加热炉选型与效率分析

炼油加热炉选型与效率分析

加热炉的燃料消耗占炼油厂全厂能耗的比例约为30--40％（SEI统计）。随着装置处理量的增大，能耗每降低一个百分点，其节能的绝对值都是很可观的。据统计，炼厂加热炉效率每提高1％，综合能耗降低0.5％。

1加热炉节能的途径

减少炼油加热炉燃料耗量基本经验：换热网络优化与低温热利用，降低负荷是基础；采用先进的新技术、新设备、新材料集成，优化加热炉设计是前提；采用先进控制是有效手段；加强管理是保障；优化加热炉燃料质量，燃料的硫含量是加热炉热效率进一步提高的“瓶颈”。

1.1优化换热流程，降低加热炉热负荷

炼油装置的产品有一些是要经过空冷才能送出装置的。如果将这些空气冷却器出来的热空气收集起来供给炉子作燃烧空气，就可以回收一部分热能，从而降低装置的能耗。空气自环境温度预热到一定温度（例如60～80℃）后，再进入烟气余热回收设备，这不仅回收了热能，还使空气进入余热回收系统的温度升高，解决了余热回收设备冷端的低温露点腐蚀问题，一举两得。

1.2提高加热炉热效率

热效率是衡量加热炉先进性的一个重要指标。它关系着炼油装置能耗的高低。大型化的加热炉一般设计计算热效率都要达到

92%左右。当然，如果使用高硫劣质燃料，要得到如此高的热效率是很困难的。

提高炼油加热炉热效率的措施有：

1)回收烟气中的余热，降低排烟温度。

2)采用低过剩空气系数燃烧器、使得燃料在较低过剩空

气系数下完全燃烧。

3)采用全密封技术，减少炉体漏风量。

4)采用新型衬里材料，降低加热炉外壁散热。

5)采用先进的自动化控制技术，保证加热炉长周期高效

运行。

1.2.1降低排烟温度以减少排烟损失

降低排烟温度的主要措施有以下几种：

1).减小末端温差，即减小排烟温度与被加热介质入对流室温度之差。

2).将需要加热的低温介质如锅炉给水等引入对流室末端。

3).采用各种空气预热器以预热空气。

4).采用烟气余热锅炉以发生蒸汽。

5).除灰除垢，以保证加热炉长期在高热效率下运转

1.2.2降低过剩空气系数以减少排烟损失

一般炼油加热炉正常的过剩空气系数在烧气时为α=1.05～1.15，烧油时为α=1.15～1.25。在实际操作中，如果过剩空气量增加，排烟时大量的过剩空气将热量带走排入大气，使排烟损失

增加，热效率降低。减少不完全燃烧损失的措施首先是选用性能良好的燃烧器，并及时的和定期的维护，使燃烧器长期保持在良好状态下运行，以保证在正常操作范围内能完全燃烧。其次是在操作中精心调节，以保证过剩空气量既不太多，也不太少。控制指标是：烧气CO≤40mg/m3，烧油CO≤80mg/m3。

1.3降低排烟温度的制约

排烟温度的降低要受经济和技术两方面的制约。

1.3.1余热回收末端温差的制约

随着排烟温度的降低，烟气余热回收系统的末端温差越来越小，传热效果也越来越差，回收余热的换热面积也就越来越大，一次投资迅速增加，因此必须根据经济评价确定一个经济合理的余热回收末端温差。

1.3.2降低排烟温度在技术方面主要受烟气露点的制约。

余热回收换热面的温度必须高于烟气的露点温度，否则换热面将受到露点腐蚀而损坏。另外，换热面在露点下积的灰将是“粘灰”，粘灰是很难清除的。

图1燃料中硫的质量分数％与金属壁温的关系

1.3.3环保方面的制约

烟气预热空气是提高加热炉热效率最常用的措施，但是，随着空气温度的提高，燃烧产物中的NO X增加，如果没有适当的措施来降低NO X，则对环保是不利的。另外，空气温度过高，还可能引起燃油喷头结焦或燃烧器过大的变形等问题，除非改变燃烧器结构和材质，一般空气预热温度不宜超过300℃。

1.3.4降低炉外壁温度的制约

降低炉外壁温度，减少散热损失，提高热效率，这是肯定的。但炉外壁温度降到多少才是合理的？这要通过技术经济分析才

能决定。包括炉墙材料费的一次投资随着炉外壁温度的降低而增加；包括燃料费在内的运行费用却随炉外壁温度的降低而减少。这两条曲线交叉所对应的炉外壁温度，即是经济合理的温度。它主要取决于耐火隔热材料的价格和燃料价格。因此，过分追求太低的炉外壁温度，要求更厚的炉衬厚度或更高级的耐火隔热材料，也有失偏颇。SH/T3036-2003《一般炼油装置用火焰加热炉》规定辐射段、对流段外璧温度≤80℃，炉底外璧温度≤90℃。

2 加热炉主要设备技术选型

2.1空气预热器

2.1.1热油式空气预热器

热油式空气预热器是用轻质馏分油（汽油、煤油、柴油）、联苯或导热油预热空气的设备，热油走管内，空气走管外。热油一

般从加热炉对流室取热后再到热油式空气预热器将热量传递给空气，也可以是去空冷器的油改走热油式空气预热器，加热空气而自身冷却后出装置。前者是典型的间接式空气预热器，后者一般作为前置暖风器，为后续的空气预热器提高空气入口温度以防止低温露点腐蚀。

2.1.2热管式空气预热器

热管是一根两端封闭，内部抽真空且充有工质的管子。其热端被加热时，工质吸热而蒸发并流向冷端，将热量传递给管外的冷介质后，自身冷凝流回热端再吸热蒸发，如此循环完成热量传递。由于工质的汽化潜热大，所以在极小的温差下就能把大量的热量从管子的一端传至另一端。

2.1.3管式空气预热器

钢管式空气预热器的结构比较简单，一般采用卧式，即钢管水平放置，空气走管内，烟气走管外。钢管与两端的管板焊接，管板外是空气集箱。一端的管板和集箱是固定的，另一端是可以滑动伸缩的，以便吸收管束的热膨胀。为了充分吸热和减小每组管束的温差，空气侧一般设计成2～4管程，与烟气错流换热。为了便于低温露点腐蚀后更换管束，低温段管束应设计成抽屉式，以便更换时方便地抽出和插入。

铸铁管式的结构比钢管式复杂得多，一般是铸造成双侧均带翅片的半管式部件，再用垫片和锁紧机构组合起来。国内目前还没有成熟的设计、制造和使用经验。