提高热载体加热炉热效率的措施

点击数：36512014-09-25 08:27:38　来源: 武安市宏泰机械泵业有限公司

提高热载体加热炉热效率的措施

热油炉是燃料的能量转化装置，是导热油传热系统中最重要和最关键的设备。热油炉的选型与设计的好坏，直接影响到操作的安全性、热效率和成本的高低。热油炉的选型与设计一般是根据所需的热量、热风温度、风量等对热油炉的结构及换热面积的要求进行设计计算。提高热载体加热炉的热效率，是热载体加热炉应用中的一个重要问题。对于炉效率在70%以下的热载体加热炉，若条件允许，需对整台炉子进行比较大的技术改造（包括重新设计、制造）。而炉效率在70%～85%的热载体加热炉，可基本上依据现有加热炉的技术装备，围绕以下五个方面来进行。a、改善燃烧效果。b、提高传热效率。c、余热回收利用。d、减少散热损失。e、微机优化工况。

一、提高燃烧效率

对燃烧环节进行必要的改进是提高热载体加热炉较为有效的技术措施之一。就大型化燃油热载体加热炉而言，目前在这方面的主要工作和技术进展有新型燃烧喷嘴的选择、燃料油的乳化和磁化等先进技术的应用和推广。

1、高效节能开燃烧器  燃油型热载体加热炉所用的燃料，目前基本上是减压重油或渣油。这类燃料的黏度大、不易雾化，必须借助一定的温度条件来改善其流动性能。一般而言，液体燃料的雾化效果主要取决于喷嘴的结构、喷射的方式，以及环境介质和燃料油的压力等因素。有资料介绍，重油的雾化液滴为50μｍ的占85%时，方能与环境中的空气充分混合，其助燃效果和燃烧性能为最好。Y型燃烧器具有蒸汽耗量低、雾化效果好、过剩空气系数低，Y型烧嘴的优越性在于负荷调节比大、对燃料油的适应性强、火焰形状稳定、蒸汽耗量低。此外，调风器为轴流式弯曲叶片，相对增大了旋流强度，提高了火焰燃烧时的稳定性。

2、燃料油乳化技术   近年来的生产应用和物理指标分析表明，燃料油乳化后的油滴直径只有几十个微米，呈油包水型。在高温炉膛内油雾颗粒表面燃烧和水分的急剧膨胀，从而引起油包水型的破裂，进而使油雾更加微化，同时也增加了燃烧的总面积，加快燃烧速度，使燃烧更趋完全。在应用燃料油乳化技术中，乳化剂的添加量和节油效果因装置的实际情况而有所差异。但乳化技术的应用要添置若干装置、更改工艺管线，操作上也增加了一定难度。

3、燃料油磁化技术  磁化就是在输油管线上加装符合技术要求的磁化元件，使燃料油通过1000～2500高斯强度的磁场，再进入热载体加热炉的炉膛内进行充分燃烧。燃油磁化后，其内部结构和某些与燃烧有关的理化性能会产生一定的变化。

① 黏度均有所降低。

② 表面张力也有所下降。

③ 闪点和燃点下降10℃左右。

④ 组分、沸点也有不同程度的改变。

⑤ 分子量较小的组分所占百分含量增加。

其中，前两项会提高燃油的雾化质量，使油滴雾化后颗粒的直径减小。后三项会使燃油更加易于汽化，从而为燃料油与空气的充分混合创造更好条件，有利于实现低氧燃烧，减少烟气带走的热量，进而提高燃烧效率。上海石化芳烃装置的工业试验表明，磁化后燃料油的黏度下降了5%～7%，试验所用大型热载体加热炉的节油率在3%～5%之间。

燃油磁化技术具有投资少，见效快，安装简便，不影响原有设备的运行和管线排布，无额外动力消耗，使用方便的特点。

二、提高传热效率

正常投用的热载体加热炉，只能通过一些手段来缓解传热效率的降低，而后在装置停车检修时，以各种机械、物理和化学的清洗的方式，来比较彻底地清除黏附于炉膛或管壁内外的影响传热效果的种种污垢。

1、吹灰器投用  燃料油在燃烧时，会产生各种黏性积灰和牢固性积灰。这些积灰将附着在热载体加热炉的炉膛壁上，以及炉管的外侧表面，从而影响热交换。为了改善各种换热设备的传热性能，应该考虑设置便于清除积灰的吹灰器。按其使用的工作介质可初步分成蒸汽吹灰器、空气吹灰器、钢珠吹灰器和水吹灰器等。

一般的大型热载体加热炉均具备此类吹灰功能，有的烟气回收单元也装有这种吹灰机构。例如，某公司的22.5万吨/年PTA生产装置的PF-601热载体加热炉，本身就具有蒸汽吹灰机构。初步调研的结果表明，吹灰器投用且效果较好的炉效率可维持在80%～85%以上，而不采用或吹灰效果不佳的热载体加热炉，其热效率只能维持在75%上下。因此，恢复、使用和改进大型热载体加热炉吹灰器的机械性能，是提高现有热载体加热炉热效率的一个重要方面。

2、新型防垢剂  在积极提高热载体管壁外侧的热能传递的同时，目前国内外正在开发一系列新的高温防垢剂，注入热载体中以防止炉管内侧的导热载体的结焦。如美国本茨工业化学品公司推出的牌号为7R-20和7R-21的防垢剂，其液体有效使用温度可高达538℃，既通用于保护热载体预热换热器，又能保护加热炉及其炉管。它的特点是在各种温度、压力和原料组合的情况下，有效地减少工艺物料侧内壁的结焦和炭化。国内在这方面的研究刚刚起步，有待进一步研究和开发，才能满足生产用热载体加热炉的实际应用和推广。

比起开发防垢剂方面的不足，国内在开发结焦清洗剂方面，取得了可喜进步。以热载体加热炉清洗剂为代表的系列产品，已经广泛应用热载体加热炉的清洗。它与常规的物理、机械类的清洗方法有本质上的区别。这类化学清洗剂是由特种表面活性剂为主要原料复配而成。在相应的工况条件下（例如95℃的温度），炉管中循环清洗一定的时间后，即可达到清洁炉管内壁之目的。但是，从多次实际清洗操作和最终的效果来评价，在整个清洗过程中，清洗条件对大型炉而言，有时是至关重要的。这主要表现在以下几个方面。

①清洗时工作压力的控制   附着在炉管内壁的结焦物质往往形成相对较硬的垢层。在清洗废液中，能够清楚地看到颗粒状结焦物。这说明导热油清洗剂在清洗过程中，不仅仅只是一种化学清洗作用，其间还存在一定的物理、机械作用。因此，在清洗的循环过程中，清洗剂的流量、流速和工作压力，都是必须考虑的工况参数。而这一点往往被忽略，造成实际的清洗效果与小样试验时相差较远。

②清洗时清洗温度的控制   从对2.5×106kcal/h卧式热载体加热炉的反复清洗效果来评判，清洗时在炉管壁外表面的温度为65℃和90℃两种工况条件下有着截然不同的结果。可以认为该温度的正确选择对最终清洗效果的影响是非常大的。

③高温辐射涂层   燃料在燃烧时所产生的热能大都以加热物料、废气排放、炉壁热损三种方式被转化或消耗。加热载体所获得的热能通常由以下几方面的热传递来进行。a、对流热Qa。b、直接辐射热Qsr。c、炉壁内衬辐射热Qw。d、炉壁内衬反射热Qsp。总辐射热Qr。

                 （1）

式中  ar-----物料对投射辐射的全吸收率值。

显然，提高ar的数值必然增加物料被传递的热能。一般黏土质耐火砖和硅酸铝耐火纤维在500℃时ar=0.5，而国产HK型高温辐射涂料层，在400～1200℃的温度条件下，其ar的值在0.85以上。当热载体加热炉内壁涂以高温辐射涂层时，载体可以获得的辐射能有所增加，同时还能起到隔热保温作用，减少向炉外的散热损失。国产JST-1辐射涂料的ar值为0.875～0.90。高温辐射涂料的特点是每公斤可喷涂2～3m3,且黏结力强、耐温范围宽、投资少、节能效果明显。据资料介绍，采用JST-1后炉效率可提高约8%，排烟温度下降6℃，节油率为1.25%。

三、烟气余热回收

由热平衡分析可知，提高设备热效率的关键在于充分利用热值高的余热，这也是改善热载体加热炉工况和优化操作的有效途径之一。烟气余热回收综合利用的方法，按形式和材质划分主要有以下以种。

a、“冷进料”热油预热空气（其中包括循环热载体）。

b、回转式预热器。

c、钢管预热器。

d、热管式预热器。

e、铸铁管式预热器。

f、玻璃管式预热器。

g、扰流子管式预热器。

h、余热锅炉。

四、减少散热损失

选择新型耐火纤维、陶瓷纤维等代替耐火砖或轻质耐热混凝土作为炉衬，这是大型热载体加热炉在保温材料方面的革新和技术突破。作为加热炉内衬的材质，应具有传导率低、热膨胀系数小、热损失小、热储存少、化学性质稳定、质量轻、不易脱落和耐高温工况等优点。中石化总公司系统有近46.9%的热载体加热炉采用了陶纤衬里。在此基础上，若再采用高温辐射涂层，可望在同样的温度条件下，既减少散热损失，又强化辐射热能的利用，使炉壳外墙温度下降40%～50%。中石化扬子石化的不少生产装置中的热载体加热炉，都相继采用了江苏靖江生产的HT耐高温涂料，取得了良好的节能效果。

五、微机优化工艺操作

热载体加热炉在技术改造和挖掘潜力的条件下，采用先进的控制和监测手段，使热载体加热炉的工况处于低氧燃烧，以提高加热炉的热效率。微机辅助优化加热炉工艺操作的主要环节包括以下两种。

①建立炉效率、烟道气氧含量和排烟温度等关键参数之间的数学模型。

②开发和应用满足加热炉工作状况的系统软件，进而实现系统的闭环控制和在线调优，合理地控制过剩空气含量系数，使烟气中的氧含量大幅度下降，以切实提高热载体加热炉的热效率。

③导热油锅炉（热载体锅炉）采用全自动控制，出油温度设双重超温报警及联锁保护，进出口集箱之间设压差保护，当炉内爆管或系统失压时，确保燃烧机处于停机状态。膨胀槽下部设置液位控制器，能自动补油和低液位报警，另外，还增设排烟温度异常联锁保护。整机控制元件采用施耐德及西门子等品牌，安全可靠。

④为避免因燃烧机故障产生爆燃危险，在锅炉底部设置铝箔防爆片。

⑤锅炉除前门盖采用耐火混凝土外，其他部位没有耐火材料，有利停电保护。

作者简介：汪琦，男，高级工程师，1961年10月生，1983年7月毕业于华东理工大学化工机械专业，本科；1991年7月毕业于华东理工大学化工机械专业，硕士。现任上海热油炉设计开发中心总工程师，高级工程师。

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