蓄热式空气预热技术在低温烟气热回收上的应用

2017-02-28罗映波游述怀吴时骅

石油石化节能 2017年2期

关键词：压力降预热器露点

罗映波游述怀吴时骅

（1.岳阳钟鼎热工电磁科技有限公司，湖南省工业燃烧器与燃烧智能控制工程技术研究中心；2.中石化长岭炼油厂设备处）

蓄热式空气预热技术在低温烟气热回收上的应用

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（1.岳阳钟鼎热工电磁科技有限公司，湖南省工业燃烧器与燃烧智能控制工程技术研究中心；2.中石化长岭炼油厂设备处）

从提高烟气余热回收效率入手，进一步降低烟气排放温度，回收更多的热量，提高石化行业加热炉的热效率，达到减少燃料消耗和排放总量的目的。本文结合工程实例，对蓄热式空气预热技术在低温烟气热回收上的应用特点、设备策略进行剖析，论证了蓄热式空气余热回收技术在提高加热炉热效率及节能减排上具有较大优势，有较大的应用推广价值。

石化加热炉；蓄热式空气预热技术；低温烟气热回收；应用建议

1 概述

中石化长岭分公司240×104t/a汽柴油加氢装置位于岳阳市云溪区，2010年建成投产。该装置加热炉设备包括1台反应进料加热炉（F101）、1台分馏塔底重沸炉（F201）及1套两炉共用的余热回收系统。2014年，长岭分公司石化炼油设备处对该装置余热回收系统开展节能减排、增效改造，在该装置原有的热管式空气预热器后增加了1台回转蓄热式空气预热器，以期进一步降低排烟温度回收余热，从而将系统排烟温度从160℃左右降至100℃左右，加热炉热效率从92%左右提高到95%～96%。

本文将结合案例，对蓄热式空气预热技术应用进行分析，剖析该技术在提高换热效率、防止低温露点腐蚀、减小系统压力降损失及设备在线清扫积灰等方面的可行性，为企业节能改造提供参考。

2 系统改造方案

原加热炉热效率在91%～92%之间，烟气露点温度为131℃，排烟温度在151℃以上，其热效率偏低，有提高热效率节能减排的空间。改造的目标使排烟温度降至100℃左右。在选择设备改造方案时，应考虑下述问题：排烟温度远低于露点腐蚀温度，设备换热内构件腐蚀；改造时鼓风机/引风机利旧，系统压力降损失控制；应对操作工况变化时设备的调节。

2.1 设备方案

原装置热管式空气预热器设计的换热温度介于350～140℃之间。为避免热管工作在露点温度附近，延长热管寿命，新增的低温段预热器换热温度控制在230～100℃之间。为降低改造成本，风机不更换，通过对烟风道系统压力降损失进行核算，发现原有引风机、鼓风机压头裕量约500 Pa，因此，提出新增低温段预热器设备内部设计压力降300 Pa。根据上述要求，最终选择回转蓄热式空气预热器进行改造，系统改造方案如图1所示。

图1 系统改造方案

2.2 蓄热式空气预热器设计方案及应用

2.2.1 结构设计

回转蓄热式空气预热器（图2）采用大平面回转轴承支撑形式[1]，改善转子应力分布，利于密封面刚度保持，运转平稳；装载有蓄热体的转子通过回转轴承支撑在预热器底座上，底座上有冷烟气出口和冷空气入口，并通过立柱支承地面；回转体上方的固定罩有热烟气入口和热空气出口，通过支腿支撑在外部落地框架；驱动装置安装在底座上，通过变频电动机、减速机、小齿轮驱动转子上大齿轮使转子旋转；转子中的蓄热体则连续不断地在烟气区蓄热、在空气区放热，从而达到换热的目的。

图2 回转蓄热式空气预热器外形

2.2.2 材料选择

由于烟气排烟温度设计在低温露点腐蚀温度以下，预热器内部的材料选择需选用耐腐蚀材料：对于蓄热体选用了耐腐蚀、比热容大、耐热冲击好的陶瓷材料，为了增大比表面积和流通面积，将陶瓷设计成正六边形孔交错排布的蜂窝结构，孔道沿烟气与空气流向平行直通道结构，降低气孔的阻力；回转体钢结构根据温度场分布及腐蚀条件，分别选用不锈钢、考顿钢、碳钢（风道）等；为减轻设备质量及驱动功率，对于转子部分采用陶瓷纤维棉作为隔热内衬，热烟道入口采用轻质浇注料内衬，冷烟道由于有冷凝水且冷凝水中溶解有SOx、NOx及少量盐类物质，因此，在内衬与烟气接触面加衬不锈钢板，并在设备底部开设冷凝水导出管，将酸性冷凝水导入处理池进行处理后排放。

2.2.3 设备换热热平衡计算及应用情况

根据改造方案，2014年5月实际改造后的开车工况条件与设计条件存在较大差别，主要原因是F101炉未开车，仅F201炉开车，设计与实际开车工况参数见表1，运行监测数据见表2[2]。

经分析与计算，实际开车工况所测量的数据与理论设计数据之间存在一定的差异。当排烟温度降至100℃左右时，烟气中部分水蒸气冷凝，从设备的烟道底部导流管溢出，烟气冷凝释放的热量及冷凝水的数量并不确定，均未予考虑。设备自2014年5月开始运行，设备运转平稳，换热性能良好，效率较高，维护较少。

2.2.4 系统压力降损失

改造后，实测压力降烟气侧为250 Pa，空气侧为142.5 Pa，在允许范围之内，风机系统运行正常，能满足生产要求。

3 蓄热式空气预热器的低温冷凝

蓄热式预热技术理论上可以将烟气温度降至80℃甚至更低[3]，并充分回收烟气中的水蒸气的冷凝放热，但实际生产操作中，要考虑低温烟气通过烟囱排放后的升腾扩散高度；因此，出于安全环保方面的要求，建议排烟温度控制在80～110℃之间。

表1 设计与实际开车工况数据

表2 回转蓄热式空气预热器监测数据℃

4 预热器漏风率分析

预热器设备内部空气侧为正压供风，烟气侧为负压；因此，除蜂窝陶瓷蓄热体微孔携带漏风之外，密封区也有少量的漏风。转子转速决定了携带漏风量（本案例中携带漏风量约占烟气量1.5%），密封区漏风量则通过监测预热器烟气出口和入口氧含量，再经计算得出。

5 蓄热式空气预热技术的效益分析

回转蓄热式空气预热器的驱动电动机用功功率约6 kW，年耗电成本不足4万。自设备投用后运行平稳，维护较少，经过2年时间运行无故障。2015年4个月的加热炉平均热效率为95.57%，比改造前提高约3.5%，排烟温度从改造前的约160℃降低至100℃左右。按节约瓦斯耗气量约60 m3/h（0℃，101.325 kPa）计算，该装置总计每年可节能约170万元，1年基本收回设备改造成本。

经过运营，对预热器冷凝物的酸度试纸对比测试，pH值为5～6，证实该装置冷凝过程中有收集部分硫化物、氮化物的作用。另外，通过对烟气组分的分析，也证实了预热器出口烟气中的NOx平均值为20.2×10-6，预热器入口NOx平均值为23.7×10-6。由此可见，在余热回收节约能源，减少CO2、NOx排放等方面，蓄热式空气预热技术符合环保要求，效果较为明显。