石油化工工艺加热炉监测分析及节能措施

张玫 卓争辉 陈战（中国石油西北石化节能监测中心）

石油化工工艺加热炉监测分析及节能措施

张玫 卓争辉 陈战（中国石油西北石化节能监测中心）

按照Q/SY1066—2010《石油化工工艺加热炉节能监测方法》要求，对某些企业石化工艺加热炉排烟温度、空气过剩系数、一氧化碳含量、外表面温度、热效率5个项目进行了综合监测，结果表明：石化加热炉的综合监测合格率逐年提升，但是热效率仍未达到节能要求。结合数据处理和现场见证，对影响加热炉热效率的诸因素进行了详细分析，发现排烟温度偏高、空气过剩系数偏大或偏小以及绝热保温缺陷是导致热效率不合格的主要因素，并有针对性地提出最大限度降低排烟温度 （高于烟气露点 30 ℃）、控制空气过剩系数在最佳范围内以及强化绝热保温效果的具体措施。

工艺加热炉 监测 热效率 节能措施

工艺加热炉是石油化工企业能耗集中的设备，约占整个生产过程能耗的 50%～60%。目前，中国石油天然气集团公司炼化板块所属20余家地区分公司在役运行的工艺加热炉有近 600台，上报工艺加热炉设计热负荷总计约8000MW，有效热负荷总计却只有约6000MW，负荷率在75%左右，燃料消耗量大，运行管理水平未达到中国石油天然气企业标准 Q/SY1066—2010 《石油化工工艺加热炉节能监测 方 法》[1]要 求 。 本 文 根 据 某 些 企 业 工 艺 加 热 炉 节能监测结果，进行了综合分析，并有针对性地提出具体对策。

1 监测方法及分析依据

Q/SY1066—2010 《石油化工工 艺加热 炉节能监测方法》规定了详细的监测方法及分析依据。监测单项共5个，即：排烟温度、空气过剩系数、一氧化碳含量、外表面温度和热效率，5个单项指标全 部 合 格 才 能 评 判 工 艺 加 热 炉 综 合 监 测 合 格[1]， 标准中的公式或图表是本文计算分析依据。

2 监测结果及讨论

2.1综合监测合格率

2007—2011 年，综合监测合格率呈上升趋势，但从五年的平均合格率 37.4%来看，仍然处于较低的水平，见图1。

图1 工艺加热炉综合监测合格率

2007～2011年工艺加热炉监测的热效率平均合格率为 69.7%，而影响加热炉热效率的主要因素主要是排烟温度、空气过剩系数和炉外表面温度。这3项指标监测合格率偏低必然造成工艺加热炉热效率降低，见表1。

表1 2007—2011年工艺加热炉5个单项指标监测

2.2排烟温度对热效率的影响

当工艺加热炉烟道气中氧气含量、一氧化碳含量为一定值时，排烟温度每增加 10℃，排烟热损失 增 加 0.4% ～0.5% ， 加 热 炉热效率 即 降 低 0.4% ～0.5%[1]。

2007—2011 年排烟温度监测平均合格率仅为69.3%，是造成加热炉热效率监测合格率偏低的主要原因之一。

加热炉未设置余热回收系统、未定期吹灰或不彻底导致炉管结垢、对流传热面积偏小、炉膛漏风以及炉内产生露点腐蚀未得到及时维修等均可使排烟温度升高。

2.3空气过剩系数对热效率的影响

空气过剩系数太小，空气量不足，则燃烧不完全，不完全燃烧热损失加大，加热炉的热效率降低；空气过剩，排烟热损失增大，热效率也会降低[2]；只有将空气过剩系数控制在一个最佳范围内，才可有效降低燃料消耗，减少烟气量，使热损失最低，热效率最高，见图2。

图2 空气系数与加热炉热效率的关系

从表2可以看出：由于常压炉炉体持续漏风，氧含量逐渐增大，空气过剩系数不断升高，排烟损失加大，热效率降低。因此，通过监测氧含量即可知道空气过剩系数的变化。

表2 常压炉空气过剩系数与热效率数据

常压炉、减压炉、制氢转化炉都存在从辐射段（或对流段）到空气预热器出口氧含量呈上升趋势现象，且相差较大，说明加热炉炉体或空气预热器严重漏风。大量冷空气漏入炉体内，使排烟氧含量增大、空气系数升高，致使烟气量增加且多余的空气带走大量热量，加热炉排烟损失增大，见表3。

表3 某石化公司加热炉氧含量监测数据

当炉内空气量不足，燃料燃烧不完全，CO含量增大、不完全燃烧损失加大，热效率也会降低。因此，必须通过合理调节配风，不断寻求控制最佳空气系数，达到完全燃烧，提高加热炉热效率。

2.4炉外表面温度对热效率的影响

加热炉外表面温度偏高，始终是近几年监测中存在的普遍问题。炉体表面温度在5个单项考核指标中合格率最低，它也是影响加热炉热效率的主要因素之一。

随着炉内耐火层和绝热层损伤程度的增加，炉外表面温度急速升高，结果使炉体散热损失增大，热效率降低，见表4。

表4 墙衬里损伤程度与外表面温度的关系

利用红外热成像技术进行加热炉衬里的缺陷检测工作，发现加热炉温度超标部位多为炉管支架固定处、衬里接缝处、部分看火口和防爆门及周围等。

以一台年产量为 15×104t乙烯裂解炉辐射段侧墙为测试面,当炉膛温度、入炉燃料量和炉墙结构一定时，环境温度和风速对炉外表面温度和表面热流 量 均 有 影 响[1]， 其 中 风 速 的 影 响 是 十 分 显 著 的 。因此，在实际监测加热炉热效率时，不能忽视这两个因素，见表5。

表5 环境温度、风速对炉外表面温度的影响

3 节能措施

3.1降低排烟温度

1）设置烟气余热回收系统，减少排烟损失。

2）加强吹灰提高换热效果。采用性能优良的吹灰器，定时对加热炉吹灰保持受热面清洁，防止局部过热和管内的积灰和结焦。

3）增加传热面积。可采用翅片管或丁头管；应推广选用高效热管。

4）精心操作、合理调整加热炉炉膛负压。避免空气漏入对流区，使得未燃烧的燃料在对流段发生二次燃烧、造成排烟温度升高。一般加热炉正常控制负压在 100Pa以下，负压过大势必造成排烟热损失增大。

5）降低排烟温度要避免酸露点腐蚀。降低排烟温度可减少排烟热损失，但却受到烟气露点温度特 别 是 空 气 预 热 器 冷 端 温 度 的 制 约[2]。 烟 气 的 露 点温度与燃料中的硫含量、过剩空气、烟气中的水蒸气 含 量 有 关[3]。 为 防 止 低 温 对 加 热 炉 盘 管 或 空 预 器的 腐蚀，排 烟 温 度 一 般要比烟 气 露 点 高 30 ℃[3]。

3.2减少加热炉的漏风，降低空气系数

1）降低加热炉空气过剩系数。主要措施：

◇调节好三门一板，在保证完全燃烧的前提下，尽量降低入炉空气量，降低空气过剩系数。

◇消除炉体漏风。对于最终排烟处氧含量比辐射段出口处氧含量偏高的加热炉，应重点检查、整改对流段或空气预热器的漏风、破损以及腐蚀部位。及时修复观火孔处保温，更换、填充对流段的软保温层，消除引风机与空预器或对流段的弹性连接处的缝隙来减少漏点。同时，调节好烟囱挡板，合理控制炉顶负压减少炉体漏风，降低空气过剩系数。

2）选用高效节能型燃烧器提高燃烧效率。近年来，相继出现了LGH强化传热型燃烧器、低NOX燃烧器、重质燃油助剂等，促进了燃烧技术的发展，提高了加热炉的燃烧效率。

3）合理控制燃烧供风。既要控制烟气中的氧含量低，还要控制烟气中的CO含量，只要是没有检测到CO含量，就可以继续降低供风量；但是如果CO含量超过了预定值，即使是氧含量超标，也要继续增加供风，否则就相当于燃料在放空。不但能耗增加，而且造成新的污染。

3.3改善炉壁保温，减少散热损失，提高加热炉热效率

一般炉壁的散热损失占总供给热量的 2.5%～3%。如果保温不良，则炉外表面温度升高，散热损失将大于这个正常指标，使加热炉的热效率降低。

1）搞好加热炉检修和维护，保证炉墙没有大的裂纹和孔洞，使烟气不致串入炉墙和炉壁之间，造成炉壁局部过热。

2）采用高效炉衬材料，减少散热损失。由于石油化工的加热炉是连续性操作的加热炉，常用的炉衬有砖结构、浇注料衬里结构等，其节能效果有限。目前，炼化企业一些加热炉采用陶瓷纤维结构和复合衬里结构，取得了较好的效果。部分企业为了进一步提高传热效果，采取了在炉墙内衬喷涂热辐射涂料等措施，加强炉墙的辐射能力，提高了加热炉的热效率。同时，涂料喷于砖与陶纤表面后，使砖、陶纤表面形成保护层，能防止炉壁砖、陶纤因长时间烧烘而粉化，从而延长炉衬的使用寿命。

4 结束语

通过对石油化工工艺加热炉监测分析及节能措施的探讨得出结论：若提高工艺加热炉的热效率，必须通过最大限度地降低排烟温度、有效控制空气过剩系数以及改善加热炉绝热保温效果这些节能措施来降低加热炉的排烟损失、不完全燃烧损失和散热损失等，提高其热效率。虽然本文没有述及工艺节能内容，但是优化工艺和设备设计及加强工艺节能管理仍是节能的首要措施。随着加热炉热效率的提高，燃料消耗和生产成本将相应下降，生产装置的整体经济效益将进一步提高，从而达到节能降耗的目的。

[1] 中国石油天然气集团公司节能节水专业标准化委员会. Q/SY1066—2010 石油化工工艺加热炉节能监测方法[S].北京:石油工业出版社,2010.

[2] 史培甫.工业锅炉节能减排应用技术[M].北京:化学工业出版社,2009:14-21.

[3] 刘长爱.烟气酸露点腐蚀对炼油加热炉及余热回收系统的危害与防治[J].石油化工设备技术,2010,31（5）:45-46.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.007.021

2013-05-18）

张玫，工程师，1984年毕业于兰化职工大学 （有机工 艺 合 成 专 业）， 从 事 节 能 管 理 及 监 测 技 术 方 面 工 作 ， E-mail：zhangmei-ls@petrochina.com.cn， 地址：甘肃省兰州 市 西 固 区 福 利 西路191号，730060。