加热炉系统运行节能优化探讨

殷庆微，徐金文，阚春明，刘国光

(中国化工正和集团股份有限公司，山东 东营 257342)

加热炉是石油化工生产中加热工艺介质的重要辅助装置，多采用管式加热炉，属于提供热源的火焰加热设备，作用是将通过加热炉管内的工艺介质到所需温度后，进入下一段工艺流程参与反应。管式加热炉由辐射室、对流室和烟囱组成，辐射室和对流室内均装有炉管，用于加热工艺介质，烟囱内装有挡板，辅助调节炉膛温度。加热炉的燃料经过燃烧器喷嘴在辐射室燃烧，产生的高温火焰以辐射传热方式，将大部分热量传给辐射室炉管内流动着的工艺介质，温度降低后的高温烟气再进入对流室，以对流方式继续将部分热量传给对流室炉管内流动着的工艺介质，降温后的烟气最终进入烟道，通过烟囱排入大气。工艺介质的流向一般是先经过对流室炉管，再经过辐射室的炉管，在流动过程中不断吸收高温烟气经炉管壁传来的热量，逐步升高到所需要的温度成为高温介质流出。工艺介质升温所需热量均由燃料(多为燃料油、天然气、干气等)燃烧产生，加热炉热效率高低直接影响着燃料消耗量，进而影响生产成本。在加热炉运行过程中，影响热效率的因素主要有烟气氧含量、烟囱排烟温度及加热炉炉壁衬里的保温效果。随着国家对加热炉节能要求和环保要求的日益严竣，利用现有技术，通过对加热炉系统的数据采集、分析和研究，根据其运行工况，量身定做最匹配的节能优化措施，对于提高加热炉热效率、降低运行能耗作用明显。

1 目前加热炉运行中存在的问题

从目前加热炉运行的问题看，造成热效率不高的问题可归纳为以下几种：一是生产工艺指标差；二是燃烧系统老化，燃烧器技术落后；三是余热回收系统效率低下；四是炉体衬里保温效果差。具体情况如下：

1)生产工艺指标差：加热炉运行过程中由于操作原因，使得氧含量、排烟温度偏高，造成热效率偏低，使得燃料消耗量大、生产成本增加。

2)燃烧系统老化，燃烧器技术落后：早期建设的加热炉运行多年后，燃烧系统老化，加之燃烧器技术落后，燃烧效率低，造成燃料浪费。

3)余热回收系统效率低下：早期建设的加热炉预热回收系统多为热管式，换热面积少，余热回收效率低下，大量热能无法有效回收，从烟囱排出，造成热量损失。

4)炉体衬里保温效果差：加热炉运行多年后，衬里材料严重老化，保温效果逐年变差，造成炉外壁温度逐年升偏高，对周边低温环境产生热辐射，热量损失严重。

2 加热炉节能优化措施

对于加热炉系统运行的节能优化，主要从以下四个方面提出节能优化措施：

1)针对生产工艺指标差，通过加热炉管理人员的每日巡检、每周专项检查、每旬联合检查的方式来不断提升加热炉运行日常管理，平稳操作、控制好 “三门一板”、定期对炉管吹灰、消除炉体和对流室的漏风点等措施来提高加热炉热效率，降低排烟温度和氧含量，节约燃气消耗。同时利用处于国内领先水平的TESTO340型烟气分析仪，定期对烟气成分进行现场检测、分析，随时发现、解决加热炉运行过程中存在的问题，用来指导操作工平稳生产、优化操作，确保加热炉运行达到最佳状态。

2)针对燃烧系统老化，燃烧器技术落后，更换高效燃烧器，调整适宜的过剩空气系数，让空气与燃烧流股间的混合迅速充分，使燃料燃烧过程可以在短时间内迅速完成，确保焰烟初始喷射温度增高，通过燃烧器专用喷枪和燃烧室采用刚玉砖及出口文丘里结构，使焰烟初始速度升高；同时辐射室底部形成较强低压区，与高速火焰射流共同强化对流传热，降低热损失，提高热效率，节约燃料消耗量，降低生产成本。

3)针对余热回收系统效率低下，采用洛阳某公司生产的LYCS板壳式空气预热器，它具有换热面积大、抗漏点腐蚀的特点，能够长周期、安全、平稳、高效运行。该公司为空气预热器设置了水冲洗机构，通过定期冲洗用来清除换热面上的残留灰垢，提高换热效率，降低排烟温度；该公司在原始设计时，结构上采用高温区与低温区200℃分界，高温区采用1.5 mm考登钢，低温区采用5 mm铸铁合金平板，通过新型锚固来增加密封效果，增加空气预热器衬里的使用寿命，从而达到最佳的热能回收效果。

4)针对炉体衬里保温效果差，为炉体衬里内表面喷涂上海某公司生产的耐高温反辐射涂料涂，一种“二次辐射”节能产品(增加炉墙内表面辐射率，提高辐射室传热量)。涂料由辐射粉体基料、粘结剂、烧结剂和载液组成，能够增加基体表面黑度，增强基体表面对热源传来热量吸收后的“二次辐射”传热。据资料统计，加热炉辐射传热，占到全炉70%～80%热负荷，所以提高辐射热是提高热效率最直接的办法；当加热炉的炉膛温度超过700℃时，主要是靠辐射传热，加热炉辐射室衬里使用的耐火材料常温下的黑度一般为0.6～0.8，并随着温度的升高而大幅度下降，而耐高温反辐射涂料涂能减缓这种下降，甚至可以使其提高。由于涂料基体表面的吸收和辐射作用，改变恶劣传热区热辐射的波谱分布，将热源发出的间接波谱转变成了连续波谱，从而促进了被加热物体吸收热量。耐高温反辐射涂料涂喷涂工作完成后，增加了炉衬里的黑度，加强了辐射传热，降低了单耗，提高了热效率；同时还改善了炉膛温度的均匀度，降低了炉外壁温度，消除了加热炉炉壁对外的高温热辐射，改善了操作人员的工作环境，涂料在高温下烧结形成的致密金属陶瓷层，增强了衬里的抗冲刷性和表面强度，对衬里起到很好的保护作用。

3 节能效果

通过对加热炉运行节能优化、操作工艺调整，可以使加热炉高效运行，对于提高热效率、控制氧含量、降低排烟温度、减少炉外壁热损失具有重要帮助。通过节能优化措施，是加热炉氧含量控制在1.5%～2%，排烟温度稳定在130～140℃，较原

来降低了加热炉外壁温度10℃以上，热效率提高1.5%以上，实现了加热炉安全、平稳、高效运行，从而大幅降低了燃料消耗量，取得了很好的节能效果，降低了生产成本，大大提升了产品的市场竞争力和公司经济效益。

4 结束语

加热炉节能优化对于石油化工行业有着非常重要的意义，是石油化工行业节能降耗、实现降本增效的重要手段。随着日趋严格的环保要求和石化行业的现实需要以及科技的不断发展，加热炉系统的节能空间还会进一步挖掘提升。对于加热炉系统的节能优化，是一个循序渐进，持续改进的过程，需要常抓不懈，才能不断提高热效率，降低石油化工行业的生产成本，增加产品的市场竞争力，提高企业的经济效益。