论文部分内容阅读
摘 要：节约热能的突出方面就是回收和利用余热。余热是二次能源，是燃料燃烧以后所放出的热量在完成某一工艺过程后所剩余的热量。这种热量如果直接排放，不但会造成大量的热损失，而且还会对环境造成污染。工业余热有着丰富的资源，利用的潜力非常大，如果能够充分利用，可以节约能源，降低单位产品的耗能量，带来可观的经济效益。
关键词：热效率；烟气余热回收；节能降耗
加热炉余热回收系统由供风系统和排烟气系统两部分组成。供风系统的流程是：空气由鼓风机吸入，通过热油预热器（KY-1）用常二线热油（柴油组分）加热到60℃左右，再进人热管式空气预热器fKY-2）用烟气将空气加热到240℃左右分两路通过风道分别进入常压炉和减压炉燃烧器，供火嘴燃料燃烧用。排烟气系统流程是：由常压炉、减压炉各对流室排出大约300-380℃烟气，经过加热炉顶部汇集烟道进入重合烟筒（热烟气侧）上部人口，再由重合烟筒（热烟气侧）中部出口引入至热管式空气预热器（KY-2）与空气换热，烟气温度降到189℃，被引风机抽出送人重合烟筒（冷烟气侧）下部人口，由重合烟筒（冷烟气侧）上部出口排入大气。
一、余热回收系统在某芳烃8500#加热炉中的应用
加热炉的烟气余热回收就是在满足加热炉工艺要求的前提下，降低燃料消耗，减少加热炉的热损失，以提高加热炉的热效率。用烟气预热空气是加热炉回收烟气余热，提高热效率的主要方法，也是最常用的方法。空气预热器的型式各式各样，我们可以采用诸多的新技术和新成果，使得热量得到最大程度的回收和利用，同时也要提高热回收系统的自动化程度，使整个系统便于操作，便于维护，也使整个系统的投资在最短的时间内得到回收。某芳烃8500#装置的加热炉热回收系统，就是在实际应用中一个很好的实例。8500#热回收系统基本概况：用引风机从横烟道把烟气引入热管换热器换热，烟气出热管后通入主烟囱排放；用送风机把燃烧空气鼓入热管换热器换热，再送给BA-5502、BA-7501A/B及BA-8501A/B加热炉作为燃烧空气，从而节省燃料。在热风管道上设置快开风门，在旁路上设置旁路挡板，在热管进口、引风机出口设置挡板，以保证在任何情况下加热炉都能稳定运行，并达到方便系统检修，提高整个系统运行的可靠性。加热炉燃烧器为强制送风/自然吸风两用式，以适应系统切换运行。8500#热回收是芳烃改扩建中的一部分，受场地局限，三套装置整合为一个热回收系统，通过合理的系统配置和控制，保证各个装置不同时开车时操作的可靠性和灵活性。从系统设置上来讲，设置两台送风机、一台引风机和若干快开风门，并且设置旁路风道，体现了系统从简、节省投资的特点，又保证了系统操作的稳定性；设置总烟道烟气调节挡板和炉前风道挡板，保证了热回收系统和各加热炉操作的灵活性；从控制上来讲，把快开风门和送风机出口压力联锁、把引风机运行信号和引风机进口压力或信号同总烟道烟气调节挡板联锁，保证了各加热炉操作的可靠性；在系统中设置了必要的挡板，保证了热回收系统设备检修、更换的方便。8500#热回收装置的热交换器采用的是热管换热器。它的特点是气气换热，热负荷很大，热管空气预热器采用框架结构，内衬轻质浇注料保温，热管垂直安装，上、中、下三层管板支撑、定位，烟气和空气间密封。作为传热的核心部件，热管采用管内传热工质、管外翅片结构，以尽可能提高换热系数。用热管组装而成的热管式换热器，具有结构紧凑，传热性能好，流体阻力小，适用范围广，不易积灰腐蚀，运行可靠，寿命长等特点，是目前一种新型节能设备，已被广泛使用，并取得了显著的节能效果。芳烃改扩建装置运行良好。实测热回收系统效果：排烟温度从360℃降为160℃，回收热量17.6MW，相当于每年节约燃料17295吨标准煤；排放烟气量减少了24500Nm3/h，占排放烟气总量的11%，即每年减排二氧化碳34870吨，具有很好的经济效益和社会环保效益。
二、水热媒空气预热器
在改造项目中设置余热回收装置，如果采用热管空气预热器则空间布置难度很大，所以现在采用水热媒空气预热器。水热媒空气预热器是建立在一个封闭循环的能量回收体系，主要用了中间介质锅炉水，锅炉水在烟气换热器将烟气的热量吸收，在空气换热器锅炉水加热空气，以达到空气预热器的作用。该设备完全避免了常用空气预热器易漏风、管子低温腐蚀等技术问题，大大减少了停炉次数和维修工作量。该技术目前已广泛应用于石化企业加热炉的改造上。这种新型空气预热器-无腐蚀水热媒空预器，其工作原理如图1所示。
图1
利用车间现有的除氧水或除盐水作热媒-中间载热体，建立一个闭式循环系统。热媒水通过放置在加热炉对流室出口的烟气换热器将烟气的热量吸收，又在布置在鼓风机出口的空气换热器放出热量，加热助燃空气，如此循环将烟气热量源源不断传给助燃空气。为了防止烟气换热器发生低温酸露点腐蚀，在水热媒空气换热器进口和循环水泵入口之间，设置旁路调节阀，用于控制空气换热器换热量，保证进烟气换热器热媒水温度高于露点温度，即烟气换热器的最低壁温高于酸露点（一般设计点为130-150℃）。水热媒空气预热器有下列优点：
①不必象普通空气预热器（管式或热管式）一样，将烟气和空气交叉在一起，热媒水管（—DN100）将热量由烟气传递给空气，省却了体积庞大的烟气管道（空气预热器放置在地面，即将烟气引入地面，经过空气预热器后再通过烟囱排放）或空气管道（空气预热器放置在对流室顶部，即将空气通过空气预热器加热后引入地面，经鼓风机升压后进入加热炉燃烧）不仅布置简单，而且投资节省。②可以适应燃料变化。由于水热媒空气预热器设置了旁路调节系统，只要将控制回路中进烟气换热器的热媒水温度提高，即可满足烟气侧最低管壁温度高于露点温度的要求，从而适应燃料的变化。③可以适应加热炉负荷变化的要求。由于水热媒空气预热器进烟气换热器的热媒水温度均控制在130℃以上，即使负荷再低，排烟温度也将高于水热媒的进口温度；而且不管排烟温度多低，烟气侧最低管壁温度均高于水热媒进口温度，即高于露点温度。综上可看出，水热媒装置的性能是十分优越的，是传统管式空气预热器无法比拟的。但其最大的缺点就是设备费用相对较高（一个烟气换热器，一个空气换热器，循环泵），水热媒装置在某芳烃300#及500#的热回收中都有很好的应用。
三、改造后经济效益
加热炉进行节能技术改造后，排烟温度可由230℃下降至145-155℃，减少了排烟损失，多回收烟气热能，在余热回收上做到了出装置的热柴油低温余热和加热炉烟气余热同时回收，加热炉热效率由改造前的86%提高到91%。加热炉系统已安全经济无故障运行。燃料单耗下降1.2kg / t，平均每月减少燃料消耗230t，预计每年节油2700吨，可产生经济效益556万元/年。改造总投资620万元。投用一年零2个月即收回投资。
结束语
综上所述，能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，我国工业能源消费量占全国能源消费总量的70%，在节能方面有巨大的潜力可挖。能源的开发与节约是中国能源政策的重要方针和基本国策。用烟气预热空气是加热炉回收烟气余热，提高热效率的主要方法。余热回收在我院设计的芳烃300#，500#和8500#装置中都得到了很好的应用。根据业主提供的反馈信息，余热回收在节约燃料，降低装置消耗方面都有很好的效果。在石化装置中，利用余热回收热量，降低能耗，节约资源，有着十分深刻的现实意义。■
参考文献
[1] 钱家麟. 管式加热炉[M]. 北京：中国石化出版社，2009.
[2] 明锡东调节阀应用[M]. 北京：化学工业出版社，2009.
[3] 陆培文调节阀实用技术[M]. 北京：机械工业出版社2011.
关键词：热效率；烟气余热回收；节能降耗
加热炉余热回收系统由供风系统和排烟气系统两部分组成。供风系统的流程是：空气由鼓风机吸入，通过热油预热器（KY-1）用常二线热油（柴油组分）加热到60℃左右，再进人热管式空气预热器fKY-2）用烟气将空气加热到240℃左右分两路通过风道分别进入常压炉和减压炉燃烧器，供火嘴燃料燃烧用。排烟气系统流程是：由常压炉、减压炉各对流室排出大约300-380℃烟气，经过加热炉顶部汇集烟道进入重合烟筒（热烟气侧）上部人口，再由重合烟筒（热烟气侧）中部出口引入至热管式空气预热器（KY-2）与空气换热，烟气温度降到189℃，被引风机抽出送人重合烟筒（冷烟气侧）下部人口，由重合烟筒（冷烟气侧）上部出口排入大气。
一、余热回收系统在某芳烃8500#加热炉中的应用
加热炉的烟气余热回收就是在满足加热炉工艺要求的前提下，降低燃料消耗，减少加热炉的热损失，以提高加热炉的热效率。用烟气预热空气是加热炉回收烟气余热，提高热效率的主要方法，也是最常用的方法。空气预热器的型式各式各样，我们可以采用诸多的新技术和新成果，使得热量得到最大程度的回收和利用，同时也要提高热回收系统的自动化程度，使整个系统便于操作，便于维护，也使整个系统的投资在最短的时间内得到回收。某芳烃8500#装置的加热炉热回收系统，就是在实际应用中一个很好的实例。8500#热回收系统基本概况：用引风机从横烟道把烟气引入热管换热器换热，烟气出热管后通入主烟囱排放；用送风机把燃烧空气鼓入热管换热器换热，再送给BA-5502、BA-7501A/B及BA-8501A/B加热炉作为燃烧空气，从而节省燃料。在热风管道上设置快开风门，在旁路上设置旁路挡板，在热管进口、引风机出口设置挡板，以保证在任何情况下加热炉都能稳定运行，并达到方便系统检修，提高整个系统运行的可靠性。加热炉燃烧器为强制送风/自然吸风两用式，以适应系统切换运行。8500#热回收是芳烃改扩建中的一部分，受场地局限，三套装置整合为一个热回收系统，通过合理的系统配置和控制，保证各个装置不同时开车时操作的可靠性和灵活性。从系统设置上来讲，设置两台送风机、一台引风机和若干快开风门，并且设置旁路风道，体现了系统从简、节省投资的特点，又保证了系统操作的稳定性；设置总烟道烟气调节挡板和炉前风道挡板，保证了热回收系统和各加热炉操作的灵活性；从控制上来讲，把快开风门和送风机出口压力联锁、把引风机运行信号和引风机进口压力或信号同总烟道烟气调节挡板联锁，保证了各加热炉操作的可靠性；在系统中设置了必要的挡板，保证了热回收系统设备检修、更换的方便。8500#热回收装置的热交换器采用的是热管换热器。它的特点是气气换热，热负荷很大，热管空气预热器采用框架结构，内衬轻质浇注料保温，热管垂直安装，上、中、下三层管板支撑、定位，烟气和空气间密封。作为传热的核心部件，热管采用管内传热工质、管外翅片结构，以尽可能提高换热系数。用热管组装而成的热管式换热器，具有结构紧凑，传热性能好，流体阻力小，适用范围广，不易积灰腐蚀，运行可靠，寿命长等特点，是目前一种新型节能设备，已被广泛使用，并取得了显著的节能效果。芳烃改扩建装置运行良好。实测热回收系统效果：排烟温度从360℃降为160℃，回收热量17.6MW，相当于每年节约燃料17295吨标准煤；排放烟气量减少了24500Nm3/h，占排放烟气总量的11%，即每年减排二氧化碳34870吨，具有很好的经济效益和社会环保效益。
二、水热媒空气预热器
在改造项目中设置余热回收装置，如果采用热管空气预热器则空间布置难度很大，所以现在采用水热媒空气预热器。水热媒空气预热器是建立在一个封闭循环的能量回收体系，主要用了中间介质锅炉水，锅炉水在烟气换热器将烟气的热量吸收，在空气换热器锅炉水加热空气，以达到空气预热器的作用。该设备完全避免了常用空气预热器易漏风、管子低温腐蚀等技术问题，大大减少了停炉次数和维修工作量。该技术目前已广泛应用于石化企业加热炉的改造上。这种新型空气预热器-无腐蚀水热媒空预器，其工作原理如图1所示。
图1
利用车间现有的除氧水或除盐水作热媒-中间载热体，建立一个闭式循环系统。热媒水通过放置在加热炉对流室出口的烟气换热器将烟气的热量吸收，又在布置在鼓风机出口的空气换热器放出热量，加热助燃空气，如此循环将烟气热量源源不断传给助燃空气。为了防止烟气换热器发生低温酸露点腐蚀，在水热媒空气换热器进口和循环水泵入口之间，设置旁路调节阀，用于控制空气换热器换热量，保证进烟气换热器热媒水温度高于露点温度，即烟气换热器的最低壁温高于酸露点（一般设计点为130-150℃）。水热媒空气预热器有下列优点：
①不必象普通空气预热器（管式或热管式）一样，将烟气和空气交叉在一起，热媒水管（—DN100）将热量由烟气传递给空气，省却了体积庞大的烟气管道（空气预热器放置在地面，即将烟气引入地面，经过空气预热器后再通过烟囱排放）或空气管道（空气预热器放置在对流室顶部，即将空气通过空气预热器加热后引入地面，经鼓风机升压后进入加热炉燃烧）不仅布置简单，而且投资节省。②可以适应燃料变化。由于水热媒空气预热器设置了旁路调节系统，只要将控制回路中进烟气换热器的热媒水温度提高，即可满足烟气侧最低管壁温度高于露点温度的要求，从而适应燃料的变化。③可以适应加热炉负荷变化的要求。由于水热媒空气预热器进烟气换热器的热媒水温度均控制在130℃以上，即使负荷再低，排烟温度也将高于水热媒的进口温度；而且不管排烟温度多低，烟气侧最低管壁温度均高于水热媒进口温度，即高于露点温度。综上可看出，水热媒装置的性能是十分优越的，是传统管式空气预热器无法比拟的。但其最大的缺点就是设备费用相对较高（一个烟气换热器，一个空气换热器，循环泵），水热媒装置在某芳烃300#及500#的热回收中都有很好的应用。
三、改造后经济效益
加热炉进行节能技术改造后，排烟温度可由230℃下降至145-155℃，减少了排烟损失，多回收烟气热能，在余热回收上做到了出装置的热柴油低温余热和加热炉烟气余热同时回收，加热炉热效率由改造前的86%提高到91%。加热炉系统已安全经济无故障运行。燃料单耗下降1.2kg / t，平均每月减少燃料消耗230t，预计每年节油2700吨，可产生经济效益556万元/年。改造总投资620万元。投用一年零2个月即收回投资。
结束语
综上所述，能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，我国工业能源消费量占全国能源消费总量的70%，在节能方面有巨大的潜力可挖。能源的开发与节约是中国能源政策的重要方针和基本国策。用烟气预热空气是加热炉回收烟气余热，提高热效率的主要方法。余热回收在我院设计的芳烃300#，500#和8500#装置中都得到了很好的应用。根据业主提供的反馈信息，余热回收在节约燃料，降低装置消耗方面都有很好的效果。在石化装置中，利用余热回收热量，降低能耗，节约资源，有着十分深刻的现实意义。■
参考文献
[1] 钱家麟. 管式加热炉[M]. 北京：中国石化出版社，2009.
[2] 明锡东调节阀应用[M]. 北京：化学工业出版社，2009.
[3] 陆培文调节阀实用技术[M]. 北京：机械工业出版社2011.