提高加热炉热效率的方法

牛有睿，李 江，羊智鹏

（中国石油广西石化分公司，广西 钦州 535008）

1 加热炉情况

某炼厂1000万t·a-1炼油工程常减压蒸馏装置，设常压炉、减压炉各1台，设计热负荷分别为130.8MW、61.1MW，热效率为92%。加热炉设计采用美国UOP公司的工艺技术，由UOP提供工艺包。此装置2019年的能耗达标指标为9kgEo·(t原油)-1，受到油品性质、燃料气热值降低等因素的影响，装置的能耗不断增加，其中加热炉燃料在能耗构成中的占比最大（表1）。

表1 常减压装置的能耗构成

2 加热炉热效率的影响原因

2.1 炉体的热损失

加热炉外壁主要以辐射和对流方式向大气散热。加热炉炉墙包括耐热层、隔热层和保护层。已运行10多年的加热炉，炉墙衬里有损坏，炉管表面的积灰多，使得炉体热损失增加。

2.2 过剩空气系数

加热炉的烟气氧含量是监测加热炉热效率的重要指标。烟气氧含量主要以过剩空气系数来衡量。加热炉燃料必须要在一定的过剩空气量下才能实现完全燃烧，因此过剩空气系数过大，会对加热炉的热效率造成一系列的影响：

1)导致加热炉的热效率下降。烟气的氧含量增加表明进入炉内的过剩空气多，大量的过剩空气将热量从烟囱带走排入大气，增加了炉子的热损失，导致热效率下降。排烟温度越高，过剩空气带走的热量越多，对热效率的影响越大。

2)使燃烧温度下降。在加热炉内，燃料燃烧的温度越高，火焰和高温烟气传给辐射炉管的热量也越多，过剩空气系数增大后，降低了燃烧温度，辐射炉管的热强度下降，吸热量减少，这时必须增加燃料用量，才能维持加热炉的热负荷以及加热炉出口温度的稳定，从而导致热效率下降。

3)过剩空气系数越大，露点腐蚀温度越高。为了避免空气预热系统受到露点腐蚀的影响，排烟温度的降低值要加以控制，因此要降低过剩空气系数，使得排烟温度有下降的余地。过大的过剩空气系数会加剧炉管的氧化，影响加热炉的寿命，并使NOx化合物增加，对大气环境造成一定的影响。

2.3 余热回收

在化工装置中，余热回收是重要的节能措施，对提高加热炉的能源利用率至关重要。烟气带走的热量损失占炉子供热量的40%～60%以上，降低排烟温度，减少烟气带走的热量损失，最有效的方式就是有效利用余热回收装置。排烟温度是评价加热炉热效率的主要指标之一，加热炉效率在90%左右时，排烟热损失占总热损失的70%～80%，一般情况下，排烟温度下降20℃，热效率约可提高1%。在不引起露点腐蚀的前提下，尽可能降低排烟温度，回收烟气中的余热，对提高加热炉的热效率有明显的作用。

2.4 加热炉的技术管理

在加热炉的运行控制中，风门调节不当、供风过大、运行负荷低于设计值、燃料品质不好造成腐蚀和积灰、供风系统的操作不当、燃烧器的选型不当等问题，均会导致加热炉的热效率偏低。

3 提高加热炉热效率的方法

3.1 减少热损失

1）减少炉壁散热损失。2021年大检修时，检查修复了对流室弯头箱的保温，并对对流室、辐射室的炉管进行清灰处理，加热炉的传热效果得到明显改善。通过计算得到烟气露点腐蚀温度约为110℃，因此将原有的排烟温度（125℃）控制在(115±5)℃，加热炉的热效率有明显提高。

2）采用先进控制系统。优化APC先进控制设置的指标，降低加热炉偏流，确保进料总量、分支流量、分支温度、炉出口温度等工艺参数的控制平稳，间接保证了加热炉的热效率。

3）采用新技术。为减少炉壁的散热损失，对加热炉衬里进行了修复。首次采用新技术，在加热炉辐射段的衬里表面喷涂耐高温辐射涂料，涂刷后，衬里表面的黑度达到0.92以上，常压炉外表面的温度降低了10℃，减压炉外表面的温度降低了21.6℃，减少了炉外表面的散热损失。

4）加强加热炉监测，深化精细管理。完善加热炉火焰及热效率的实时监测管理，将加热炉热效率加入DCS操作画面中，实现了自动实时计算，并将指标控制纳入班组绩效系统评比中。

3.2 控制好“三门一板”，降低加热炉的过剩空气系数

1）更换挡板轴承。由于气候潮湿，挡板阀轴承生锈严重，装置加热炉的风道调节挡板故障率较高。大检修期间，对加热炉挡板阀进行了检查维护，并将挡板阀轴承更换为免维护轴承，使得烟气和风量的调节更加灵活准确，提高了氧含量和炉膛负压控制的稳定性，避免了因挡板阀故障而影响加热炉的热效率，提高了加热炉系统运行的稳定性。

2）精心操作，调整好“三门一板”。结合实际生产，当燃料为燃气时，过剩空气系数控制在1.05～1.15；当燃料为燃油时，过剩空气系数控制在1.15～1.25，热效率得到明显提高。操作过程中，要精心调节好“三门一板”（即风门、油门、气门、烟道挡板），烟气氧含量控制在1.0～2.0，炉膛负压控制在-40Pa左右，火焰达到“多火嘴、短火焰、齐火苗”的标准，以确保火焰的分布均匀，炉膛温度均匀，加热炉在最佳工况状态下运行。

3.3 采用高效板式换热器

通过技术改造，将原列管空气预热器更换为新型高效板式预热器，取消了预热蒸汽，节约蒸汽8400t·a-1。同时烟气能量回收更完全，常压炉的散热损失降低了0.75%，热效率提高了0.45%；减压炉的散热损失降低了0.38%，排烟温度降低了22℃，热效率提高了1.7%（表2）。

表2 方法实施前后加热炉运行效果监测表

3.4 加强岗位技能培训

加热炉属于“动态运行”的工艺设备，炉管的使用寿命、加热炉运行周期的长短、节能效果的好坏等，都与操作人员的素质有着极为密切的关系。定期对操作人员进行技术培训和测试，提高理论水平和操作技能，可以提高操作人员对加热炉系统的掌握程度。积极开展加热炉操作竞赛活动，根据情况制定不同的方案和考核指标，引导班组进行精细化调整，提高操作人员的责任心和赋能意识，可为提高加热炉系统的优化运行提供技术保证。

4 经济效益

4.1 燃料气

按该公司投资项目的经济评价参数（2020）进行计算。燃料气价格为人民币2634.51元·t-1，加热炉运行负荷为Q(MW)，改造前热效率为η1，改造后热效率为η2，每年运行时间为8400h，燃料气热值按41.868 MJ·kg-1计算，每年节约的燃料气量M(t·a-1)为：M=(Q/η1-Q/η2)/41.868×3600×8400/1000。

常压炉节约的燃料量：

减压炉节约的燃料量：

经济效益为：2634.51×(505.6+881.2)=365.4万元·a-1。

4.2 蒸汽量

费用依据该公司财务处提供的全厂消耗蒸汽的价格进行计算。蒸汽价格按人民币123元·t-1计算，经济效益为：123×8400=103.32万元·a-1。

两项效益合计为：365.4+103.32=468.7万元·a-1。

5 结语

本文提出了提高加热炉热效率的有效方法，通过优化，提高了加热炉的热效率，降低了燃料的消耗，每年可产生经济效益人民币468.7万元，同时可减少碳排放930t，达到了节能减排的效果。