我国化工加热炉运行问题与对策

摘要：文章介绍了目前化工加热炉的运行现状，指出了运行中存在的问题，并针对性地提出了一些操作或改造的建议以及应注意的事项。

关键词：化工企业 化工加热炉 热效率 存在问题 原因分析 改进措施

1 前言

石油化工企业中的化工加热炉是化工生产装置的重要设备，也是化工装置消耗燃料的主要设备，占化工装置总能耗的60%～80%，提高加热炉的热效率对于降低能耗和生产成本、提高经济效益起着极为重要的作用，因此改造提高现有加热炉的热效率是值得我们关注的。

2017年，对中国石化股份有限公司15家化工企业计252台化工加热炉的运行情况进行了专项检查和测试，得到的信息基本反映了化工加热炉的现状。

根据检测情况看，各企业都十分重视加热炉的管理和节能工作，认真细致查找本企业在加热炉管理中存在的问题，制定相应的措施进行整改，有一些好的做法和成功经验值得推广。但是各企业加热炉的运行管理水平不是很平衡，部分企业仍然存在炉子排烟温度高、烟气氧含量高、热效率低、装置能耗居高不下等问题。

因此，通过加大管理力度，提高一线操作人员、管理人员技术水平，提高工艺操作水平，完善在线检测仪表，加强离线测试手段，采用先进控制系统，引进新技术，加快技术改造，增加技术改造投入，才能确保加热炉能高效、安全、长周期运行。 2 化工加热炉的运行状况

检测的252台加热炉，其总设计热负荷为6736.51MW，实际热负荷6082.91MW，平均热效率90.99%。其中设计热负荷大于等于10MW的加热炉有172台，平均热效率91.13%；小于10MW的有50台（占总台数的22.5%），平均热效率86.35%。

化工加热炉主要分布在乙烯裂解装置、芳烃装置、聚酯装置、苯乙烯装置、二甲苯装置、氯乙烯装置、化肥装置、乙二醇装置等。为便于对检测数据统计分析，我们将化工加热炉分为裂解炉、芳烃炉、热媒炉、其它炉等四种类型。表1为222台加热炉热效率数据汇总。

表1 加热炉热效率数据 实际热负荷/MW 4137.30 1510.19 212.87 222.54 6082.91

氧含量/% 3.27 4.35 3.45 5.77 3.64

平均值 排烟温度/℃

147.5 203.4 251.3 198.7 166.9

热效率/% 92.33 88.36 86.94 87.75 90.99

序号 1 2 3 4

加热炉类别 裂解炉 芳烃炉 热媒炉 其它炉 总计

检查数量/台

97 68 27 30 222

在检测的15家企业中，实测排烟氧含量最高的是10.7%，最低为0.53%，其中高于5%的有45台。实测排烟温度最高的是476℃，最低为88℃，其中高于170℃的有120台。

从检测结果看，热效率最低的是75.3%，最高为95.51%。

3 存在的问题与原因分析

3.1 排烟氧含量O2＞5%的45台（占检查总数的20.3％）的加热炉，分析其原因，主要的是

① 在加热炉燃料、热负荷等变化时，没有及时调整燃烧器配风。

② 运行中风道挡板不能有效调节，会造成大量空气进入炉内，引起氧含量的偏高。 ③ 加热炉炉体漏风。

④ 炉膛负压过大，低负荷运行，在线氧化锆不准，测试孔位置不对（如测试孔开在烟气引风机后）等。

⑤ 燃烧器适宜燃料范围窄、选型不当等。

3.2 排烟温度T＞170℃的120台(占检查总数的54.1％)。其中T≥200℃的有89台，占检查总数的40.1%。分析其原因，主要的是

① 对流室、余热回收系统积灰、结垢严重，烧燃油的加热炉的辐射室炉管表面普遍有较重的结盐现象。

② 未安装吹灰器或吹灰效果差，未安装余热回收系统或其回收效果差。

③ 燃烧不完全，以及加热炉在露点温度以下运行一段时间后，由于露点腐蚀造成对流室炉管或余热回收系统热管腐蚀穿孔。

④ 加热炉超设计热负荷运行（120%以上）。 3.3 加热炉热效率

根据中国石化股份有限公司化工事业部制订的化工加热炉热效率运行的标准要求[1]：裂解炉热效率η≥92%；其他热负荷≥10MW的加热炉热效率≥89%；热负荷＜10MW的加热炉热效率达到设计值并逐步达到87%。没有达标的加热炉有113台，其中裂解炉有37台，设计热负荷≥10MW的加热炉有44台，设计热负荷＜10MW的加热炉有32台。

离线与在线测试数据的对比来看，有部分加热炉的氧含量绝对误差△O2＞2%（40台）、排烟温度的绝对误差△T＞10℃（55台）。分析其主要的原因，有测试位置、伸入深度不一样，测试仪器或热电偶、氧化锆精度不够和没按时检验标定等。

加热炉测试孔，各企业加热炉测试孔种类繁多、规格不一，甚至有的加热炉没有测试孔，有的测试孔位置不符合集团公司规定要求。主要问题是：

① 有的测试孔测烟气成分都不符合要求，如连接管太长，探头伸入炉内太短，给离线测试的准确性带来影响。

② 大部分测试孔尺寸在φ25毫米以内，测试露点温度探头伸不进去（测试取样点尺寸为φ50毫米较合适）。

③ 有的测试孔位置距地面或平台3m左右高，没有固定平台，测试不方便、不安全。 加热炉在线仪表存在的问题是：

一些加热炉辐射室监测炉管表面温度的热电偶损坏未更新，有的测试位置的热电偶长度不够，一些按照要求应该安装氧化锆测试仪的地方未安装氧化锆测试仪或虽然安装了但已损坏，有的没有按照集团公司要求校验氧化锆分析仪，使氧化锆分析仪失去了对实际运行操作的指导作用。由于缺少在线测试仪表，有的加热炉燃烧状况的调节完全凭经验。没有安装在线氧化锆测试仪的加热炉有34台。

以炉膛出口（辐射室顶）氧含量（在线氧化锆分析仪显示值）、最终排烟温度计算热效率，没有考虑看火孔、对流段、余热回收系统等处漏风和烟气CO含量上升造成的不完全燃烧等热损失，造成热效率高的假象，出现明显问题。这样在工艺操作过程中，在注重降低氧含量的同时，又对燃烧器的燃烧状况调节不够，忽视了CO含量的升高，造成实际不完全燃烧损失，使得加热炉运行后期积灰严重，热效率下降。

热效率不能长期保持在检测或检修后开工初期的高水平上，主要是平时没有对燃料的变

化及时调节燃烧器的燃烧状况。 4 改进措施

（1）对于O2＞5%、T＞200℃、热效率低的加热炉[1]，其热负荷大部分低于10MW，这类加热炉要加快节能改造进度和加大新技术应用的资金投入。

（2）对于排烟氧含量的绝对误差△O2＞2%、 排烟温度的绝对误差△T＞10℃的加热炉，建议在仪器仪表校正的基础上，让离线测试（仪器）与在线测试（仪表）在同一位置的测试孔上进行对比测试，以便找出真正的原因。在此基础上完善和制定在线仪表的定期标定制度。建议氧化锆每季度校验一次外，应每半年对氧化锆清洗一次，清除探头过滤器上的积灰，保证测量的准确性。

（3）统一测试孔尺寸、结构和测试点位置，是当前的一项重要工作。测试点位置的正确设置是准确获得加热炉运行参数、诊断加热炉运行状态的基础，也可使加热炉的热效率具有横向可比性。特别是新上的加热炉和余热回收系统一定要设置测试孔。

（4）加强加热炉离线与在线测试工作。建议做好以下几项工作： 一是建立建全加热炉热效率三级离线测试系统。企业的生产装置每半个月测试一次，负责测试加热炉日常操作和运行状况；企业的主管部门每个月测试一次，负责对加热炉的运行考核；中石化加热炉测评中心站每年测试一次，负责对加热炉的运行评价和诊断，在对加热炉进行深入全面分析的基础上，提出改进措施的建议，并对实施后的效果进行跟踪测试。

二是建立化工企业加热炉电子管理信息平台。各企业负责加热炉各类数据的输入，中石化加热炉测评中心长岭站负责数据的整理、分析和评价。

（5）加强对露点温度的测试工作，特别是对排烟温度在140℃以下的加热炉，每半年就应进行一次露点温度测试。通过对烟气的露点测试，合理控制排烟温度，避免对流段、余热回收系统的露点腐蚀，是加热炉长周期安全运行的重要条件，并可为加热炉的节能改造提供依据。

（6）根据对裂解炉、芳烃炉、热媒炉、其它炉的测试数据分析（见表1），各类炉型的管理工作和节能措施的重点是：

裂解炉：重点在对流段要使用和开好吹灰器[2]；利用消缺时机和大检修期间，对对流管的积灰进行化学清洗，以保证传热量；做好离线测试工作，加强离线与在线测试的对比工作；定期对加热炉操作人员进行轮训，提高他们的理论水平和操作技能，确保加热炉的正确操作；长周期保持在较高的运行指标之上。若热效率提高1%（即平均热效率92.33%~93.33%），则每年的经济效益达9千万元以上。

芳烃炉、热媒炉、其它炉要做的工作是：

① 优化换热，降低管式炉热负荷，是减少燃料消耗、降低装置能耗最直接、最有效的措施。

② 采用高效节能的燃烧器，改善燃烧效果[3]。要根据加热炉型和燃料品质，选用不同种类的高效节能燃烧器。

③ 增设或改进余热回收设施，有效降低排烟温度。对于排烟温度超过200℃的炉子，效果更为明显。

通过采取上述措施，这三类加热炉的热效率提高1%以上是完全有可能的（即平均热效率87.68%~88.68%），则每年的经济效益可达5千万元以上。 5 结束语

通过加热炉运行监测及分析，意味着在加热炉方面的节能增效潜力巨大，目前存在的上述问题已得到相关企业各级领导及管理人员所重视，但还应该使这个认识深入到每个操作人