论文部分内容阅读
摘 要：本文对乙烯裂解炉的用能进行了分析，研究了节能的具体措施，并针对现如今裂解炉的运行状况探讨了其运行管理。
关键词：乙烯 裂解炉 节能 运行管理
前言
裂解炉是乙烯装置的能耗大户，其能耗占装置总能耗的80%以上。乙烯厂节能效果最明显的区域是在裂解炉区，通过提高裂解收率、提高裂解炉热效率，可使乙烯能耗明显下降。因此降低裂解炉的能耗是降低乙烯装置生产成本的重要途径之一。
一、用能分析
由于裂解原料与设计不同，所以工艺条件与原设计不同，炉子热效率未达到93. 1%/ 92%的设计值。从计算中看出炉子有两项损失，一项是烟气带走的损失，一项是炉墙散热损失，其中烟气带走的损失有两个影响因素，即排烟温度过高和过剩空气系数不当。
1、排烟温度与热效率的关系
排烟损失直接受排烟温度和排烟量的影响。
降低排烟量和排烟温度可以降低排烟损失。对带排烟机的炉子，不可无限制地下调，烟气露点温度为排烟温度的下限。
2、炉墙外壁温度对热效率的影响
炉墙散热受两个因素的影响，一是传热温差，二是环境温度、风速。厂区内环境温度与风速是不可控因素，可以改善的是加强保温，减少散热温差。
3、过剩空气系数对热效率的影响
E- BA107 过剩空气系数大，是影响热效率的主要因素，如果降低空气过剩系数，可以明显提高该炉的热效率。
二、节能措施
1、降低对流段末端物料进入对流段的温度
降低排烟温度的有效措施之一是降低对流段末端物料进入对流段的温度。在最近的设计中，一般排烟温度为130 ℃ 左右，但该温度取决于燃料中的硫含量。烟气和末端物料的温差是30～70 ℃，因此热效率比较高，见表1。其中AGO 为常压柴油；BFW 为锅炉给水；NAP 为石脑油。通常对流段末端的物料是锅炉给水或裂解原料，温度较低，只要有足够的传热面积，烟气温度是可以降下来的。但应考虑烟道气的露点，以防出现露点腐蚀，此外，烟气温度还受对流段高度及投资的限制。
表1 裂解炉热效率与末端物料入对流段温度的关系
2、提高烟气侧传热系数
降低排烟温度的有效措施之一是提高烟气侧传热系数，有以下3 种措施：采用翅片管一方面提高传热面积，另一方面也提高烟气侧传热系数。安装引风机维持炉膛负压，并提高烟气流速以达到提高烟气侧传热系数的目的。清扫传热表面的积垢可降低烟气侧热阻以提高烟气侧传热系数，从而降低排烟温度，提高热效率。烧油时翅片管积垢较严重，烟气侧传热系数降低明显，排烟温度增高降低了传热效率。烧油（ 40%～50% ） 的裂解炉在对流段都安装有自动吹灰器，定时吹扫，当热效率严重下降时，尚需停车用蒸汽吹扫积垢。
3、增加对流段换热管面积和优化管排布置，以降低排烟温度
降低排烟温度可有效提高热效率，1975 年以前裂解炉设计排烟温度为190～240 ℃，热效率相应为87%～90%，安排辅助热量回收装置回收烟道气中的热量，可使烟气温度降为120～140 ℃，热效率达92%～93% 。在近期设计的裂解炉中，排烟温度降为100～140℃，热效率达93%～95% 。这是因为采取了以下措施降低了排烟温度和热损失。增加对流段换热管面积和优化管排布置，是降低排烟温度的有效措施。排烟温度及热效率的确定受原料进入对流段的温度、锅炉给水温度（当原料温度高于锅炉给水温度时）、原料性质和燃料性质的限制。
三、针对裂解炉运行状况采取的措施
1、适当降低裂解炉上部热负荷
由于上部热负荷较大，造成各种不良后果。根据实际情况分析并参照国外发展状况，我们及时调整侧壁火嘴，关闭侧壁最上部第六排火嘴。调整后横跨段烟气温度由1150℃下降到1050℃，排烟温度下降5～10 ℃ 。但随之暴露的一个问题是，裂解炉投料负荷上不去，最高只能达到额定负荷90 %。这说明整体热负荷不足，经过计算热负荷欠缺8 %～1 0%。
2、裂解炉底部烧低压瓦斯，增加裂解炉底部热负荷
为了解决关闭第六排火嘴带来的裂解炉整体热负荷不足的问题，与航天总公司第一设计院第十一研究所合作开发低压瓦斯烧嘴，燃烧回收的低压甲烷。裂解炉每台增加16 个低压瓦斯烧嘴，可烧300-400 kg H/ 低压瓦斯，可提高热负荷10 %～15 %。
3、增加裂解炉炉管表面测温系统
裂解炉管表面测温系统原设计为光学测温仪，是非接触系统，使用麻烦且人为误差很大。由于裂解炉操作参数变化频繁，不能及时反应裂解炉管运行状况。早些年与哈尔滨应用技术研究所共同开发并投用了接触式测温系统，用微机做显示手段，每2 秒改变一次。并配有趋势画面和定期打印超温报警等功能，方便了调整裂解炉热负荷和炉管COT温度偏差的操作。
4、改变原设计的烧焦方式
（1）增加烧焦空压机由于原设计只有一台1000 Nm3 / H 的清焦压缩机，使裂解炉烧焦时氧含量不足。后来增加一台1500Nm，H/的空压机与原机并联运行，使烧焦时氧含量增加，加快了烧焦速度，使烧焦更彻底。因此延长了运行周期，提高了裂解炉开工率，降低了非生产能耗。
（2）增加烧焦雄由于原设计烧焦点背压高，造成空气分布不好，使烧焦不均匀。增加两个烧焦罐后，背压下降，烧焦气分布均匀，使每根炉管的结焦均能烧彻底。
（3）改变操作亲件在改变原来的烧焦操作条件下，根据COT提高后焦层较硬不易氧化等特点，采用提高烧焦温度，由840 ℃提高到870～875 ℃，加上清焦阀限位，降稀释蒸汽量等措施增加了烧焦氧含t。做烧焦气分析时，采用两个平行样，第二个样比第一个样提高5 ℃ 。如两个样CO2均< 0.6%，认为烧焦合格。
四、结论
裂解炉的节能是一个综合的系统工程，随着科技的发展，越来越多的新技术会应用到裂解炉的节能改造与节能操作中，安全！环保！高效的裂解炉不仅会给企业带来良好的经济效益，同时会产生良好的环境效益与社会效益"也给我们的操作管理提出了更高的要求。
参考文献
[1] 刘庆纶. 大型乙烯装置的节能[J ]. 乙烯工业，2006，8 （3）：5 1-6 5 .
[2] 姬伟毅.等. 中国石化2010 年乙烯业务述评[J]. 乙烯工业，2011，23（1）：1-6.
关键词：乙烯 裂解炉 节能 运行管理
前言
裂解炉是乙烯装置的能耗大户，其能耗占装置总能耗的80%以上。乙烯厂节能效果最明显的区域是在裂解炉区，通过提高裂解收率、提高裂解炉热效率，可使乙烯能耗明显下降。因此降低裂解炉的能耗是降低乙烯装置生产成本的重要途径之一。
一、用能分析
由于裂解原料与设计不同，所以工艺条件与原设计不同，炉子热效率未达到93. 1%/ 92%的设计值。从计算中看出炉子有两项损失，一项是烟气带走的损失，一项是炉墙散热损失，其中烟气带走的损失有两个影响因素，即排烟温度过高和过剩空气系数不当。
1、排烟温度与热效率的关系
排烟损失直接受排烟温度和排烟量的影响。
降低排烟量和排烟温度可以降低排烟损失。对带排烟机的炉子，不可无限制地下调，烟气露点温度为排烟温度的下限。
2、炉墙外壁温度对热效率的影响
炉墙散热受两个因素的影响，一是传热温差，二是环境温度、风速。厂区内环境温度与风速是不可控因素，可以改善的是加强保温，减少散热温差。
3、过剩空气系数对热效率的影响
E- BA107 过剩空气系数大，是影响热效率的主要因素，如果降低空气过剩系数，可以明显提高该炉的热效率。
二、节能措施
1、降低对流段末端物料进入对流段的温度
降低排烟温度的有效措施之一是降低对流段末端物料进入对流段的温度。在最近的设计中，一般排烟温度为130 ℃ 左右，但该温度取决于燃料中的硫含量。烟气和末端物料的温差是30～70 ℃，因此热效率比较高，见表1。其中AGO 为常压柴油；BFW 为锅炉给水；NAP 为石脑油。通常对流段末端的物料是锅炉给水或裂解原料，温度较低，只要有足够的传热面积，烟气温度是可以降下来的。但应考虑烟道气的露点，以防出现露点腐蚀，此外，烟气温度还受对流段高度及投资的限制。
表1 裂解炉热效率与末端物料入对流段温度的关系
2、提高烟气侧传热系数
降低排烟温度的有效措施之一是提高烟气侧传热系数，有以下3 种措施：采用翅片管一方面提高传热面积，另一方面也提高烟气侧传热系数。安装引风机维持炉膛负压，并提高烟气流速以达到提高烟气侧传热系数的目的。清扫传热表面的积垢可降低烟气侧热阻以提高烟气侧传热系数，从而降低排烟温度，提高热效率。烧油时翅片管积垢较严重，烟气侧传热系数降低明显，排烟温度增高降低了传热效率。烧油（ 40%～50% ） 的裂解炉在对流段都安装有自动吹灰器，定时吹扫，当热效率严重下降时，尚需停车用蒸汽吹扫积垢。
3、增加对流段换热管面积和优化管排布置，以降低排烟温度
降低排烟温度可有效提高热效率，1975 年以前裂解炉设计排烟温度为190～240 ℃，热效率相应为87%～90%，安排辅助热量回收装置回收烟道气中的热量，可使烟气温度降为120～140 ℃，热效率达92%～93% 。在近期设计的裂解炉中，排烟温度降为100～140℃，热效率达93%～95% 。这是因为采取了以下措施降低了排烟温度和热损失。增加对流段换热管面积和优化管排布置，是降低排烟温度的有效措施。排烟温度及热效率的确定受原料进入对流段的温度、锅炉给水温度（当原料温度高于锅炉给水温度时）、原料性质和燃料性质的限制。
三、针对裂解炉运行状况采取的措施
1、适当降低裂解炉上部热负荷
由于上部热负荷较大，造成各种不良后果。根据实际情况分析并参照国外发展状况，我们及时调整侧壁火嘴，关闭侧壁最上部第六排火嘴。调整后横跨段烟气温度由1150℃下降到1050℃，排烟温度下降5～10 ℃ 。但随之暴露的一个问题是，裂解炉投料负荷上不去，最高只能达到额定负荷90 %。这说明整体热负荷不足，经过计算热负荷欠缺8 %～1 0%。
2、裂解炉底部烧低压瓦斯，增加裂解炉底部热负荷
为了解决关闭第六排火嘴带来的裂解炉整体热负荷不足的问题，与航天总公司第一设计院第十一研究所合作开发低压瓦斯烧嘴，燃烧回收的低压甲烷。裂解炉每台增加16 个低压瓦斯烧嘴，可烧300-400 kg H/ 低压瓦斯，可提高热负荷10 %～15 %。
3、增加裂解炉炉管表面测温系统
裂解炉管表面测温系统原设计为光学测温仪，是非接触系统，使用麻烦且人为误差很大。由于裂解炉操作参数变化频繁，不能及时反应裂解炉管运行状况。早些年与哈尔滨应用技术研究所共同开发并投用了接触式测温系统，用微机做显示手段，每2 秒改变一次。并配有趋势画面和定期打印超温报警等功能，方便了调整裂解炉热负荷和炉管COT温度偏差的操作。
4、改变原设计的烧焦方式
（1）增加烧焦空压机由于原设计只有一台1000 Nm3 / H 的清焦压缩机，使裂解炉烧焦时氧含量不足。后来增加一台1500Nm，H/的空压机与原机并联运行，使烧焦时氧含量增加，加快了烧焦速度，使烧焦更彻底。因此延长了运行周期，提高了裂解炉开工率，降低了非生产能耗。
（2）增加烧焦雄由于原设计烧焦点背压高，造成空气分布不好，使烧焦不均匀。增加两个烧焦罐后，背压下降，烧焦气分布均匀，使每根炉管的结焦均能烧彻底。
（3）改变操作亲件在改变原来的烧焦操作条件下，根据COT提高后焦层较硬不易氧化等特点，采用提高烧焦温度，由840 ℃提高到870～875 ℃，加上清焦阀限位，降稀释蒸汽量等措施增加了烧焦氧含t。做烧焦气分析时，采用两个平行样，第二个样比第一个样提高5 ℃ 。如两个样CO2均< 0.6%，认为烧焦合格。
四、结论
裂解炉的节能是一个综合的系统工程，随着科技的发展，越来越多的新技术会应用到裂解炉的节能改造与节能操作中，安全！环保！高效的裂解炉不仅会给企业带来良好的经济效益，同时会产生良好的环境效益与社会效益"也给我们的操作管理提出了更高的要求。
参考文献
[1] 刘庆纶. 大型乙烯装置的节能[J ]. 乙烯工业，2006，8 （3）：5 1-6 5 .
[2] 姬伟毅.等. 中国石化2010 年乙烯业务述评[J]. 乙烯工业，2011，23（1）：1-6.