhèn)飨蚬軆鹊摹?加熱爐的傳熱雖然是以上三種方法進行的（經(jīng)典理論方法），但

8、是在實際加熱爐這一復雜系統(tǒng)中需要做大量的計算模型簡化才能應用以上方法，簡化條件不同，就得到了不同的模型，這樣對加熱爐的傳熱計算就出現(xiàn)了各種不同方法。下面簡單的介紹一下加熱爐中最常見的計算模型Lobo-Evans法：2. Lobo-Evans法Lobo和Evans認為：輻射室中高溫的火焰及煙氣，在單位時間內傳給輻射管的熱量是由兩部分組成的，一部分是火焰及煙氣以輻射方式傳給爐管的，它包括火焰及煙氣以直接輻射的方式傳給爐管的熱量以及火焰及煙氣通過反射墻間接傳給爐的的熱量；另一部分是煙氣以對流的方式傳爐管的。Lobo-Evans法的實質是一個氣體，一個受熱面和一個反射面的傳熱模型，它有四個基本假設：l

9、 整個輻射室中，氣體只有一個溫度，它是輻射傳熱的熱源； 吸熱面只有一個溫度，反射面也只有一個溫度；l l 反射面是指這樣的表面，當輻射能投射到這種表面時，它被表面全部反射出來； l 煙氣為灰氣休，吸熱面為灰表面。Lobo-Evans法是上世紀三十年代出現(xiàn)的方法，到目前為止，絕大多數(shù)的加熱爐采用這種方法計算，目前使用的Lobo-Evans法是經(jīng)過改進的方法，隨著計算機的普及應用，將該方法由圖解法改為數(shù)值計算方法：輻射傳熱： 其傳熱速率方程如為：QR=4.93AcpF(Tg/100)4-（Tw/100）4+hrc Ar(T1-T2) 熱平衡方程：QR=B*QL-QTg-Qq對流傳熱：加熱爐的對流傳

10、熱也是傳熱的重要組成部分，應用對流的目的是回收輻射煙氣的余熱。在對流室，輻射的做用相對較小，計算對流傳熱主要是計算對流傳熱系數(shù)。對流傳熱系數(shù)可以通過努塞爾數(shù)、雷諾數(shù)，普蘭特數(shù)來確定：下面是煙氣垂直流過裸管束的對流傳熱系數(shù)：ho=0.33Cg/Do(Do*Gg/g)0.6(Cg*g/kg)0.8 這里僅是外膜傳熱系數(shù),還要考慮外垢熱阻： 1/ho*=1/ho+Ri (ho*= ho /(1+ho*Ri)由此可以看出,熱阻對傳熱影響是非常大的，下面有例子說明熱阻對傳熱的影響。上面的傳熱公式是以光管為基礎的，在實際應用中，為了強化對流傳熱，對流室一般均有強化措施，如釘頭管和翅片管。釘頭管和翅片管統(tǒng)稱

11、為擴大表面管，其傳熱性能可以從肋脊傳熱導出。對于加熱爐來說對擴面管的計算表述與鍋爐有所不同，管式爐的習慣上采用擴面管后，其傳熱面積仍以光管為基礎，因此其傳熱系數(shù)較大。但是鍋爐上習慣將所有的擴大表面均做為傳熱基礎，而傳熱系數(shù)較小，這僅是表述的差別，其結果是一樣的。對流傳熱的總傳熱系數(shù)還與管內膜傳熱系數(shù)有關（實際上還與管壁的導熱有關，但由于導熱的溫降很小，一般均略去），其總的傳熱系數(shù)如下：K=ho* hi*/( ho* +hi*)對于大多數(shù)加熱爐來說，其管內膜傳熱系數(shù)均相對較大，但是對于一些管內為汽相，特別是管內的汽相流速和密度不高，這樣管內膜傳熱系數(shù)就對總傳熱系數(shù)影響較大。比如空氣預熱器。下面有

12、例子論述預熱器的傳熱系數(shù)。除Lobo-Evans法外,還有別洛康法,區(qū)域法,蒙特卡洛法等等,三. 加熱爐的節(jié)能加熱爐是煉油廠的耗能大戶,一般裝置里,加熱爐的能耗占裝置能耗的70%以上,所以降低加熱爐的能耗是裝置節(jié)能的重要手段之一。節(jié)能是一個技術經(jīng)濟綜合問題，如果單純從技術角度上來說，完全應用五十年前的技術也可以把加熱爐的能耗降下來，但是經(jīng)濟上是不合理的。所以在技術發(fā)展的不同時期，對加熱爐的能耗要求也是不一樣的。加熱爐的節(jié)能一般來說有以下幾個方面：l 工藝節(jié)能； 優(yōu)化加熱爐的設計方案，設計節(jié)能；l 應用成熟可靠的設備，設備節(jié)能；l l 提高加熱爐的控制水平，使設備長期在高效率下工作節(jié)能； 操作和

13、l管理節(jié)能；1. 工藝節(jié)能以往一提到加熱爐的節(jié)能，大家自然都想到的是提高加熱爐的效率。提高效率確實可以節(jié)能，但是節(jié)能的根本目的是節(jié)約燃料，節(jié)約燃料有多種途徑，工藝上節(jié)能是根本。就以我們現(xiàn)在的常減壓裝置來說，從以住的濕式減壓到現(xiàn)在的干式減壓，應用先進的網(wǎng)絡設計方法，提高換熱終溫等，加熱爐的有效負荷大幅度下降。對于大型裝置，裝置之間的熱聯(lián)合，采用大型加熱爐集中供熱等都可以有效的降低燃料消耗。燃氣輪機與加熱爐聯(lián)合（后面有一示例專門論述），焚燒工藝廢氣做為加熱爐的有效熱量，利用工藝廢熱，減少加熱爐的電、汽、氣消耗等，這些手段的節(jié)能效果通常是其它的節(jié)能措施不可比擬的。2. 優(yōu)化加熱爐的設計方案，設計節(jié)能

14、單純從加熱爐來說，在加熱爐的設計階段，是節(jié)能的最重要的環(huán)節(jié)。設計方案的合理是能量合理利用的基礎。這里的設計方案包括總體方案和局部方案。對于整體方案來說有加熱爐系統(tǒng)的總體布局和被加熱介質的分配及余熱回收利用方案等。下面分別舉例論述：2.1. 加熱爐系統(tǒng)的總體布局下面一個例子看一下總體布局的影響這是一家國外工程公司為我國一家大型企業(yè)在二十年前設計的二套聯(lián)合裝置的布置圖，在總長二百五十米的爐區(qū)僅布置一個獨立煙囪，二套裝置共有十三臺加熱爐，在原來沒有設余熱回收設施，整個爐區(qū)燃料消耗量為40t/h標油。現(xiàn)圖上的二個余熱回收設施是我們新做的方案。這二套裝置的十三臺加熱爐僅用二套余熱回收設施就可以將煙氣完全

15、回收。對于同樣規(guī)模的國內設計的聯(lián)合裝置的加熱爐區(qū)，僅八十米的煙囪就有四個。每臺爐子均有余熱回收，這樣地面有風機十幾臺，各種型式的預熱器散布在地面上，不但能耗高，即便是操作和管理也復雜。因此，在爐區(qū)設計之初的方案規(guī)劃是極為重要的。2.2. 余熱回收利用方案：對于一些大型裝置，爐效率無疑是極為重要的，但是用什么方式回收余熱，其經(jīng)濟性的差別是相當大的，例如：一臺120104t/a的重整裝置的四合一加熱爐；這是一臺90MW的四合一重整加熱爐，其輻射段加熱工藝介質，對流室發(fā)生蒸汽，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)采用強制循環(huán)，對流室的有效負荷為28MW產中壓蒸汽35t/h。這是UOP公司的常規(guī)做法?；旧蠂鴥炔捎肬OP的技

16、術（也包括IFP公司）均為對流室強制循環(huán)產汽，這樣做確實是把加熱爐的熱效率提高了，基本上這樣的加熱爐其排煙溫度可以穩(wěn)定的控制在170以下。但是，這樣的加熱爐燒是的燃料氣，相當于用燃料氣來產中壓汽，這在經(jīng)濟上是不合理的，第一，產汽量小。第二產汽的品位中等。第三，采用強制循環(huán)，系統(tǒng)復雜。而在燃煤鍋爐上，產相同汽的燃料價格僅為用燃料氣產汽的一半；兩者相比，其年費用增加在1500萬左右。所以，從爐型上來說，這種形式并不是最經(jīng)濟的。在制氫轉化爐上也同樣存在這種情況，在以往的轉化爐上，燃料產生的熱量在完成轉化加熱后，還剩余大量的余熱，這部分熱量被用來產中壓蒸汽，裝置產的中壓蒸汽僅有一部分被用來轉化反應，其

17、余部分外輸。這樣的轉化爐，其熱效率也是極高的，但是其經(jīng)濟性并不看好。目前國外的轉化爐，均增加了預轉化部分，這樣吸收了一部分熱量，然后僅產裝置自用中壓蒸汽，其余的熱量全部用來預熱空氣。轉化爐的空氣預熱溫度達到了500以上。2.3. 爐型的差別對能量利用的影響對于加熱同樣的介質，采用不同的爐型，其熱效率也是有差別的，特別是對于大型加熱爐，每一個百分點的熱效率差別，其年效益的差別均在100萬元以上。所以，大型加熱爐的方案應進行充分的對比。例一（方案）：一個1000104t/a常減壓裝置的兩種設計方案的差別：方案一（某廠現(xiàn)有裝置，簡單敘述）方案二;從這二個方案可以看出，第一方案的占地較大,由于所有爐管

18、均沿墻敷設，所以爐墻面積較大。與方案二相比，其占地大一倍，爐墻散熱面積大一倍。帶有余熱回收的加熱爐其全爐散熱損失一般為全爐總供熱的3%。如果為了保持兩種方案的散熱相同，由于散熱面積的不同，我們來看一下其爐墻厚度的差別；兩種方案的爐膛溫度相同，采用相同的爐襯材料（為方便計算，這里的爐襯用單層）。n 方案一的總散熱量為：1A1T/(b1/+1/) n 方案二的總散熱量為：2A2T/(b2/+1/)由于A12A2令二式相等簡化后有：b1=2b2/由于爐襯的導熱系數(shù)與外壁對流傳熱系數(shù)相比是一個小量。所以可以近似的認為，如果為了保持兩爐的散熱損失相同，則方案一要比方案二的爐襯厚度大一倍。而實際工程上，這

19、是不可能的。工程上的爐襯厚度通常是按外壁溫度來設計的。所以說，如果方案二的全爐散熱損失為3%的話，那么方案一的全爐散熱損失將達到5%6%。對于1000104t/a常減壓裝置，僅此一項全年的燃料費用將增加500萬元。以上的分析僅僅是對用能來考慮的，如果再把占地和投資綜合考慮，那么方案一無論是從一次投資和長期操作費用均不占有優(yōu)勢。上面的幾個例子說明了設計方面對節(jié)能的重要性，下面看一下設備對節(jié)能的做用：例一（已經(jīng)投用）：國內某煉廠55104t/a烷基歧化轉移裝置：該裝置全部需要加熱爐加熱的介質為6種（含過熱蒸汽），加熱爐為四合一加熱爐，共用一個對流室、一套余熱回收系統(tǒng)和一個煙囪，總設計熱負荷約為11

20、0MW，與多個單爐設計相比，具有一下特點：l 具有爐墻面積小，散熱損失小 余熱回收系統(tǒng)簡單可靠且散熱損失小l 煙囪個數(shù)少l l 占地面積小 l 投資省該加熱爐現(xiàn)已建成投用，目前排煙溫度穩(wěn)定在140左右（設計值）。3. 應用成熟可靠的設備，設備節(jié)能 進行了設計方案的優(yōu)化以后，要通過選擇可靠的設備來實現(xiàn)節(jié)能的目的。對于工業(yè)爐來說，并沒有什么先進技術與落后技術之分，加熱爐的新材料和新設備的應用其主要是經(jīng)濟性決定的。近年來，隨著裝置的大型化，加熱爐的負荷越來越大。例如一臺操作負荷一億大卡的加熱爐。燃料消耗約為10t/h以上，因此效率對該這樣的加熱爐是至關重要的。其回收的煙氣余熱相當于數(shù)十臺中小型加熱爐

21、之和。提高大型加熱爐的效率對全廠能耗水平的降低貢獻極大。下面我們還是以一個大型裝置的加熱爐來說明加熱爐提高效率的措施。3.1. 爐襯材料對加熱爐熱效率的影響對于爐襯材料來說，由于石油化工廠的加熱爐是連續(xù)性操作的加熱爐，其節(jié)能效果有限。但是輕質材料在熱處理行業(yè)的節(jié)能效果是非常顯著的，一般來說，象耐火纖維一類的輕質材料應用在熱處理爐上，其節(jié)能效果可達30%以上。這是因為，熱處理爐為間斷操作，爐襯的蓄熱占總供熱的相當份額。而管式爐的蓄熱在一個周期所占的份額微乎其微。所以我們這里不討論爐襯的節(jié)能效果。3.2. 金屬表面溫度對加熱爐效率的影響煙氣尾部的露點腐蝕是制約提高熱效率的主要因素。露點限制了金屬表

22、面溫度，計算露點的方法有幾十種方法，但其均有不同的適用性，對于規(guī)范推薦的金屬表面溫度如圖：對于硫含量在0.5%燃料來說，其金屬允許使用溫度為135。對于要求160排煙的加熱爐來說，在空氣器的入口端的金屬表面溫度為90左右，這樣末端不加防護措施是不能保證余熱回收系統(tǒng)的正常工作的。對于常減壓裝置來說，一般來說,加熱爐出對流室的煙氣溫度為350400(大部分加熱爐也是這樣)，其空氣預熱溫度為250，這樣高溫端的金屬溫度將超過300。對于這樣高的溫度，高溫端的防護也是應該重視的，這對我們常規(guī)使用熱管提出了較高的要求，如采用水基介質，其飽和蒸汽壓超過8Mpa，且不論這樣高的壓力對于薄壁管承壓困難，就長期

23、的蒸發(fā)和冷凝將很快產后不凝氣，一但高溫段不能使用，將產生鏈式反應，失效將逐級的向低溫段傳遞。當然，高溫段的問題不難解決，這里僅討論低溫防護的問題。美國石油學會標準API 560一般煉油裝置用火焰加熱爐中對煙氣尾部的抗露點措施提出了以下幾種解決方案： 冷空氣走旁路；l l 冷空氣進預熱器前先預熱； 熱空氣循環(huán)；l 采用低合金耐蝕鋼；l l 采用有搪瓷層的傳熱表面。a. 冷空氣走傍路：對于大型常減壓加熱爐來說，如果采用冷空氣走傍路的方案，這是不合理的。任何冷空氣走傍路都將犧牲效率。而如此大型的加熱爐，為避開露點而空氣走傍路其一年的損失都在幾百萬元以上。b. 冷空氣進預熱器前進行預熱：這是一個對大型

24、加熱爐有應用前景的方案，對于該種方式，API 560規(guī)范提出了幾種可行的預熱介質：1. 工藝物流：2. 低壓泛氣：3. 低溫水：利用工藝物流廢熱對空氣進行預熱:最有效益的是利用工藝廢熱。如裝置有需要空冷的廢熱采用這種方式的節(jié)能是多重的。第一，可以節(jié)省空冷的電耗，第二，工藝廢熱是直接作為有效熱供給加熱爐，其節(jié)能效果顯著，通?？梢詫⒓訜釥t的燃料消耗降低2%。第三，它可延長余熱回收設備的使用時間，使得余熱回收設備的效益時間延長。但是它不能提高加熱爐的熱效率，系統(tǒng)復雜，有時可能還降低了加熱爐的熱效率。作為表述它僅是提高了燃料的利用率。低壓泛汽和低溫水對空氣進行預熱：這要視系統(tǒng)是否有過剩的低壓泛汽和12

25、0以上的水并且要能保證其來源穩(wěn)定，對于目前的裝置來說，通常是不易實現(xiàn)的。c. 熱空氣循環(huán)：本爐燃燒用空氣量14X104m3n/h，采用熱風循環(huán)將空氣溫度提到80以上，其循環(huán)空氣量將達7X104m3n/h。這將給風機造成很大的壓力，同時將大幅度增加風機電耗，而常規(guī)鼓風機的介質最高使用溫度限制為80,又使得熱風循環(huán)難以實現(xiàn)。如果采用高溫風機，從投資和使用的可靠性上也是不合適的。d. 采用低合金耐蝕鋼：這是一個世界性的難題，到目前為止還沒有找出一種可以有效抗低溫露點腐蝕的低合金鋼。目前應用較多的09CrCuSb其抗硫酸性能在實驗室條件下也只是碳鋼的四到五倍，工業(yè)應用情況下通常是碳鋼的三倍。而一旦進入

26、露點，對于10mm壁厚碳鋼也只能有兩個月的壽命，大量的使用實踐驗證了這個事實。進入露點的ND鋼，其使用壽命均在半年左右。而對石化連續(xù)運行的加熱爐，這個壽命顯然是不能滿足要求的。當然，在大多數(shù)情況下，半年的效益時間是能收回采用ND鋼所增加投資，但是停工更換的時間的效益損失又將產生的效益抵消。目前的金屬材料只發(fā)現(xiàn)了類似巴氏合金的高合金可以抵抗硫酸低溫露點腐蝕。這種材料在空氣預熱器上應用，經(jīng)濟上顯然是不合理的。e. 采用有搪瓷層的傳熱表面：這種方式在國外的大型加熱爐上得到了極為廣泛的應用，對于燒油來說，鑄鐵板+玻璃管，鑄鐵板+搪瓷板的配置已是國外一些大公司的標準配置。這種配置在國內也有應用，但是其中

27、的玻璃管在國內應用受到了限制。國外大型加熱爐的排煙溫度目前控制在145。這并不是搪瓷只能在這個溫度以上耐酸侵蝕，而是為了防止煙氣侵蝕后面的風機和煙道才確定的這個溫度。在煉油廠所用的燃料中，其絕大部分的煙氣露點的溫度在145以下。搪瓷耐酸在工業(yè)上應用的十分廣泛，酸反應釜內襯搪瓷目前是定型設備。在電廠，搪瓷表面的預熱器應用的十分普遍。在石化行業(yè)，搪瓷表面的換熱器也得到應用。其它行業(yè)的特殊搪瓷也應用廣泛，如發(fā)動機的動力渦輪表面等。在加熱爐末端采用搪瓷表面，第一，由于其光滑的表面，積灰大為減輕。第二，末端的溫度較低，遠低于工業(yè)搪瓷要求的使用溫度。第三，至少可以將加熱爐的熱效率提高一個百分點，這個指標是

28、與采用了其它完善的回收方式之后的比較，如果考慮其它的回收方式經(jīng)過一定時間后的效益下降（集團公司的標準允許使用一年后其加熱爐的熱效率降低一個百分點），其熱效率的提高是很明顯的。排煙溫度可以降低到145，并且這個排煙溫度是長期可實現(xiàn)和控制的。這個指標是國內最先進的指標，也與國外特大型加熱爐的技術濟經(jīng)濟指標一致。從系統(tǒng)上，余熱回收系統(tǒng)中設置了排煙溫度控制措施，可以手動也可以引入操作室進入DCS系統(tǒng)自動控制，加熱爐在操作中可以鎖定排煙溫度。其流程如下：將排煙溫度與分流調節(jié)閥聯(lián)鎖，當排煙溫度上升時，減小分流量。當排煙溫度低于設定量時，增加分流量。使排煙溫度可以得到有效的控制。即保證了設備安全也使加熱爐長

29、期在高效率下工作。對于搪瓷的脆性和與鋼材表面的膨脹不協(xié)調的問題，目前國內的技術部門做了大量的工作，其目的就是協(xié)調搪瓷與鋼材的膨脹量。但是這不是我們主要關心的問題，對于我們應用的場合，只要金屬壁溫高于140，就不發(fā)生露點腐蝕，工業(yè)搪瓷受熱后的熱裂，至少要300以上。即使民用搪瓷在140這個溫度下也不會崩裂。對于超溫導致的局部掉瓷也不必擔心，只要是該部位的溫度導致了搪瓷的局部破損，其金屬溫度必將遠遠超過露點溫度。即：產生受熱裂紋的搪瓷部位一定是不發(fā)生露點腐蝕的部位。這種自適應性對使用是極為有利的。搪瓷的導熱系數(shù)大約是鋼的三分之一，但是搪瓷層的厚度在0.5mm以下，其熱阻僅相當于增加了1mm的鋼材壁

30、厚，該熱阻與外壁的垢層相比可以忽略。因此，只要采用合理的支撐和密封結構保證其膨脹自由，采用搪瓷表面是沒有問題的，我們要冒的最大的風險就是采用工業(yè)搪瓷與民用搪瓷（對于露點來說，不嚴重的位置是可以用民用搪瓷來防護的）相比造成的費用上升。預計該臺加熱爐的尾部采用工業(yè)搪瓷與民用搪瓷的費用差為45萬元，采用工業(yè)搪瓷表面與常規(guī)的鋼材裸表面的價格要增加70萬。如果采用民用搪瓷，其費用增加很少。這些只是與不加防護措施的比較，然而對于大型的爐子在尾部不加防護措施是不可能的。煙氣末端采用工業(yè)搪瓷后，其換熱器的結構大為簡化。同時系統(tǒng)得到簡化，利于管理，余熱回收系統(tǒng)流暢。預熱器的使用時間得以根本性的延長，其正常使用年

31、限可達十年以上。與其它回收方案相比至少可以提高一個百分點（計算可以增加1.5%）的效益，并且該效益是長期和有保證的。其年節(jié)省燃料費近一百萬元（燃料按1000RMB/t,如果考慮節(jié)省的燃料再利用產生的效益和長期穩(wěn)定運行產生的效益，其年效益將超過二百萬元）。3.3. 總結1） 大型加熱爐的熱效率問題是一個非常重要的問題，它對全廠節(jié)能的貢獻相當于幾十臺中小型加熱爐。2） 采用須空冷的工藝物流預熱空氣，產生的節(jié)能效益明顯，系統(tǒng)可靠，但是系統(tǒng)相對復雜，需要有相應的工藝條件。3） 采用搪瓷作為尾部的傳熱表面，是國外標準的推薦方法，并在國外得到了廣泛應用。4） 搪瓷傳熱表面在技術上成熟可靠。5） 從控制上可

32、以實現(xiàn)排煙溫度自動控制，操作上可以鎖定排煙溫度，使加熱爐長期在高效率下工作。6） 在尾部采用搪瓷傳熱表面與其它完善的回收措施相比還可以至少再提高1%的加熱爐熱效率，其年效益可以可靠的增加100200萬元。7） 極少增加或不增加費用。8） 加熱爐的技術經(jīng)濟指標可以達到世界先進水平。4. 加熱爐在操作中的節(jié)能加熱爐在操作中的節(jié)能也是節(jié)能的重點，在操作中最主要的是控制排煙溫度（在設有可控手段的加熱爐上可實現(xiàn)）和氧含量。上一個例子舉了一種控制排煙溫度的方法，對于其它的余熱器還有其它的控制措施?？刂蒲鹾恐饕獜膬蓚€方面來控制。a) 控制燃燒供風；燃燒供風是是必需滿足的，但是不合適的供風也將造成燃料損失，

33、對于加熱爐來說，不但要控制煙氣中的氧含量低，還要控制煙氣中的CO含量低，要經(jīng)常檢測煙氣中的CO含量，正常的CO含量為50150ppm。無論煙氣中的氧含量有多低，只要是沒有檢測到CO，就可以繼續(xù)降低供風量，但是如果CO超過了預定值，即使是氧含量超標，也要繼續(xù)增加供風，否則就相當于燃料在放空。不但能耗增加，而且造成新的污染。有一些燃燒器在低供風時不能完全燃燒，這可以通過改造和更換來解決，對于大部分燒氣的燃燒器，通常可以通過增加旋流來解決，但是如果爐膛的溫度不高，并且爐膛也不太高的情況，自然通風的燃燒器這樣改造受到限制，同時自然通風的燃燒器不能適應早晚的空氣溫度變化和濕度變化帶來的實際通風量的差別，

34、再加上由于動力不足，燃燒的強度較低，所以其過?？諝庖咭恍鈽藴手袑訜釥t過?？諝獾南拗迫缦拢簹怏w燃燒器的過剩空氣值燃燒器類型 操作 過?？諝庀禂?shù)（%） 單個燃燒器 多個燃燒器外混式氣體燃燒器 自然通風 1015 1520 強制通風 510 1015預混式 自然通風和強制通風 510 1020燃油燃燒器的過?？諝庵挡僮鞴r 燃料名稱 過?？諝庀禂?shù)（%） 單臺燃燒器系統(tǒng) 多臺燃燒器系統(tǒng)自然通風 石腦油 1015 1520 重油 2035 2530 渣油 2530 3035強制通風 石腦油 1012 1015 重油 1015 1525 渣油 1520 2025這些數(shù)據(jù)是國外加熱爐設計和操作中的

35、控制值，國內的規(guī)范要比上表嚴格一些，但是國內操作的加熱爐遠較表中的值大。就目前的加熱爐的狀況，能達到這個水平就已經(jīng)是相當不錯的了。我國石油化工管式加熱爐的設計標準中對于過?？諝庾隽巳缦乱?guī)定燃燒器類型 過?？諝庀禂?shù) 燃油 燃氣自然通風 1.25 1.20強制通風 1.20 1.15對于燃油燃燒器，適時的更換燃燒器的噴頭是非常必要的。經(jīng)過霧化的油滴以極高的速度（當?shù)匾羲伲騺喴羲伲﹪姵龌旌蠂娍冢L時間的工作必然要造成磨損，混合噴孔磨損后，不但霧化質量下降，而且霧化劑的耗量增加。造成過剩空氣增加，露點溫度增加等一系列問題。所以油噴頭的硬化處理是必須要重視的。b) 加熱爐的漏風：加熱爐在傳熱區(qū)漏風是有

36、害的，如果在輻射室漏入，不但能量損失增加，還較大幅度的降低傳熱能力。目前新設計的加熱爐對流室的漏風量很少。因此我們控制加熱爐的漏風主要是要控制輻射室的漏風。我們來看一看輻射室應該控制什么部位的漏風。下圖是一個立式加熱爐的負壓圖 從負壓圖上我們可以看出，加熱爐的最大負壓在爐底，中大型加熱爐其爐底負壓在10mm水柱以上，而爐頂僅控制在13mm。顯然在同樣的泄漏面積下，控制底部的漏風是最有效的。在爐底，最大的漏風是燃燒器的漏風，如果一臺強制通風的加熱爐，其底部燃燒器有停開的，那么這臺爐子的氧含量就很難控制，特別是強度高的燃燒器更是如此。因此燃燒器的調風板必需是密封的。其次就是底部的門孔類，對于爐膛溫

37、度和高度較高的加熱爐，一個下層看火孔如果全開的話，每小時漏入的風量將達到1000m3n/h。這是一個很大的量，相當于一臺1MW燃燒器用風。但是如果這個開孔面積在爐頂?shù)脑挘瑑H有五分之一的漏風量，所以對于下層門孔要盡量的密閉。對于大部分的加熱爐，其爐頂負壓是靠煙囪擋板來控制的，但是煙囪擋板處在高溫環(huán)境，長期使用經(jīng)常有調節(jié)不靈的情況，另外，煙囪擋板的非線性，造成了爐頂負壓控制困難。對于預熱器在爐頂（或沒有預熱器）這樣的加熱爐來說，采用傍通控制是可靠的。如下圖：煙囪的抽力是這樣計算的：355H(1/T0-1/Ts)通過漏風來改變煙囪的抽力，這樣的控制在國外許多加熱爐上采用。由于控制精度的提高，加熱爐的

38、漏風量大為減少，資料介紹平均能提高加熱爐的效率一個百分點。采用這種方法還可以取消爐體的防爆門，防爆門在國外的規(guī)范和國內的規(guī)范均沒有要求加裝，可是在線運行的加熱爐經(jīng)常出現(xiàn)閃爆，所以我國目前運行的加熱爐均裝有防爆門，如果在煙道系統(tǒng)沒有擋板就可以不裝防爆門，因為一個防爆門的泄爆面積只有0.2m2，而如果煙囪沒有擋板的話，要遠遠高于防爆門的泄爆面積的。5. 其它的幾種節(jié)能手段：5.1. 利用工藝廢氣做為加熱爐的燃料某廠的常減壓裝置，由于擴能，加熱爐的爐膛空間，管壁溫度，管壁熱強度，均已達到上限。由于減頂瓦斯的不穩(wěn)定和原減頂?shù)蛪簾旎鹧骈L，飄，以致于不能通到加熱爐中燃燒，減頂瓦斯一直在放火炬。而減頂瓦斯

39、的平均量在500m3n/h，利用這部分廢氣的經(jīng)濟性是明顯的。利用這些廢氣，并且要求不惡化加熱爐的傳熱，為此我們專門設計了一套兩級預混的低壓瓦斯燃燒器。燃燒器如圖：將這種兩級預混的燃燒器對稱的布置在加熱爐的燃燒器中，從使用情況看，其火焰剛性好，火焰完全透明。投用后，加熱爐的爐膛溫度，氧含量，排煙溫度均沒有變化。但是加熱爐的燃料油大幅度減少。而引射減頂氣所消耗的蒸汽尚不及少燒燃油節(jié)省的霧化蒸汽。總投資不足5萬元（包括管線），其投資回收期是以天來計的。這項措施經(jīng)改進后在多個煉油廠應用，取得了良好的效果。5.2. 利用工藝廢熱：某大型裝置的兩臺加熱爐，總負荷為115MW。以渣油為燃料，燃油中的硫含量為

40、1.8(w)%。最低金屬壁面使用溫度140。兩臺加熱爐共用一套余熱回收系統(tǒng)，余熱回收系統(tǒng)的熱負荷為11MW。為了保證加熱爐的長期高效運行，在流程上采取了如下措施：1） 采用二級預熱空氣的方案，利用工藝需空冷的廢熱對空氣進行初級加熱。使空氣進入加熱爐空氣預熱器的溫度提高，避開露點。同時工藝廢熱做為加熱爐的有效熱，為加熱爐供熱。2） 采用重型空氣預熱器，提高空氣預熱器的使用壽命。3） 在空氣預熱器上設置傍路，控制排煙溫度和接觸煙氣的金屬壁面溫度。方案的流程圖如下：由于空氣進行了初級預熱，在加熱爐的空氣預熱器中的換熱溫差下降，同時由于二級空氣預熱器采用了重型結構，總投資增加了約200萬。但是節(jié)省了相

41、應的空冷器。裝置投用了五年來，排煙溫度一直穩(wěn)定控制在165左右，空氣預熱器壁面無腐蝕痕跡。兩臺加熱爐的熱效率一直穩(wěn)定的在90%。其中燃料利用率達到了92%以上（燃料利用率為有效吸熱與燃料總放熱的比值）。且不論設備的長周期可靠運行帶來的效益，僅燃料利用率提高2%，每小時可節(jié)約燃料油200kg。一年多即可收回增加的的投資。5.3. 不完全再生催化裝置中的CO焚燒爐的節(jié)能催化裂化裝置中催化劑的再生方式可分為完全再生、不完全再生等，也可分為一次再生、二次再生等。對于不完全再生，由于一次不完全再生煙氣中含有3%-7%的CO成分，因此整個余熱回收系統(tǒng)的任務有兩個，首先是在CO燃燒爐中將CO氣體完全焚燒，使

42、之達到排放標準，其次是在余熱鍋爐中回收熱量。在已往的CO燃燒爐中，大多是在CO燃燒爐的頭部將一再煙氣、二再煙氣以及補燃燃料氣、補燃空氣共同通入，參見附圖1。其主要出發(fā)點是認為二再煙氣中含有大量的氧氣，將二再與一再共同通入可以充分利用二再煙氣中的氧含量，可以因此而減少CO燃燒爐所需要的總供風量以及總的燃料量。這個觀點實際上是不正確的。將二再煙氣在頭部通入CO燃燒爐時，雖然其中的氧氣含量得到了利用，但是，CO燃燒爐同時也不得不承擔起將二再煙氣從690加熱到1000的任務，這就要求必須補燃額外的燃料氣并通入額外的燃料氣燃燒用風。由于二再煙氣的氧氣含量相對較低，因此將二再通入燃燒段混燒完全有可能是得不

43、償失的。現(xiàn)在我們比較另外兩種不同的焚燒方式。其一，將二再煙氣完全獨立出來，二再煙氣不再進入CO燃燒爐，對二再煙氣單獨設置余熱回收設施；其二是將二再煙氣獨立出來用于預熱CO燃燒用空氣，流程圖分別見附圖?，F(xiàn)以某廠CO燃燒爐為例分析如下，其一、二再煙氣的工藝參數(shù)分別如下：一再煙氣量 119902 Nm3/Hr一再煙氣溫度 500 一再煙氣中CO含量 3.75 %二再煙氣量 31253 Nm3/Hr二再煙氣溫度 690 二再煙氣中O2含量 3.76 %出口煙氣溫度 1000 如果以上述具體數(shù)據(jù)作為實例，將三種不同的燃燒方式比較，其結果如下： 方案一 方案二 方案三 一、 二再混燒 單燒一再（二再單獨進

44、行余熱回收） 單燒一再（二再用于將CO燃燒爐燃燒空氣預熱至400）燃料氣量Nm3/Hr 3717 3304 2407總供風量Nm3/Hr 498128 50378 39886從上述計算結果可以清楚地看出：1 在方案一中將一再、二再通入到爐膛中共同燃燒，其結果是爐子所需要的燃料氣將大幅增加。為了保證再生煙氣在爐膛內有足夠的停留時間，爐膛尺寸也不得不加大；2 在方案二中僅僅將一再通入爐膛燃燒，二再單獨進行余熱回收。由于無須將二再加熱，因此燃料氣耗量有所降低；而由于二再中的氧氣亦未加以利用，因此，總的空氣用量將有所上升；3 在方案三中，僅將一再通入爐膛，與方案二不同的是將二再煙氣用于預熱CO燃燒爐用

45、的空氣至400。因此CO燃燒爐的燃料量大幅度減少，從而整個燃燒用風量也大大減少。作為一個余熱回收設備，設計的原則應該是盡量減少燃料的耗量。有時候煉廠的蒸汽本身就有過剩，自備電站大多以汽定電。此時多耗燃料氣也即意味著多產蒸汽，只能意味著浪費。即使在煉廠蒸汽總體平衡的情況下，CO鍋爐的產汽增加也只意味著操作靈活性的減少。因此減少CO鍋爐的燃料耗量有著特殊的意義。另外，由于燃料氣的減少以及二再不再進入CO燃燒爐，因此對CO燃燒爐的體積的要求也大大減少，這在新建項目中會大大減少CO燃燒爐的投資。在一些裝置的擴能情況下，有時因為停留時間的關系，需要加大CO燃燒爐的體積，用方案三，可以不改造CO燃燒爐。因

46、此，方案三應該是不完全再生的煙氣余熱回收系統(tǒng)的發(fā)展方向，在適當條件下也應作為其它老式余熱回收系統(tǒng)改造的選擇方案。這個方案僅是在透平后對煙氣優(yōu)化利用的方案。實際上，對于不完全再生裝置來說，一再煙氣在透平前進行受控燃燒，不但可以節(jié)省大量的焚燒容積，還可以大幅度提高煙機的發(fā)電能力。但是這是系統(tǒng)節(jié)能的范疇。5.4. 降低其它消耗節(jié)能加熱爐的節(jié)能除降低燃料外，還可以通過降低其它消耗來實現(xiàn)。在煉油廠的能量統(tǒng)計中，其能量折算按如下指標：電： 1kW h 2600 kcal 折合能耗 0.3kg標油蒸汽 1kg 880 kcal 折合能耗 0.09 kg標油凈化風 1m3n 400 kcal 折合能耗 0.0

47、4 kg標油以上指標不是能量換算的指標，是按我國目前平均發(fā)電、產汽（氣）能耗統(tǒng)計得來的。對于加熱爐來說，用電主要是風機，我們來看一看風機耗電的節(jié)能效果。加熱爐的風機是加熱爐的附件，對于加熱爐來說，風機必須有足夠的余量，以適應熱負荷的波動、爐內及預熱器漏風、風機負偏差，換熱面積垢的壓降增大的要求。關于風機的選型是通過計算消耗量和各公司的規(guī)定來確定的。國外一些工程公司的規(guī)定為設計工況下其壓頭和流量必需有40%的余量。在我國的設計規(guī)定中沒有做出相應的規(guī)定，但是實際選型一般還要比這個余量要大。對于一臺加熱爐來說，通常設計負荷是在整個操作周期中最大負荷，有時還包括將來的潛在的最大負荷。而在正常操作時其負

48、荷能達到設計值的80%就是相當好的操作工況了，那么也就是說，在較高負荷工作下的加熱爐，再考慮其不是最大積灰和漏風，風機的負荷最少要大一倍以上（由于風機是風壓和流量同時留有的余量實際情況還要大）。因此，加熱爐的風機，均應考慮采用變頻調速。變頻調調速的節(jié)能要逐臺計算，但是加熱爐的風機采用變頻措施，節(jié)電不會少于30%。對于大型加熱爐來說，一臺400kW的電機，年效益可達100萬元以上。高壓變頻價格昂貴，還應與汽輪機方案進行對比。加熱爐的蒸汽消耗主要是燃油霧化，目前的燃燒器的霧化蒸汽的公稱消耗量為0.3kg/kg，當然有一些新型燃燒器的宣傳資料上介紹會比這低一些，但是由于實際操作時燃燒器不在滿負荷下操

49、作、油溫較低以及使用一段時間后混合噴孔的磨損，能達到這個消耗量已經(jīng)是較好水平了。對于一臺一億大卡的加熱爐，燃料油的消耗約11t/h，那么其霧化蒸汽的消耗為3.3t/h，折合能耗297kg標油。這部分能量是不參于加熱爐的傳熱的。那么壓縮空氣能不能用來霧化油呢，答案是肯定的，對于燃燒器來說，所有的霧化試驗均是由空氣來霧化的，在煉油廠的加熱爐上也有相當多的應用了壓縮空氣來霧化。API的規(guī)范上推薦的霧化劑把空氣做為常規(guī)霧化劑推薦?？諝庾鰹殪F化劑，由于其溫度較低，但是他的重度大于蒸汽，1m3n空氣完全可以頂替1kg蒸汽。應用空氣霧化后，可以節(jié)能165kg標油，相當于提高加熱爐的效率1.5%。加熱爐的煙氣中的水由兩部分組成，一部分是燃料燃燒生成的水，一部分是霧化蒸汽帶入的水，一般來說，霧化蒸汽帶入的水占煙氣中的水蒸汽含量的25%，應用空氣霧化后，最明顯的效果是降低了煙氣的露點溫度，通?？梢越档?。這個降低對于一些效率較高的加熱爐來說影響是顯著的。對于一些本來就處在露點邊緣上的余熱回收設備，可以有效的延長使用壽命。燃油由蒸汽霧化改為空氣霧化，可以提高燃燒溫度，提高輻射室的傳熱能力。同時可以降低排煙的煙氣量約2%。5.5. 挖掘現(xiàn)有加熱爐的操作潛力節(jié)能這里主要是介紹加熱爐的節(jié)能，但是加熱爐的擴大處理量也是加熱爐節(jié)能的重要技術手