作為高耗能產(chǎn)業(yè)的石油和化學(xué)工業(yè)，60%的能源是通過工業(yè)爐（窯）消耗的。我國石油和化工產(chǎn)品生產(chǎn)采用的工業(yè)爐（窯）量大面廣，提高工業(yè)爐（窯）能效，是石化工業(yè)節(jié)能降耗、減少二氧化碳和粉塵排放的重要途徑。因此，業(yè)內(nèi)企業(yè)非常重視采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，提高工業(yè)爐（窯）的能源利用率。而且，工業(yè)鍋爐窯爐節(jié)能改造既是工信部提出的“十二五”重點(diǎn)節(jié)能工程，也被列入了國家發(fā)改委支持的5項(xiàng)節(jié)能工程。在上月底召開的第八屆全國石油和化工節(jié)能論壇暨工業(yè)爐（窯）集成節(jié)能技術(shù)研討會上，部分石化企業(yè)分享了他們的節(jié)能經(jīng)驗(yàn)。在他們看來，減小工業(yè)爐的能耗雖然不易，但只要多想一想，往往一個小細(xì)節(jié)上的改動，就能在經(jīng)濟(jì)效益和社會效益方面取得大收獲。
優(yōu)化設(shè)計，源頭節(jié)能是關(guān)鍵
據(jù)中國化工節(jié)能技術(shù)協(xié)會駐會副理事長方曉驊介紹，目前，化學(xué)工業(yè)每年消耗能源3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，且60%是通過工業(yè)爐（窯）消耗的。比如：生產(chǎn)乙烯的裂解爐和加熱爐約有200個；電石爐包括密閉爐和內(nèi)燃爐，約有400個，其中60%是內(nèi)燃爐；生產(chǎn)黃磷的電爐，不同容量的約有150個，大多數(shù)是小型電爐；純堿生產(chǎn)所使用的煅燒爐和石灰窯，約100個（座）；合成氨生產(chǎn)用煤氣發(fā)生爐、變換爐、氣化爐、一段轉(zhuǎn)化爐、二段轉(zhuǎn)化爐，約有4500個；生產(chǎn)鈣鎂磷肥的高爐約有60個；生產(chǎn)炭黑的工業(yè)爐約有100個；生產(chǎn)硫酸以硫黃為原料的焚硫爐和以硫鐵礦為原料的沸騰焙燒爐約有2000個；生產(chǎn)鹽酸的合成爐約有150個；生產(chǎn)泡花堿的工業(yè)爐約有60個；生產(chǎn)其他無機(jī)化工產(chǎn)品、有機(jī)化工產(chǎn)品的工藝爐和加熱爐，更是量大面廣。
重灰煅燒A爐汽室大修是南化公司連云港堿廠近期的重要項(xiàng)目。此次大修將重點(diǎn)解決蒸汽系統(tǒng)瓶頸問題，消除影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的隱患，確保在當(dāng)前黃金生產(chǎn)期內(nèi)產(chǎn)能效益雙提升。圖為煅燒車間技術(shù)人員正在查看爐汽室內(nèi)部情況。 （特約記者 朱華南 攝）
“工業(yè)爐的能耗受多個因素的影響，但是節(jié)能的主要措施一般都離不開優(yōu)化設(shè)計、改進(jìn)設(shè)備、回收余熱利用、加強(qiáng)監(jiān)測控制和生產(chǎn)管理等。”方曉驊告訴記者。
川化股份有限公司化肥廠就是從優(yōu)化設(shè)計著手，來實(shí)現(xiàn)工業(yè)爐節(jié)能目標(biāo)的。據(jù)悉，該廠于1990年建成了國內(nèi)首套國產(chǎn)化日產(chǎn)600噸合成氨裝置，到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行了21年。因運(yùn)行年限較長，一段爐對流段6組盤管均出現(xiàn)了結(jié)垢嚴(yán)重的現(xiàn)象，換熱效率持續(xù)下降，嚴(yán)重影響了一段爐煙氣余熱的回收，造成了裝置能耗上升。在裝置大修中多次對一段爐對流段盤管進(jìn)行人工清洗，排煙溫度較清洗前雖有所降低，但排煙溫度與設(shè)計值相差仍然很大，大量高溫?zé)煔夥趴赵斐裳b置能耗上升。
山西豐喜華瑞煤化工有限公司2臺35噸循環(huán)流化床鍋爐耐火材料換為可塑料后，熱效率提高了15%。圖為該公司技術(shù)人員正在對2號鍋爐進(jìn)行改造。（閆俊榮 攝）
川化股份有限公司副總經(jīng)理郭彥介紹說，為了降低排煙溫度，充分回收煙氣余熱，2011年10月至2012年1月，公司對日產(chǎn)600噸合成氨廠一段轉(zhuǎn)化爐的對流段進(jìn)行了節(jié)能改造，將對流段的盤管進(jìn)行了重新布置。具體改造包括：在原料天然氣盤管后增設(shè)一組煙氣廢熱鍋爐盤管；將原蒸汽過熱盤管增設(shè)高溫段(熱端)，并用U型管與低溫段（冷端）連接；將空氣—蒸汽預(yù)熱盤管與混合原料氣盤管位置進(jìn)行交換；全部換熱管均改用翅片管。
對于這次技改的效果，郭彥給記者算了一筆賬：公司在今年3月開車后，煙氣排煙溫度從210℃下降到160℃，接近設(shè)計值151℃，從而大大降低了煙氣余熱損失；技改后噸氨能耗下降了約2.5吉焦，噸氨的天然氣消耗降低63.174立方米，每天可節(jié)約成本56856.6元，每月可節(jié)約170.5698萬元。
江西六國化工有限責(zé)任公司熱電2號35T/H煤粉爐節(jié)能技改項(xiàng)目實(shí)施后，煤粉爐的噸蒸汽煤耗由原來的230千克下降為180千克。圖為該項(xiàng)目點(diǎn)火煮爐現(xiàn)場。（特約記者 黃耀振 攝）
通過優(yōu)化設(shè)計來提高工業(yè)爐能源利用率的還有中國石化股份有限公司茂名分公司。在改造前，該公司乙烯裝置裂解爐H-111運(yùn)行中存在運(yùn)行負(fù)荷不能達(dá)到設(shè)計值、排煙溫度高、熱效率低以及運(yùn)行周期短等問題，且原設(shè)計為兩臺裂解爐共用一臺風(fēng)機(jī)，不利于爐膛負(fù)壓的控制及節(jié)能降耗。
通過可行性分析研究，中國石化化工事業(yè)部選定該爐作為樣板爐進(jìn)行改造。改造內(nèi)容主要包括：輻射段爐管由48U型改為CBL-V改進(jìn)2-1型爐管；上原料預(yù)熱段6排管束更換并增加14排管束，以及增加4排鍋爐給水預(yù)熱段；引風(fēng)機(jī)電機(jī)改為變頻控制；輻射段爐管安裝扭曲片；對輻射爐膛保溫襯里全面更換。
部分石化企業(yè)齊聚成都，共同探討工業(yè)爐（窯）的節(jié)能技術(shù)。 （本報記者 鄭璐 攝）
茂名分公司工藝主管師崔俊華告訴記者：“這次樣板爐改造，時間緊、任務(wù)重、質(zhì)量要求高、施工難度大，但通過我們的精心組織，不斷優(yōu)化施工統(tǒng)籌，使裂解爐恢復(fù)了設(shè)計運(yùn)行負(fù)荷，運(yùn)行周期提高至100天以上，熱效率由改造前的92.6%提高至95.6%。”
加強(qiáng)監(jiān)測，處處找尋節(jié)能點(diǎn)
我國工業(yè)爐的能源消耗大，浪費(fèi)嚴(yán)重，普遍存在空氣過剩系數(shù)過大的問題，這主要是由于調(diào)節(jié)手段的落后。因此，提高熱工檢測與控制技術(shù)水平，特別是采用微機(jī)控制系統(tǒng)，及時精確配合和控制對減小工業(yè)爐的能耗非常重要。諸如加熱爐各主要過程變量的定量控制，爐溫與燃料流量的串級控制，燃料與助燃空氣的比值控制以及煙道廢氣的含氧量控制等，具有很大的節(jié)能潛力。
在河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司的工業(yè)生產(chǎn)中，風(fēng)機(jī)和水泵是主要的耗電設(shè)備。風(fēng)機(jī)的流量控制是通過調(diào)節(jié)擋板的開度來實(shí)現(xiàn)的。然而這種方法能耗較高，經(jīng)濟(jì)效益較差，造成設(shè)備損壞快，維修難度大，運(yùn)行費(fèi)用高。在實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)需求的風(fēng)量會隨工況、產(chǎn)量的變化而變化，相當(dāng)大部分功率消耗在擋板的截流過程中，從而造成能源的極大浪費(fèi)。
該公司電氣車間助理工程師劉炎指出，高壓變頻調(diào)速控制作為一種新型的調(diào)速方法，其性能優(yōu)于其他調(diào)速方式，是現(xiàn)代化大型企業(yè)廣泛采用的一種節(jié)能控制手段。高壓變頻器在中原大化鍋爐引風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用所取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益是顯而易見的：一方面節(jié)約電能損耗，降低了鍋爐給水成本；另一方面增大了系統(tǒng)調(diào)速范圍，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性，大幅節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。另外，變頻器高精度、寬范圍的無級調(diào)速功能，不僅可以全面滿足流量的動態(tài)調(diào)節(jié)需要，而且變頻器屬于高度智能化的新型設(shè)備，完全可以實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率和機(jī)組自動化水平的要求。
劉炎透露，經(jīng)過變頻改造后，在滿足鍋爐正常運(yùn)行的情況下，電動機(jī)所消耗的有功功率明顯減少，從原來的605.36千瓦降到330.52千瓦，下降了274.84千瓦，節(jié)電率為45.4%。按0.35元/千瓦時的電價計算，年運(yùn)行小時數(shù)按8680小時計，年可節(jié)約電量2385611千瓦時，年節(jié)約電費(fèi)83.4964萬元，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)顯著。
提高熱效，回收余熱也節(jié)能
煙氣帶走的熱量占燃料爐總供熱量的30％～70％。方曉驊認(rèn)為，回收煙氣余熱的最有效和應(yīng)用最廣的方式是采用換熱器。我國近年來開發(fā)和推廣應(yīng)用的高效換熱器有片狀換熱器、噴流換熱器、插入件管式換熱器、旋流管式換熱器、麻花管式換熱器、組合式換熱器、煤氣管狀換熱器和蓄熱式換熱器等。
中國石化股份有限公司天津分公司高級工程師周天表示，在常減壓裝置中加熱爐用燃料能耗爐占裝置總能耗的80%左右，而且常減壓工藝減排在很大程度上取決于能耗的高低，其中加熱爐用燃料耗量的多少就決定了排煙量，同時煙氣中二氧化硫含量也就隨之呈比例變化，因此提高加熱爐熱效率是實(shí)現(xiàn)常減壓裝置節(jié)能減排的重點(diǎn)。
據(jù)悉，中國石化股份有限公司天津分公司煉油部聯(lián)合二車間常減壓裝置共有兩臺管式加熱爐，分別是常壓加熱爐與減壓加熱爐，熱負(fù)荷分別為27.8兆瓦和9.2兆瓦。該裝置使用的熱管式余熱回收系統(tǒng)自裝置建成投產(chǎn)已使用14年，從目前傳熱效果及以往設(shè)備檢修的情況來看，預(yù)熱器熱管損壞失效嚴(yán)重，是造成排煙溫度高、排煙熱損失大的重要原因。此外，加熱爐輻射室及對流室爐管傳熱效率低，造成加熱爐熱負(fù)荷高。
周天告訴記者，針對上述情況，車間在2008年設(shè)備大修中對加熱爐余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行了整體更新，采用了鋼水熱管加擾流子兩段空氣預(yù)熱/煙氣冷卻的方式，提高傳熱效果。同時進(jìn)行了加熱爐燃料系統(tǒng)改造，加熱爐爐管更新與除垢，對流室吹灰器維修，預(yù)熱器吹灰系統(tǒng)改造等。在這些措施實(shí)施后，加熱爐排煙熱損失大幅降低，熱效率提高到91％以上，加熱爐煙氣中二氧化硫含量也得到下降，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。
此外，中國石油長慶油田分公司在提高鍋爐、加熱爐系統(tǒng)效率方面，也摸索出一些寶貴經(jīng)驗(yàn)。該公司找準(zhǔn)節(jié)能降耗薄弱環(huán)節(jié)，大力開展高效節(jié)能燃燒器、遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料等節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，盡可能地降低集輸系統(tǒng)綜合能耗。
中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院工程師覃川介紹說，根據(jù)2009年節(jié)能檢測中心的檢測，該公司鍋爐平均熱效率為84.7％，加熱爐平均熱效率為79.4％，和中國石油平均水平相比還存在較大的差距。部分站點(diǎn)鍋爐、加熱爐燃燒效率過低，造成能源浪費(fèi)巨大。
通過分析，長慶油田分公司決定針對能耗高、效率低的簡易火嘴更換高效節(jié)能型燃燒器，確保空氣系數(shù)2，確保加熱爐節(jié)能高效運(yùn)行；并利用大修時間在油水盤管噴涂遠(yuǎn)紅外節(jié)能涂料以提高加熱爐熱效率，減少燃料消耗量。2010年針對隴東油田熱效率不合格的74臺加熱爐實(shí)施了高效燃燒器技術(shù)，平均提高熱效率達(dá)4.16%。2010年對106臺加熱爐實(shí)施了遠(yuǎn)紅外噴涂技術(shù)，平均提高熱效率達(dá)4.07%。
