真空相变加热炉热效率提升对策分析

2023-12-12李铁志

中国设备工程 2023年21期

李铁志

（大庆油田石油专用设备有限公司技术质量与市场部，黑龙江大庆 163411）

真空相变加热炉热效率是对燃料有效利用率的直观反映。当有效热负荷相同的情况下，热效率越高，则表示设备运行中的消耗的燃料越少。因此，全面提升真空相变加热炉热效率，可有效控制原油管输费用和加工费用。针对真空相变加热炉热效率进行衡量过程中会涉及炉体负压值、烟风比、过剩空气系数等众多操作参数。要想全面提升真空相变加热炉热效率关键在于合理调节排烟温度和过量空气系数等相关参数，通过优化上述参数或采取相应改进完善措施，可实现真空相变加热炉热效率的全面提升。

1 真空相变加热炉热效率影响因素

真空相变加热炉热效率主要指燃料总放热量中有效吸热量所占比例。当处于正常运行工况下时，为充分满足当今环保生产要求，真空相变加热炉不得出现冒黑烟等现象，这也就表示真空相变加热炉要实现燃料充分燃烧。对于真空相变加热炉来说，烟气量和排烟温度可以直接决定其排烟热损失量，而真空相变加热炉的过剩空气系数决定了烟气排放量。因此，当排烟温度或过剩空气系数不断升高的情况下，必然会影响真空相变加热炉的热效率。从真空相变加热炉实际运行角度来看有效控制过剩空气系数和排烟温度是有效提升热效率的关键。

1.1 过剩空气系数

真空相变加热炉的各项性能指标中，过剩空气系数是影响其热效率和运行性能的重要指标。而过剩空气系数主要指进入加热炉内部的空气量与理论空气量的比值。如果过剩空气系数过小，则表示供应空气量不足，在此情形下无法实现燃料充分燃烧，真空相变加热炉热效也会相应下降。当过剩空气系数过大的情况下，表示进入炉内的空气量过多，在此情况下，烟气辐射能力和炉膛温度会受到值得影响而下降，同时也会使得真空相变加热炉的传热效果受到影响。烟气排出量也会相应增加，在此情况下，烟气的大量排放会导致热损失相应增加，此时，真空相变加热炉的热效率也会相应下降。根据相关测定可知，当真空相变加热炉在运行过程中过剩空气系数增加0.1，其热效率会相应下降1.5%，因此，从真空相变加入的实际运行角度来看，要充分结合燃料的具体种类对入炉空气量进行合理控制。由此可以看出，对于真空相变加热炉来说，保障其空气过剩系数处于合理范围内非常关键。

1.2 排烟温度

真空相变加热炉的各项损失与其热效率存在密切关联。而真空相变加热炉的损失主要包括机械不完全燃烧热损失、炉壁散热损失、排烟热损失等几个部分，其中对真空相变加热炉热效率影响最大的属于排烟热损失，其整体占比能达到5%～8%，因此，有效控制真空相变加热炉的排烟热损失对于有效提升其热效率具有重要意义。

排烟温度和排烟量是影响排烟热损失的两个主要因素。如排烟温度远高于环境温度的情况下，随着排烟量的不断增加，热损失也会相应增加。真空相变加热炉当处于相同负荷、相同参数运行工况下时实际产生蒸汽量相同，如果排烟量和排烟温度增加也就表示，产生同等量的蒸汽需要消耗的标准煤数量更高，这也会直接影响真空相变加热炉热效率，根据相关数据统计发现，真空相变加热炉的排烟温度每升高12 ～15℃，其排烟热损失就会相应增加1%。由此可以看出，保证真空相变加热炉排烟温度的合理性可以有效提升其热效率。

2 真空相变加热炉热效率提升对策

2.1 保持过剩空气系数合理

（1）引入全自动比例调节燃烧器。目前，国内不少油站真空相变加热炉在使用过程中应用的仍然是半自动类燃烧器。而全自动燃烧器采取的是强制送分比例调节模式，根据比例对真空相变加热炉的过剩空气系数进行自动调节。该设备将一个温度变速器设置在加热盘管出口位置以及壳体的水浴中，这样就可以将温度信号及时传送至燃烧器中，燃烧器接收信号后，就可以结合热负荷情况对输入空气量和燃料量进行自动调节，从而实现对燃烧器输出负荷的调节，有效避免真空相变加热炉在运行过程中出现“大马拉小车”等浪费现象。全自动比例调节燃烧器系统在真空相变加热炉中的应用体现出了燃烧性能好、自动化程度高、安全性能好、操作便捷、经济性能优良等一些特征。

（2）科学监测，编制合理操作方案。我国应该充分借鉴国外先进技术，在真空相变加热炉中引入专用计算机控制器，在真空相变加热炉运行过程中，通过计算机编辑参数对其运行状态进行监测和控制，从而实现真空相变加热炉运行状态的实时监测。

在此基础上，不仅可以让真空相变加热炉操作得到进一步优化，也可以对燃料和空气比例进行再次调节，全面优化整个燃烧过程，实现对加热炉的现代化监控，在此情形下，不仅可以让燃料得到大量节约，而且也可以避免燃料不充分燃烧造成空气污染，但这种方法对设备自动化程度要求较高，在实践中运用的实用性仍然有待商榷。

结合大庆油田某油站实际运行情况，针对其真空相变加热炉从理论角度对排放烟气量进行计算可知，该真空相变加热炉排放烟气中氧含量每增加1%的情况下，消耗燃料油会相应上升3%左右。该油站在2019 年真空相变加热炉高负荷运行状态下每天消耗油量约为1.6t，此时，如果不能有效调整期烟风比，每天原油消耗量会增加45kg 左右。鉴于这种状况，该油站应该针对真空相变加热炉的烟气进行动态化监测，利用烟气氧含量分析仪器等简单监测仪表对真空相变加热炉烟气残余氧含量进行科学监测，以此为基础对空燃比进行科学控制，这样才能够在过剩空气量最少的情况下保障燃料充分燃烧，才能够有效优化真空相变加热炉的管理工作，才能精准控制其输出参数，从而实现原油消耗的有效控制。

（3）强化管理，控制散热损失。针对真空加热炉辐射段烟管烟筒进行定期检查，查看其是否存在破损、对流管束中是否存在积灰等现象，炉体外表面及进出口管线是否存在保温层破碎等现象。从上述问题着手，不断强化管理，通过科学管理手段来避免真空相变加热炉运行过程中出现频繁启停或燃烧器、炉体等出现漏风现象，在此基础上，才能实现热损失的有效控制。有效避免上述不会出现漏风现象，可以避免真空相变加热炉在运行中出现过剩空气系数偏大现象。在日常管理中，要强化各类装置的密封性能，以此避免出现窜火现象而引发安全问题。

2.2 加热炉结构改进

（1）使用波形火筒或螺纹烟管。在真空相变加热炉中使用波形火筒，可以让高温烟气形成紊流效应，这样不仅可以让换热面积进一步增大，也可以使相变炉辐射传热效果得到强化，进而进一步提升真空相变加热炉的换热能力。而且波形火筒可以对火筒热胀冷缩过程中产生的位移进行有效吸收，进而使火筒使用寿命得到进一步延长，同时，也可以保证其安全系数。由于螺纹烟管管壁上具备凹槽，因此可以使烟气扰流效果得到强化，在流动过程中，会在烟管中形成紊流效应，这样就可以有效提升有相变和无相变传热中的传热系数，能发挥出双边强化作用。

（2）改进加热炉炉头。真空相变加热炉燃烧器出现不稳定燃烧等状况时，很容易出现炉头回火现象，而且炉内也容易产生结焦等问题，这样不仅会导致热能大量散失，而且加热炉的热效应也会受到极大的影响，进一步增加原油使用成本。

目前，国内部分油站的真空相变加热炉在使用过程中经常会出现冒黑烟或白烟、炉口回火等现象，严重情况下会使得密封钢板被烧红，也会导致炉口法兰出现严重变形，此时，必然会使得密封钢板与炉口连接位置产生缝隙，从而导致部分热量从炉头位置排出，影响了加热炉的热效。

通过对真空相变加热炉结构进行改进，可以有效提升交换能力，也可以保障加热炉烟气热量吸收更加充分，对于排烟温度及排烟热损失，也可进行有效控制，实现真空相变加热炉热效的有效提升。而且通过结构改进，可以大量节省钢材使用量。在改进过程中，针对炉头钢板密封问题可以在法兰结合面位置添加电料；针对喷油嘴的问题可以通过拧紧端帽或者更换旋流片进行解决；针对保温损坏的问题可以重砌耐火砖，或者及时更换新保温材料进行解决。

（3）安装声波吹灰管。大部分油站的真空相变加热炉在使用过程中都会面临社会面结焦、烟道积灰等问题的困扰。针对这些问题，国内目前主要是以人工检修清灰作为主要应对对策，人工操作不仅效率低下，而且自动化水平低。因此，可以在真空相变加热炉的对流室内安装声波吹灰器，这样不仅可以提升自动化操作水平，而且也可以节约大量人力资源，通过声波吹灰器，可以有效解决积灰吸附沉淀等问题，要全面提升真空相变加热炉的热效率。