模塊二-加熱爐第二章講義

管式爐的燃料消耗在化工裝置能耗中占60％-80％。因此，提高管式爐的熱效率，減少燃料消耗，對降低裝置能耗具有十分重要的意義。熱效率是衡量管式爐先進性的一個重要指標。效率與燃料的關系，如圖2-1

1圖2-1效率與燃料的關系

2它關系著石油化工裝置能耗的高低。上個世紀七十年代以前，管式爐的熱效率僅60％-75％。那個年代的末期，一場世界性的能源危機促使各種節(jié)能措施紛紛上馬，從那時以來，管式爐的熱效率一再得到提高，現(xiàn)在大中型管式爐的熱效率一般都在85％-93％之間，特別是裂解爐，由于重視能量綜合利用的整體設計，其熱效率已達到94％-95％。小爐群則聯(lián)合采用余熱回收系統(tǒng)以提高熱效率。

常用的節(jié)能途徑及措施

管式加熱爐的熱負荷大小，隨裝置換熱流程的不同而改變，在處理能力不變的情況下，減少管式加熱爐的熱負荷，可減少其加熱爐的燃料用量。通過改進工藝流程，提高入爐物料溫度等措施，可使管式加熱爐的熱負荷得到減少，從而達到節(jié)約能源的目的。2.1優(yōu)化裝置的換熱系統(tǒng)3對流室的工藝流程變化

加氫裝置的反應爐，由于爐管材質昂貴，又要減少壓降等原因，常常采用純輻射的單排管雙面輻射爐型，排煙溫度可高達800℃。該裝置一般還有重沸爐或分餾爐，其介質入爐溫度不高，通常采用對流-輻射爐型。它們之間應該采取聯(lián)合回收余熱的方案：一種是讓分餾爐的被加熱介質先進反應爐對流室，再進分餾爐的對流室；另一種是將反應爐的熱煙氣引入分餾爐的對流室入口處，分餾爐的對流室變成兩爐共用。這樣兩爐的排煙溫度都會大大降低，提高了總的熱效率，減少了燃料消耗。2.2聯(lián)合回收余熱4

重整裝置擴建時，常常將預處理部分的爐子進料先引入新建的重整爐對流室，再回到原來的爐子。這樣既解決了新建重整爐的熱效率問題，又使原來的預處理爐子不用改造就能滿足裝置擴能而要求爐子增加熱負荷的需要。

聯(lián)合煙道：

對于小爐群，例如芳烴裝置預處理部分的管式爐，就單個爐子而言，由于其熱負荷不大，單獨上一套余熱回收系統(tǒng)并不經濟，但將這些小爐子的煙氣集中起來上一套余熱回收系統(tǒng)則是合理的。還有把煙氣集中回收，通過高煙囪統(tǒng)一排放。52.3.1減小末端溫差減小對流室出口溫度與被加熱介質入對流室溫度之差。這項措施涉及到一次投資和運轉費用的權衡問題，應該由詳細的技術經濟比較來決定。末端溫差大，一次投資少，但管式爐熱效率低，運轉費用高；末端溫差小，一次投資大，熱效率高，運轉費用低。62.3降低排煙溫度

采用空氣預熱器由煙氣直接預熱空氣的優(yōu)點在于它自成體系，不受工藝流程的約束。在管式爐其他參數(shù)不變的情況下，空氣預熱溫度與熱效率提高值的關系見圖2-2。從圖中可以看出，空氣溫度每提高20℃，爐子熱效率提高約一個百分點。隨著空氣溫度的提高，燃燒產物中的NOX增加，如果沒有適當?shù)拇胧﹣斫档蚇OX，則對環(huán)保是不利的。另外，空氣溫度過高，還可能引起燃油噴頭結焦或燃燒器結構變形、燒壞等問題，除非改變燃燒器結構和材質，一般空氣預熱溫度不宜超過300℃。

2.3.2用各種空氣預熱器預熱空氣78圖2—2空氣溫度與熱效率的關系

2.3.3用煙氣余熱鍋爐發(fā)生蒸氣在一些生產裝置上如連續(xù)重整四合一重整反應爐上，熱負荷很大，為了減少壓降又不能在對流室排爐管，只能將對流室作為煙氣余熱鍋爐。又如制氫裝置的轉化爐，其轉化反應只在輻射室的轉化爐管內進行，熱負荷較大，煙氣出輻射室的溫度比一般管式爐要高的多，對流室僅靠預熱原料氣遠不能將煙氣溫度降下來，只能布置煙氣余熱鍋爐來產生蒸汽并入系統(tǒng)管網。

92.3.4去灰除垢保證高的爐熱效率加熱爐不完全燃燒產生的碳粒和燃料中的灰分等煙塵均會污染對流室爐管和余熱回收系統(tǒng)（如熱管）的外表面，增加熱阻，降低傳熱效果。造成受熱面積灰結垢的主要因素有：燃料品質變重，含硫增高；吹灰器的選型與使用不當，受熱面表面生成陳垢；爐負荷變化導致的燃燒質量波動性大。

10為保證加熱爐長期在高效率下運行，采取的主要措施有：（1）在線投用清灰劑。在加熱爐運行過程中，定期從輻射段看火孔適量加入清灰劑，達到清除對流段爐管表面污垢的目的。它的原理是：投入到爐膛的清灰劑燃燒后，生成堿性物質隨著煙氣的流動而堆積在爐管表面上，與垢物中的酸和碳酸鹽起中和反應，變成無腐蝕、無粘接性的硫酸鹽，從管壁上自行剝離脫落下來。（2）必須堅持用吹灰器定期清除積灰。這對于燃油加熱爐尤為重要?，F(xiàn)在吹灰器的種類較多，有蒸汽吹灰器、聲波吹灰器、次(亞)聲波吹灰器和燃氣脈沖(激波)吹灰器等，它們在各自的使用范圍內效果較好。11現(xiàn)在使用較多的是聲波吹灰器，其原理是利用了聲學、振動學和疲勞學等原理，通過聲波發(fā)生器，把一定強度的聲波送入運行中的加熱爐內各種可能積灰結垢的空間區(qū)域，通過聲能量的作用，使這些區(qū)域中的空氣分了與灰、垢粒子產生振蕩，即對這些粒子施以拉、壓循環(huán)變化的載荷，當達到一定的循環(huán)應力周次數(shù)N（N為102-105)后，灰、垢之間的結合力會因疲勞而被逐步破壞，再加上煙氣流的沖刷及煙氣中所含顆粒對灰粒子的撞擊而使灰垢脫落，被煙氣流帶走。1213（3）干冰清洗與化學清洗對燒渣油和對流室安裝釘頭管、翅片管的爐子，用吹灰器難以徹底解決積灰問題。因此，近年來在停工大修期間和消缺期間用干冰清洗與化學清洗清洗對流管的方法，已取得良好的效果。據(jù)資料介紹，用這兩種方法清洗對流管的積灰后，可使排煙溫度下降20-100℃，熱效率相應提高1％-5％。下面分別介紹這兩種對流管積灰的清洗方法和注意事項：①干冰清洗42干冰是CO2的固態(tài)存在形式，CO2常態(tài)下是一種無色無味的氣體。在－78℃低溫時，CO2以固體形式存在，在常壓下，固體CO2直接升華，沒有液化過程。干冰清洗又稱冷噴。其工作原理是以壓縮空氣作為動力和載體，以干冰顆粒為加速粒子，通過專用的噴射清洗機噴射到被清洗物體表面，利用高速運動的固體干冰顆粒的動量變化、升華、熔化等能量轉換，使被清洗物體表面的污垢、油污、殘留雜質等迅速冷凍、凝結、脆化、被剝離，同時隨氣流清除。該方法不會對被清洗物體表面，特別是金屬表面造成任何傷害，也不會影響金屬表面光潔度。43②化學清洗

化學清洗利用清洗液的濕潤、滲透、乳化、分散和剝離性能，將污垢從爐管表面清除干凈。其過程由清洗設備將清洗液輸送到對流段頂部，由上而下噴淋到對流段爐管表面，在對流段下部安裝一個接液槽，將清洗液導出爐體。在清洗過程中，如何保護好爐內對流段、輻射段襯里不被清洗液淋濕，是爐管清洗中一個較為關鍵的技術步驟。如果對流段、輻射段襯里被淋濕、浸泡或沖壞，加熱爐開工后，可能出現(xiàn)爐襯脫落、裂紋等現(xiàn)象，將影響加熱爐正常運行，嚴重時需停爐搶修。因此，清洗中要有爐襯的保護措施。1516圖2-5翅片管結垢情況及清洗后狀況

17圖2-6釘頭管結垢情況及清洗后狀況2.4合理控制過?？諝庀禂?shù)過剩空氣系數(shù)對管式加熱爐熱效率影響很大。過?？諝庀禂?shù)過大，一方而，表明管式加熱爐內煙氣含氧量過多，排煙時，過?？諝鈱崃繋ё?，排入大氣，所以使爐子熱損失增加，熱效率下降；另一方面，會降低爐膛內燃燒溫度，使爐管表而熱強度下降，若要保證管式加熱爐的恒定熱負荷，則必須增加燃料用量，使管式加熱爐熱效率下降。過?？諝庀禂?shù)過小，會造成燃料燃燒不完全，也會使管式加熱爐燃料耗量增加，從而使管式加熱爐熱效率下降。1819合理控制過剩空氣系數(shù)的辦法很多。首先是要選用性能良好的燃燒器，保證在較低的過?？諝庀禂?shù)下完全燃燒；其次是在操作過程中管好三門一板(風門、氣門、油門和煙囪擋板)，確保管式爐在合理的過?？諝庀禂?shù)下運轉，既不讓過剩空氣量太大，也不因過?？諝獠粔蚨霈F(xiàn)不完全燃燒；再者是應做好管式爐的堵漏，因為化工管式爐幾乎都是負壓操作的，如果看火門、人孔門、彎頭箱門等關閉不嚴或爐墻有泄漏之處，從這些地方漏入爐內的空氣一般都不參與燃燒而白白帶走熱量。過剩空氣系數(shù)太大不僅僅使熱效率降低，還有其他許多有害之處，例如加速爐管和爐內構件的氧化、提高S02向S03的轉化率從而加劇低溫露點腐蝕等等。合理地控制過?？諝庀禂?shù)，對提高管式加熱爐的熱效率是很重要的。通常采取的措施是，檢測煙氣中的一氧化碳含量，來控制煙道供風擋板或燃燒空氣入爐量，使管式加熱爐處于最佳的燃燒狀態(tài)，從而使燃料耗量減少。202.5減少不完全燃燒損失不完全燃燒除造成熱損失，降低熱效率外，還造成大氣污染。機械不完全燃燒產生的炭粒還會造成對流室爐管表面積灰，影響傳熱效果。減少不完全燃燒損失的措施首先是選用性能良好的燃燒器，并及時和定期地做好維護，使燃燒器長期保持在良好狀態(tài)下運行，以保證在正常操作范圍內能完全燃燒。其次是在操作中精心調節(jié)“三門一板”，以保證過?？諝饬窟m合。21化工管式爐的燃燒器性能一般都較好，自動化控制水平也較高，因此不完全燃燒都較少。在設計和運行中通常都不考慮不完全燃燒損失。但對那些性能不良或維護不及時運行狀況不好的燃燒器，以及操作管理不精心的爐子來說，不完全燃燒損失則是不可忽略的。22232.6減少散熱損失管式爐外壁以輻射和對流兩種方式向大氣散熱。散熱量與爐外壁溫度、環(huán)境溫度和風速等有關。當內壁溫度一定，爐墻材質、結構和尺寸也一定時，環(huán)境溫度下降，爐外壁溫度也降低