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石油化工加热炉联合余热回收节能改造（全文）
目前，炼化装置不断大型化，集群化，为节省占地，减小投资，加热炉常集中布置，采用联合余热回收系统回收烟气余热，这样做虽节省了空间，降低了投资，但同时也增加了系统的复杂性，设计时应充分考虑，以免影响各炉的正常工作。
某炼化公司芳烃厂二甲苯车间8500单元有二甲苯塔再沸炉(8501A／B)设计介质热负荷76．4MW，设计热效率90％；择形歧化加热炉(5501)设计介质热负荷5．02MW，设计热效率61％；、甲苯塔再沸炉(5502)设计介质热负荷30．5MW，设计热效率80％；进料加热炉(7501A／B)实际热负荷在5．5～l6．5MW之间，设计热效率不会高于90％。炉群采用一套联合余热回收系统并采用纯热管空气预热器，实际排烟温度>150℃。
1加热炉目前存在的主要问题
1．18501A／B加热炉对流段排管不足
8501A／B加热炉对流段介质入口温度280～300℃，烟气出口温度约460℃，介质和烟气温差在160～180℃；对新设计的加热炉，碳钢管材的炉管和介质换热温差一般控制在30—50℃是比较经济合理的。目前8501A／B炉的换热温差明显偏大。同时对流出口烟气温度过高，也给后续的余热回收系统操作带来困难。
1．2加热炉出口烟道进炉顶水平联合烟道布置不合理
加热炉出口烟道进炉顶水平联合烟道布置不合理，在保证加热炉燃烧器正常燃烧的前提下，造成加热炉操作过程中辐射顶负压和炉膛烟气氧含量难以控制，并且其中一台加热炉的操作波动会引起其他加热炉炉膛压力的波动。
炉顶压力低，炉体看火门、防爆门、长明灯看火孔、弯头箱等处漏风量大，漏进炉内的空气不参与燃烧，相当于将空气加热到排烟温度排放，直接造成加热炉热效率下降；漏风还导致实际烟气量比理论烟气量大，影响余热回收系统预热器的操作。炉顶压力高，设计负压操作的加热炉可能形成炉内正压，给加热炉的操作带来安全隐患。
炉膛烟气氧含量过高，说明未参与燃料燃烧的空气量多，造成加热炉实际操作热效率下降。炉膛烟气氧含量过低，无法保证燃料的完全燃烧，燃料的不完全燃烧使加热炉操作时燃料消耗增加，致使加热炉热效率降低。
1．3加热炉余热回收系统预热器
①空气预热器直接使用热管预热器不合适。
目前8501炉群混合烟气温度在375～400℃之间，根据我公司的经验及综合多个炼厂实际操作经验教训，热烟气温度高于300℃不适合直接使用热管空气预热器。8500#炉群混合烟气375～40o℃这么高的烟气温度很容易造成预热器的热管失效，而一旦热管开始失效将形成恶性循环：烟气温度高一热管失效一加热炉效率降低一燃料消耗增加一烟气进预热器温度升高一热管失效。
②热管预热器热管采用立式不合理。
热管烟气侧结构有环形翅片，立式布置的热管其翅片是水平的，不利于烟气中的灰尘靠自重清除，未能合理利用烟气自清灰能力。
1．4加热炉群余热回收系统鼓风机出口风道布置不合理
加热炉群余热回收系统鼓风机出口风道布置不合理，两台鼓风机并联布置，但风机布置不对称，且风机空气出口流形不合理，两台风机同时操作时调节困难，空气出口压力不稳定。
2数据整理分析
2．1数据整理
整理出的数据如表1所示。
表1整理出的数据
数据名称 加热炉编号 合计 备注
BA8501A／B BA一5501 BA一5502 7501A／13
设计介质热负荷Mw 76.34 5.2 35.07 117-127正常
现操作供给热负荷MW75.6 6.75 27 5.4 114.75****
现操作供给热负荷MW94.5 8.1 29.7 16.2 148.5
对流出口烟气温度℃ 460 290 300
混合烟气温度正常，**** 375／400℃
现操作计算烟气量Nm3／h 135728—175648
现操作计算空气量Nm3／h 125299-162152
加热炉热效率
2．2数据分析
目前进预热器混合烟气温度在375／400％，这么高的温度如果直接进行余热回收，假如环境温度按20℃计算，烟气和空气间换热温差40℃，则换热后空气温度不能超过335～360℃计算，空气温升在315～340℃之间，漏风量按15％反算烟气温降：At=238—258℃，排烟温度最低不能低于135～145℃，这还没有考虑空气内漏、烟气内循环的影响。如果考虑空气内漏和烟气内循环影响因素，实际排烟温度不会低于l50℃。而空气内漏和烟气内循环是不可避免的。炉群的实际热效率<86％。
芳烃厂燃料非常干净，燃料硫含量小于5PPm，具备进一步降低排烟温度的条件；加热炉改造工程必须考虑改造后装置操作的适应性，并且冬季和夏季环境温度相差40℃以上，必须设置一定的调节手段，控制排烟温度在合理的范围内；根据核算结果，****操作负荷和原设计负荷基本吻合，本装置改造以原设计负荷为准比较合适；要想进一步提高热效率，必须增加主要介质吸热量。
3改造目标
解决BA8501A／B加热炉对流段取热不足问题，为进一步提高加热炉热效率创造条件；解决加热炉余热回收系统操作寿命短，长周期操作效率低下问题，提高加热炉长周期实际操作热效率，减少燃料消耗；解决加热炉余热回收系统鼓风机操作不稳定问题。
4改造方案
4．18501A／B对流段增加介质排管
由于8501A／B炉对流出口烟气温度偏高，致使炉群混和后烟气温度在375℃以上，给后续的空气预热器设计带来困难。采用扰流子预热器取热，一程扰流子不够，两程设计困难。因此只能加高对流段，根据需要增加合理的主介质对流排管。
根据8501A／B加热炉的结构，在不改变原结构的前提下，在对流顶新增加一段对流段，用来加热主介质。由于主介质为液相，排管内外气一液的换热系数比空气预热器气一气换热系数大，换热效果也更加经济。并且用较高温位的烟气直接加热主介质不会降低烟气品味，加热炉的操作运行更加合理，并且真正的减少燃料消耗。
初步估算增加一段对流段后，出对流烟气温度能降低到360℃以下，炉群混和烟气温度在334oC左右。完全可以采用一程扰流子保护段回收烟气余热并对热管预热器进行保护。确保加热炉及配套的余热回收系统长周期高效率操作。
4．2加热炉出口烟道
加热炉出口烟道进炉顶水平联合烟道布置不合理。现有烟道情况使得远离水平烟道烟气出口的加热炉排烟烟气可能对靠近水平烟道烟气出口位置的加热炉排烟形成封堵。造成靠近烟囱位置的加热炉排烟不畅，炉膛压力波动，炉膛压力及烟气氧含量调整不便，无法将加热炉内辐射顶负压及烟气氧含量控制在合理的范围内，甚至造成火嘴熄火的危险。根据现场实际情况，将加热炉排烟进入水平烟道的角度由垂直进入修改为顺烟气流向倾斜30~45℃汇入，使烟气流动顺畅。
4．3余热回收部分
①根据现场实际情况，利用原热管预热器框架，在热管预热器前部增加高温保护段。因烟气进入预热器温度偏高，而现有缺少高温保护的热管预热器，预期寿命在36个月。之后换热效果开始急剧恶化，不能保证加热炉的长周期高效率操作。所以必须在现有热管预热器前部增加高温保护段。
②调整热烟道。调整热烟道下行角度，使烟气流动合理，降低烟道中的烟气流动阻力损失。利用原热烟道做支撑，改变热烟气出口流向，使热烟气从上面直接进入新增的预热器高温保护段。
③调整5501热烟道。原加热炉5501烟气汇入5502对流段，炉5501缺乏调整手段，无法调整炉顶负压，建议增加烟道调节挡板，方便炉5501的操作。
④调整鼓风机出口风道。现场鼓风机出口风道布置不合理，改造后保持鼓风机位置不动，根据需要调整鼓风机出口风道，空气直接向上流动进入热管空气预热器，使空气流动更加顺畅，解决目前操作中鼓风机存在的问题。
⑤鼓风机控制方案调整两台鼓风机单独操作都能满足加热炉燃烧供风要求，但如果采用一开一备，实际过程操作中运行鼓风机发生故障时，临时启动另外一台鼓风机在时间上来说是来不及的。建议采用两台鼓风机同时供风，每台鼓风机供风50％的运行模式。这样其中一台
鼓风机发生故障时才有足够的时间调整另外一台鼓风机满负荷运行。
⑥现场旁通风道偏大，重新设计旁通风道，使之结构更合理，操作调节方便。如果旁通风道过大，相关的密封调节挡板及其执行机构也大，不仅占地，而且挡板密封调节不便，容易泄漏。空气泄漏后不经过预热器直接进入主风道。使实际经过预热器的空气量偏小，影响空气预热器换热效果。
⑦调整预热器冷烟出口烟道。目前预热器冷烟出口烟道结构复杂，烟气流动过程中弯多弯陡弯急，烟气流动阻力大。克服阻力就需要消耗电力，造成加热炉的实际操作能耗加大。根据现场实际，增加预热器高温保护段后，适当调整冷烟道结构，使之达到节能降耗目的。
5改造效果
目前，该系统已按此方案进行了改造投用一年多，改造后炉群热效率一直保持在91％以上。且各炉的各项指标均在合理范围之内，操作也更加简单平稳。改造带来的经济效益，正常工况下燃料消耗减少467Nm3/h，按每年开工8000h计算，节约燃料气4170t／a。按燃料气3000元／t计算，每年燃料节约费用约1251万元。改造总投资工程费用800万元，8个月即回收了全部投资。