延遲焦化加熱爐水熱媒空氣預(yù)熱器工業(yè)應(yīng)用

延遲焦化加熱爐水熱媒空氣預(yù)熱器工業(yè)應(yīng)用

九江分行1噸延遲焦化廠于2006年3月20日正式落成。該裝置由中國石化建筑安裝公司（sei）設(shè)計(jì)。其中，焦化爐是一個(gè)垂直的傾斜管廳，帶有雙輻射室多火嘴的垂直管。垂直水下燃燒的平波vsx火嘴。加熱爐采用兩點(diǎn)蒸發(fā)技術(shù)，余熱回收系統(tǒng)率先引入無低溫腐蝕水熱媒體技術(shù)，空氣預(yù)熱器配置，加熱空氣，降低排放溫度，提高加熱爐效率。該空氣預(yù)熱器由中船重工集團(tuán)公司第711研究所開發(fā),以除氧水為熱載體,用三個(gè)換熱器分別實(shí)現(xiàn)水、煙氣和空氣三者之間的熱量交換,并預(yù)熱空氣,因其排煙溫度易調(diào)節(jié)和控制,具有節(jié)能效果好,設(shè)備使用壽命長等特點(diǎn),已開始應(yīng)用于大型鍋爐和煉油化工裝置加熱爐的余熱回收。1預(yù)熱水裝置的性能1.1煙氣余熱回收技術(shù)近年來,隨著石化企業(yè)加工原油硫含量的上升,加熱爐煙氣中的SOx增加,使得煙氣酸露點(diǎn)溫度升高,導(dǎo)致加熱爐余熱回收系統(tǒng)換熱設(shè)備腐蝕加劇,嚴(yán)重影響了加熱爐長周期穩(wěn)定運(yùn)行,其腐蝕根本原因在于被預(yù)熱的工藝介質(zhì)(空氣)溫度較低,使得換熱設(shè)備管壁溫度低于煙氣的露點(diǎn)溫度(盡管排煙溫度可能高于露點(diǎn)溫度),導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備在煙氣側(cè)表面產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕。水熱媒技術(shù)以除氧水為傳熱媒介,先將煙氣余熱轉(zhuǎn)化為熱媒水的熱能,再利用熱媒水的熱能加熱工藝介質(zhì)(空氣)。整個(gè)系統(tǒng)采用中壓除氧水作為系統(tǒng)的定壓水,以提高熱媒水的飽和溫度,從而提高系統(tǒng)的傳熱品質(zhì),有利于充分回收煙氣的余熱。水熱媒系統(tǒng)可以根據(jù)加熱爐負(fù)荷、加熱爐用燃料氣(油)硫含量的變化采取有效的調(diào)節(jié)手段確保熱媒水的溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度,從機(jī)理上避免換熱設(shè)備產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕的可能性,保證換熱設(shè)備的長周期運(yùn)行。1.2煙氣余熱回收利用該空氣預(yù)熱系統(tǒng)主要由煙氣換熱器、空氣換熱器、高溫預(yù)熱器、熱媒水循環(huán)泵、調(diào)節(jié)閥組等設(shè)備組成,以2.2MPa的中壓除氧水為傳熱媒介,建立一個(gè)閉式循環(huán)系統(tǒng)。熱媒水通過設(shè)置在加熱爐對(duì)流室出口的煙氣換熱器將煙氣的低溫?zé)嵛?把回收來的熱量通過鼓風(fēng)機(jī)出口空氣換熱器預(yù)加熱外界空氣,而空氣經(jīng)過預(yù)加熱后,再在高溫預(yù)熱器中與高溫?zé)煔鈸Q熱升溫至加熱爐助燃,如此循環(huán)將煙氣熱量源源不斷傳給助燃空氣。在熱媒水空氣換熱器進(jìn)口和熱媒水循環(huán)泵入口之間,設(shè)置旁路調(diào)節(jié)閥,可靈活調(diào)節(jié)煙氣換熱器進(jìn)口水溫使之高于煙氣露點(diǎn)溫度,從而防止管壁產(chǎn)生低溫腐蝕,熱媒水、助燃空氣和煙氣流程詳見圖1。熱媒水循環(huán)過程空氣處理冷空氣→空氣換熱器→高溫預(yù)熱器→加熱爐。氣體處理高溫?zé)煔狻邷仡A(yù)熱器→煙氣換熱器→煙囪。1.3水熱媒空氣預(yù)熱器性能保障(1)從流程上進(jìn)行分析,煙氣換熱器的管壁溫度始終高于冷側(cè)熱媒水入口溫度,而熱媒水入口溫度由旁路調(diào)節(jié)控制閥自動(dòng)控制,因而可根據(jù)煙氣的實(shí)際露點(diǎn)溫度調(diào)節(jié)熱媒水溫,進(jìn)而控制管束的最低壁溫,所以在加熱爐熱負(fù)荷或燃料氣(油)性質(zhì)發(fā)生變化的情況下,該預(yù)熱器能夠自動(dòng)控制管束的管壁溫度使之高于露點(diǎn)溫度;另一方面,空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后,再與高溫?zé)煔鈸Q熱,提高了高溫預(yù)熱器的冷端溫度,可以防止其它管式空氣預(yù)熱器存在的因冷端溫度過低而引起的冷空氣入口側(cè)煙氣的低溫露點(diǎn)腐蝕問題。因此從上述兩個(gè)方面真正保證換熱設(shè)備避開煙氣低溫露點(diǎn)腐蝕,延長換熱設(shè)備的使用壽命,并能在保證煙氣換熱器冷側(cè)熱媒水入口溫度高于露點(diǎn)溫度情況下盡可能降低排煙溫度,提高加熱爐的熱效率,這是水熱媒空氣預(yù)熱器的最大優(yōu)越性。(2)水熱媒系統(tǒng)長周期運(yùn)行過程中,煙氣換熱器的傳熱性能是整個(gè)系統(tǒng)性能保證的關(guān)鍵,影響煙氣換熱器傳熱性能的直接因素是受熱面的表面積灰(細(xì)灰顆粒靜電作用吸附在受熱面管壁上所致)。積灰有兩種現(xiàn)象:一種是浮灰,當(dāng)管壁溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度時(shí),積灰呈疏松狀,較容易被清除,但當(dāng)浮灰不能被及時(shí)清理時(shí),浮灰也會(huì)積塊,呈密質(zhì)狀,增大清理難度;一種是粘結(jié)灰,當(dāng)管壁溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度時(shí),粉塵因結(jié)露會(huì)牢牢地粘結(jié)在管壁上,越結(jié)越厚,越結(jié)越堅(jiān)硬,難于清理。設(shè)計(jì)水熱媒系統(tǒng),使煙氣換熱器管內(nèi)的熱媒水溫高于煙氣露點(diǎn)溫度,保證了管壁積灰呈疏松狀,為清灰創(chuàng)造了有利條件,另外該系統(tǒng)配套安裝有10臺(tái)正壓防爆型固定旋轉(zhuǎn)式蒸汽吹灰器,能及時(shí)有效地清除煙氣換熱器表面的積灰,保證了煙氣換熱器的傳熱性能。(3)在加熱爐操作異常變化、進(jìn)高溫預(yù)熱器煙氣流量和溫度遠(yuǎn)高于正常設(shè)計(jì)工況時(shí),對(duì)于其它管式預(yù)熱器如熱管式,溫度超高會(huì)破壞管內(nèi)的鈍化膜,導(dǎo)致熱管失效,甚至超壓導(dǎo)致爆管事故,而水熱媒空氣預(yù)熱器系統(tǒng)管路中設(shè)有溫度調(diào)節(jié)閥和安全閥,當(dāng)熱媒水的溫度高于設(shè)定值、壓力高于安全閥設(shè)定值時(shí),安全閥自動(dòng)起跳,確保了換熱的有效性和操作的安全性。熱媒水循環(huán)泵采用聯(lián)鎖自動(dòng)控制,當(dāng)主泵停止時(shí),備用泵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng),避免熱媒水突然中斷,系統(tǒng)熱量無法傳遞,導(dǎo)致局部超溫對(duì)設(shè)備造成損害。(4)煙氣換熱器下部屬低溫端,相對(duì)而言較易發(fā)生管束腐蝕穿孔,安裝過程中在該組煙氣換熱器上增設(shè)熱媒水循環(huán)副線,一旦發(fā)生腐蝕穿孔等異常情況可以單獨(dú)切除這部分管束進(jìn)行維修處理,而水熱媒空氣預(yù)熱器還可以繼續(xù)使用,不影響加熱爐的正常運(yùn)行。1.4性能參數(shù)水熱媒空氣預(yù)熱器的主要性能參數(shù)(設(shè)計(jì)值)見表1。2煙氣溫度和煙氣放空量水熱媒空氣預(yù)熱器自投用以來,連續(xù)運(yùn)行7個(gè)月工況良好,實(shí)際運(yùn)行參數(shù)(見表2)接近甚至優(yōu)于設(shè)計(jì)參數(shù),說明該空氣預(yù)熱器在延遲焦化加熱爐上的應(yīng)用是成功的。主要體現(xiàn)在:(1)按照中國石化加熱爐管理制度推薦加熱爐的最終排煙溫度一般應(yīng)高于露點(diǎn)溫度20～30℃,經(jīng)中國石化加熱爐檢測評(píng)定中心金陵中心站評(píng)價(jià)分析該爐的露點(diǎn)腐蝕溫度為118℃,因此該爐在運(yùn)行過程中通過控制熱媒水入煙氣換熱器的溫度,將排煙溫度控制在140℃左右這樣一個(gè)較理想的工況下,與其他焦化裝置加熱爐排煙溫度普遍高于180℃相比較而言,熱損失較小;另外排煙溫度在加熱爐運(yùn)行負(fù)荷發(fā)生變化的情況下控制不受影響。從表2可以看出,在加熱爐低負(fù)荷或滿負(fù)荷的情況下排煙溫度控制都非常穩(wěn)定。(2)從表2實(shí)際運(yùn)行的參數(shù)看,外界空氣先經(jīng)過空氣換熱器預(yù)熱到140℃以上,再經(jīng)過高溫預(yù)熱器加熱到245℃左右,而煙氣最終排煙溫度140℃左右低于設(shè)計(jì)值。避開了三位露點(diǎn)腐蝕,延長換熱設(shè)備使用壽命,而且空氣預(yù)熱后的溫度也高于設(shè)計(jì)值216℃,說明該預(yù)熱器實(shí)際運(yùn)行傳熱效果比設(shè)計(jì)更佳。(3)在該焦化裝置滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,加熱爐的熱效率都在91%以上,經(jīng)專業(yè)測評(píng),因水熱媒空氣預(yù)熱器的良好運(yùn)行,使該加熱爐的熱效率提高了7.12%。該焦化裝置的燃料氣單耗為765.2MJ/t,比設(shè)計(jì)的870.6MJ/t低105.4MJ/t,說明水熱媒空氣預(yù)熱器在延遲焦化加熱爐上應(yīng)用能夠明顯提高加熱爐的效率,充分體現(xiàn)了該預(yù)熱器的節(jié)能效果,大大降低了延遲焦化裝置的能耗。(4)從經(jīng)濟(jì)效益來分析,由燃料氣的組成和煙氣組成計(jì)算得知,加熱爐的理論空氣量為14.93,空氣過剩系數(shù)為1.17。而加熱爐滿負(fù)荷運(yùn)行的燃料氣用量為2280kg/h,每年開工8400h,假定煙氣排煙溫度比一般空氣預(yù)熱器低40℃,按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,每年可多回收熱能約21916.6GJ,燃料油按2690RMB￥/t計(jì),則每年可節(jié)省141×104RMB￥,而該空氣預(yù)熱器系統(tǒng)的總設(shè)備購置費(fèi)以及安裝調(diào)試費(fèi)為211×104RMB￥,可見設(shè)備投資回報(bào)率高,其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益非?？捎^。3除氧水系統(tǒng)壓力(1)水熱媒空氣預(yù)熱器投入使用必須先運(yùn)行熱媒水,只有在熱媒水系統(tǒng)運(yùn)行正常的情況下,方可將鼓、引風(fēng)機(jī)投入系統(tǒng),然后慢慢引熱煙氣至高溫預(yù)熱器和煙氣換熱器逐步升溫,防止熱媒水局部驟然受熱損壞設(shè)備。如果系統(tǒng)發(fā)生故障,必須先將煙氣切出水熱媒空氣預(yù)熱器,這與一般換熱器投用的原則一樣。(2)在熱媒水投用初期需要定期在整個(gè)熱媒水循環(huán)系統(tǒng)的高點(diǎn)排氣,防止熱媒水系統(tǒng)內(nèi)存有空氣,空氣的存在一方面會(huì)引起氣阻造成熱媒水泵不上量,導(dǎo)致系統(tǒng)換熱不均勻局部過熱,另一方面還可能引發(fā)預(yù)熱器管束高溫有氧腐蝕。(3)水熱媒空氣預(yù)熱器正常運(yùn)行過程中,熱媒水系統(tǒng)不需要補(bǔ)充水,只有在換熱設(shè)備泄漏時(shí)才需要微量補(bǔ)水;另外加熱爐負(fù)荷和環(huán)境溫度的變化也會(huì)引起熱媒水容量的微量增減,水量增加會(huì)造成系統(tǒng)壓力上升、安全閥起跳或管束泄漏;反之會(huì)造成系統(tǒng)壓力下降,引發(fā)管束內(nèi)除氧水汽化。因此熱媒水必須與公用系統(tǒng)的除氧水始終連通,這就要求公用系統(tǒng)的除氧水系統(tǒng)壓力相對(duì)穩(wěn)定,為此該裝置專門安裝了一臺(tái)自立式減壓調(diào)節(jié)閥,以保證公用系統(tǒng)除氧水壓力在規(guī)定的范圍之內(nèi)。(4)熱媒水的循環(huán)量對(duì)煙氣熱量在空氣預(yù)熱器和煙氣換熱器的分布影響較大,如果熱量的分布不合理,會(huì)造成在高溫預(yù)熱器的冷流空氣的入口溫度過低,使得其管壁溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度,從而腐蝕管束,另外切換熱媒水循環(huán)泵時(shí)由于沒有熱媒水流量作參考,整個(gè)熱量分布需要重新摸索和調(diào)整,有時(shí)調(diào)整不好還會(huì)導(dǎo)致熱媒水循環(huán)泵超載跳停,因此建議在熱媒水循環(huán)管路上設(shè)計(jì)和安裝流量計(jì),以方便操作和保證運(yùn)行更安全穩(wěn)定。4對(duì)回用空氣預(yù)熱系統(tǒng)的特殊要求在加熱爐的煙氣余熱回收系統(tǒng)中,水熱媒空氣預(yù)熱器在延遲焦化加熱爐上的應(yīng)用表明其