李宏冰　費伯成　李洪國　謝巖

摘要：乙烯裝置在滿足裝置正常生產(chǎn)的前提下，利用急冷水的余熱，增設(shè)空氣預(yù)熱器，對進(jìn)入裂解爐底部燃燒器的助燃空氣進(jìn)行加熱，實現(xiàn)減少裝置燃料消耗、減少CO₂排放、達(dá)到節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：裂解爐；空氣預(yù)熱器；節(jié)能

中圖分類號：TQ 221 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0460（2017）01-0108-04

乙烯裝置是石油化工企業(yè)的“龍頭”，同時也是耗能“大戶”，而乙烯裝置大部分的能量消耗在裂解爐上，乙烯裝置特別是裂解爐的節(jié)能降耗是石油化工企業(yè)節(jié)能降耗工作的重點。作為乙烯裝置的能耗大戶，裂解爐的能耗約占整個乙烯裝置能耗的60%～80%，因此，提高裂解爐熱效率，減少燃料氣消耗量，是降低乙烯裝置能耗的重要手段。乙烯生產(chǎn)企業(yè)余熱資源都比較豐富，大量的余熱資源被浪費而沒有得到利用，而且還要消耗二次能源進(jìn)行必要的處理，是一個亟待解決的突出問題。

在滿足乙烯裝置裂解爐生產(chǎn)的前提下，利用乙烯裝置區(qū)自身余熱預(yù)熱空氣技術(shù)可大大降低乙烯裂解爐的能耗。該技術(shù)適用于裂解爐底部燃燒器，通過在裂解爐底部燃燒器處增設(shè)空氣預(yù)熱器加熱入口空氣，使進(jìn)入爐膛的空氣獲得溫升，從而降低裂解爐的燃料消耗，同時減少CO₂的排放，最終實現(xiàn)節(jié)能減排，提高裂解爐的整體效率。節(jié)能系統(tǒng)不增加外界能耗設(shè)備，也不需自動控制，完全利用裂解爐自身的潛力及熱源的內(nèi)能，來推動該節(jié)能系統(tǒng)的正常運行。投用后可改善爐內(nèi)燃料的燃燒狀況，降低排煙溫度，從而提高裂解爐的熱效率。

1 基本背景

1.1 裝置背景

我國北方某大型乙烯裝置，共設(shè)置了8臺裂解爐，其中4臺重質(zhì)進(jìn)料裂解爐，3臺輕質(zhì)進(jìn)料裂解爐和1臺循環(huán)乙烷/丙烷裂解爐，用國外S$W工藝技術(shù)，裂解爐全部采用底部燃燒，1臺循環(huán)乙烷/丙烷裂解爐設(shè)置了24個底部燒嘴，其余7臺爐每臺爐底部設(shè)置了64臺燒嘴，裂解爐對原料適應(yīng)性強，裂解選擇性高，熱效率達(dá)92.9%-94%。在裝置建設(shè)之初，未設(shè)置裂解爐空氣預(yù)熱器，對乙烯裝置能耗影響較大，尤其裝置在冬季運行時，尤為明顯。

1.2 項目背景

該80萬t/a乙烯裝置自原始開車成功后，經(jīng)過一年多運行，能耗物耗有待進(jìn)一步優(yōu)化。在節(jié)能減排的要求和能源再生利用的經(jīng)濟大前提下，利用烯烴廠乙烯聯(lián)合裝置區(qū)的低溫余熱（中低壓蒸汽、蒸汽凝液、急冷水及伴熱水等），引入增設(shè)在八臺乙烯裂解爐底部燃燒器助燃風(fēng)入口處的空氣預(yù)熱器中，對進(jìn)入爐膛的助燃空氣進(jìn)行加熱，達(dá)到減少燃料氣消耗的目的（一次節(jié)能）；同時，熱源（比如急冷水）回到冷卻器時已經(jīng)被降溫，從而節(jié)約了原冷卻器的功耗，達(dá)到了二次節(jié)能的目的。因此，乙烯裂解爐應(yīng)用裂解爐空氣預(yù)熱器技術(shù)是降低全廠能耗、實現(xiàn)能源綜合利用的根本措施，十分有建設(shè)必要。

2 方案比選

2.1 流程確認(rèn)

2.1.1 加熱介質(zhì)比選

（1）乙烯裝置現(xiàn)有6種可利用的加熱介質(zhì)置區(qū)余熱源情況（表1）。

根據(jù)余熱量的不同，預(yù)熱空氣效果不同，節(jié)能的效果也不同。

（2）經(jīng)計算和結(jié)合現(xiàn)場實際，該乙烯裝置區(qū)目前可用余熱源中，首選急冷水系統(tǒng)比較合適。表2急冷水作為熱源的指標(biāo)。

經(jīng)過核算，8臺爐預(yù)熱器總計需要水量約為1320-1350t/h。

2.1.2 設(shè)備對接模式

正常情況下，在燃燒器水平進(jìn)風(fēng)風(fēng)道的入口處，加裝空氣預(yù)熱器裝置。1～7號七臺爐，都是雙輻射段爐膛。每個爐膛底部布置兩列燃燒器，每列16臺，因此每臺爐共計是64臺底部燃燒器。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，1～7號七臺爐的預(yù)熱器布置方式設(shè)計為：每臺爐兩端部分的可采取每臺燃燒器對應(yīng)安裝兩臺空氣預(yù)熱器的形式，即“一對二”式；每臺爐中間部分的可采取每三臺燃燒器對應(yīng)安裝兩臺空氣預(yù)熱器的形式，即“二對三”式。因此，1-7號爐每臺爐將設(shè)置（8+2）臺X4列=40臺預(yù)熱器。8號爐預(yù)熱器均為“一對二”式，共計12臺預(yù)熱器，共計292臺預(yù)熱器。每臺預(yù)熱器下方架設(shè)一臺支架。

2.1.3 工藝流程確定

急冷水熱源從原管網(wǎng)引出后，經(jīng)過流量計進(jìn)入預(yù)熱器的進(jìn)水母管。進(jìn)水母管沿管廊鋪設(shè)引至爐區(qū)。再由各爐端部分別引入各進(jìn)水干管，干管分別沿各爐膛的兩側(cè)分布。熱源經(jīng)干管分布后再經(jīng)各進(jìn)水支管進(jìn)入布置在爐底燃燒器旁的各空氣預(yù)熱器，經(jīng)預(yù)熱器換熱降溫后，熱源再通過與進(jìn)水系統(tǒng)相反的流程沿回水系統(tǒng)最終回到急冷水總管。

2.2 典型的設(shè)計工況

采用乙烯裝置急冷水作為空氣預(yù)熱器的加熱熱源，按冬季和夏季兩種工況的核算結(jié)果，表3為65℃急冷水作為熱源核算表。

2.3 空氣預(yù)熱器相關(guān)參數(shù)確定

除8號爐為24臺底部燃燒器外，其他1-7號七臺爐，每臺爐都是64臺底部燃燒器，按每臺燃燒器的最大發(fā)熱量所需助燃風(fēng)量來設(shè)計每臺預(yù)熱器。空氣預(yù)熱器相關(guān)設(shè)計參數(shù)見表4。

2.4 節(jié)能效果預(yù)測

經(jīng)過計算，增加空氣預(yù)熱器后的節(jié)能效果明顯，具體見表5效益預(yù)測。

從表5可知，按急冷水熱源進(jìn)行核算，預(yù)熱后的平均空氣溫升達(dá)53.5℃的情況下，八臺爐每年節(jié)約燃料氣所創(chuàng)造經(jīng)濟效益為2920-3490萬元。效益十分可觀。

這是由于加熱空氣而節(jié)省燃料氣的效益。實際上還有其他效益，包括：

a）由于助燃空氣得到加熱，使燃燒情況好轉(zhuǎn)，燃燒效率得到提高而節(jié)省的燃料效益；

b）由于燃燒狀態(tài)得到改善，輻射段爐膛吸熱量增加，使得排煙溫度降低帶來的效益，以及燃料減少帶來C02排放量減少的減排效應(yīng)；

c）急冷水第一冷卻器冷卻水量的減少，以及帶動急冷水泵動耗的相應(yīng)減少帶來的效益。

3 項目實施及節(jié)能效果

3.1 項目實施

在乙烯裝置應(yīng)用裂解爐空氣預(yù)熱器技術(shù)，是利用裝置檢修機會對8臺爐增設(shè)空氣預(yù)熱器，以實現(xiàn)節(jié)能創(chuàng)效目的，但在2015年該企業(yè)未安排停工檢修計劃，因此此項目未能施工完畢。但為考驗該技術(shù)的節(jié)能效果，通過臨時措施，在裝置急冷水流程中引出一股用于空氣預(yù)熱器的急冷水，

2015年底實現(xiàn)了2臺裂解爐（1號爐和2號爐）的空氣預(yù)熱器的投用。

3.2 實際效果

（1）1號爐空氣預(yù)熱器投用：2015年10月9日下午1#爐投用完畢；I#HTO爐空氣預(yù)熱器投用前（9月26日至10月8日）平均燃料氣用量9751kg/h，投用后（10月10日至2015年10月25日）平均燃料氣用量9550kg/h，減少用量201kg/h。1號爐空氣預(yù)熱器投用前后燃料氣消耗見圖1。

（2）2015年11月17日投用完畢。2#爐空氣預(yù)熱器投用前（10月31日至11月16日）燃料氣平均用量10873.8kg/h，投用后（11月17日至2015年12月12日）燃料氣平均用量10655.8kg/h，減少用量218kg/h。2號爐空氣預(yù)熱器投用前后燃料氣消耗見圖2。

直接經(jīng)濟效益計算：燃料氣單價按2016年1-10月份平均價格2670.59元/t（外購天然氣）計算：1號裂解爐空氣預(yù)熱器投用至2016年11月8日，共運行了279d，直接經(jīng)濟效益12882.93元/d，總創(chuàng)效359.43萬元。2#爐空氣預(yù)熱器投用至2016年11月8日，共運行了327d，直接經(jīng)濟效益13972.53元/d，共創(chuàng)效456.9萬元。兩臺爐自投用之日起，至2016年11月8日累計創(chuàng)效359.43+456.9=816.33萬元。

兩臺裂解爐投用后運行較為穩(wěn)定，工藝指標(biāo)達(dá)到設(shè)計值。每臺爐投用前后燃料氣用量降低約200kg/h，排煙溫度降低5～7℃，風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低20r/min，裂解爐熱效率提高0.3%，E1224冷卻水用量約降低2606t/h，乙烯綜合能耗降低4.8kgOE/t。

4 結(jié)論

通過對該大型乙烯裝置內(nèi)部余熱性質(zhì)的分析，采用急冷水作為空氣預(yù)熱器的加熱熱源，并經(jīng)過兩臺裂解爐投用后效果分析，在該乙烯裝置成功應(yīng)用裂解爐空氣預(yù)熱器技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，對原有系統(tǒng)無任何潛在風(fēng)險，可以實現(xiàn)設(shè)計意圖，達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果，完全符合目前節(jié)能減排的要求和能源再生利用的經(jīng)濟大前提。