加熱爐煙氣余熱回收技術(shù)探討

熊飛（大慶油田第八采油廠基建工程管理中心，黑龍江 大慶 163000）

加熱爐煙氣余熱回收技術(shù)探討

熊飛（大慶油田第八采油廠基建工程管理中心，黑龍江 大慶 163000）

加熱爐是油田集輸系統(tǒng)中常用的水加熱設(shè)備，在使用時會消耗大量天然氣。加熱爐在燃燒加熱的過程中會產(chǎn)生250℃-300℃、1000m3/h左右的高溫?zé)煔?，這是由于火管加熱爐僅僅只兩回程的結(jié)構(gòu)所致，500mm—1000mm的管徑，快速的煙氣流量，使得許多熱能未能及時吸收，就排入了大氣中。目前聯(lián)合（轉(zhuǎn)油）站加熱爐，單爐年平均耗氣量在70萬m3左右，平均排煙溫度在200℃～300℃。利用現(xiàn)有的高科技產(chǎn)品進對加熱爐進行聚能換熱，把排入大氣的煙氣溫度降下來，把燃燒掉的天然氣耗氣量降下來，是節(jié)能減排的重點。

聚能換熱；節(jié)能減排

在火管鍋爐中，煙氣和水通過與火管壁的間接換熱進行熱交換，由于煙氣側(cè)的換熱系數(shù)遠小于水側(cè)的換熱系數(shù)，所以如何強化煙氣側(cè)的換熱就成了提高火管鍋爐換熱效率的關(guān)鍵點。本文介紹的兩種新技術(shù)，從強化煙氣側(cè)的輻射傳熱和對流換熱兩方面出發(fā)，對傳統(tǒng)的火管鍋爐進行技術(shù)改造，提高火管鍋爐傳熱效率，從而達到節(jié)能降耗的目的。

1 聚能換熱巢在火管鍋爐中的應(yīng)用

聚能換熱巢安放在火管尾部，由于彈性金屬網(wǎng)自身具有較強的彈性，且火管呈圓筒狀，將聚能換熱巢做成圓柱形安裝在火管內(nèi)時，其與管壁的接觸非常好，接觸熱阻極??；加上換熱巢很高的比表面積、良好的導(dǎo)熱性能以及對空氣的擾動等作用，火管內(nèi)煙氣側(cè)的傳熱性能得到大大的強化，最大限度地利用了煙氣的熱量。該技術(shù)已在多個火管鍋爐節(jié)能改造工程中應(yīng)用，經(jīng)測試使用高效聚能換熱巢后，煙氣出口溫度從300℃調(diào)整到了100℃左右，節(jié)能率達到了20%～30%，節(jié)能效果非常明顯。

2 熱輻射強化劑在火管鍋爐中的應(yīng)用

熱輻射強化劑是一種對爐膛內(nèi)的熱輻射有超高吸收率和發(fā)射率（≥0.93）的功能型高效節(jié)能材料,可適應(yīng)酸性、中性、堿性等多種環(huán)境，通過改善爐內(nèi)熱交換達到增加熱效率、節(jié)能降耗和保護爐襯的目的。廣泛應(yīng)用于冶金、化工、石化、機械、火電、陶瓷等行業(yè)的工業(yè)窯爐、電站鍋爐、民用鍋爐及各種民用炊具等領(lǐng)域。

2.1 熱輻射強化劑原理

熱輻射強化劑采用表面粉末冶金強化技術(shù)，將多尺度超細防護粉體快速滲透到金屬表層之內(nèi)，與表層金屬結(jié)合并形成微觀致密的多尺度復(fù)合晶型結(jié)構(gòu)。這種組織結(jié)構(gòu)中，接近金剛石的硬度及接近金屬本體的韌性，使其具有超強的耐磨和抗沖刷能力；極其致密的微觀結(jié)構(gòu)，使其具有完美的抗氧化防燒損作用；穩(wěn)定的復(fù)合晶型結(jié)構(gòu)，使其具有良好的耐高溫特性；完全惰性的特殊復(fù)合表面結(jié)構(gòu)使其具有獨特的耐酸堿腐蝕性。

2.2 熱輻射強化劑在火管鍋爐中的應(yīng)用

強化劑能夠在不改變鍋爐原有結(jié)構(gòu)和燃燒方式的情況下，通過提高火管壁內(nèi)層的輻射吸收率，改善火管內(nèi)煙氣側(cè)的輻射傳熱性能，從而達到提高煙氣側(cè)傳熱效率目的。

此外，應(yīng)用熱輻射強化劑后，火管的內(nèi)側(cè)壁溫相比沒有噴涂強化劑時更加均勻，（圖5）使得金屬管壁的局部熱應(yīng)力減小，金屬管出現(xiàn)鼓包變形、泄漏等故障的概率降低；同時金屬管壁的耐磨和抗沖刷能力，以及抗腐蝕、抗抗氧化能力也得到了增強，金屬管壁的燒損減明顯減少，有效延長了爐管的使用壽命。

3 技術(shù)改造方案

在Y油田加熱爐安裝煙氣余熱回收節(jié)能裝置6套（安排在A轉(zhuǎn)油站3套，B轉(zhuǎn)油站3套）。A轉(zhuǎn)油站目前不能完全使用伴生氣生產(chǎn)，B轉(zhuǎn)油站每日消耗干氣量約2200m3，B轉(zhuǎn)油站夏季停運干氣，冬季每日消耗干氣量約2000m3。安裝煙氣余熱回收裝置后可降低2座轉(zhuǎn)油站的耗氣量。在兩個火管的尾端3m處，安置6個聚熱巢（每支火管安置3個聚熱巢，聚熱巢的直徑為800mm，長度1000mm，兩巢間距800mm），將高溫?zé)煔獾臒崮芪詹鲗?dǎo)給火管管壁，提高熱效率。

4 火管鍋爐在應(yīng)用兩種節(jié)能技術(shù)后的效果

多功能熱輻射強化劑和高效聚能換熱巢兩種節(jié)能技術(shù)在火管鍋爐已經(jīng)有了初步的應(yīng)用，經(jīng)過實際測量和記錄，經(jīng)過節(jié)能改造后的火管鍋爐節(jié)能效益非常明顯。

經(jīng)過節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心對B轉(zhuǎn)由站1#、2#加熱爐進行涂刷熱輻射強化劑及安裝聚能換熱巢前后數(shù)據(jù)檢測，B轉(zhuǎn)由站1#加熱爐安裝后加熱爐爐效由安裝前74.05%提高至81.06%，節(jié)氣率8.17%。B轉(zhuǎn)由站2#加熱爐安裝后加熱爐爐效由安裝前72.75%提高至80.01%，節(jié)氣率9.04%。加熱爐爐效平均提高7%左右，平均節(jié)氣率8%左右。如果按照8%的節(jié)能率，加熱爐每年按250天工作時間，平均日耗氣量2000m3，天然氣按1.18元∕m3計算，該加熱爐每年可以節(jié)省天然氣40000m3(250天× 2000m3×8%)，節(jié)約成本4.72萬元（4000m3×1.18元∕m3）。在為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益的同時，還減少了溫室氣體CO2排放7.9萬噸，實實在在的做到節(jié)能減排。

5 結(jié)語

（1）節(jié)能換熱巢和熱輻射強化劑在火管加熱爐上的使用，可加快加熱爐升溫速度，提供爐效，降低燃料用量，經(jīng)試驗和試用，其節(jié)能率在8%以上。

（2）安裝簡便，因為換熱巢采用拼接組合式，一臺雙火管加熱爐從拆卸燃燒器、除銹清垢、噴涂強化劑到拼裝換熱巢、復(fù)原燃燒器，4-5個工人的安裝工時在3-4小時，安裝完畢后即可點火烘爐使用。

（3）投資回報快，每臺加熱爐的投資和節(jié)能效益相比，基本可以做到3年達到平衡，并達到節(jié)能減排的社會效益；而換熱巢用于采用耐熱不銹鋼制作，其使用壽命在5年以上的，稱得上物有所值。

熊飛（1983-），男，2010年畢業(yè)東北石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)在大慶油田第八采油廠基建工程管理中心從事施工管理工作。