改造连续重整加热炉，提高加热炉热效率

魏根源

（中国石油乌鲁木齐石化公司炼油厂，新疆乌鲁木齐830019）

·技术进步·

改造连续重整加热炉，提高加热炉热效率

魏根源

（中国石油乌鲁木齐石化公司炼油厂，新疆乌鲁木齐830019）

分析影响连续重整装置加热炉F-201～204热效率因素，主要包括排烟温度、空气过剩系数、炉壁散热等，提出了提高重整加热炉F-201～204热效率的措施，即增加加热炉余热回收系统。采取燃料分级、低NOX燃烧器、更换加热炉底板和炉底衬里等措施，使得改造后连续重整装置四合一加热炉热效率达到91%以上，从而降低装置能耗，提高经济效益。

加热炉；热效率；排烟温度；改造

中国石油股份公司乌鲁木齐石化分公司炼油厂40万吨/年连续重整装置于2002年8月20日建成，同年9月24日投料试车一次成功，装置由中国石化工程建设公司设计。至2012年装置已连续运行10年，重整加热炉排烟温度由2002年开工初期的175℃升高至2012年最高值258℃，远超排烟温度设计值≯180℃的要求，加热炉热效率也急剧下降至85.49%。随着2009年乌石化公司千万吨大炼油项目启动，60万吨/年连续重整装置扩能改造工作开始实施，本次扩能改造主要是通过改造加热炉、分馏系统以及设备的更换以满足装置负荷增加50%的要求。

1　影响加热炉热效率的因素分析

加热炉是炼油厂生产中的主要供能设备，为炼油过程提供所需的能量。加热炉热效率是指被加热介质有效吸收热量占燃料总放热量的百分比。在同样的有效热负荷下，热效率越高，燃料耗量越少。热效率是衡量加热炉优劣的一个重要指标，也是考核装置的指标之一。由于被加热介质的有效吸热量不易计算,实际计算中一般采用反平衡法即总放热量减去各种热损失的方法来求得,其表达式如下:式中：q烟－排烟热损百分比（包括不完全燃烧损失）；q散－炉体散热损失百分比。

加热炉正常运行时，为满足环保要求，不能出现冒黑烟现象。通过精心调节“三门一板”完全可以保证燃烧充分,不出现冒黑烟及烟气中含有CO的情况。实际计算中圆筒炉q散一般简化为一个恒定值，在设有空气预热器的加热炉取值为3.0%。

则式（1）简化为：

对于湿烟气（氧化锆在线分析）：

式中：α-过剩空气系数；tg-排烟温度，℃；O2-烟气中的氧含量，%。

分析上式，提高热效率的途径主要是降低排烟热损,即通过降低排烟温度tg、降低过剩空气系数α和减少加热炉散热损失来实现。

2　采取的改造措施

2.1增加余热回收系统

重整加热炉F-201～204是重整反应加热炉，改造前在自然通风工况下运行，F-201～204烟气共用一个烟道，通过80m长的烟囱排入大气；炼油厂所处区域全年平均气温7.2℃，低温空气严重影响加热炉热效率。本次改造F-201～204新增一套烟气/空气换热的余热回收系统，通过冷空气与烟气换热降低加热炉烟气排放温度，提高入炉燃烧的空气温度，进而提高加热炉热效率，空气预热温度与加热炉热效率提高值关系见图1。由于乌石化公司所处的乌鲁木齐冬季气温低至-30℃，为防止露点腐蚀的发生，新增余热回收系统采用前置蒸汽-空气预热器先预热冷空气，后与板式空气/烟气换热器换热回收烟气余热。该余热回收系统设有鼓风机和引风机。工艺流程为：来自对流室的热烟气经热烟道进入板式空气预热器，与空气换热后经冷烟道由烟气引风机引入独立钢烟囱排放。冷空气由空气鼓风机送入前置蒸汽-空气预热器，换热后再经板式空气预热器与烟气换热，热空气由热风道供炉底燃烧器燃烧使用。冷风道上设有旁通风道，用以调节排烟温度，防止露点腐蚀。各炉炉底风道设有气动快开风门，当余热回收系统出现故障时，气动快开风门可自动打开，加热炉转入自然通风状态下操作。

图1　空气预热温度与加热炉热效率提高值的关系

前置蒸汽-空气预热器可通过调节蒸汽量控制进入板式空气预热器的空气温度，减缓低温烟气对设备的腐蚀。为减缓烟气侧部件发生露点腐蚀，在预热器烟气侧末端金属壁增设管壁热电偶。当金属壁温度小于107℃，DCS系统报警，操作人员打开冷风道旁通，提高烟气出预热器温度及金属壁温度。

扩能改造后装置设计处理能力为0.6×106t/a，但由于市场供需等因素，装置负荷会低于0.4×106t/a，不到设计负荷的2/3。装置负荷降低，燃料需求量必然减少，风量也相应减少，在电机功率不变的情况下，余热回收系统控制困难且浪费电能。考虑节能和操作因素，本次改造所用鼓风机和引风机使用变频调速电机控制进风量。变频调速装置是在低负荷生产中，使供风系统在满足燃烧的情况下，有效控制过剩空气系数，节能效果明显；应用变频调速既增加了余热回收系统的操作弹性，又降低了装置能耗，更好地适应了装置负荷的变化。

2.2选用燃料分级、低NOX燃烧器

燃料分级、低NOX燃烧器是根据燃料分段燃烧原理，配合火盆砖结构，将内外燃气枪喷嘴孔分别设计成两种倾斜喷角，外燃气枪喷嘴喷孔间又成一定夹角，燃气与空气都分成细流，增大了两股气流的接触面积，改善燃气与空气的相遇条件，使燃气与空气充分混合，节能效果显著。

一级燃料燃烧形成圆形火焰的中心层是高过剩空气量燃烧，故降低了中心火焰温度，多余空气继续向炉膛内上喷射，与二段燃料混合燃烧，此时，由于向炉膛内喷射的空气与向炉膛内高速喷射的燃料混合气形成一个负压区，将与炉管进行热交换后温度已下降的烟气吸回，冷却外层火焰，从而使整个圆形火焰温度降至1450℃以下，避免了N2与O2反应生成NO的温度条件，从而达到既节能又降低排放烟气中NOX浓度的目的。

2.3更换加热炉底板和炉底衬里

重整加热炉F-201～204自2002年至2012年运行10年，炉底衬里已出现裂缝，炉底散热损失严重，为此更换了炉底板和炉底衬里，衬里采用耐火浇注料+耐火砖技术，消除了原有裂缝的热损失。

2013年12月60万吨/年重整装置改造后一次开车成功，生产出合格产品。改造后加热炉热效率达91%以上，超过设计值90%。空气入炉温度由自然通风状态的全年平均温度7.2℃提高至换热后的199℃。加热炉烟气氧含量、排烟温度、炉底板外壁温度等都达到或超过中油同类装置先进水平。以下是改造前（表1）和改造后（表2）加热炉F-201～204主要参数数据表。

表1　 2012年改造前F-201～204数据平均值

表2　 2013年改造后F-201～204数据平均值

由表1、表2可知，改造后加热炉热效率较改造前提高5.9%，重整加热炉F-201～204改造是成功的，各项指标都达到或超过设计值，重整F-201～204加热炉的耗能占全装置耗能的43%，改造后对装置耗能贡献2.54kg标油/t重整进料，装置规模以60万吨/a计，可节省燃料气1372.1t/a，经济效益可观。

4　结论

通过改造重整加热炉F-201～204，热效率提高了5.9%，装置可节省燃料气1372.1t/a。此次改造的成功为以后老旧加热炉改造和新建加热炉提高热效率提供了借鉴依据。对于加热炉改造而言，通过改造余热回收系统，选用高效空气预热器是目前最为简单、有效的提高热效率的方法。

[1]王兰田，郎清江.一种方便可靠的管式炉热效率新简化算法[J].石油化工设备技术，1990（4）：17-28.

[2]钱家麟，于遵宏，李文辉,等.管式加热炉[M].北京：中国石化出版社，2005.

[3]徐承恩.催化重整工艺与工程[M].北京：中国石化出版社，2009：874-880.

Continuous Reforming Furnace，Heating Furnace Thermal Efficiency

WEI Gen-yuan
（China Urumqi Petrochemical CompanyRefinery，Wuluomuqi 830019，China）

The paper analysis the impact heating furnace of continuous reforming unit F-201～204 thermal efficiency factors，mainlyincludingexhaust temperature，excess air coefficient，the furnace wall heat dissipation，etc.Put forward the improving measures of reforming furnace thermal efficiency F-201～204，increasing the heating furnace waste heat recovery system，through the cold air and flue gas heat to reduce exhaust temperature furnace；choosing grading，low NOXburners；replacing the furnace bottom and castable.After transforming continuous reforming unit four unity of heating furnace thermal efficiency ofmore than 91%，soas toreduce the unit energyconsumption，improve the efficiencyofthe economy.

heatingfurnace；thermal efficiency；smoke temperature；transform

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.04.022

TE624.4+2

B

1008-553X（2016）04-0067-03

2016-03-18

魏根源（1984-），男，毕业于新疆大学化学化工学院，助理工程师，从事石油化工技术工作，15999453676,weigy33@sina.com。