管式加热炉的改进措施及工艺优化

第10期　　　　　　　　　　　　　程远铭等:

管式加热炉的改进措施及工艺优化・43・

节能降耗

管式加热炉的改进措施及工艺优化

程远铭, 王允从, 潘爱军, 何泽涵

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(1. 河南神马尼龙化工有限责任公司, 河南平顶山　467013; 2. 河南汇源化学化工有限公司, 河南平顶山　467013)

摘　要:通过苯精制装置工艺加热炉的实际操作运行情况, , 提出了有效的工艺优化措施, 在实际应用生产中取得了较好的效果。关键词:苯; 管式加热炉; 燃烧; 热效率

中图分类号:T Q051. 5　　　文献标识码:B --0043-02

1　概述

加热炉(B201、, 采用自然抽风方式, 无一次供风结构, 采用气体燃料(氢气与甲烷) 直接受火的加热形式, 燃料气压力0. 35MPa, 被加热物料(氢气与烃类物质) 在炉管内部流动受热。自1998年投料试车至2001年生产期间, 加热炉炉肩温度一直过高, 超出设计温度30～50℃, 燃料气用量较多, 烟囱出口温度较高, 能耗比较高, 炉内温度较高, 严重时造成炉子内炉管的管夹和螺栓熔融, 炉体涂漆变色, 需停车进行检修。

图1　烟道气各组分参数关系图

2　影响加热炉燃烧的参数控制

2. 1　空气量

　　由图1可以看出, 烟道气中CO 含量可以非常

灵敏地反映燃烧情况, CO 含量急剧增加, 不完全燃烧加剧, 燃料消耗量大幅增加。在低过剩空气下燃烧, 不仅提高热效率, 还可减少NO x 与含硫成分的生成, 减少炉管积灰, 减轻腐蚀和大气污染。最佳空气量的实现, 由调节加热炉的风门和挡板完成。2. 2　燃料气与氧气湍流混合程度

在配送过量空气的前提下, 燃烧气通过主烧嘴送入炉内, 在受热的状况下, 燃料气与氧气边混合边燃烧。混合过程将直接影响燃料气在炉内的浓度分布, 因而会影响燃烧速率和燃烧效果。燃料气与氧气的湍流混合与扩散程度越强烈, 燃烧越充分, 因此, 在操作上应保证可能高的燃料气压力, 即燃料气的动能越多, 燃料气与氧气分子混合得越完全, 燃料气与氧气燃烧模式表现为最佳:外焰轮廓稳定, 热量分布合理, 辐射段热量占热负荷的80%以上。所以, 燃料气与氧气分子在炉内混合程度和混合状态对于燃烧效果起着至关重要的作用。实际生产中, 燃料气压力应不低于0. 3MPa 。2. 3　停留时间

在进料率一定即热负荷一定的情况下, 空气量

大小对燃烧的效率起决定性的作用, 空气量过大, 过剩空气带走的热量增多, 热损失加大, 热效率降低, 烟道气温度升高, 同时会显著降低辐射段温度, 从而改变温度分布, 影响辐射段与对流段吸收热量的比例, 辐射段吸收热量降低, 使得通过增加燃料气用量才能保证一定的热负荷, 造成燃料气消耗量增多, 对流段吸收热量增加, 使得加热炉炉肩温度显著升高; 空气量过小, 造成燃料气燃烧不完全, 加大燃料气的消耗, 烟道气各组分关系见图1。由图1可以看出, B 点操作能达到最高热效率, 实现炉内最佳燃烧, 在实际操作中采用C 点为控制目标, 即烟道气分析指

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标中, 氧含量2%～3%, CO 含量50×10～150×-6

10, 烟囱温度、炉肩温度处于正常范围

。

　　收稿日期:2006-06-23

　　作者简介:程远铭(1972-) , 男, 助理工程师, 从事化工工艺技术开发工作, 电话:(0375) 7108372。

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河南化工

　　　　　　　　　　　　　

HE NAN CHE M I C AL I N DUSTRY 2006年　第23

卷

　　燃料气与氧分子混合燃烧的停留时间, 即反应时间和烟道废气通过的时间, 停留时间过短, 则意味

着抽风力过大, 造成空气量过剩, 燃料气的消耗量增加, 炉肩温度升高, 废气带走的热量增多, 热效率降低; 停留时间过长, 抽风力过小, 空气量不充足, 造成生成S O 3与NO x 气体增加, 燃料气与氧分子混合燃烧不能达到充分燃烧, 热效率降低。辐射段顶部的最佳抽风压为19. 62～29. 42Pa, 抽风力的调整由调节烟道挡板完成。2. 4　温度

燃料气与氧分子混合燃烧, 在炉内形成合理的温度梯度, 辐射段通过辐射传热, , 提供炉子热负荷80%以上, 。炉内温度一旦下降, , 会使炉内温度梯度分布马上恶化, 炉内温度即炉肩温度进一步下降, 又反过来严重影响燃料气与氧分子的燃烧状况, 造成传热恶化, 甚至导致燃料气燃烧熄灭。

烟囱温度、燃料气量、热效率三者关系如图2所示

。

在人工调整炉子前, 首先测定炉子工艺操作指标:炉肩温度、烟道温度、炉内压力、风门开度、燃料气压力及烟道挡板开度, 然后进行如下调节:适量开大风门, 调节燃料气量, 调节阀门, 应注意保持较高的燃料气压力; 通过观火孔确定燃烧状况, 主烧嘴燃烧提供热量不足时, 才能投用辅助烧嘴, 调节幅度均以炉肩温度的正常为标准, 辅助烧嘴投用过早极易形成脉动火焰, 造成热容量不足炉肩温度、炉管出, 量, , 微调风根据炉膛内火焰燃烧情况进行调节, 能够直观、快捷地调稳炉子, 达到炉内的最佳燃烧状况, 便于炉子的操作与运行管理。

4　节能降耗效果

苯精制装置以100%负荷生产, 改进前后两台加热炉的实际运行参数对比见表1。

表1　加热炉调整前后运行参数对比项　目

改进前　　改进后

改进前　　改进后

物料出口温度/℃[1**********]0

炉肩温度/℃920～945868～892808～832772～786烟囱温度/℃398～415300～310410～438300～320燃料气用量

590～640520～569297～345226～2633-1

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图2　烟囱温度、燃料气与热效率之间关系

　　自2001年6月份苯精制装置两台加热炉实施

改进和工艺优化调节后, 燃料气用量、炉肩及烟囱温度显著下降, 热效率显著提高, 两台炉子的各项工艺控制指标趋于正常, 节能降耗收益明显, 仅燃料气节

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约145m /h, 燃料气的成本按1元/m计算, 每年节省费用约104万余元, 实现了装置长周期连续安全运行。

　　在正常生产情况下, 炉肩温度与烟囱温度是衡量炉子燃烧优劣的重要指标之一。

3　工艺优化

管式加热炉由于没有良好的燃料空气比例调节系统, 只有通过人工调节挡板、风门、燃料气以实现最佳的燃烧效率, 给操作带来一定的难度和不确定性。为了提高热效率, 降低燃料气消耗, 并使加热炉专用期安全稳定运行, 进行了如下改进:3. 1　改变调节挡板孔数

为了更准确地控制最小过量空气量, 将挡板孔数由原来的4个增加至10个, 挡板可调范围由原来的0、50%、75%、100%4个调节档次改造为10个调节档次, 最小调节刻度变为10%。3. 2　工艺优化调节