我国“十一五”规划纲要提出了在此期间单位国内生产总值能耗降低20 %左右、主要污染物排放总量减少10 %。为此,只有通过创新才能加快发展经济与促进资源综合利用,同时依靠科技手段加快节能减排技术研发 ,最大限度达到节能减排的目的。某芳烃联合装置由芳烃抽提装置和二甲苯装置两大部分组成。二甲苯装置采用美国环球油品公司(UOP)的专利技术,主要产品为苯和PX(对二甲苯)。加热炉是芳烃联合装置中的三大主体设备之一(塔器、换热器和管式加热炉), 是装置中关键设备,同时也是装置的主要耗能设备,尤其是设计热负荷为 76 .65 MW的油气混烧型二甲苯再沸炉能耗约占芳烃装置能耗60 %。如何有效提高该炉的热效率、减少燃料消耗在降低装置能耗和提高企业效益方面具有十分重要的意义。
1 芳烃加热炉节能减排的途径
1.1 使用高效燃烧器
使用高效节能型低燃烧器是芳烃加热炉实施节能减排目标最基本有效的途径。针对芳烃联合装置生产和技术要求，在装置停工大修时，对装置的原有燃烧器进行了改造，将加热炉燃烧器全部更换为COM-D-FN型燃烧器。新型燃烧器采用旋流风、平流风、斜交风相结合的分配模式，保证了空气与燃料混合均匀，燃烧完全。燃油喷嘴采用多级雾化结构,汽耗量小于0.2 kg 汽/kg油，燃油雾化颗粒度索太尔平均直径约50 μm。该型燃烧器保证了燃烧充分，避免了机械和化学不完全燃烧。加强对燃烧器的维护和管理也是保证燃料高效燃烧的重要手段，车间采用定期清理燃烧器喷嘴及燃料系统过滤器和阻火器的技术管理措施，保证燃烧器安全稳定运行。
1.2 空气预热器合理选型
降低加热炉排烟温度由于燃料劣化,燃料油中硫含量上升,提高了烟气的露点温度,相应地提高了加热炉的排烟温度;燃料油中灰分如Na、K、V、Mg等金属的固体盐类含量越高,其“残炭量”越高,燃烧生成的烟气中灰垢也越多;因此,对空气预热器的合理选型对减少烟气系统积灰结垢并且避免烟气露点腐蚀具有举足轻重的作用。我装置原有的热管空气预热器的主要问题是:由于热管腐蚀穿孔严重, 翅片管上积灰结垢严重等原因,造成原有空气预热器带压热空气窜入负压烟气系统,引起热端空气损失;同时,由于壳程堵塞的灰垢积存引起鼓风机负荷增大, 导致加热炉不完全燃烧和加热炉热效率降低;还有,原预热器热管操作弹性低,加热炉在高负荷运行时,高温烟气会使热管内产生大量不凝气体,减弱了热管元件内的循环, 导致部分热管失效。芳烃装置吸取兄弟厂家加热炉多年运行经验并结合本企业燃料的实际情况,在 2008年装置大修中将空气预热器由传统的热管式更换为重型搪瓷管加扰流子的形式。其管束外表面烧镀一层耐酸搪瓷,可有效防止换热器低温露点的腐蚀,且搪瓷表面光滑, 不易结垢积灰;为了强化管内传热,在部分搪瓷管空气入口端设置扰流片,增大内膜传热系数。
1.3 去除灰垢，保证高的热效率
加热炉不完全燃烧产生的碳粒和燃料中的灰分等烟尘均会污染辐射室、对流室炉管和余热回收系统管束的外表面，增加热阻，降低传热效果。除了提高燃料品质外，及时清除炉管外灰垢能够提高换热效果，提高热效率。坚持吹灰器定期清除积灰定期清除积灰对于燃油加热炉尤为重要。现有吹灰器有蒸汽吹灰器、声波吹灰器、次(亚)声波吹灰器和燃气脉冲(激波)吹灰器等。实践证明，用好吹灰设施，及时清除灰垢是加热炉长周期安全运行的重要措施之一。根据装置实际情况，采取了以下措施确保吹灰器系统正常运行：
（1）定期查看燃料气及燃料油化验分析，重点是监控燃料气中硫化物含量及燃料油中灰分等杂质含量，发现分析异常后及时向技术质量部门反馈，及时调整。通过监控燃料质量，减少或避免加热炉系统余热回收系统的积灰结垢。
（2）专门制订生产指令要求班组做好对激波吹灰器的监控使用，及时监控激波吹灰器的定时闪爆次数等。正确使用对流段和余热段的吹灰器，及时清除炉管和热管上的积灰，尽量保持不积灰或少积灰的良好状态。实践证明该项措施非常重要。
2 加热炉节能改造及效果
2.1 节能改造内容
更换余热系统空气预热器由于燃料劣化，燃料油中硫含量上升，提高了烟气的露点温度，相应地提高了加热炉的排烟温度；燃料油中灰分如Na、K、V、Mg等金属的固体盐类含量越高，其“残碳量”越高，燃烧生成的烟气中灰垢也越多。本装置原有的热管空气预热器的主要问题是：由于热管腐蚀穿孔严重，翅片管上积灰结垢严重等原因造成原有空气预热器的带压热空气窜入负压烟气系统，引起热空气无为损失；同时，由于壳程堵塞的灰垢积存引起鼓风机负荷增大，导致加热炉不完全燃烧和加热炉热效率降低。
2.2 改造前加热炉运行情况
2.2.1 烟气排烟温度高
检修改造前，由于装置不断扩能，加热炉的负荷不断增加，使炉膛温度升高，烟气温度不断升高，空气预热器超负荷运行，导致排烟温度偏高。加热炉及空气预热器已经不能满足生产的需求。排烟温度由开工时的165℃升到246℃，热效率由设计的90％降为87．22％(2007年数据)。
2.2.2 炉外壁表面温度高检修前，芳烃装置加热炉的外壁温度分布在60～167℃之间，部分区域超过加热炉管理规定的温度，增加了系统的散热损失。超温点集中在加热炉对流段和看火门、防爆门、炉底等部位。
2.2.3 炉膛负压过大影响加热炉高效运行
(1) 由于加热炉系统烟道挡板经常出现卡滞现象，根本无法实现对加热炉系统压力和氧含量的精细控制，对加热炉炉膛压力的调整变得非常困难。另外，加热炉系统的联锁保护密集，较大幅度的调整引起的参数波动有可能导致生产波动甚至装置停工，因此加热炉的炉膛压力和氧含量等参数的精确控制难以实现。
(2) 虽然加热炉鼓风机和引风机电机已经增设了变频系统，但是实际运行中变频系统可靠性和稳定性较低，曾几次因为变频故障导致装置波动和停车，为保证安全生产，大检修前电机的运行基本处于工频状态，未能充分发挥变频的节能作用，未能通过变频精确调节炉膛压力和氧含量。
3 芳烃加热炉节能减排技术应用
装置原有的热管空气预热器存在主要问题:
①热管腐蚀穿孔及翅片管上积灰结垢严重等原因造成原有空气预热器带压热空气窜入负压烟气系统,引起热端空气无为损失 。
② 壳程灰垢积存引起鼓风机负荷增大,导致加热炉不完全燃烧及炉效率降低 。
③ 原预热器热管操作弹性低,加热炉在高负荷运行时,高温烟气会使热管内产生大量不凝气,减弱了热管元件内的循环,导致部分热管失效。
经过多位专家认真分析,在吸取了同类厂家加热炉多年运行经验的基础上, 结合本企业燃料的实际情况,在2008年装置大修中,将空气预热器由传统的热管式更换为重型搪瓷管加扰流子的形式。重型搪瓷管是在管子外表面烧镀一层耐酸搪瓷, 由此可以有效地防止换热器受到低温露点的腐蚀,同时光滑的搪瓷管束表面上不易结垢积灰。具体设置如下,空气预热器的管子第 1 ～ 2 段为20 钢,进口段管子设置翅片;第3 ～ 4 段材质为10 搪瓷钢管。改型后的预热器避免了烟气的低温露点腐蚀, 强化了预热器的传热效果。表中数据,检修前取值为2008年下半年平均值,检修后数据取值为近几个月实际平均值(所有数据计算以每月末计)。若每吨燃料气按3000元计,月经济效益增加值约为 3000 ×593 =177 .9(万元)。
4 结论
通过对芳烃加热炉节能减排技术途径进行探讨,为芳烃加热炉进一步综合利用适合的节能减排技术提供了明晰思路,综合利用上述节能技术年增加经济效益为300万元左右;同时,通过综合应用先进的节能技术 ,降低了芳烃装置总能耗 ,促进了芳烃加热炉节能减排工作。
参考文献
[1] 史美中，王中铮．热交换器原理与设计[M]．4版．南京：东南大学出版社，2009：192．195．
[2] 魏兆藩，王丕宏，张延丰，等．大型板壳式换热器研制[J]．石油化工设备，2000(4)：26-31．