1,福建采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)改造延遲焦化裝置加熱爐

1、采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)改造延遲焦化裝置加熱爐摘要：福建煉油化工有限公司延遲焦化裝置加熱爐通過(guò)采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)對(duì)燃燒器進(jìn)行改造，取得了明顯的效果：加熱爐爐膛擋墻溫度和輻射爐管管壁溫度明顯下降，分別由改造前的856、750下降到改造后的815、660，燃料氣單耗由改造前的22.594kg/t下降到改造后的21.434kg/t，可降低裝置能耗1.103kg標(biāo)油/噸原料。采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)對(duì)燃燒器進(jìn)行改造不僅可降低了輻射爐管管壁溫度，保證了加熱爐的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行,更重要的是可使燃料氣單耗大大降低，達(dá)到節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：焦化 加熱爐 強(qiáng)化傳熱 改造 節(jié)能1 前言加熱爐是延遲焦化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，它的作用是為

2、整個(gè)裝置提供熱量，將原料加熱，使其有足夠的熱量在焦炭塔里進(jìn)行反應(yīng)。加熱爐運(yùn)行狀況的好壞直接影響到焦化裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行和處理量的提高。由于延遲焦化加熱爐特殊的工藝條件，它的設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足較為苛刻條件：熱傳遞速度快；高流速或短停留時(shí)間；壓降??；爐膛的熱分配合理，表面熱強(qiáng)度均勻。 2 焦化加熱爐存在的問(wèn)題福建煉油化工有限公司延遲焦化裝置由原中石化北京設(shè)計(jì)院（現(xiàn)SEI）設(shè)計(jì)，最初設(shè)計(jì)能力為0.40 Mt/a，一爐兩塔，加熱爐為臥管立式單面輻射加熱爐（見(jiàn)焦化加熱爐示意圖）。輻射爐管水平設(shè)置在輻射室的兩側(cè)，爐底中央均勻布置著兩排共26臺(tái)B油氣聯(lián)合燃燒器。1997年4月公司實(shí)施4.00 Mt/a改擴(kuò)建工程,經(jīng)

3、中石化北京設(shè)計(jì)院核算設(shè)計(jì)，在不更換主體設(shè)計(jì)的條件下，主要對(duì)加熱爐進(jìn)行改造，通過(guò)改熱進(jìn)料，降低循環(huán)比，重新調(diào)整輻射、對(duì)流、注水各段熱負(fù)荷等手段，將加熱爐兩排對(duì)流管改為輻射管、采用熱管式空氣預(yù)熱器、熱進(jìn)料等方式使加熱爐熱負(fù)荷增加了50，加熱爐設(shè)計(jì)總有效熱負(fù)荷提高到1640萬(wàn)大卡/時(shí)，輻射管平均熱強(qiáng)度29470大卡/平方米，裝置的設(shè)計(jì)加工能力提高至60 Mt/a。加熱爐爐基本參數(shù)見(jiàn)表1。表1 焦化加熱爐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表爐型數(shù)據(jù)爐型：?jiǎn)问遗P式管立式爐輻射室尺寸（mm） 15000*4600*9200煙囪數(shù)量及尺寸（mm） 1個(gè) 1800（內(nèi)徑）燃燒器數(shù)量：油氣聯(lián)合燃燒器26臺(tái)吹灰器數(shù)量：DG-32臺(tái)工藝設(shè)計(jì)

4、數(shù)據(jù)加熱爐總負(fù)荷（MW） 19.092加熱段名稱(chēng)輻射室對(duì)流室介質(zhì)名稱(chēng)焦化油焦化油減壓渣油過(guò)熱蒸汽注水分段熱負(fù)荷MW12.2332.333.320.241.06平均管壁熱強(qiáng)度W/m2294702417515049105952398介質(zhì)流量kg/h91500915007500070681500入口/出口溫度398/500370/398280/336191/244135/413入口/出口壓力Mpa（abs）2.0/0.62.1/2.01.1/0.81.3/1.32.7/2.6入口/出口汽化率wt0/400/100盤(pán)管設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)爐管規(guī)格mm127*10127*10152*1089*889*8管程數(shù)221

5、32爐管類(lèi)型/材質(zhì)光/Cr9Mo光/Cr9Mo釘/Cr5Mo釘/20釘/20光/20爐管根數(shù)/爐管排數(shù)7216/432/86/136/6，64/10釘頭/翅片高度mm252525釘頭/翅片間距mm161616釘頭直徑/翅片厚度mm121212每圈釘頭個(gè)數(shù)1488釘頭/翅片材質(zhì)mmQ235-BFQ235-BFQ235-BF加熱面積m2415.1092.24220.8124.24408.17燃燒設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)燃料類(lèi)型：燃料氣環(huán)境溫度，：20燃料低熱值，kJ/kg：39444熱空氣溫度，：160過(guò)剩空氣系數(shù)，：1.2煙氣出對(duì)流室溫度，：300燃料用量，kg/hr：1923煙氣出輻射室溫度，：848空氣用量

6、，kg/hr：29333設(shè)計(jì)效率，：90煙氣流量，kg/hr：31309煙囪排放高度，m：46余 熱 回 收空氣預(yù)熱器型式熱管空氣預(yù)熱器負(fù)荷，MW1.15空氣用量，kg/hr29333煙氣流量，kg/hr31309環(huán)境溫度，20煙氣出對(duì)流室溫度，300熱空氣溫度，160煙氣出預(yù)熱器溫度，172空氣側(cè)風(fēng)機(jī)型號(hào)Y4-73-No12D煙氣側(cè)風(fēng)機(jī)型號(hào)Y4-73-No12D配用電機(jī)型號(hào)YA225M-6(30KW)配用電機(jī)型號(hào)YA225M-6(30KW)1997年7月，裝置進(jìn)行為期四天的負(fù)荷標(biāo)定，標(biāo)定期間，裝置日加工量1737-1830噸/天，負(fù)荷率96.5-101.7。由于1997年裝置擴(kuò)能改造是在原設(shè)

7、計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部改造，因此，加熱爐在改造后的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，影響了裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。主要是改造后爐膛操作溫度大幅度提高，爐管表面溫度超高，局部爐管熱負(fù)荷過(guò)大，全爐熱負(fù)荷增加。2.1 爐膛超溫標(biāo)定期間加熱爐爐膛溫度最高達(dá)到930，爐火火苗直達(dá)斜頂，局部爐管表面微呈暗紅色，過(guò)熱現(xiàn)象極其明顯。2.2 高溫及過(guò)熱段輻射管熱強(qiáng)度超設(shè)計(jì)指標(biāo)雖然標(biāo)定計(jì)算輻射段爐管平均熱強(qiáng)度不高，僅21726大卡/平方米，約合25.27KW/m22要求。但由于改造后加熱爐輻射段有16根爐管安裝在對(duì)流室，這些爐管熱強(qiáng)度較低，一定程度上削弱了輻射管的平均熱強(qiáng)度值。事實(shí)上輻射段高溫或過(guò)熱部位爐管熱強(qiáng)度已經(jīng)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)指標(biāo)

8、。2.3 輻射管表面溫度超管材允許承受指標(biāo)輻射爐管為Cr9Mo管材，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，Cr9Mo管材管壁極限設(shè)計(jì)溫度為705。1997年標(biāo)定期間管壁達(dá)到810，管壁超溫的直接后果是爐管變形，管材球墨化。由于近年來(lái)焦化裝置處理量一般維持在80左右的負(fù)荷率，管壁溫度低于滿(mǎn)負(fù)荷標(biāo)定值，但仍然經(jīng)常超過(guò)705的極限設(shè)計(jì)金屬溫度，自1997年改造以來(lái)，因爐管輕度變形已更換輻射管4根。表2為采用普通B型燃燒器的輻射管壁溫度實(shí)測(cè)值。表2 采用普通B型燃燒器的輻射管壁溫度實(shí)測(cè)表 溫 度 時(shí) 間 東輻射西輻射T17134T17136T17138T17135T17137T171392005年1月06年5月正常生產(chǎn)的數(shù)據(jù)（

9、日加工量14001500噸/天）560-600660-720670-750640-660660-700680-7502.4 輻射室熱負(fù)荷偏小在爐膛（擋墻）溫度超過(guò)850情況下，輻射段熱負(fù)荷僅達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的93，而此時(shí)管內(nèi)油品汽化率僅27，未達(dá)到40的設(shè)計(jì)指標(biāo)。若原料性質(zhì)變化、汽化率上升，輻射段的熱負(fù)荷狀況將更加惡化，可見(jiàn)輻射室熱負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，全爐熱負(fù)荷分布不匹配。2.5 爐管結(jié)焦?fàn)t管結(jié)焦的主要原因是全爐熱分配比例不協(xié)調(diào)、輻射段熱負(fù)荷過(guò)低、爐底供風(fēng)系統(tǒng)分配不均及火苗燃燒狀況差造成局部過(guò)熱所致。3 造成焦化爐上述問(wèn)題的原因分析延遲焦化裝置焦化爐所存在的問(wèn)題，主要是延遲焦化工藝即減壓渣油深度熱

10、裂化本身固有的原料油質(zhì)重和反應(yīng)溫度高的特點(diǎn)造成的：3.1 2004年5月，公司技術(shù)部門(mén)按60萬(wàn)噸/年處理量要求對(duì)現(xiàn)加熱爐進(jìn)行了模擬核算，輻射管平均熱強(qiáng)度、火墻溫度、油膜溫度均接近規(guī)范的允許上限，峰值熱強(qiáng)度自第3根輻射管起均超過(guò)43000 W/m2，而相應(yīng)的對(duì)流管平均熱強(qiáng)度僅達(dá)到規(guī)范要求的下限值。因此，可以認(rèn)為，加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷過(guò)低，輻射、對(duì)流熱分布不均是造成爐擋墻、管壁超溫并引起上述問(wèn)題的根本原因。3.2 輻射爐管管內(nèi)膜熱阻大、管壁溫度高、容易結(jié)焦。結(jié)焦后管內(nèi)膜熱阻增大、爐膛（擋墻）溫度升高、管壁溫度升高、結(jié)焦加重。因此，形成了惡性循環(huán)。3.3 焦化爐富裕度有限，1997年裝置擴(kuò)能后上述情況更加

11、嚴(yán)重。3.4 以前加熱爐沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)來(lái)適應(yīng)焦化工藝的特殊性，焦化爐采用普通燃燒器使上述現(xiàn)象更是“雪上加霜”。4 改造內(nèi)容針對(duì)焦化加熱爐現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的調(diào)研分析，認(rèn)為采用具有專(zhuān)利技術(shù)的管式加熱爐強(qiáng)化傳熱技術(shù)及LGH強(qiáng)化傳熱型燃燒器（下稱(chēng)：LGH燃燒器）對(duì)加熱爐燃燒器進(jìn)行改造可以解決上述存在的問(wèn)題。該項(xiàng)目于2006年2月申報(bào)技術(shù)改造，2006年8月中旬焦化裝置停工檢修期間進(jìn)行改造，9月1投入使用。4.1管式加熱爐強(qiáng)化傳熱技術(shù)原理由于爐膛內(nèi)設(shè)置有很大的吸熱面，來(lái)自爐膛的高溫焰煙一旦噴入，立即以輻射和對(duì)流兩種方式傳熱給爐管。由于燃燒過(guò)程尚未結(jié)束，其溫度將大幅度降低，這樣對(duì)提高焰煙噴射速度極為不利

12、，同時(shí)對(duì)強(qiáng)化與改善爐內(nèi)傳熱也極為不利。因此，減少燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為煙氣熱能過(guò)程中有效能的損失及合理利用高溫焰煙能量的關(guān)鍵在于提高焰煙初始噴射溫度和速度。目前普通燃燒器近一半的燃燒過(guò)程是在爐膛內(nèi)完成的，而強(qiáng)化傳熱技術(shù)通過(guò)提高焰煙噴射速度，強(qiáng)化輻射室對(duì)流傳熱，雖然人們已注意到輻射室中的對(duì)流傳熱不可忽視，但是由于它在一般加熱爐輻射室的總傳熱量中僅占10%左右，處于次要地位。因此，對(duì)它的計(jì)算一向甚為粗略，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式是把對(duì)流傳熱系數(shù)hRC作為定值處理：臥管立式爐hRC=11.35W/M2·(9.76Kca1/M2·h·)；高徑比為3的圓筒爐hRC=14.19W/M2·

13、;(12.20Kca1/M2·h·),或是直接按自然對(duì)流考慮；更有將其視為裕量而不計(jì)者。強(qiáng)化傳熱技術(shù)可使臥管對(duì)流傳熱系數(shù)hRC=34.8946.52W/M2·(3040Kca1/M2·h·)；立管對(duì)流傳熱系數(shù)hRC=23.2634.89W/M2·(2030Kca1/M2·h·)； 加熱爐輻射室的對(duì)流傳熱量占總傳熱量40%左右。故采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)的加熱爐，其“輻射室”的名稱(chēng)已經(jīng)不確切了，稱(chēng)為“綜合傳熱室”或“綜合室”可能比較確切。4.2 LGH強(qiáng)化傳熱型燃燒器介紹燃燒器是加熱爐提供熱量的重要組成部分之一。燃燒器是根據(jù)

14、爐型、燃料種類(lèi)和每個(gè)火嘴提供熱量的多少而選擇的。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮火焰和爐管的相對(duì)距離，燃燒器相互之間的距離，以達(dá)到均一的傳熱，燃料完全燃燒，火焰不能舔爐管等效果。燃燒器技術(shù)性能的優(yōu)劣以及是否與加熱爐工藝要求、爐型結(jié)構(gòu)、傳熱特點(diǎn)相匹配對(duì)加熱爐的運(yùn)行、能耗或環(huán)保都有著直接影響。強(qiáng)化傳熱型燃燒器是一種既強(qiáng)化燃燒又強(qiáng)化傳熱的節(jié)能型燃燒器。與傳統(tǒng)的燃燒器相比，采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)設(shè)計(jì)的LGH燃燒器具有明顯的特點(diǎn)：（1）提高燃料在轉(zhuǎn)化過(guò)程中的轉(zhuǎn)化效率；（2）使燃料轉(zhuǎn)化的能量具有更高的作功能力；（3）能使煙焰的能量更有效地傳遞給需要加熱的介質(zhì)；（4）可降低爐管在徑向和軸向熱強(qiáng)度的不均勻系數(shù)，大幅度提高爐管表面熱強(qiáng)

15、度和加熱爐的熱效率。5 使用效果 自2006年9月1日焦化第十七生產(chǎn)周期開(kāi)始運(yùn)行以來(lái)，焦化加熱爐運(yùn)行狀況較改造前有了明顯改觀(guān)，取得預(yù)期效果。表3為使用LGH燃燒器（改造后）與使用普通燃燒器（改造前）的加熱爐運(yùn)行參數(shù)比較，表4 為改造前后（日處理量14001500噸/天）輻射管壁溫度對(duì)照表。表3 加熱爐燃燒器改造前后的運(yùn)行參數(shù)項(xiàng) 目燃燒器種類(lèi)LGH普 通B入爐介質(zhì)名稱(chēng)注 水、過(guò)熱蒸汽、減壓渣油、焦化油注 水、過(guò)熱蒸汽、減壓渣油入對(duì)流室介質(zhì)流量， t/h1.6、7.0、63.01.6、7.0、63.0入輻射室介質(zhì)流量， t/h8585入輻射室介質(zhì)比重 ，0.9530.956介質(zhì)入對(duì)流/輻射溫度 ，

16、 120、180、280/380120、180、280/380介質(zhì)出對(duì)流/輻射溫度 ， 347、280、330/494349、280、340/494原料溫度 ，150155循環(huán)比 3.53.5過(guò)?？諝庀禂?shù)，1.231.23加熱爐熱效率 ， %90.289.6爐膛（擋墻）最高溫度 ，815856輻射室爐管平均溫度 ，621679輻射室爐管最高溫度， 660750燃燒器供風(fēng)溫度 ， 158160燃燒器供風(fēng)壓力 ，Pa15010燃燒器數(shù)量，套2626煙氣入空氣預(yù)熱器溫度 ， 223230分餾塔底溫度 ，381381排煙溫度 ，170175噸原料燃料氣消耗量 ， kg 21.43422.594燃料氣單

17、耗 ，kg標(biāo)油/噸原料20.36221.465表4 加熱爐改造前后輻射管管壁溫度 溫度，火嘴型式東輻射西輻射T17134T17136T17138T17135T17137T17139普通B（05年1月06年5月）560-600660-720670-750640-660660-700680-750LGH（06年9月06年10月）550-580640-650620-640590-619630-660620-6405.1 改造取得的效果從表3可以看出，在裝置處理量、入對(duì)流室和輻射室流量、循環(huán)比、原料溫度、過(guò)剩空氣系數(shù)和分餾塔塔底溫度等基本參數(shù)與采用普通燃燒器基本相等的情況下，采用強(qiáng)化傳熱型燃燒器取得很

18、好的效果：a.火嘴燃燒和整個(gè)爐子供熱狀況比改造前有較大的改觀(guān)。改造前，火焰長(zhǎng)、飄、軟，有時(shí)達(dá)爐頂，爐膛偏暗；改造后，火焰短且硬朗，爐膛明亮； b.爐膛（擋墻）最高溫度815，比改造前的856降低41左右；c.輻射爐管平均溫度從改造前的679下降至621，降低了58左右 ；輻射爐管最高溫度從改造前的750下降至660，下降了90。從表4可以看出，原熱強(qiáng)度最高的東西下部42#輻射爐管的管壁溫度（620-640），低于原熱強(qiáng)度較低的東西中部30#輻射爐管管壁溫度（630-660）；d.加熱爐燃料氣能耗有大幅度的降低，從改造前的21.465 Kg標(biāo)油/噸原料下降至20.362Kg標(biāo)油/噸原料，降低1.

19、103Kg標(biāo)油/噸原料；e.在對(duì)流油入口溫度相等的情況下，對(duì)流油出口溫度從改造前的340下降至330，降低了10左右 ；煙氣入空氣預(yù)熱器溫度從改造前的230下降至223，降低了7左右 ；說(shuō)明了加熱爐對(duì)流室取熱有所減少，部分熱量從對(duì)流室轉(zhuǎn)移到輻射室。5.2 加熱爐采用LGH燃燒器進(jìn)行強(qiáng)化傳熱的優(yōu)點(diǎn)從表3、4的數(shù)據(jù)可知加熱爐采用LGH燃燒器進(jìn)行強(qiáng)化傳熱具有以下優(yōu)點(diǎn):a.提高加熱爐熱負(fù)荷。提高爐管上部低熱強(qiáng)度區(qū)域的熱強(qiáng)度，降低爐管下部局部高溫高熱強(qiáng)度區(qū)域的溫度和熱強(qiáng)度。保證爐管在材質(zhì)允許的極限溫度下運(yùn)行。爐管在軸向和徑向各個(gè)部位熱強(qiáng)度及管壁溫度非常均勻，爐膛（擋墻）溫度下降，有效地減弱了爐管的熱點(diǎn)、保護(hù)了爐管。輻射室爐膛溫差減小，爐管受熱不均勻性根本好轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)爐管使用壽命。b.提高加熱爐熱效率。采用LGH燃燒器進(jìn)行強(qiáng)化傳熱技術(shù)改造的加熱爐不但減少了表面散熱損失，而且降低了排煙溫度（進(jìn)對(duì)流室煙氣溫度低、煙氣速度高），輻射室高速回流煙氣對(duì)爐管結(jié)垢還具有自清洗作用。c.燃料氣耗量大幅度降低，節(jié)能效果明顯。噸原料燃料氣消耗量從改造前的22.594kg降低到改造后的21.434kg，加熱爐燃料氣單耗有大幅度的降低，從改造前的21.465 Kg標(biāo)油/噸原料下降至20.362 Kg標(biāo)油/噸原料，降低1.103Kg標(biāo)油