激波吹灰器的研究与应用

2014-11-06洪文仪

机电工程技术 2014年8期

洪文仪

（广东茂名市交通高级技工学校，广东茂名 525000）

0 前言

加热炉是炼油厂常、减压蒸馏装置的重要设备之一，也是装置主要耗能设备，其燃料消耗就约占常减压蒸馏装置总能耗的80%以上。因此，提高加热炉热效率，对降低装置的能耗具有举足轻重的作用。在其他条件不变的情况下，降低加热炉的排烟热损失是提高热效率的重要手段之一，排烟损失在加热炉的热损失中占有较大的比例。当炉子热效率（90%）较高时，排烟热损失约占总热损失的70%～80%。

作为烟气余热回收设备对流室的炉管，当加热炉不完全燃烧产生的碳粒和燃料中的灰分等烟尘吸附在对流室炉管的外表面，增加热阻，降低传热效果，随着积灰的增加，排烟温度迅速上升，为保证加热炉长期在高效率下运行，就必须坚持用吹灰器定期清除积灰[1]。传统上一般采用蒸汽吹灰，随着炼油厂节能措施的不断深入，各种新型的吹灰器出现在人们的面前，激波吹灰器就是其中一种。茂名石化分公司第三套常减压蒸馏装置应用激波吹灰器取代传统的蒸汽吹灰器，收到了很好的效果。

1 装置运行情况

茂名石化分公司第三套常减压蒸馏装置，设计处理能力为2.5 Mt/a，主要加工中东高硫原油。常压炉（以下简称炉-1）设计负荷38.4 MW，热效率89%。减压炉（以下简称炉-2）设计负荷13.9 MW，热效率88%。常压炉、减压炉顶部设有三层对流管，介质分别是蒸汽、原油冷进料、软化水，自然排烟。改造前，常、减压炉对流室均采用电动伸缩式蒸汽吹灰器。在连续的生产过程中电动伸缩式蒸汽吹灰器存在着以下问题：

（1）吹灰范围小，存在死角，因为蒸汽只能单向流动，直喷将炉管上的积灰吹走；

（2）蒸汽泄漏给加热炉的运行带来潜在的隐患，蒸汽冷凝水与附在炉管表面上的硫化物相遇，腐蚀加剧，甚至腐蚀炉管至穿孔；

（3）电动伸缩式蒸汽吹灰器结构复杂，吹灰效果不理想，使用周期短，热效率低，故障率较高，在线维修困难，不能满足长周期稳定运行。

针对这些问题曾在2002年1月进行过大修，但收效较小，当装置运行一段时间后，加热炉因以上问题，热效率开始明显下降，炉-2甚至降至86%。见表1。

表1 2004年9月加热炉的数据统计

2 加热炉积灰的种类分析及影响

2.1 种类分析

（1）粘性积灰

粘性积灰是的热炉管表面上的碳粒、灰分与烟气的化学产物，牢固性强，腐蚀性强。

（2）疏松积灰

烟气中的灰粒带有电荷，所以灰粒易粘附在炉管表面上，形成疏松积灰，但如果过多地吸收水份，则会沉积成灰垢，难以清除。

2.2 积灰对加热炉的影响

（1）积灰的存在大大增加炉管的热阻率，传热效果减弱，热效率低；（2）加热炉管积灰降低烟气通量，增大烟气阻力，导致装置处理量随之降低[2]。

3 激波吹灰器的原理和特点

3.1 激波吹灰器的工作原理

图1是ESW激波吹灰器的原理示意图。燃料和其氧化剂（通常是空气）以适当的比例被充入一个特殊的混合罐里，在那里空气和燃气混合成能够产生爆燃的混合气体，并充满混合罐和它之后的管道和罐体。随后，一个高能的点火装置点燃点火罐中的混合气。点火罐中的的爆燃火焰在通过火焰导管时被逐渐加速，并在火焰的前锋面形成爆轰波。当爆轰波传至激波发生器中时，它点燃激波发生器中的混合燃气，并使激波在激波发生器的罐体内受到调制，加强其压力峰值。最后，调制合适的激波从激波发生器中产生，并通过激波发射喷管导入炉膛内部。通过对激波发生器罐体和激波发射喷口的设计，可以控制所得到的激波的强度。因而，可以使激波的强度最适合其对应工作受热面上的积灰类型，达到最佳的吹灰效果。激波剧烈的压力脉动纵波对积灰产生一种先压后拉的作用，促使其碎裂和脱离积灰基底；同时折射激波使积灰与基底之间的结合面产生剪力，使积灰与基底的结合面发生分离[3-4]。

图1 ESW激波吹灰器的原理示意图

3.2 激波吹灰器的特点

（1）与蒸汽吹灰器相比，整套激波吹灰器装置没有机械转动，结构简单，从激波发生、传递、调制，整个运行过程不存在机械传动故障。故运行稳定，维修方便，维修成本大为降低。

（2）激波吹灰克服了蒸汽吹灰对牢固性强的粘性积灰作用极差的缺点，对积灰产生剧烈的先压后拉和剪力作用。促使其碎裂和脱落。激波吹灰操作简单，吹灰干净、设备损耗小，能耗小。

（3）蒸汽吹灰湿度大，腐蚀炉管严重，激波吹灰器以压缩空气和干气作介质，保证炉管的干燥，大大降低了对炉管腐蚀情况。

4 激波吹灰器的应用及效果

4.1 选型

选用ESW100型激波吹灰器代替原来的电动伸缩式蒸汽吹灰器。常压炉20台，减压炉10台。

图2 激波吹灰装置系统图

4.2 安装部位及流程

激波吹灰器的激波发生器及喷口安装在对流室的内喷口正对着炉管，炉-1分5层，每层4台，南北各2台组成一个吹灰层面；炉-2也分5层，每层2台，北向安装，主控器安装在二层平台上，方便吹灰操作。燃气源为炼厂干气，压力为0.4 MPa。空气源为非净化风，压力0.35 MPa。激波吹灰装置系统如图2。

4.3 使用效果

装置于2004年12月改造后，ESW100型激波吹灰器投用至今，运行基本正常，并取得了明显的效果。主要体现在以下几个方面。

（1）在吹灰时，对流室上、中、下烟气温度变化不大；由于每次吹灰爆炸所产生的吹灰烟气很少，对流室中的烟气量极少，所以不用调整烟道挡板，不影响炉子的正常操作。

（2）炉子吹灰比较干净，使炉管的传热效率保持在高水平，提高了炉子的热效率。应用激波吹灰器前后炉-1数据见表2。

（3）减轻了对流室炉管的露点腐蚀，延长了设备的使用寿命，有利于长周期运行。

（4）运行程序简单，操作方便容易，实现全自动化，大大降低操作工的劳动强度。吹灰时只需要开启电源，按下吹灰开关即可[5]。

5 经济效益

（1）在原有的原油加工量及生产方案基础上，激波吹灰器对过热蒸汽管、软化水钉头管的积灰清扫得比较干净，加热炉排烟温度有明显下降，约20℃。

（2）吹灰后加热炉的热效率从87.5%上升至89.9%，上升了2.4%。

（3）运行成本很低。如ESW-100型激波发生器，为间隔式工作方式，大部分时间处于休眠状态。一次吹灰所需瓦斯总量标准0.126 m3，即0.25 kg，总能量低于30 g标煤在燃烧时的总发热量。按瓦斯价格5元/kg，每次吹灰所需瓦斯费用仅为1.25元。如果使用现成的燃料气，例如乙炔或炼厂干气、液化气等，则整个运行成本相当低廉。蒸汽吹灰器每次吹灰就能耗掉2吨蒸汽。按每吨蒸汽138元，则所需费用为276元。