焦油管式炉余热利用实践

随着社会的发展，可利用的能源原来越少，节约能源消耗已是亟待解决的问题。加热炉是能耗大户，在我国用能量约占全国总用能量的19%。加热炉大部分为火焰炉，各种火焰炉都是通过燃料燃烧，将其化学能转变为热能来满足各种加热工艺要求的。但是，燃烧生成的烟气排出炉外时，带走供入热量35%~68%的热量，较大地降低了炉子的热利用效率。所以充分、有效地回收烟气余热是可以大幅度降低炉子用能的重要途径。

随着社会对环境保护的重视，对排入大气的烟气要求越来越严格。加热炉在燃烧过程中产生大量的高温烟气，排至大气而形成热损失，而其中的烟尘、CO和NO_x等有害气体也随烟气排入大气，造成环境污染。结果是既浪费了资源又危害了人类自己。提高加热炉效率、降低环境污染，已经成为加热炉用户要解决的重要问题。

一.工艺概述

该厂焦油蒸馏采用一塔式常压切取窄馏分的工艺。经过较终脱水的无水焦油由二段焦油泵经无水焦油换热器进入管式炉加热，焦油出炉温度达390~405℃，而后进入二次蒸发器，在二次蒸发器内焦油闪蒸，分离成沥青和混合气，塔底中温沥青经过聚合制得改质沥青，也可与蒽油配置得燃料油。焦油出炉温度根据原料性质，处理量，产品变化及二段焦油泵压力等因素而定。管式炉加热用煤气作为燃料，煤气流量根据焦油出管式炉温度进行调节。焦油管式炉为立管圆筒型加热炉。

二.改造方案

1.     原系统分析

①  废气温度高，热损失大

焦油装置的管式炉加热用燃料为焦炉煤气，助燃空气依靠炉膛负压自然吸入，废气经过对流段后直接经烟囱排放大气，正常状态下，焦炉煤气平均耗量约为900m³/h，空气系数为1.3，废气温度在350℃以上。通过燃烧计算，废气排放量为5836m³/h，废气热损失为3179Kj/h,估算炉子热效率为76.4%，因此有必要对废气余热加以利用，提高管式炉的热效率，节约焦炉煤气耗能。

②  管式炉燃烧器影响热效率

管式炉共有6个燃烧器，圆周等距的安装在炉子底部。燃烧时形成的火焰向上扩散燃烧，空气在炉膛负压的作用下自然吸入。火焰的刚度不足，在炉膛内停留时间短，废气温度高，造成管式炉的热效率降低，煤气耗用量上升。

2.     改造方案

①  利用高温废气预热空气

高温烟气预热利用系数工艺技术采用热管空气预热器。将原管式炉烟囱用调节翻版隔开，翻版前引一根DN900的支管将烟气引至热管空气预热器，预热空气并降低排烟温度后，经烟气引风机引回原烟囱排放至大气中。在空气预热器前增加一台鼓风机，将助燃空气鼓入预热器提高入炉温度后，送至加热炉6个燃烧器。

为了保证运行的安全，在系统内设计了监控系统，用于控制烟气余热利用系统的鼓风机、引风机和蝶阀的运行状态，测试设备的热工参数。如系统发生故障，则发出声光启动紧急信号，并输出相应的控制讯号，使系统可顺利切换到自然通风状态，保护加热炉的安全可靠运行。当引风机发生故障时，正常操作中处于常关状态的烟囱管道上的翻板阀打开，烟气由烟囱排放至大气，同时燃烧器前的自动快开风门打开，保证燃烧器的正常工作，系统恢复到改造前的自然通风状态，确保生产正常进行，预热器进出口烟道的两个蝶阀关闭。引风机修复后，各处的阀门均可按指令回复到先前状态，整个系统进入余热利用的正常运转状态。

②  对流段增加一段焦油管

原先一段焦油泵出来的焦油进入原料焦油换热器与导热油换热后，直接进入下一次蒸发器。为了充分利用烟气的余热，讲一段焦油泵出来的焦油与导热油换热后，先进入管式炉对流段，利用炉子余热对一段焦油进一步加热，而后再进入一次蒸发器。这样，既可以降低烟气温度，提高炉子热效率，又可以提高一段焦油温度，稳定蒸馏系统生产。因此，在对流室内新增两排翅片管，具体改造方案如下：

⑴  原对流室较上层螺旋你翅片上抬354mm。并在其下面增加两层共11根同样的螺旋翅片管，增加换热面积10.57m³。

⑵  对流室顶罩抬高300mm，炉门框上梁抬高300mm，侧柱向上增加300mm，对流室炉门及侧板均向上增加300mm。

⑶  烟囱支架整体上抬354mm,原烟道翻版改为电动蝶阀；烟囱翻版两侧各增加一个DN900烟气进出接口。

③  管式炉燃烧器改造

改造后燃烧器采用中威效率高节能型燃烧器，安装在原位置上。煤气喷嘴顶部呈圆台状，煤气喷口开设在圆台的侧面，煤气喷口由原先的16改为12个。空气由燃烧通风改为强制通风，在炉底中部制作安装一圆柱形风箱，将预热器来的热空气通过这一中心风箱放射性地分配到每只燃烧器的空气喷管里，每只燃烧器均设有空气翻版调节进风量的大小。

④  管式炉炉膛改造

该管式炉炉膛采用高铝轻质耐火浇注料作为炉墙耐火层，使用两年后出现不规则裂缝和局部出现大面积脱落的现状，对炉膛进行改造。采用高铝耐火砖作炉膛耐火层。高铝耐火砖施工较复杂，需将耐火砖按炉缸形状摆放好一块一块竖缝交错砌筑；同时由于砖和耐火砂浆是相互交错砌成一个圆形体，当炉膛内部被各种火焰燃烧时，被燃烧的部位就会局部膨胀，此时砖与砖之间的0.05~1mm的砖缝就会随着温度变化伸缩。将膨胀产生的变形力化解，使炉膛保温层在燃烧升温变化大的情况下始终保持稳定状态。