提高管式加热炉的热效率李鑫

中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题目：提高管式加热炉的热效率学习中心：河北奥鹏学习中心年级专业：1403化学工程与工艺学生姓名：李鑫学号：14805380056指导教师：于福涛职称：技师导师单位：中国石化石家庄炼化中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间：2016年06月11日中国石油大学（华东）现代远程教育摘要近年来，随着石油化工工业的迅速发展，管式加热炉技术越来越受到人们的重视。管式加热炉的燃料消耗在炼油装置总能耗中占相当大的比例，少则20%～30%，多则80%～90%。所以，提高管式加热炉的热效率，可大量节约燃料用量，对减少能源消耗是非常必要的，也是十分有效的。关键词：管式加热炉，热效率，能耗1目录第1章前言..............................................................................................................................1第2章影响加热炉热效率的因素及其提高的措施..............................................................22.1影响加热炉的热效率的因素.......................................................................................22.2提高加热炉热效率的措施...........................................................................................22.2.1降低排烟温度，减少排烟热损失...........................................................................22.2.2降低排烟温度的措施................................................................................................2（1）减少排烟末端温差............................................................................................2（2）应用空气预热器................................................................................................3（3）去灰除垢保证高效的炉热效率........................................................................52.2.3降低过剩空气系数...................................................................................................52.2.4减少不完全燃烧.......................................................................................................62.2.5减少散热损失...........................................................................................................6第3章低温露点腐蚀的安全预防措施..................................................................................83.1低温露点腐蚀机理.......................................................................................................83.2壁温与腐蚀速度的关系...............................................................................................93.3防止和减少低温露点腐蚀的措施.............................................................................103.3.1避开烟气露点腐蚀温度...................................................................................103.3.2采用耐蚀金属材料...........................................................................................113.3.3采用热管外敷设非金属材料技术...................................................................113.3.4提高空气进预热器的温度...............................................................................113.3.5预热器增加除灰设施.......................................................................................113.3.6低氧燃烧...........................................................................................................11第4章结论............................................................................................................................12参考文献：..............................................................................................................................13致谢..........................................................................................................................................14第1章1第1章前言热效率是衡量加热炉设计和运行管理先进性的一个重要指标。它关系着石油化工装置乃至全厂能耗的高低。因此，加热炉的设计和运行管理部门都必须十分关注其热效率，以避免浪费能源，影响经济效益；同时，也不能盲目追求过高的热效率，使得一次投资过高或尾部换热面低温露点腐蚀和粘灰堵塞，影响长周期安全运转。所以，本文主要分析分析了影响管式加热炉热效率的因素,主要包括过剩空气系数、排烟温度等。提出了提高管式加热炉热效率的措施,包括提高空气进入炉膛的温度、控制过剩空气系数、减少不完全燃烧损失和散热损失、降低排烟温度等,进而提高100万吨/年加氢加氢装置加热炉热效率。其中降低排烟温度被认为是最有效的方法。但是排烟温度的降低极易引发露点腐蚀问题,对此作了详细阐述,并提出了解决方法。2第2章影响加热炉热效率的因素及其提高的措施2.1影响加热炉的热效率的因素影响加热炉的热效率因素很多，主要归纳起来有以下几个因素：（1）炉子排烟温度越高，热效率越低。（2）过剩空气系数越大，热效率越低。（3）化学不完全燃烧损失越大，即排烟中的CO和H2越多，热效率越低。（4）机械不完全燃烧损失越大，即排烟中的未烧尽碳粒子含量越多，热效率越低。（5）炉壁散热损失越大，热效率越低。2.2提高加热炉热效率的措施2.2.1降低排烟温度，减少排烟热损失减少排烟热损失可以提高热效率，排烟损失在管式加热炉的热损失中占有较大的比例。当炉子热效率（如90％）较高时，排烟损失占总损失的70％～80％；当加热炉热效率（如70％）较低时，排烟损失占总损失的90％以上。2.2.2降低排烟温度的措施（1）减少排烟末端温差减少排烟末端温差即减少排烟温度与被加热介质进入对流室温度的差值。在装置中有需要加热的低温介质时可采用这种冷进料节能的方法，把炉子的对流室作为换热器和换热器流程一起优化考虑。100万吨/年加氢装置F1101对流室走过热蒸汽吸收热量，供给分馏塔使用，降低了排气温度，达到了减少排烟末端温差。如图3-1所示：3图2-1（2）应用空气预热器运用空气预热器将烟气直接预热空气的优势在于它不受工艺流程的约束，在管式加热炉其它参数不变的前提下，预热温度与热效率的关系是空气温度每提高20℃，炉热效率约提高一个百分点。需要注意的是随着空气温度的提高，燃烧产物中的NOX增加，如果没有适当的措施降低NOX，则对环保不利。同时，空气温度过高，还可能引起燃料油喷头结焦或燃烧器过大的变形等问题，需进一步改进燃烧器结构和提高材质，通常空气预热器后空气温度不宜超过300℃。目前100万吨/年加氢装置F1101余热回收流程如图3-2所示，利用烟气余热加热空气，降低了烟气温度，同时也达到了节能的目的。2009年大检修期间F1101余热回收系统管箱在原有基础上增加热管120根，排烟温度如果由160℃降低到120-135℃，加热炉瓦斯节省200-300Nm3/h。每年节约瓦斯约168万-252万Nm3。前后节能效果如表一所示：4图2-2表2-1：余热回收增加热管前后运行数据对比进料量T/h炉膛温度℃排烟温度℃空气入炉温度℃瓦斯量Nm3/h单耗Nm3瓦斯/T原料改造前122680-710165-170178-185480-5403.934-4.426改造后155520-590120-135150-170200-3001.290-1.935同时，余热回收装置中的风机和烟机可采用变频调节风量，达到节能目的。100万吨/年加氢装置F1101自开工以来，风机的风量相对于炉子要求的风量有很大的余量，虽采取关风机入口蝶阀的方法，但通过蝶阀的漏量相对炉子的负荷还是大，装置不得不通过调整炉子二次风门来控制炉子的氧含量，炉子氧含量控制有一定的难度，烟机也是同样的问题，烟机的功率相对于炉子需要的引风量有较大的余量，也是采取关烟机入口蝶阀的方法调整炉子的负压，所以采取关入口蝶阀方法对电能是很大程度的浪费。而且目前加热炉排烟温度偏高在160-170℃，在满足排烟温度高于加热炉烟气露点温度的要求条件下，加热炉理想排烟温度应在120℃。5为解决这个问题我们将风机和烟机增上变频，炉子的氧含量可以通过调整风机的转速而很容易的控制，并且节省了电能；烟机改变频后，炉子的负压可通过调整烟机的转速而控制，并且节省了部分电能，使操作人员的劳动强度下降。风机烟机改变频前电流分别为33A、40A，改变频后分别为15.7A、17A，分别节电9.5KW/H和12.5KW/h。(前后均按进料155t/h，温度320计算).表2-2：风机烟机节电表改变频前电流A改变频前电流A节省电能KW/h风机33169.5烟机401712.5由表二可看出改变频后两台风机每小时共节电22KW，每年节省电能192720K