模塊二-加熱爐第二章講義

管式爐的燃料消耗在化工裝置能耗中占60％-80％。因此，提高管式爐的熱效率，減少燃料消耗，對(duì)降低裝置能耗具有十分重要的意義。熱效率是衡量管式爐先進(jìn)性的一個(gè)重要指標(biāo)。效率與燃料的關(guān)系，如圖2-1

1圖2-1效率與燃料的關(guān)系

2它關(guān)系著石油化工裝置能耗的高低。上個(gè)世紀(jì)七十年代以前，管式爐的熱效率僅60％-75％。那個(gè)年代的末期，一場(chǎng)世界性的能源危機(jī)促使各種節(jié)能措施紛紛上馬，從那時(shí)以來，管式爐的熱效率一再得到提高，現(xiàn)在大中型管式爐的熱效率一般都在85％-93％之間，特別是裂解爐，由于重視能量綜合利用的整體設(shè)計(jì)，其熱效率已達(dá)到94％-95％。小爐群則聯(lián)合采用余熱回收系統(tǒng)以提高熱效率。

常用的節(jié)能途徑及措施

管式加熱爐的熱負(fù)荷大小，隨裝置換熱流程的不同而改變，在處理能力不變的情況下，減少管式加熱爐的熱負(fù)荷，可減少其加熱爐的燃料用量。通過改進(jìn)工藝流程，提高入爐物料溫度等措施，可使管式加熱爐的熱負(fù)荷得到減少，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。2.1優(yōu)化裝置的換熱系統(tǒng)3對(duì)流室的工藝流程變化

加氫裝置的反應(yīng)爐，由于爐管材質(zhì)昂貴，又要減少壓降等原因，常常采用純輻射的單排管雙面輻射爐型，排煙溫度可高達(dá)800℃。該裝置一般還有重沸爐或分餾爐，其介質(zhì)入爐溫度不高，通常采用對(duì)流-輻射爐型。它們之間應(yīng)該采取聯(lián)合回收余熱的方案：一種是讓分餾爐的被加熱介質(zhì)先進(jìn)反應(yīng)爐對(duì)流室，再進(jìn)分餾爐的對(duì)流室；另一種是將反應(yīng)爐的熱煙氣引入分餾爐的對(duì)流室入口處，分餾爐的對(duì)流室變成兩爐共用。這樣兩爐的排煙溫度都會(huì)大大降低，提高了總的熱效率，減少了燃料消耗。2.2聯(lián)合回收余熱4

重整裝置擴(kuò)建時(shí)，常常將預(yù)處理部分的爐子進(jìn)料先引入新建的重整爐對(duì)流室，再回到原來的爐子。這樣既解決了新建重整爐的熱效率問題，又使原來的預(yù)處理爐子不用改造就能滿足裝置擴(kuò)能而要求爐子增加熱負(fù)荷的需要。

聯(lián)合煙道：

對(duì)于小爐群，例如芳烴裝置預(yù)處理部分的管式爐，就單個(gè)爐子而言，由于其熱負(fù)荷不大，單獨(dú)上一套余熱回收系統(tǒng)并不經(jīng)濟(jì)，但將這些小爐子的煙氣集中起來上一套余熱回收系統(tǒng)則是合理的。還有把煙氣集中回收，通過高煙囪統(tǒng)一排放。52.3.1減小末端溫差減小對(duì)流室出口溫度與被加熱介質(zhì)入對(duì)流室溫度之差。這項(xiàng)措施涉及到一次投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的權(quán)衡問題，應(yīng)該由詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來決定。末端溫差大，一次投資少，但管式爐熱效率低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高；末端溫差小，一次投資大，熱效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。62.3降低排煙溫度

采用空氣預(yù)熱器由煙氣直接預(yù)熱空氣的優(yōu)點(diǎn)在于它自成體系，不受工藝流程的約束。在管式爐其他參數(shù)不變的情況下，空氣預(yù)熱溫度與熱效率提高值的關(guān)系見圖2-2。從圖中可以看出，空氣溫度每提高20℃，爐子熱效率提高約一個(gè)百分點(diǎn)。隨著空氣溫度的提高，燃燒產(chǎn)物中的NOX增加，如果沒有適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫档蚇OX，則對(duì)環(huán)保是不利的。另外，空氣溫度過高，還可能引起燃油噴頭結(jié)焦或燃燒器結(jié)構(gòu)變形、燒壞等問題，除非改變?nèi)紵鹘Y(jié)構(gòu)和材質(zhì)，一般空氣預(yù)熱溫度不宜超過300℃。

2.3.2用各種空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣78圖2—2空氣溫度與熱效率的關(guān)系

2.3.3用煙氣余熱鍋爐發(fā)生蒸氣在一些生產(chǎn)裝置上如連續(xù)重整四合一重整反應(yīng)爐上，熱負(fù)荷很大，為了減少壓降又不能在對(duì)流室排爐管，只能將對(duì)流室作為煙氣余熱鍋爐。又如制氫裝置的轉(zhuǎn)化爐，其轉(zhuǎn)化反應(yīng)只在輻射室的轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)進(jìn)行，熱負(fù)荷較大，煙氣出輻射室的溫度比一般管式爐要高的多，對(duì)流室僅靠預(yù)熱原料氣遠(yuǎn)不能將煙氣溫度降下來，只能布置煙氣余熱鍋爐來產(chǎn)生蒸汽并入系統(tǒng)管網(wǎng)。

92.3.4去灰除垢保證高的爐熱效率加熱爐不完全燃燒產(chǎn)生的碳粒和燃料中的灰分等煙塵均會(huì)污染對(duì)流室爐管和余熱回收系統(tǒng)（如熱管）的外表面，增加熱阻，降低傳熱效果。造成受熱面積灰結(jié)垢的主要因素有：燃料品質(zhì)變重，含硫增高；吹灰器的選型與使用不當(dāng)，受熱面表面生成陳垢；爐負(fù)荷變化導(dǎo)致的燃燒質(zhì)量波動(dòng)性大。

10為保證加熱爐長(zhǎng)期在高效率下運(yùn)行，采取的主要措施有：（1）在線投用清灰劑。在加熱爐運(yùn)行過程中，定期從輻射段看火孔適量加入清灰劑，達(dá)到清除對(duì)流段爐管表面污垢的目的。它的原理是：投入到爐膛的清灰劑燃燒后，生成堿性物質(zhì)隨著煙氣的流動(dòng)而堆積在爐管表面上，與垢物中的酸和碳酸鹽起中和反應(yīng)，變成無腐蝕、無粘接性的硫酸鹽，從管壁上自行剝離脫落下來。（2）必須堅(jiān)持用吹灰器定期清除積灰。這對(duì)于燃油加熱爐尤為重要?，F(xiàn)在吹灰器的種類較多，有蒸汽吹灰器、聲波吹灰器、次(亞)聲波吹灰器和燃?xì)饷}沖(激波)吹灰器等，它們?cè)诟髯缘氖褂梅秶鷥?nèi)效果較好。11現(xiàn)在使用較多的是聲波吹灰器，其原理是利用了聲學(xué)、振動(dòng)學(xué)和疲勞學(xué)等原理，通過聲波發(fā)生器，把一定強(qiáng)度的聲波送入運(yùn)行中的加熱爐內(nèi)各種可能積灰結(jié)垢的空間區(qū)域，通過聲能量的作用，使這些區(qū)域中的空氣分了與灰、垢粒子產(chǎn)生振蕩，即對(duì)這些粒子施以拉、壓循環(huán)變化的載荷，當(dāng)達(dá)到一定的循環(huán)應(yīng)力周次數(shù)N（N為102-105)后，灰、垢之間的結(jié)合力會(huì)因疲勞而被逐步破壞，再加上煙氣流的沖刷及煙氣中所含顆粒對(duì)灰粒子的撞擊而使灰垢脫落，被煙氣流帶走。1213（3）干冰清洗與化學(xué)清洗對(duì)燒渣油和對(duì)流室安裝釘頭管、翅片管的爐子，用吹灰器難以徹底解決積灰問題。因此，近年來在停工大修期間和消缺期間用干冰清洗與化學(xué)清洗清洗對(duì)流管的方法，已取得良好的效果。據(jù)資料介紹，用這兩種方法清洗對(duì)流管的積灰后，可使排煙溫度下降20-100℃，熱效率相應(yīng)提高1％-5％。下面分別介紹這兩種對(duì)流管積灰的清洗方法和注意事項(xiàng)：①干冰清洗42干冰是CO2的固態(tài)存在形式，CO2常態(tài)下是一種無色無味的氣體。在－78℃低溫時(shí)，CO2以固體形式存在，在常壓下，固體CO2直接升華，沒有液化過程。干冰清洗又稱冷噴。其工作原理是以壓縮空氣作為動(dòng)力和載體，以干冰顆粒為加速粒子，通過專用的噴射清洗機(jī)噴射到被清洗物體表面，利用高速運(yùn)動(dòng)的固體干冰顆粒的動(dòng)量變化、升華、熔化等能量轉(zhuǎn)換，使被清洗物體表面的污垢、油污、殘留雜質(zhì)等迅速冷凍、凝結(jié)、脆化、被剝離，同時(shí)隨氣流清除。該方法不會(huì)對(duì)被清洗物體表面，特別是金屬表面造成任何傷害，也不會(huì)影響金屬表面光潔度。43②化學(xué)清洗

化學(xué)清洗利用清洗液的濕潤(rùn)、滲透、乳化、分散和剝離性能，將污垢從爐管表面清除干凈。其過程由清洗設(shè)備將清洗液輸送到對(duì)流段頂部，由上而下噴淋到對(duì)流段爐管表面，在對(duì)流段下部安裝一個(gè)接液槽，將清洗液導(dǎo)出爐體。在清洗過程中，如何保護(hù)好爐內(nèi)對(duì)流段、輻射段襯里不被清洗液淋濕，是爐管清洗中一個(gè)較為關(guān)鍵的技術(shù)步驟。如果對(duì)流段、輻射段襯里被淋濕、浸泡或沖壞，加熱爐開工后，可能出現(xiàn)爐襯脫落、裂紋等現(xiàn)象，將影響加熱爐正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)需停爐搶修。因此，清洗中要有爐襯的保護(hù)措施。1516圖2-5翅片管結(jié)垢情況及清洗后狀況

17圖2-6釘頭管結(jié)垢情況及清洗后狀況2.4合理控制過?？諝庀禂?shù)過?？諝庀禂?shù)對(duì)管式加熱爐熱效率影響很大。過?？諝庀禂?shù)過大，一方而，表明管式加熱爐內(nèi)煙氣含氧量過多，排煙時(shí)，過?？諝鈱崃繋ё?，排入大氣，所以使?fàn)t子熱損失增加，熱效率下降；另一方面，會(huì)降低爐膛內(nèi)燃燒溫度，使?fàn)t管表而熱強(qiáng)度下降，若要保證管式加熱爐的恒定熱負(fù)荷，則必須增加燃料用量，使管式加熱爐熱效率下降。過?？諝庀禂?shù)過小，會(huì)造成燃料燃燒不完全，也會(huì)使管式加熱爐燃料耗量增加，從而使管式加熱爐熱效率下降。1819合理控制過?？諝庀禂?shù)的辦法很多。首先是要選用性能良好的燃燒器，保證在較低的過?？諝庀禂?shù)下完全燃燒；其次是在操作過程中管好三門一板(風(fēng)門、氣門、油門和煙囪擋板)，確保管式爐在合理的過?？諝庀禂?shù)下運(yùn)轉(zhuǎn)，既不讓過?？諝饬刻?，也不因過?？諝獠粔蚨霈F(xiàn)不完全燃燒；再者是應(yīng)做好管式爐的堵漏，因?yàn)榛す苁綘t幾乎都是負(fù)壓操作的，如果看火門、人孔門、彎頭箱門等關(guān)閉不嚴(yán)或爐墻有泄漏之處，從這些地方漏入爐內(nèi)的空氣一般都不參與燃燒而白白帶走熱量。過?？諝庀禂?shù)太大不僅僅使熱效率降低，還有其他許多有害之處，例如加速爐管和爐內(nèi)構(gòu)件的氧化、提高S02向S03的轉(zhuǎn)化率從而加劇低溫露點(diǎn)腐蝕等等。合理地控制過?？諝庀禂?shù)，對(duì)提高管式加熱爐的熱效率是很重要的。通常采取的措施是，檢測(cè)煙氣中的一氧化碳含量，來控制煙道供風(fēng)擋板或燃燒空氣入爐量，使管式加熱爐處于最佳的燃燒狀態(tài)，從而使燃料耗量減少。202.5減少不完全燃燒損失不完全燃燒除造成熱損失，降低熱效率外，還造成大氣污染。機(jī)械不完全燃燒產(chǎn)生的炭粒還會(huì)造成對(duì)流室爐管表面積灰，影響傳熱效果。減少不完全燃燒損失的措施首先是選用性能良好的燃燒器，并及時(shí)和定期地做好維護(hù)，使燃燒器長(zhǎng)期保持在良好狀態(tài)下運(yùn)行，以保證在正常操作范圍內(nèi)能完全燃燒。其次是在操作中精心調(diào)節(jié)“三門一板”，以保證過剩空氣量適合。21化工管式爐的燃燒器性能一般都較好，自動(dòng)化控制水平也較高，因此不完全燃燒都較少。在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中通常都不考慮不完全燃燒損失。但對(duì)那些性能不良或維護(hù)不及時(shí)運(yùn)行狀況不好的燃燒器，以及操作管理不精心的爐子來說，不完全燃燒損失則是不可忽略的。22232.6減少散熱損失管式爐外壁以輻射和對(duì)流兩種方式向大氣散熱。散熱量與爐外壁溫度、環(huán)境溫度和風(fēng)速等有關(guān)。當(dāng)內(nèi)壁溫度一定，爐墻材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和尺寸也一定時(shí)，環(huán)境溫度下降，爐外壁溫度也降低