某煉油廠酮苯脫蠟裝置加熱爐節能改造項目

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一、案例名稱

某煉油廠酮苯脫蠟裝置加熱爐節能改造項目

二、案例業主

該廠酮苯脫蠟裝置始建于1969年，1971年6月正式投產，經過1977年和1989年兩次大擴量改造后，裝置的設計加工能力由原來的30萬噸/年增加到52萬噸/年(其中輕油系統26.4萬噸/年、重油系統25.6萬噸/年)。酮苯脫蠟裝置由輕油系統、重油系統兩套組成，其中輕油系統為脫蠟脫油聯合裝置，重油系統為脫蠟裝置。按工藝流程裝置可以劃分為結晶單元、過濾單元、真空密閉單元、溶劑回收單元和冷凍單元五個操作單元。原料油經結晶單元用丁酮一甲苯混合溶劑稀釋、用冷凍單元制取的冷量冷卻后，蠟從中結晶析出并形成良好的結晶體，然后經過濾單元，在真空密閉單元惰性氣體形成的過濾動力的作用下分離成濾液和蠟液，分別進入溶劑回收單元，利用加熱爐的熱量回收溶劑，并將產品及副產品送出裝置。

三、案例內容

1.技術原理及適用領域

(1)板式空氣預熱器。

平板式:一種采用平行板設計制造的雙程式或多程式板式全焊式預熱器，換熱元件是由一組一組平行排列的薄板組成，厚度一般在0.8~1.5mm，根據使用溫度可選用普通碳鋼冷軋板或不銹鋼板。采用平行板片替代傳統的管狀傳熱元件。煙氣、空氣(煤氣)通過板片換熱，冷熱流體完全隔離，改變流體的流動形式，增加流體的傳熱性能。

鑄造板式:采用主板與翅片整體一次性鑄造而成，整體性好，片與主板的接觸率為100%不存在焊接熱變形和接觸率的問題，唯一的缺點是換熱板的制造難度大，換熱板壁較厚，重量較重，考慮到空氣預熱器的具體工況、腐蝕情況以及鑄造工藝技術等原因，一般采用鑄鐵材質。鑄鐵板翅式空氣預熱器是國際公認的耐腐蝕性能最好的方案，目前在國外已經廣泛應用，在有腐蝕的工況上應首先考慮選用這種方案。鑄造板翅式空氣預熱器既具有板式空氣預熱器的全部優點，由于雙面密布的翅片，大大增加了換熱面積，顯著提高換熱性能:又具有優異的耐腐蝕和耐磨性能，目不易積灰，大幅度提升了空氣預熱器的使用壽命。

由于鑄造板翅式空氣預熱器的諸多優點，模塊化設計便于布置流程，方便改造舊預熱器;投資回收期短，使用壽命長，投資回報大;換熱效率高，排煙溫度更低，節能效果顯著，使用穩定可靠，可以滿足高效長周期的運行。

基于以上比較，根據各加熱爐操作工況及現場的實際情況，該項目采用板式預熱器方案，既高溫段采用平板式，低溫段采用鑄造板式，加熱爐共用一臺聯合預熱器，將排煙溫度由170℃降至110℃C。

(2)全封閉加熱爐技術。

根據加熱爐節能技術的特點，全封閉加熱爐是提高加熱爐運行熱效率的有效途徑。通過對加熱爐立體采用全封閉技術，降低爐體的漏風量，特別是輻射室，實際運行數據表明，加熱爐輻射室空氣泄漏對加熱爐傳熱的影響遠大于對流室，其最直接的影響就是降低輻射室煙氣溫度，使煙氣的輻射換熱效率大幅降低，為提高加熱爐的傳熱效率，需要提高輻射室溫度來增加輻射傳熱效率，同時由于輻射室煙氣溫度的提高和煙氣量的加大，增加對流室對流換熱的負擔，雖然在熱負荷上滿足熱量的需求，但煙氣出對流室的溫度升高，也相應增加煙氣預熱回收系統的負擔，導致爐壁溫度、排煙溫度升高。

采用以下新技術保證全爐密封:

①采用圓形防爆門。在防爆門的泄爆面設有利于密封的凹凸溝槽，并在凹槽里填充硅酸鋁纖維編織帶，用以保證防爆門的可靠密封。

②采用帶密封性能較好的看火門，并在看火門內部設置一個帶把手的耐火纖維塞，可以有效降低看火門開孔處的爐壁溫度。

③內襯保溫材料彎頭箱門。對流室彎頭箱采取封閉措施，防止煙氣外泄和空氣進入對流室。

④加熱爐進出管口采用套管密封技術，防止滲水和因爐管受熱膨脹、振動引起的煙空氣泄露。

⑤對流室襯里采用輕質澆注料進行修復;輻射爐底采用30mm硅酸鋁棉毯+205mm輕質澆注料+65mm耐火磚，將爐底耐火層做到300mm厚:輻射側壁襯里采用50mm輕質澆注料+150高鋁纖維噴涂料，將側壁耐火層做到200mm厚，輻射爐頂采用220mm高鋁纖維噴涂料:同時由于輻射襯里的纖維噴涂料孔隙率較大，為防止煙氣通過襯里結構滲入輻射輻射壁板和錨固釘造成襯里的脫落，特在輻射壁板內表面和錨固釘上涂刷防露點腐蝕涂料。

通過全封閉加熱爐技術改造，將加熱爐煙氣氧含量由13%降至5%以下，熱效率提高約4%

(3)低壓變頻技術。

為了滿足工藝生產的波動及生產應急需要，各機械設備在配用動力驅動設計過程中，基本都留有富余，正常生產期間，電機難以在滿負荷狀態下運行，嚴重浪費了電能資源。通過變頻技術，可有效提高非滿負荷運行情況的用電效率，特別在泵類、風機類設備中效果明顯。風機、泵類設備采用變頻調速技術實現節能是我國節能的一項重點推廣技術。該項目在鼓風機和引風機上應用低壓變頻技術，風機電機配套使用變頻電機，可以有效實現不同工況下的頻繁變速，達到節能的目的。鼓風機頻率降至75%，節電率57%，引風機頻率降至80%，節電率49%。

2.節能改造具體內容

酮苯脫蠟裝置改造前共4臺管式加熱爐，分別為輕去蠟油加熱爐(F301)、輕蠟加熱爐(F302)、重去蠟油加熱爐(F401)、重蠟加熱爐(F402)，均建于20世紀七十年代，這四臺加熱爐都存在鋼結構及襯里老化腐蝕、排煙溫度高、熱效率低等問題，而且加熱爐余熱回收系統不完善，4臺加熱爐僅設置了2臺頂置式空氣預熱器，另外2臺加熱爐的高溫煙氣直接排入大氣，造成了能量的浪費。由于工藝上將輕蠟加熱爐(F302)物料并入重蠟加熱爐(F402)后，將兩種物料在重蠟加熱爐(F402)中混合加工，故該項目僅需考慮酮苯脫蠟裝置的3臺加熱爐:輕去蠟油加熱爐(F301)、重去蠟油加熱爐(F401)和重蠟加熱爐(F402)，

(1)輕去蠟油加熱爐(F301)。

輕去蠟油加熱爐(F301)節能改造具體包括以下內容:

①重新設計加熱爐爐管系統，并改造輻射爐管的支撐方式。

②更換輻射室襯里為新的襯里結構以降低爐壁溫度，此次改造擬將輻射室襯里進行全面的更換改造:對流室襯里采用輕質澆注料進行修復;輻射爐底采用30mm硅酸鋁棉毯+205mm輕質澆注料+65mm耐火磚，將爐底耐火層做到300mm厚;輻射側壁襯里采用80mm輕質澆注料+170高鋁纖維噴涂料，將側壁耐火層做到250mm厚。輻射爐頂采用220mm高鋁纖維噴涂料:同時由于輻射襯里的纖維噴涂料孔隙率較大，為防止煙氣通過襯里結構滲入輻射輻射壁板和錨固釘造成襯里的脫落，特在輻射壁板內表面和錨固釘上涂刷防露點腐蝕涂料。

③采用加熱爐全封閉技術，對爐體所有開口部件采用新的設備技術。更換爐體看火門、防爆門，并對彎頭箱門進行密封處理。

④拆除原有爐頂空氣預熱器，在對流室頂部新設計煙囪及密封蝶閥。

⑤爐頂增加1支測壓表，用于控制爐頂橫煙道開度及觀察壓力值。

(2)重去蠟油加熱爐(F401)及重蠟加熱爐(F402)。

重去蠟油加熱爐(F401)及重蠟加熱爐(F402)節能改造具體包括以下內容:

①更換輻射室襯里為新的襯里結構以降低爐壁溫度，此次改造擬將輻射室襯里進行全面的更換改造:對流室襯里采用輕質澆注料進行修復;輻射爐底采用30mm硅酸鋁棉毯+205mm輕質澆注料+65mm耐火磚，將爐底耐火層做到300mm厚;輻射側壁襯里采用50mm輕質澆注料+150高鋁纖維噴涂料，將側壁耐火層做到200mm厚。輻射爐頂采用220mm高鋁纖維噴涂料;同時由于輻射襯里的纖維噴涂料孔隙率較大，為防止煙氣通過襯里結構滲入輻射輻射壁板和錨固釘造成襯里的脫落，特在輻射壁板內表面和錨固釘上涂刷防露點腐蝕涂料。

②采用加熱爐全封閉技術，對爐體所有開口部件采用新的設備技術。更換爐體看火門、防爆并對彎頭箱門進行密封處理。

③拆除原有爐頂空氣預熱器，在對流室頂部新設計煙囪及密封蝶閥。

④爐頂增加1支測壓表，用于控制爐頂橫煙道開度及觀察壓力值。

(3)余熱回收系統。

此次改造重新設計余熱回收系統，取消2臺頂置式空氣預熱器及前置熱油換熱器，將3臺加熱爐的熱煙氣集中到地面的板式空預器進行換熱;新增鼓、引風機、密封蝶閥及快開風門，實現加熱爐的自動調節及安全聯鎖等功能。

具體改造內容如下:

①拆除原熱油換熱器及其余熱回收系統，新增板式空氣預熱器1臺;

②新增鼓風機、引風機各1臺,

③新增氣動快開風門6臺;

④新增氣動密封擋板10臺，手動密封擋板1臺;

⑤在空氣預熱器上部，新設計聯合煙道，

⑥新設計各爐至空預器的冷熱煙道，

⑦新設計吸風筒;

@新設計空氣預熱器至各爐底的熱空氣風道;

⑨新設計空氣預熱器的平臺、直梯。

3.項目實施情況

施工日期為2013年5月1日-2013年6月25日。自2013年9月24日項日投用至今，項目運行正爐301、爐401、爐402熱效率均達到92%以上。

四、項目年節能量及節能效益

1.年節能量

(1)改造前系統用能情況及主要參數

根據中國石化加熱爐檢測評定中心岳陽長嶺設備研究所有限公司2013年3月15日出具的《煉油三廠加熱爐F301/F302/F401/F402綜合熱效率標定報告》顯示，這四臺加熱爐的實際運行熱效率分別為81.95%、82.55%、78.63%及82.08%，熱效率遠低于同類加熱爐，造成了大量的能源浪費。

(2)節能量計算方法及項日年節能量,

根據改造前后各加熱爐進出口溫度、物料流量、瓦斯量等計算出改造前后加熱爐總的熱效率利用效率法計算出改造項目的燃氣節約量;根據改造前后的單位產品電單耗，利用單耗法計算出改造項目的節電量。

Q.=Q,xkx(nz-n,) ÷n?+M;xk?x(e,-eb)

式中:

-系統節能量，單位為噸標準煤(tce)

-基期燃氣耗量，單位為噸;

k,--燃氣折標準煤系數;

n1-基期系統運行效率;

n2--統計報告期系統運行效率,

M:--基期產品產量，單位為噸;

k,--電的折標準煤系數;

基期的單位產品電耗，單位為kW·h/t;

-統計報告期的單位產品綜合能耗，單位為kW·h/t。eh

①改造前加熱爐效率計算。

改造前各加熱爐都安裝有燃料計量表，但由于缺乏維護保養及儀表標定校準，計量的燃料消耗量與實際燃料消耗量存在較大偏差。該報告采用計算方法求取瓦斯氣的放熱量。

首先通過改造前各爐進出口溫度、各溫度對應的丁酮和甲苯的焓值、進料量等信息，可以計算出各爐的吸熱量;根據用能單位提供的由中國石化加熱爐檢測評定中心岳陽長嶺設備研究所有限公司出具的煉油三廠加熱爐F301/F302/F401/F402綜合熱效率標定報告，改造前加熱爐F301/F302/F401/F402綜合熱效率分別為81.95%、82.55%、78.63%和82.08%;根據燃料放熱量=吸熱量/效率，可以得到各爐的放熱量:因此加熱爐總體熱效率=總吸熱量/總放熱量。

根據《石油煉制工程(第三版)》(林世雄主編，石油工業出版社)、《潤滑油溶劑脫蠟》(石油化學工業出版社，1976年出版)，各物質物化性質經過簡要計算，最終結果如表1、2所示。

表1 各物質物化性質

表2 丁酮、甲苯各溫度對應的焓值

查看用能單位的生產日志，得到基期各爐進料情況，如表3所示。

表3 改造前各加熱爐進料情況

續表

續表

各加熱爐進出口溫度如表4所示。

表4 改造前各加熱爐進出口溫度

以爐301為例，吸熱量=丁酮吸熱量+甲苯吸熱量+輕去蠟油吸熱量;

丁酮吸熱量=出口熱量-進口熱量，

丁酮進口熱量=丁酮流量x丁酮進口焓值

=12604.58x1000x56.655

=714112480kcal;

丁酮出口熱量=丁酮流量x丁酮出口焓值

=12604.58x1000x175.515

=2212292859 kcal;

因此，丁酮的吸熱量為:

2212292859kca1-714112480kcal=1498180379kcal.

同理，甲苯吸熱量為1403233936kcal，輕去蠟油的吸熱量為699452330kcal，即爐301的吸熱量為3600866645 kcal。爐301的效率為81.95%，因此，爐301消耗瓦斯氣的放熱量為:

3600866645 kcal:81.95%=4393980043kcal.

爐302、401、402的計算方法與爐301的計算方法一致，計算結果如表5所示。

表5 各加熱爐計算結果

因此，改造前加熱爐的總體效率為81.21%。

②改造后加熱爐效率計算。

改造后在燃氣總管上新安裝了一臺燃氣流量計，用于計量3臺加熱爐的瓦斯氣消耗量。通過改造后各爐進出口溫度、進料量、各物料比熱、汽化潛熱等信息可以計算出各爐的吸熱量，根據燃料量、組成成分以及各組分的熱值可以算出燃料的總放熱量，因此加熱爐總體熱效率=總吸熱量/總放熱量。

表6 改造后各加熱爐進料情況

各加熱爐進出口溫度如表7所示。

表7 改造后各加熱爐進出口溫度

以爐301為例，吸熱量=丁酮吸熱量+甲苯吸熱量+輕去蠟油吸熱量;

丁酮吸熱量=出口熱量-進口熱量,

丁酮進口熱量=丁酮流量x丁酮進口焓值

=13088.92x1000x56.655=741552762.6kcal:

丁酮出口熱量=丁酮流量x丁酮出口焓值

=13088.92x1000x175.515=2297301793.8kcal;因此，丁酮的吸熱量為:

2297301793.8kcal-741552762.6kcal=1555749031.2cal。

同理，甲苯吸熱量為1457154349kcal，輕去蠟油的吸熱量為725427050.2kcal，即爐301的總吸熱量為3738330430kcal。

爐401、402的計算方法與爐301的計算方法一致，爐401的吸熱量為1847224258kcal，爐402的吸熱量為1526316068kcal，因此各加熱爐的總體吸熱量為7111870756kcal。

根據用能單位提供的瓦斯氣的流量、成分、各成分的體積含量、發熱量，計算得出瓦斯氣的發熱量為7773777472kcal。計算過程如下:

北京燕山分公司質量監督檢驗中心(具有《中國合格評定國家認可委員會實驗室認可證書》注冊號CNAS L4966)每周對瓦斯氣成分進行檢測，本次審核采取抽樣方式，從2014年1月3日起，每隔7天選取一個檢測結果，共選取了22個瓦斯氣成分檢驗結果，取平均值作為計算發熱量依據。瓦斯氣成分結果見表8。

根據表8:

瓦斯氣的平均密度=Σ(體積分數x密度)=0.8337kg/m3

瓦斯氣的體積流量=877.2x103-0.8337=1052189.4 m.

根據各成分的體積分數、低位發熱量可以得出瓦斯氣的低位發熱量=Σ(體積分數x低位發熱=30889.75kJ/m3:

總發熱量=1052189.45x30889.75:4.1816=7772592568 kcal;

改造后加熱爐的總體效率=7110231496:7772592568=91.48%。

表8 瓦斯氣成分及發熱量計算表

改造后各月瓦斯氣流量如表9所示。

表9改造后各月瓦斯氣流量

③加熱爐電單耗計算。

改造前各加熱爐的耗電量沒有計量。根據用能單位提供的由中國石化加熱爐檢測評定中心岳陽長嶺設備研究所有限公司出具的煉油三廠加熱爐F301/F302/F401/F402綜合熱效率標定報告，改造前加熱爐的電功率為62.66kW。改造后新更換了一臺鼓風機和一臺引風機，通過加裝變頻裝置調節鼓引風量，并新加裝了電能計量裝置。根據表10，改造后平均月耗電量為42453.6kW'h。

表10 改造后鼓風機、引風機耗電量

因為各加熱爐產品的品種、產量、工藝溫度、甲苯和丁酮的混合比例不同，因此不同產品的熱單耗不同，其電單耗也不同。電耗主要用于鼓引風機，因此電單耗與熱單耗存在正比例關系。不同產品的電單耗不同，無法直接進行產品單耗計算，故將爐301的產品輕去蠟油作為標準產品，對重去蠟油、重蠟膏、蠟下油分別按標準產品進行產量折算。

表11 改造后產品產量折算

根據表12，改造后月平均標準產品產量為:

13639.2x1+6794.2x0.993

+8398.6x0.664

=25962.51(t)

電單耗為:

42453.6-25962.51=1.635(kW·h/t)

表12 改造前產品產量折算

根據表12，改造前月平均標準產品產量為:

13135x1+1566x4.818+9768x0.993+10955x0.664

=37653.732(t);

改造前年運行時間為8400小時，則月平均耗電量62.66x8400:12=43862 kW-h。

電單耗為:

43862:37653732=1.165(kW-h/t)。

節能量計算結果為:

Qs=Qnxk1x(n2-n1)÷n2+Mjxk2x(ej-eb)

=12691813.65x12-7000x(91.48%-81.21%):91.48%+37653.732x12x0.321x(1.165-1.635)/1000

=2368tce。

故該項目的節能量為2368tce。

2.年節能效益

該項目節約能源為煉廠燃料氣，單價2900元/噸，增加能源為電，單價0.747元/千瓦時，年節能效益約750萬元。

五、商業模式

該項目采用節能效益分享模式，項目分享期為60個月。在效益分享期內，節能服務公司與用能單位就節能效益進行分享。用能單位應當在收到付款請求之后的50個工作日內，將相應的款項支付給節能公司。在合同到期并且用能單位付清本合同下全部款項之前，該項目下的所有由節能公司采購并安裝的設備、設施和儀器等財產的所有權屬于節能公司。該合同順利履行完畢之后，該項目財產的所有權將無償轉讓給用能單位，節能公司應保證該項目設備正常運行。

六、融資渠道

項目投資為節能服務公司自有資金。