优化操作提高加热炉热效率

(整期优先)网络出版时间:2021-12-02
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优化操作提高加热炉热效率

周景山

宁夏石化公司炼油一部 宁夏 银川市 750001


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摘要:宁夏石化公司炼油一部常压装置是宁夏石化公司原油加工的主要生产装置,常压加热炉是常压装置的关键设备,加热炉的运行状况直接决定着常压装置的能耗水平,提高加热炉热效率对常压装置具重要意义。

关键词:加热炉;热效率;过剩空气系数

1.前言

工艺加热炉是炼油生产装置的主要设备之一,是炼油生产装置的耗能大户,而提高工 艺加热炉的热效率,可减少炼油生产装置加热炉燃料耗量。加热炉热效率是反映加热炉运行状况的最主要参数,加热炉热效率(η)是指加热炉炉管内物料所吸收的热量占燃料燃烧所发出的热量及其它供热之和的百分数即为加热炉的热效率。加热炉热效率的高低直接影响整个生产装置能耗大小和生产成本,它是表明燃料有效利用率的一个指标,是加热炉操作的一个主要工艺参数。因此分析提高加热炉热效率显得尤为重要。

2.现状

宁夏石化公司常压蒸馏装置设计处理量为500万吨/年。有1台常压炉(120-F101),常压炉(F101)是方型炉,由两个辐射室,一个对流室组成,设计 热负荷为 55MW,燃烧器为 16 个,炉膛烟气氧含量为 2.0%,燃料消耗量为 3000kg/h。该常压炉目前采用强制通风方式,配有一台工频鼓风机和一台工频引风机, 烟气在空气预热器前温度为 287℃,空气预热器之后温度为 120-135℃之间。 常压炉 F101 经过2018年低氮燃烧器和2020年CO控制两次改造,提高运行效率,加热炉热效率达到92%以上,但在实际生产中,由于受仪表好、操作习惯等的影响,使热效率波动,所以通过优化操作提高热效率

3.常压炉提高热效率的措施

提高加热炉热效率的措施有:降低排烟温度,降低过剩空气系数,减少不完全燃烧损失,减少散热损失等。这可用简化的热效率反平衡表达式描述:

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式中

61a8536a85648_html_d68c763eec91505f.gif --加热炉热效率;

61a8536a85648_html_eafba6b81dba57f9.gif --排烟损失占加热炉总供热的比值,排烟温度和过剩空气系数的函数;

61a8536a85648_html_e39195a7adbad836.gif --不完全燃烧损失占加热炉总供热的比值;

61a8536a85648_html_fe6f9e15da1307fc.gif --散热损失占加热炉总供热的比值。

3.1降低排烟温度以减少排烟损失

(1)利用热媒水空气预热器以预热空气

从上式可以看出,减少排烟损失就可以提高热效率。用烟气预热空气是管式炉回收烟气余热,提高热效率的主要方法,也是最常用的方法。常压炉主要通过热媒水余热回收系统回收高温烟气的热量来加热入炉空气,入预热器的烟气温度大约在300℃左右,出预热器的烟气温度在120-130℃之间,入炉空气可加热到220-250℃左右,空气温度每提高20℃,炉子热效率约提高一个百分点。在空气的出入后有旁路调节,可调节烟气的排烟温度。在实际操作生产中,空气旁路调节阀通过自动控制可以很好的控制排烟温度。但在生产中要注意一些细节的操作,例如:对于风道的两个蝶阀的控制,在保证鼓风机出口压力的情况下,尽量全开,使风道畅通,调节火嘴风门时也比较灵敏,利于正常燃烧。另外在降低排烟温度时应注意:降低排烟温度在技术方面主要受烟气露点的限制。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,经过测算常压炉的烟气露点腐蚀温度在110℃,现在排烟温度控制在120-130℃是合适的。另外,换热面在露点下积的灰将是“粘灰”,粘灰是很难清除的。这种粘灰越积越多,烟气侧的阻力迅速增加,甚至使余热回收系统难以操作而被迫停运。

(2)定期吹灰保证常压炉炉长期在高热效率下运转。

不完全燃烧产生的炭粒和燃料中的灰分等烟尘均会污染对流室炉管的外表面,增加热阻,降低传热效果。随着积灰的增加,排烟温度迅速上升,热效率显著下降。为了保证常压炉长期在较高的热效率下运转,必须坚持用吹灰器定期清除积灰。常压炉是低氮燃烧器燃料是瓦斯气,利用声波吹灰器定期吹灰效果较好

3.2降低过剩空气系数以减少排烟损失

燃烧所用实际空气量与理论空气量之比叫做过剩空气系数α。常压炉正常时过剩空气系数能控制在(1.05-1.15)。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。由于过剩的空气是在排烟温度下排入大气的,所以排烟温度越高,过剩空气带走的热量就越多,对热效率的影响也就越大。在常压炉的实际生产中首先要保证各个燃烧器的正常运行,控制好燃气比,开大燃料气炉前手阀,入炉燃料气压力流量自动控制,避免调节某个火嘴时,影响其它火嘴的波动。保证在较低的过剩空气系数下完全燃烧;其次是在操作过程中管好三门一板;再者是应做好常压炉的堵漏,在日常巡检时及时关闭看火门、不用的火嘴的风门等严防空气漏入炉内,因为从这些地方漏入炉内的空气一般都不参与燃烧而白白带走热量。

3.3减少不完全燃烧损失

不完全燃烧除造成热损失,降低热效率外,还造成大气污染。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。常压炉自去年技改为烟气中CO含量对加热炉燃烧进行控制后,不完全燃烧较少,降低了过剩空气量,CO控制为50~100ppm。烟气中的氧含量控制甚至可以达到1%,使实际燃烧接近理论配比燃烧状态,提高了加热炉热效率,节省燃料使用,减少CO2和NOx的排放,实现加热炉节能、环保及安全地运行。

3.4减少散热损失

常压炉正常生产时,经过炉表面温度测量和红外测温仪进行炉体温度检测,从测量的数据表明,炉表面温度达标。一般散热损失仅占总供热量的1.5-3%。因此靠减少散热损失来提高热效率的余地并不大。

4.目前存在问题

1.基于CO含量控制的控制还不够稳定,需要供应商、电议部等多方协调解决;氧含量、负压等仪表也需及时维护保养。

2.当瓦斯组分变化太大时,需立即调整进炉空气量,在实际操作中无法及时分析瓦斯组分波动,造成氧含量超指标。

3.还需加强对操作人员的技能培训,提高对加热炉的操作水平

5.精心操作、加强管理

总之,在日常生产中,及时关闭未关闭的看火窗和闲置火嘴的风门等提高炉体密封性,减少吸入空气或漏烟气;维护好供风系统、瓦斯系统和原料系统各现场阀门;在切换火嘴等操作时要严格按操作规程执行;内操在提降量、出口温度等调节时要微调细调,发现负压、氧含量及CO含量波动时要及时分析原因进行调节,加强各种仪表维护,在保证完全燃烧的前提下,尽量降低入炉空气量,可使热效率得以显著提高。


参考文献

[1]常减压蒸馏装置技术手册/ 寿建祥,陈伟军主编 .-北京:中国石化出版社,2016

[2]管式加热炉/ 钱家麟主编.(第二版)-北京:中国石化出版社,2003(2009.9重印)