[实用新型]一种高温空气贫氧燃烧管式加热炉

说明书

技术领域

本实用新型属于炼油、石油化工领域，涉及一种炼油、石油化工、煤化工管式加热炉，具体是一种高温空气贫氧燃烧管式加热炉，该加热炉为可用于制氢、重整、转化和裂解的管式加热炉。

背景技术

在炼油工程上，采用管式加热炉始于1910～1911年间。在没有采用管式加热炉之前，原油加工方式均为釜式蒸馏，处理量小、且为间歇生产。管式加热炉的使用使炼油工业由小处理量、间歇生产转向大处理量、连续生产。目前，几乎每一套炼油、石油化工装置中都有管式加热炉，也就是说：管式加热炉几乎参与了炼油、石油化工整个生产过程。没有管式加热炉，就没有现代化的炼油、石油化工工业。

管式加热炉是炼油、石油化工装置耗能大户，其燃料耗量约占炼油、石油化工企业总能耗60％。工艺加热炉燃料耗量每降低1％，炼油、石油化工企业总能耗降低0.5％。目前全国炼油、石油化工装置管式加热炉燃料耗量约1800万吨/年。管式加热炉热效率每提高1％，炼油、石油化工企业可节省燃料20万吨/年，降低生产成本6亿元/年；少排放烟气量30亿Nm³/年。炼油、石油化工装置加热炉的燃料为国民经济发展需要液体或气体燃料。减少炼油、石油化工装置加热炉的燃料耗量对降低炼油、石油化工企业总能耗和国民经济发展的意义重大。

一般炼油装置管式加热炉的造价约占总投资的20％；裂解炉和转化炉(制氢)的造价约占装置总投资的35％。管式加热炉的造价大小直接影响着炼油厂、石油化生产装置的基建投资。炉管在高温之下操作，需要优质钢材；通常这类优质钢材其价格比一般钢材贵好几倍；炉管及回弯头的费用约占管式加热炉的造价总数的60％以上；且炉管又需要经常更换，折旧率最大，所以节省炉管钢材用量对降低管式加热炉的造价有着重要意义。减少炉管用量，就意味着提高全炉炉管平均表面热强度。被加热的油品处在高温、高压下，如果炉管某些部位因局部过热关系强度变低，高压的热油就会把炉管进裂而喷射出，会造成极严重的事故。提高全炉炉管平均表面热强度的关键是改善辐射室温度分布，降低辐射炉管受热不均匀系数，消除辐射炉管局部过热。

炼油、石油化工装置管式加热炉排放的烟气中NOx、SOx、CO₂等有害成分对操作工人和周边居民的生活或身体健康都有着直接影响。国家对加热炉排放烟气中NOx、SOx等 有害成分含量实行总量和浓度双重控制，促使石化管式加热炉向洁净燃烧、低污染排放发展。

目前在用的炼油、石油化工、煤化工管式加热炉(制氢、重整、转化和裂解管式加热炉)主要由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统五部分所组成。设计热效率90％，实际运行热效率≤87％；排放烟气中的NOx、SOx、CO2等有害成分含量也没有达到国家标准规定值。

蓄热式高温燃烧技术是20世纪90年代初在日本、美国和欧洲发展起来的一种新型燃烧技术。工作原理如图1所示。常温空气由鼓风机送入，在通过已蓄热的燃烧器蓄热体时被迅速加热至高温，温度可以达到仅比炉膛烟气温度低100℃左右。如此高温的空气喷入炉膛时，将卷吸炉膛内的烟气形成贫氧高温气流，燃料就在这种贫氧的气氛下燃烧。与此同时，引风机通过另一侧的燃烧器将烟气吸出，热烟气将热量传递给蓄热体而降温后经换向阀、引风机和烟囱排入大气。换向阀按一定的频率切换，使两侧的燃烧器在蓄热和放热的状态下交替工作。

蓄热式高温燃烧技术的特点是：燃料在贫氧环境下燃烧，NO_X的生成受到抑制，排烟中NO_X含量大大减少。空气被预热到850℃左右，燃料实现了无焰燃烧，整个炉膛形成一个温度相对均匀的高温强辐射黑体，炉膛传热效率因而显著提高。但蓄热式高温燃烧技术并不适用于炼油、石油化工管式加热炉。主要原因是：为满足炼油、石油化工装置生产工艺要求，管式加热炉被加热介质出炉温度必须稳定在规定值的±1℃，两套燃烧系统频繁换向，不能保证被加热介质出炉温度稳定，影响整个装置平稳生产。炼油、石油化工管式加热炉连续生产周期长(5年)，换向阀的切换周期为几十秒，频繁换向，不能保证炼油、石油化工管式加热炉整个运行周期的安全运行，一旦换向阀出现故障，将会造成严重的后果。