加热炉节能改造技术的应用

加热炉节能改造技术的应用

加热炉是石油和天然气行业最常用的设备之一，也是能量最多的设备。目前,公司各生产装置中的大小加热炉共有60余台,总负荷超过800MW,单台最大热负荷达到142MW,加热炉能耗占全公司能耗的30%以上。如果再加上炼油800万t改扩建工程所增加的加热炉,其能耗还要大。因此,重视现有老装置中加热炉的技术改造和新装置加热炉的新技术应用,提高加热炉热效率,是降低装置能耗、提高经济效益的关键所在。一、新技术的应用有利于加热炉提高工作效率加热炉运行过程中的热损失,主要是排烟与散热损失。有效能的损失主要在燃烧传热的不可逆过程中。因此,加热炉热效率的提高重点应放在燃烧和辐射段的散热损失上。目前,公司的大多数加热炉由于设备陈旧,衬里老化、脱落,钢板腐蚀穿孔等各种原因,导致加热炉散热损失增大,局部过热超温,引起热效率下降,热效率一般在80%～88%之间,达不到原设计值或公司考核要求,不但严重影响了设备的安全运行,还制约了单位加工费的降低,直接影响企业的经济效益。现在,单纯依靠传统的“三门一板”操作,控制烟气中的氧含量和排烟温度,以及对设备的修修补补,已很难获得明显的效果。因此,应用新技术是当前提高加热炉热效率的有效途径。根据目前国内外发展的技术,决定采用耐火纤维喷涂技术和在加热炉内表面喷涂HT-1耐高温辐射涂料改造加热炉。二、强制维修措施1.耐火纤维喷涂技术当前,耐火纤维以其密度低、导热系数小、热稳定性好、抗热振性强等优良特性,已广泛应用于冶金、石油、化工、机械、电子、建筑、轻工等行业,是耐火、保温、隔热、隔音、防火的优选材料。目前,国内耐火纤维的应用是将其二次制品,如毡、毯、预制块等,在现场采用层铺法、叠加法、贴面法等方法形成衬里层。这些方法的主要缺点有:(1)纤维型材之间有接缝,整体性差,对于拐角、异形面更为突出;(2)在使用中由于纤维的热收缩性,很容易造成贯通缝隙。由于以上缺点的存在,导致加热炉内的高温烟气沿着缝隙外溢,增大了热损失,降低了热效率,而且还严重影响设备的使用效果和安全运行。耐火纤维喷涂技术是通过专用纤维喷涂设备,将经过预处理的散状耐火纤维棉直接喷涂到加热炉炉墙或炉壳的表面上。并在喷射过程中,将专用高温结合剂均匀地喷入纤维流,二者充分混合后一同喷到施工表面上。耐火纤维喷涂炉衬与上述的其它方法获得的纤维炉衬相比,其最大特点是:(1)一次性整体喷涂所得到的炉衬无接缝,并且由于散状耐火纤维棉在喷涂中形成的三维网络结构,提供了坚固均匀的整体结构,为加热炉提供了更加完善的隔热保护;(2)减少了锚固件的用量,并能有效地防止烧损;(3)喷涂时,只要炉墙表面稍加处理即可,无需像安装纤维毯或预制块那样对基体进行平整,施工很方便;(4)对于异形面的喷涂,降低了喷涂难度,提高了作业质量。加氢裂化车间编号F-301和F-302二台加热炉,原炉衬采用了复合轻质耐火浇注料与特制的纤维毯粘接结构。由于辐射室衬里平铺粘接结构设计有缺陷,异形部位施工困难,施工时粘接剂涂抹不均匀,粘接剂本身粘接力不够大,导致第一个周期开工后期衬里脱落严重,炉膛内热空气从钢板和浇注料之间的缝隙窜出,引起看火窗处鼓包,炉墙外侧油漆脱落,炉外侧墙钢板的内侧产生H2S低温露点腐蚀,侧墙钢板的平均温度达78℃,加热炉热效率仅为82%左右。根据加热炉衬里层有温度梯度这一实际情况及设计参数,用高铝层厚60mm和普铝层厚170mm的复合衬里,衬里总厚度为230mm。所用的纤维材料的性能见表1。改造后检测结果表明:①加热炉炉墙外壁温度显著降低(表2)。②加热炉重量减轻,结构简单。原加热炉耐火浇注料LCR-1000密度800～900kg/m3,LCR-800密度600～700kg/m3,新喷涂的高铝、普铝纤维密度为215kg/m3,每台炉子总重量约减少15t。③热效率上升显著。改造后由于衬里整体性好,封闭严,相对减少了炉膛漏入的空气量,炉膛中氧含量从12%降至目前的6%以下,炉膛明亮,燃烧情况好。改造后热效率已达90%左右,比改造前上升了约8个百分点。2.高温辐射涂料HT-1耐高温辐射涂料,全称为HT-1多晶矿化黑陶瓷节能涂料,是近几年应用较广的一种新型节能材料,其主要成分见表3。可应用于加热炉炉窑内衬耐火砖和耐火纤维隔热材料的表面上,具有抗热振和抗剥落、增强炉壁抗气流冲刷性能,和延长炉衬寿命、提高热效率、降低单位产品能耗的特性及作用。其主要技术指标见表4。HT-1耐高温辐射涂料的节能机理为:(1)当加热炉炉壁内表面涂上该涂料后,发射率即由0.75提高到0.90,根据玻耳兹曼定律,当炉壁发射率增加后,在相同供热条件下,炉壁温度必然增加,炉壁表面辐射能力以热力学温度的四次方值跃增。炉内壁喷涂耐高温辐射涂料后,导热系数明显降低,使炉外表面温度降低,从而减少炉外壁散热的热损失,从而减少了燃料消耗,提高热效率。(2)HT-1耐高温辐射涂料不仅具有较高的发射率,能够改善高辐射能谱的分布,而且还具有与多种物质强烈吸收红外线相匹配的辐射能谱分布,从而提高辐射能的利用率。(3)HT-1耐高温辐射涂料由强辐射材料组成,高温下辐射远红外波穿透能力极强,能穿透加热物体,使加热物体的里、外层同时受热,升温快。同时,远红外波亦能穿透燃料本身,使里层燃料吸收远红外波而产生能级跃迁,放出能量,加速燃料燃烧,使燃料完全燃烧,提高燃烧质量,减少加热炉有效能的损失,达到节能目的。焦化车间编号F-002的加热炉原来每次大检修时,均发现炉内衬粘贴的陶瓷纤维有不同程度的脱落,导致高温烟气沿着缝隙外溢,炉子外壁局部过热,严重影响设备的安全运行。2001年对炉内壁喷涂了HT-1涂料,有关施工数据见表5。为了检测其节能效果,测试了喷涂前后加工同一种原料(辽河渣油)时的工艺操作参数(见表6),进行对比分析。从表6中可以看出,喷涂HT-1涂料后,在处理量、加热介质相同的情况下,炉膛平均温度下降了20℃,从而降低了燃料消耗,达到了节能目的。另外,从喷涂前后的平均单耗也可以看出其节能效果,见表7。根据表7可知月平均单耗由29.87kg(标油)/t下降到28.84kg(标油)/t,下降了1.03kg(标油)/t,下降幅度为3.4%。如果装置处理量按80万t/a考虑(因有二台炉子并联运行,故单台炉子的处理量为40万t/a),燃料价格按400元/t计算,这台炉子每年可节约16.48万元,减去5.544万元的投资,一年可产生10.936万元的经济效益,相当可观。HT-1耐