加熱爐節(jié)能改造技術的應用

加熱爐節(jié)能改造技術的應用

加熱爐是石油和天然氣行業(yè)最常用的設備之一，也是能量最多的設備。目前,公司各生產(chǎn)裝置中的大小加熱爐共有60余臺,總負荷超過800MW,單臺最大熱負荷達到142MW,加熱爐能耗占全公司能耗的30%以上。如果再加上煉油800萬t改擴建工程所增加的加熱爐,其能耗還要大。因此,重視現(xiàn)有老裝置中加熱爐的技術改造和新裝置加熱爐的新技術應用,提高加熱爐熱效率,是降低裝置能耗、提高經(jīng)濟效益的關鍵所在。一、新技術的應用有利于加熱爐提高工作效率加熱爐運行過程中的熱損失,主要是排煙與散熱損失。有效能的損失主要在燃燒傳熱的不可逆過程中。因此,加熱爐熱效率的提高重點應放在燃燒和輻射段的散熱損失上。目前,公司的大多數(shù)加熱爐由于設備陳舊,襯里老化、脫落,鋼板腐蝕穿孔等各種原因,導致加熱爐散熱損失增大,局部過熱超溫,引起熱效率下降,熱效率一般在80%～88%之間,達不到原設計值或公司考核要求,不但嚴重影響了設備的安全運行,還制約了單位加工費的降低,直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)在,單純依靠傳統(tǒng)的“三門一板”操作,控制煙氣中的氧含量和排煙溫度,以及對設備的修修補補,已很難獲得明顯的效果。因此,應用新技術是當前提高加熱爐熱效率的有效途徑。根據(jù)目前國內(nèi)外發(fā)展的技術,決定采用耐火纖維噴涂技術和在加熱爐內(nèi)表面噴涂HT-1耐高溫輻射涂料改造加熱爐。二、強制維修措施1.耐火纖維噴涂技術當前,耐火纖維以其密度低、導熱系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好、抗熱振性強等優(yōu)良特性,已廣泛應用于冶金、石油、化工、機械、電子、建筑、輕工等行業(yè),是耐火、保溫、隔熱、隔音、防火的優(yōu)選材料。目前,國內(nèi)耐火纖維的應用是將其二次制品,如氈、毯、預制塊等,在現(xiàn)場采用層鋪法、疊加法、貼面法等方法形成襯里層。這些方法的主要缺點有:(1)纖維型材之間有接縫,整體性差,對于拐角、異形面更為突出;(2)在使用中由于纖維的熱收縮性,很容易造成貫通縫隙。由于以上缺點的存在,導致加熱爐內(nèi)的高溫煙氣沿著縫隙外溢,增大了熱損失,降低了熱效率,而且還嚴重影響設備的使用效果和安全運行。耐火纖維噴涂技術是通過專用纖維噴涂設備,將經(jīng)過預處理的散狀耐火纖維棉直接噴涂到加熱爐爐墻或爐殼的表面上。并在噴射過程中,將專用高溫結(jié)合劑均勻地噴入纖維流,二者充分混合后一同噴到施工表面上。耐火纖維噴涂爐襯與上述的其它方法獲得的纖維爐襯相比,其最大特點是:(1)一次性整體噴涂所得到的爐襯無接縫,并且由于散狀耐火纖維棉在噴涂中形成的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),提供了堅固均勻的整體結(jié)構(gòu),為加熱爐提供了更加完善的隔熱保護;(2)減少了錨固件的用量,并能有效地防止燒損;(3)噴涂時,只要爐墻表面稍加處理即可,無需像安裝纖維毯或預制塊那樣對基體進行平整,施工很方便;(4)對于異形面的噴涂,降低了噴涂難度,提高了作業(yè)質(zhì)量。加氫裂化車間編號F-301和F-302二臺加熱爐,原爐襯采用了復合輕質(zhì)耐火澆注料與特制的纖維毯粘接結(jié)構(gòu)。由于輻射室襯里平鋪粘接結(jié)構(gòu)設計有缺陷,異形部位施工困難,施工時粘接劑涂抹不均勻,粘接劑本身粘接力不夠大,導致第一個周期開工后期襯里脫落嚴重,爐膛內(nèi)熱空氣從鋼板和澆注料之間的縫隙竄出,引起看火窗處鼓包,爐墻外側(cè)油漆脫落,爐外側(cè)墻鋼板的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生H2S低溫露點腐蝕,側(cè)墻鋼板的平均溫度達78℃,加熱爐熱效率僅為82%左右。根據(jù)加熱爐襯里層有溫度梯度這一實際情況及設計參數(shù),用高鋁層厚60mm和普鋁層厚170mm的復合襯里,襯里總厚度為230mm。所用的纖維材料的性能見表1。改造后檢測結(jié)果表明:①加熱爐爐墻外壁溫度顯著降低(表2)。②加熱爐重量減輕,結(jié)構(gòu)簡單。原加熱爐耐火澆注料LCR-1000密度800～900kg/m3,LCR-800密度600～700kg/m3,新噴涂的高鋁、普鋁纖維密度為215kg/m3,每臺爐子總重量約減少15t。③熱效率上升顯著。改造后由于襯里整體性好,封閉嚴,相對減少了爐膛漏入的空氣量,爐膛中氧含量從12%降至目前的6%以下,爐膛明亮,燃燒情況好。改造后熱效率已達90%左右,比改造前上升了約8個百分點。2.高溫輻射涂料HT-1耐高溫輻射涂料,全稱為HT-1多晶礦化黑陶瓷節(jié)能涂料,是近幾年應用較廣的一種新型節(jié)能材料,其主要成分見表3?？蓱糜诩訜釥t爐窯內(nèi)襯耐火磚和耐火纖維隔熱材料的表面上,具有抗熱振和抗剝落、增強爐壁抗氣流沖刷性能,和延長爐襯壽命、提高熱效率、降低單位產(chǎn)品能耗的特性及作用。其主要技術指標見表4。HT-1耐高溫輻射涂料的節(jié)能機理為:(1)當加熱爐爐壁內(nèi)表面涂上該涂料后,發(fā)射率即由0.75提高到0.90,根據(jù)玻耳茲曼定律,當爐壁發(fā)射率增加后,在相同供熱條件下,爐壁溫度必然增加,爐壁表面輻射能力以熱力學溫度的四次方值躍增。爐內(nèi)壁噴涂耐高溫輻射涂料后,導熱系數(shù)明顯降低,使爐外表面溫度降低,從而減少爐外壁散熱的熱損失,從而減少了燃料消耗,提高熱效率。(2)HT-1耐高溫輻射涂料不僅具有較高的發(fā)射率,能夠改善高輻射能譜的分布,而且還具有與多種物質(zhì)強烈吸收紅外線相匹配的輻射能譜分布,從而提高輻射能的利用率。(3)HT-1耐高溫輻射涂料由強輻射材料組成,高溫下輻射遠紅外波穿透能力極強,能穿透加熱物體,使加熱物體的里、外層同時受熱,升溫快。同時,遠紅外波亦能穿透燃料本身,使里層燃料吸收遠紅外波而產(chǎn)生能級躍遷,放出能量,加速燃料燃燒,使燃料完全燃燒,提高燃燒質(zhì)量,減少加熱爐有效能的損失,達到節(jié)能目的。焦化車間編號F-002的加熱爐原來每次大檢修時,均發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)襯粘貼的陶瓷纖維有不同程度的脫落,導致高溫煙氣沿著縫隙外溢,爐子外壁局部過熱,嚴重影響設備的安全運行。2001年對爐內(nèi)壁噴涂了HT-1涂料,有關施工數(shù)據(jù)見表5。為了檢測其節(jié)能效果,測試了噴涂前后加工同一種原料(遼河渣油)時的工藝操作參數(shù)(見表6),進行對比分析。從表6中可以看出,噴涂HT-1涂料后,在處理量、加熱介質(zhì)相同的情況下,爐膛平均溫度下降了20℃,從而降低了燃料消耗,達到了節(jié)能目的。另外,從噴涂前后的平均單耗也可以看出其節(jié)能效果,見表7。根據(jù)表7可知月平均單耗由29.87kg(標油)/t下降到28.84kg(標油)/t,下降了1.03kg(標油)/t,下降幅度為3.4%。如果裝置處理量按80萬t/a考慮(因有二臺爐子并聯(lián)運行,故單臺爐子的處理量為40萬t/a),燃料價格按400元/t計算,這臺爐子每年可節(jié)約16.48萬元,減去5.544萬元的投資,一年可產(chǎn)生10.936萬元的經(jīng)濟效益,相當可觀。HT-1耐