浅谈提高加热炉热效率的方法

浅谈提高加热炉热效率的方法

孙汉峰1李建泰2周玉强3张莉4

1长庆油田分公司第二输油处；2.3.4.庆阳石化公司

改造加热炉的目的就是增加热负荷，提高热效率。在实际操作过程中,为了提高管式炉的处理量，通过增强燃烧的办法，可提高热负荷10%左右。但因受辐射管壁温度过高、火焰舔炉管和炉膛产生正压等条件限制，其处理能力难以管式加热炉是炼油厂和化工厂重要的供热设备。

因此，在改造之前，应收集分析和现场标定加热炉的性能指标，包括设计数据和操作时炉内各部位烟气温度和压力；燃烧空气温度、压力降及过剩空气系数；介质的进、出口温度和压力等。

经综合分析，可从以下6个方面对管式加热炉进行改造。

1.增加对流管表面积

增加对流管表面积能增大对流段的热负荷。对流段位于辐射室上部,增加对流室高度比增加辐射室高度容易。在常减压装置、焦化装置中通常可采用这种改造方法。对流段排烟温度与介质进口温度之差,国外要求低于30℃,国内多为100～150℃。可从以下三个方面进行改造。

其一，增加对流管数量。管式加热炉对流段上部一般留有高度不小于800mm的检修空间，小型加热炉高度不小于600mm，可在此空间加装对流管。若空间不够，可加高对流段，以增加对流管的换热面积。

其二，用扩大表面管替代光管。旧式加热炉对流段有的用光管，可以用翅片管或钉头管代替。钉头管表面积是光管的2～3倍,翅片管表面积是光管的8～11倍。代替后原来的管板不能再用，需重新制作管板。如果燃烧器烧油，需增设吹灰器吹灰。建议采用声波吹灰器,吹灰介质为压缩空气,吹灰效果好,可提高对流传热系数,降低排烟温度,同样可提高加热炉的热负荷。

其三，用翅片管替代钉头管。旧式管式炉对流管若烧气体燃料，可用传热面积更大的翅片管代替钉头管,但要保证外部安装尺寸与钉头管的相同，以便仍使用原来的管板。

2.增加辐射管换热面积

很多情况下，可通过增加辐射室的高度（即辐射管的高度）来增加圆筒形立式炉辐射管的换热面积。对水平管箱式炉，在炉管上部或接近炉底的下部有可利用的空间用来增加炉管数量，从而增加辐射管的换热面积。辐射管的根数与炉管直径、管心距有关，辐射段尺寸受加热炉地基础、钢结构、燃烧器布置等影响。

3.修正烟囱高度

烟囱的主要用途是安全有效地排放烟气。如果结构不合理，炉膛便产生正压而限制加热炉的操作。烟囱可通过增加高度或直径加以修正，但烟囱所受的风载荷会增加，故加热炉基础和钢结构的强度及稳定性须重新核算，以保证满足风载荷增加后烟囱的力学性能要求。

4.换用新型燃烧器或变自然通风为强制供风

燃烧器是加热炉的关键设备,自然通风的燃烧器需要更多的过剩空气，火焰长，通过燃烧器的空气压降为7.6～15.2mmH2O，燃烧空气被低速导入,很难与燃油充分混合。燃油的过剩空气系数为0.30～0.40；气体燃料为0.15～0.20。

强制供风的燃烧器压力降为50.8～152.4mmH2O，空气高速进入，湍流激烈，火焰短小有力,炉膛内炉管受热均匀，空气压力使燃料和空气充分混合，燃料油的过剩空气系数为0.10～0.15，燃料气的为0.05～0.10，燃烧充分，放射烟尘粒子减少，火焰形状和刚度易于控制，工作噪声低。

减小过剩空气系数一般能节省燃料2%～3%。但对低氮燃烧器而言，其火焰很长，若过剩空气系数减小到设计值，则操作较困难。

5.增设空气预热系统

这是加热炉常见的改造方式。烟气出口温度每下降35℃，热效率提高1%。如果烟气温度高于340℃，热负荷大于9.3MW，应在对流段和烟囱之间增设空气预热器预热燃烧空气，余热可以利用。同时要安装强制供风燃烧器、鼓风机或引风机、冷风道、热风道和烟道等。预热器用于中小型加热炉时,应尽量顶置,以简化结构,降低改造费用。一般靠炉子原来的烟囱自然排烟，应避免排烟温度接近露点温度,排烟温度以200～250℃为宜。

燃料中有6%～10%的硫燃烧后转化成SO3，继而生成硫酸。烟气内SO3含量越高，露点温度越高。管壁温度至少要高于烟气露点温度25℃。若燃料中硫含量小于1%，管壁温度最低为135℃；若燃料中硫含量为4%～5%，管壁温度最低为149℃。

避免烟气露点腐蚀的措施有：用低压蒸汽或热油预热空气；用预热器出口高温空气循环预热进口空气，以保持较高的空气进口温度；采用低合金耐腐蚀钢或非金属材料。

6.应用高温辐射涂料增强换热效果

近几年来,在管式炉炉膛内表面喷涂高温辐射涂料,以增强辐射传热量。炉内壁常用的耐火材料(耐火砖、耐火混凝土和耐火纤维毡三大类)辐射系数小,而高温辐射涂料的幅射系数大,涂抹后会增加热源对炉壁的辐射传热量,使炉壁表面温度上升,达到增大炉管的传热量和加热炉的热负荷之目的。

文中简述的几种提高加热炉效率的措施，在实际生产中需结合装置的特点、工艺要求、设备腐蚀、操作的安全等因素具体而定。这也就是说，加热炉的优化技术，随着科学技术的不断进步，加热炉的技术将不断优化，提高加热炉效率的措施也将不断完善。

参考文献：

1、钱家麟,于遵宏,王兰田等.管式加热炉.北京:烃加工出版社,1987:148～157

2、罗弘.管式炉的节能改造.石油化工设备技术,1996,17(3):21～22