组合铸铁板式空气预热器在重整四合一加热炉上的应用

刘文忠 李 飞 袁会丽

（中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古自治区鄂尔多斯市，017209）

1 概述

空气预热器是通过高温烟气加热燃烧用空气的传热设备，利用空气预热器回收加热炉烟气余热是提高加热炉效率的主要措施之一。炼油、化工装置的工业炉普遍采用热管式空气预热器回收烟气中的余热，以提高加热炉热效率、节省燃料。但热管式空气预热器由于存在热管易积灰，以及热管失效、不耐腐蚀、高温爆管、漏风等问题，已不能满足当前节能增效及环保要求。国外很早将传热效率高的板式换热器概念引入工业炉烟气余热回收领域，板式空气预热器因其具有传热效率高、耐高温、结构紧凑等特点，近几年得到了广泛应用；而铸铁具有很强的耐硫酸腐蚀能力，因此采用铸铁材料制作的板式空气预热器具有耐腐蚀、长寿命的特点，特别适合在工业炉烟气余热回收系统中的低温段中使用。目前，国产大型铸铁板式空气预热器已在多台火焰加热炉的设计中采用，其设计、制造、安装技术日臻成熟。2010年4 月，中石化武汉石化2 号常减压蒸馏装置投用了国产第一台新型铸铁板式空气预热器，运行19个月，加热炉热效率一直稳定在92%以上，排烟温度一直稳定在130℃以下，运行良好。

现以实例论述组合铸铁板式空气预热器在重整四合一加热炉上的设计及使用，可有效提高加热炉的热效率。

2 催化重整装置简介

神华10万t／a煤基石脑油催化重整装置是由中国石化集团洛阳石油化工工程公司 （以下简称“洛阳设计院”）设计，由中石油天然气第七建设有限公司承建，项目产能为93＃国Ⅳ汽油16.33万t／a，重整汽油3.52万t／a，副产含氢气1万t／a。该项目于2012年6月开工建设，于2013年10月建成并一次开车成功，是中国第一套煤基石脑油半再生式固定床催化重整装置。

洛阳设计院在装置设计中采用了一些新技术、新设备，如在四合一加热炉余热回收系统上采用了组合铸铁板式空气预热器，使加热炉热效率由以前的89%提高到91.58%。

3 组合铸铁板式空气预热器简介

组合铸铁板式空气预热器由扰流子式与铸铁板式组合而成，高温烟气端采用扰流子式空气预热器，低温端采用铸铁板式空气预热器，组合铸铁板式空气预热器的具体结构如图1所示，其设计参数见表1。

表1 组合铸铁板式空气预热器设计参数

图1 组合铸铁板式空气预热器结构图

四合一加热炉空气预热器设计为组合式的原因，一是扰流子空气预热器技术成熟、结构简单；二是降低设备成本，延长设备使用寿命。

3.1 铸铁板式空气预热器的结构特点

铸铁板式空气预热器的结构特点：

（1）铸铁板式空气预热器由多根板翅式铸铁传热管，以不同方式组合成单管程或多管程的整体。

（2）每根板翅式铸铁传热管都由铸铁板翅管、固定端支架和滑动端支架组成。固定端支架与传热管之间以及滑动端支架与传热管之间用填料密封，并通过压紧条，压紧填料。

（3）结构紧凑，占地面积小。

（4）重量轻，在相同的热负荷情况下，板翅式铸铁空气预热器比管束式空气预热器轻30%以上，与热管空气预热器重量相当或略重。

（5）模块化结构，适于组装和运输。

3.2 铸铁的物理性能

铸铁的物理性能如下：

（1）铸铁金属基包含大量的游离碳。

（2）铸铁金属基通常含有珠光体组织，使铸铁材料具有类似于钢的机械性能。

（3）游离碳以非常薄的薄板或薄片形式存在。（4）游离碳对大部分腐蚀介质呈惰性。

（5）铸铁在很宽的操作环境范围内，具有卓越的抗腐蚀性。

铸铁生产后初期其表面将有轻微的生锈现象，之后铁锈几乎全部被吸附在碳薄片上；铸铁的耐蚀性能是钢材所无法比拟的。

3.3 铸铁板式空气预热器的热工性能

铸铁板式空气预热器具有以下热工性能：

（1）铸铁板式空气预热器传热系数高，以光板计算的传热系数可达50～60 W／ （m2·℃），是一般管式空气预热器和热管空气预热器无法比拟的。

（2）气密性好，漏气率低。

（3）在同样的操作条件下，铸铁板式空气预热器具有比碳钢空气预热器更长的寿命，通常可达10a以上。

3.4 铸铁板式空气预热器材质及制造工艺

铸铁板式空气预热器材质及制造工艺如下：

（1）在保证具有一定换热面积的前提下，根据加热炉烟气温度状况，可调整铸铁传热管的翅片密度。

（2）铸铁传热管一律采用球墨铸铁，抗露点腐蚀性能好。

（3）为进一步增强抗磨损及耐烟气酸露点腐蚀性能，可以在传热管的低温烟气接触面采用搪瓷或涂敷其他防腐涂料。

（4）单管和整体打压，在半小时内气体的泄漏率不大于4%。

（5）铸铁板式空气预热器造价低。

4 铸铁板式空气预热器在装置运行过程中的数据分析

神华煤制油10万t／a催化重整四合一加热炉设计数据见表2，表2对空气预热器在装置运行、使用过程中的运行数据进行分析整理。

表2 神华煤制油10万t／a催化重整四合一加热炉部分参数

重整装置自2013年10月底开工以来，已经连续运行半年多时间，四合一加热炉及余热回收系统运行良好。开工初期加热炉排烟温度在130℃左右，为了保证加热炉运行稳定，延长设备使用寿命，对加热炉排烟温度进行了调整，要求不低于145℃。下面采集了自装置开工以来，加热炉余热回收系统的一些运行数据，见表3。

表3 加热炉余热回收系统部分温度点统计

由表3可以看出，重整装置开工初期，由于重整装置处于操作运行及负荷调整阶段，加热炉运行状况不太稳定，加热炉排烟温度和氧含量数据偏离设计要求。装置经过一段时间运行后，装置、加热炉及余热回收系统运行趋于稳定，且通过空气预热器旁路调节加热炉排烟温度后，加热炉及余热回收系统的运行数据，基本与设计数据相符。

5 计算四合一加热炉热效率，验证空气预热器效果

加热炉热效率计算公式如下：

为验证加热炉运行状况及空气预热器效果，对四合一加热炉烟气进行采样分析，数据见表4。

将数据代入加热炉热效率计算公式，得出热效率分别为91.58%和91.57%，四合一加热炉热效率达到了设计要求。

表4 四合一加热炉采样烟气数据分析

6 结论

四合一加热炉余热回收部分采用的扰流子+铸铁板组合式空气预热器，在重整装置四合一加热炉余热回收系统上运行良好，没有出现串风、漏风现象，是一种新型的节能环保设备，符合设计要求，可以在以后的加热炉余热回收系统上推广使用。另外，低压瓦斯含硫组分少，空气预热器存在露点腐蚀的可能性大大降低，可以尝试把排烟温度降低到130℃左右，提高加热炉热效率，降低装置能耗。

［1］ 钱家麟.管式加热炉 （第2版）［M］.北京：中国石化出版社，2003

［2］ 王德瑞.铸铁式空气预热器及工业应用 ［J］.炼油技术与工程，2012 （2）

［3］ 张小筠.板式空气预热器的应用及优化设计 ［J］.石油化工设备与技术，2011 （3）

［4］ 齐乐华.工程材料及成形工艺基础 ［M］.西安：西北工业大学出版社，2002

［5］ 蔡乔方.加热炉 （第3版）［M］.北京：冶金工业出版社，2007