实施节能措施,减少散热损失和排烟损失,降低加热炉能耗

实施节能措施，减少散热损失和排烟损失
降低加热炉能耗
摘要：本文以大连石化公司加热炉运行情况为实例，提出通过改良辐射室衬里材料、管网瓦斯脱硫、采用空燃比串级调节控制技术可以降低加热炉的散热损失和排烟损失，降低加热炉能耗。

关键字：加热炉、热效率、散热损失、排烟损失
1．引言
加热炉在生产中的任务是：利用燃料燃烧释放出热量把工艺介质加热到生产工艺规定的温度。

当处理能力一定时，热效率越高，加热炉消耗的燃料量越少。

提高热效率，减少燃料消耗量是降低大连石化公司加热炉能耗的主要任务。

2007年大连石化公司在运行加热炉21台，2007年1-10月加热炉累计平均热效率86.99%，2007年1-10月加热炉累计平均排烟温度184.25℃，其中运行情况较差的有柴油加氢加热炉排烟温度328℃，热效率仅达81%；三苯F101、F104炉排烟温度均大于250℃，热效率仅达83%；三酮苯加热炉氧含量高达12% ，热效率仅达83。

由此可见，公司加热炉实现“挖潜降耗”是有很大空间的。

加热炉热效率反平衡法计算公式为：η=100%-（Qa+ Qb+ Qc）。

其中η—加热炉热效率%；Qa—排烟损失热量占供给能量的百分数%；Qb—表面散热损失热量占供给能量的百分数%；Qc—不完全燃烧损
失热量占供给能量的百分数%。

散热损失和排烟损失占总热损的70%左右，本文试以实施三项技术措施为例，分析大连石化公司加热炉降低能耗的潜能。

2．减少散热损失
加热炉外壁温度随环境温度的降低而下降，外壁温度在夏季和冬季相差虽多，但散热损失差值不是太大。

国外某些设计公司规定，在环境温度为25℃，风速为2m/s条件下的外壁温度为80-90℃。

12月份大连环境温度为4℃左右，风速平均为3-6m/s，大连石化公司加热炉炉壁测温显示柴油加氢加热炉炉表面平均温度达到300℃，三苯F301加热炉炉表面平均温度达到200℃，连续重整四合一炉炉表面平均温度达到100℃。

可见，上述几台加热炉炉表温度已严重超设计值。

加热炉热量的80%都由辐射室提供，所以改良辐射室衬里是减少炉壁散热损失的最直接有效的方法。

致密型陶纤衬里其容重轻、导热系数小和施工方便等特点，被广泛用作辐射室衬里材料，但是陶纤衬里也存在致密度差、透气度大、耐压强度小等缺点。

辐射室全部采用陶纤喷涂衬里，含硫烟气易透过衬里汇集到温度较低的炉体内壁，形成腐蚀区。

上海高桥石化在今年的常压炉改造中将辐射室衬里改造为浇筑料与陶纤喷涂复合衬里：700浇注料厚度80mm,陶纤喷涂厚度120mm。

因为浇注料衬里具有致密度高、透气度小、耐压强大等优点，与陶纤喷涂一起作为复合衬里正好可以相互弥补：不但可以有效地阻挡烟气渗透，使炉体内壁和保温钉不受腐蚀，还可以达到良好的隔热
保温效果。

通过采用复合型辐射室衬里材料，可使柴油加氢加热炉炉表温度由300℃降至80℃以下，大连年平均风速按5m/s 计算，该炉炉表面积估算为170m 2,由图1推算，通过辐射室材料改良，柴油加氢加热炉1年可减少热量损失为：（11000-1250）×170×8640=143×108Kcal ，估算每年可减少的经济损失为390万元，可见柴油加氢炉衬里的改良即可减少对环境的热污染又能带来可观的经济效益。

图1 加热炉炉壁散热损失[1]外壁温度℃
4080120160200240280320360炉膛散热K c a l /m 2.h . ℃0
2500
5000
7500900011500140001650019000
风速10m /s 530
3．减少排烟损失
3.1 通过降低设计露点腐蚀温度，降低排烟温度
随着节能工作力度逐步加大，要求加热炉的排烟温度越来越低，但是低的排烟温度往往造成空气预热器的换热面上产生强烈的低温露点腐蚀，使加热炉不能正常运行。

大连石化公司柴油加氢预热器因为露点腐蚀已停运，目前排烟温度达300℃以上。

二蒸馏预热器因露点腐蚀曾停运，今年下半年改换成热管式空气预热器。

所以说，低温
露点腐蚀已成为降低加热炉排烟温度、提高热效率的主要障碍。

露点腐蚀温度与烟气中的SO3、H2O有直接关系，以燃料气为主的加热炉中，烟气中水蒸汽体积含量一般小于5%，露点温度随SO3量的增加而升高。

降低SO3浓度有效的方法之一是降低燃料气中的H2S含量。

目前，随着加工原油硫含量的增加，瓦斯气中H2S含量也随之增加，近期，糠醛等装臵的瓦斯气组成中H2S含量已达到10000ppb以上。

所以，只有将大连石化管网瓦斯系统实施脱硫措施，才能从源头上降低H2S含量，降低排烟温度。

2007年11月公司组织柴油加氢预热器改造技术交流，设计方给出该炉的烟气露点腐蚀温度值为145℃，烟气中水蒸汽含量按5%计算，根据图2[2]关系推算，柴油加氢炉烟气中SO3体积浓度为100ppm 左右，10月、11月柴油加氢炉瓦斯气中H2S的体积浓度平均值为5000ppb，实施管网瓦斯脱硫措施H2S含量可降至1000 ppb以下，测算S含量为0.1%（将燃料气中的H2S换算为燃料油中的S含量，公式省略），根据经验值燃料油中含硫量为1%时，烟气中SO2体积含量为500ppm[3]，则S含量为0.1%时，SO2体积含量为50ppm，取SO2转化率为3%，则烟气中SO3体积浓度为1.5ppm，由图2查得露点腐蚀温度降至110℃左右。

排烟温度可降30℃左右。

排烟温度降低30℃，热效率约提高1.7%（根据热效率计算公式，公式略），由图3[4]查得节约燃料消耗约2%左右（柴油加氢现热效率81%）。

32
38182烟气中水蒸汽含量（体积）%烟气中S O 3气体体积含量，p p m 1 1.5 3.5567
89151525406080120140
14.3℃14.9℃37.8℃12.7℃11.6℃
图2 露点与烟气中水蒸汽含量及SO 3浓度的关系[2]
图3 热效率和节约燃料的关系[4]
3.2 燃烧供风量采用空燃比串级调节控制技术
在燃烧器选定后，排烟损失与燃烧供风量有着直接的关系，燃烧供风量小，提供燃料燃烧用氧气少，燃料不能完全燃烧；反之，供风量大，大量的过剩空气将热量带走排入大气，使炉子热损失增多，热效率下降。

所以，将风量/燃料量（即空燃比）设定一个合适值，根据设定值调节供风量，使燃料既能充分燃烧又避免了额外的排烟损6014原加热炉热效率，%节约燃料，%5070
8090
2
4
6
810121618
提高
热效率，10%20
8642
失。

理想的空燃比串级调节控制技术是氧化锆在线分析仪测定烟气中的O含量转化成电讯号送到控制室的DCS系统，分析仪对取得的信号和其他工艺参数（辐射室顶部负压、炉管温度、燃料量变化等）进行分析处理，对供风鼓风机变频调速器发出指令，变频调速器根据指令改变供风鼓风机的转速，实现燃烧供风量调节控制。

大连石化公司20台运行加热炉中（三蒸馏除外），由一半以上的加热炉氧含量超过5%，三酮苯加热炉氧含量高达12%，因为没有实施空燃比串级调节控制技术，供风量大小只能人工根据燃烧情况调节，而由于目前瓦斯管网组分波动大、装臵加工负荷经常调整等原因，人工调节风量经常处于滞后状态，直接造成了烟气氧含量超标，排烟损失大。

此外，虽然三蒸馏加热炉实施了空燃比串级调节控制技术，但是鼓风机没按变频器，只能通过调整鼓风机、引风机的阀开度来使空燃比达到设定值，灵敏度较差。

目前，引风机烟道挡板阀由于调整次数频繁已坏，三蒸馏燃烧供风量采用空燃比串级调节控制联锁也已摘除，三蒸馏常压炉氧含量近日达到8%以上，热效率下降。

所以，只有通过空燃比控制变频鼓风机送风量，加热炉排烟中氧含量控制≤4.6%的目标才有稳定保障。

采用空燃比串级调节控制技术可使三酮苯加热炉氧含量由目前12%控制到小于5%，则热效率可提高5%左右（根据热效率计算公式，公式略），由图3[4]查得节约燃料消耗约6%左右（三酮苯现热效率83%）。

5．结论
通过分析、计算得出通过改良辐射室衬里材料1年可减少柴油加氢热量损失为143×108Kcal、通过管网瓦斯脱硫可减少柴油加氢炉瓦斯消耗2%，通过采用空燃比串级调节控制技术可减少三酮苯炉燃料消耗6%。

可见，实施节能技术措施降低了加热炉的散热损失和排烟损失，降低了加热炉的能耗。

如果将这三种节能措施有针对性地应用于大连石化公司全厂运行差的加热炉，将会保证大连石化公司加热炉运行的经济水平迈上一个新台阶。

参考文献：
[1] 钱家麟、于遵宏、王兰田等编著，管式加热炉，烃加工出版社，1987.9。

[2] 钱家麟、于遵宏、王兰田等编著，管式加热炉，烃加工出版社，1987.9。

[3] 钱家麟、于遵宏、王兰田等编著，管式加热炉，烃加工出版社，1987.9。

[4] 钱家麟、于遵宏、王兰田等编著，管式加热炉，烃加工出版社，1987.9。