加热炉复合式衬里优化改造

孙运磊，舒向泉，贺永鹏，程显瑞，张冲冲，董 峰

（山东京博石油化工有限公司，山东滨州 256500）

1 加热炉复合式衬里优化改造背景

目前公司共40 台加热炉，使用时间从1 年到15 年不等，使用时间长的加热炉存在漏风、散热损失大等问题，严重制约加热炉热效率。公司通过空气预热器的改造，降低排烟温度，采用高效环保燃烧器提高燃烧效果，降低氮氧化物。但还需要优化改造加热炉衬里结构，降低散热损失提升热效率，使加热炉保持在高效率运行状态，减少燃料气的使用，达到高效节能目的。

一套焦化加热炉2005 年投用到2019 年改造，已经运行14年，外壁最高温度达135 ℃，散热损失严重。2018 年检修期间发现辐射室衬里有分层鼓包现象，经过进一步检查确认，炉壁板出现严重腐蚀，固定衬里材料的锚固钉已经出现腐蚀脱落，炉壁板已经减薄，影响加热炉安全运行。2018 年12 月进行热效率标定，其散热损失高达5.39%，严重影响热效率。

2 原因分析

装置运行期间多次开停工操作，普通浇注料加热炉衬里经过频繁的热胀冷缩产生了不同程度裂纹。烟气中的硫或硫化氢在燃烧时产生SO2，其中部分SO2进一步氧化产生SO3，SO3和烟气中的水蒸气结合生成H2SO4。这些含有H2SO4蒸汽的烟气，通过裂纹穿透炉衬在低温度的炉壁和固定炉衬的锚固钉结成含有硫酸的液体，该部位的炉壁和锚固钉就会产生严重的低温露点腐蚀。

3 复合式衬里优点及改造应用

3.1 复合式衬里优点

复合式衬里方案由纤维模块、纳米微孔绝热板、反射膜、陶瓷纤维毯等组合而成（图1）。与使用传统隔热保温材料相比，能较好节约能源，特点如下。

（1）降低隔热层厚度。超低的导热系数，能大幅减少热层厚度，具有施工方便、快速的特点，可缩短检修工期。

（2）减少散热量。由于使用较薄的纳米微孔隔热材料就可以达到隔热效果，因此能减少散热表面积，大幅减少热损失。

（3）环境温度均匀化。减少热损失，能够使温度较大限度实现均匀化，提高产品品质。

（4）免烘炉。纳米微孔隔热板以模块化、板块化施工，不含水分，在检修后不用进行烘炉处理。

（5）抗机械振动。纤维模块具有柔性和弹性，使用寿命长。

（6）防止低温含硫烟气腐蚀。反射膜具有卓越的隔热保温性能，可以反射掉93%以上的辐射热，能有效阻止低温含硫烟气的侵入。

图1 复合式衬里示意

3.2 加热炉复合式衬里优化改造方案

3.2.1 优化改造范围

辐射室侧墙衬里，辐射室端墙衬里，辐射室炉底衬里，辐射室炉顶衬里，对流室衬里。

3.2.2 主要选材及技术指标（表1～表3）

3.2.3 一套焦化炉传热计算及设计

（1）传热计算。表4。

（2）加热炉复合式衬里结构设计。①辐射室：侧墙（两面）及端墙（四面），依据上述传热计算结果，一套焦化炉辐射室墙内衬总设计厚度为310 mm，靠护板开始依次为防腐氰凝涂料，陶瓷纤维板（厚20 mm），双面夹金反射箔，纳米微孔隔热板（厚20 mm），低导纳米微孔隔热板（厚40 mm，分二层，单层厚20 mm，下同），双面夹金反射箔，纤维模块（厚230 mm）。陶瓷纤维模块用锚具将陶瓷纤维模块固定在侧墙下部（两面）砖墙高2079 mm 部位，靠护板开始依次为防腐氰凝涂料，陶瓷纤维板（厚20 mm），纳米微孔隔热板（厚40 mm，分二层，单层厚20 mm，下同），低导纳米微孔隔热板（厚40 mm，分二层，单层厚20 mm，下同），陶瓷纤维板（厚100 mm），GCd-28 轻质砖（厚114 mm）；②炉顶：内衬总设计厚度为330 mm，靠护板开始依次为防腐氰凝涂料，陶瓷纤维板（厚20 mm），双面夹金反射箔，纳米微孔隔热板（厚40 mm），低导纳米微孔隔热板（厚40 mm），双面夹金反射箔，纤维模块（厚230 mm）。陶瓷纤维模块用锚具将陶瓷纤维模块固定在炉壁板上；③炉底：内衬总设计厚度为475 mm，靠护板开始依次为防腐氰凝涂料，陶瓷纤维板（厚20 mm），双面夹金反射箔，纳米微孔隔热板（厚40 mm），低导纳米微孔隔热板（厚40 mm），纤维模块（厚230 mm）。双面夹金反射箔，微纤高强轻质隔热料（厚80 mm），隔热砖（230 mm×114 mm×65 mm）平铺一层；④炉底与对流室转角处：内衬总设计厚度为150 mm，高度500 mm，靠护板开始依次为防腐氰凝涂料，低导纳米微孔隔热板（厚80 mm），双面夹金反射箔，微纤高强轻质隔热料（厚70 mm）。浇注前先焊接锚固钉，锚固钉材料为0Cr18Ni9；⑤对流室：内衬总设计厚度为180 mm，靠护板开始依次为防腐氰凝涂料，低导纳米微孔隔热板（厚20 mm），双面夹金反射箔，微纤高强轻质隔热料（厚60 mm），折流凸段微纤高强轻质隔热料（厚100 mm）支模浇注，浇注前先焊接锚固钉，锚固钉材料为0Cr18Ni9。

表1 技术材料指标

表2 技术材料指标

表3 技术材料指标

表4 辐射室

4 加热炉衬里优化改造评定

加热炉衬里优化改造后经过加热炉综合标定，测试炉体散热损失为2.66%，相比2018 年的5.39%下降了2.73%，说明此次炉体衬里改造保温效果取得很好效果，减少了燃料气的使用，提升加热炉热效率。改造后红外成像见图2。

图2 改造后红外成像

5 加热炉复合型衬里创新点及效益分析

5.1 本项目创新点

（1）降低投资成本。通过传热计算，使用复合型衬里延长使用寿命，降低投资成本。

（2）防止炉壁露点腐蚀。在炉壁涂露点涂料，复合衬里中夹反射膜，反射膜不仅具有卓越隔热保温性能，还能有效阻止低温含硫烟气的侵入，双重防护防止炉壁腐蚀。

（3）缩短开工时间。由于复合式衬里不含水分，所以更换后不需专门进行烘炉处理，只按照规定升温曲线升温即可，节约开工时间，减少烘炉使用的燃料气。

5.2 效益分析

通过对炉外壁温度标定，选择27 ℃无风，炉膛温度800 ℃的条件进行核算。可以看到外壁温度从改造前最高的135 ℃，降低至48 ℃左右，达到改造目的。分别对炉顶、炉顶和炉壁散热损失计算，每年节能燃料气275 t，约合人民币82.5 万元。