相变加热炉热系统效率的影响因素与对策研究
[摘 要]随着油田开采技术的发展,相变高效加热炉技术的进步及油田公司节能减排的要求,相变高效加热炉以节能、环保、安全、自动化程度高、适应工况能力强、操作简便等诸多优点广泛应用于各大油田,作为换热设备的新兴产品,将以其诸多的优点逐步替代其他加热设备。影响加热炉热效率的因素,从加热炉技术改造、优化操作、增加监测、结构改进、能源更换等方面入手,提出了提高加热炉热效率的方法措施及节能降耗的相关建议。
[关键词]加热炉;热效率;问题分析;方法措施;节能降耗
加热炉是目前原油输送过程中的主要热源,也是能耗较大的主要设备,其技术水平、运行工况直接影响着原油消耗的多少和企业的经济效益。因此,提高加热炉热效率,提高设备的科技含量、合理操作,是企业经济效益最大化的重要保障。 加热炉热效率反映了燃料的有效利用率。在同样的有效热负荷下,热效率越高,燃料消耗越少。因此提高热效率可大大降低热油管输费用。衡量加热炉使用热效率的操作参数比较多,如:过剩空气系数;炉管结垢;空气预热器;炉体保温等。提高加热炉热效率的关键参数是过量空气系数和排烟温度,选用适当方法对这两个参数进行优化,结合实际采取一系列改进完善措施,则可很大程度上提高加热炉热效率。
1.相变高效加热炉的工作原理
相变高效加热炉燃烧器将燃料在火筒内充分燃烧产生热量,热量经加热炉火筒(辐射受热面)及烟管(对流受热面)传递给锅壳内中间液相热载体--水,水受热沸腾由液相变为气相热载体--水蒸气,水蒸气逐步充满炉体的气相空间,由于盘管内被加热介质及管壁温度低于蒸汽温度,水蒸气以自然对流换热的方式将热量传递给用热工质(油、天然气或水),冷凝后的水在重力作用下落回水空间,如此循环往复,实现了相变换热过程,从而将燃烧产生的热量,间接传给用热工质,实现加热的目的,在设计过程中采用特有的排气方法使加热炉内形成高纯度气相空间,以保证相变高效加热炉高效率运行。
2.热效率影响因素分析
加热炉热效率是指有效吸热量占燃料总放热量的比例。计算公式如下:
η炉=(1-q烟-q散)×100% ,η炉-加热炉热效率,q烟-排烟热损失百分比,q散-通过其它形式损失百分比。
加热炉正常运行时,应保证燃料燃烧充分,不得冒黑烟。排烟热损失主要由排烟温度和烟气量决定,烟气量主要取决于加热炉的过剩空气系数。因此在过剩空气系数和排烟温度增高时,加热炉热效率都将降低。提高热效率的途径主要是通过降低过剩空气系数或排烟温度来实现。
2.1 减少漏风,降低过剩空气系数
降低过剩空气系数,能显著提高加热炉热效率。但前提是必须保证燃料完全燃烧。若燃烧不完全,不但燃料内大量化学能不能完全放出,造成燃料浪费,不完全燃烧产生的CO、碳粒还会污染大气,甚至会造成炉内二次燃烧而影响加热炉安全运行。从表面看降低了烟气中的氧含量,提高了热效率,但实质却增加了燃料消耗量,并未真正提高热效率。因此,在保证燃料低耗量且完全燃烧的情况下提高热效率,必须找到适宜的最佳过剩空气系数。那么,影响过剩空气系数的主要因素主要有以下几点:
(1)燃料性质:气体燃料易与空气混合均匀,过剩空气系数较小(1.1-1.2),液体燃料不易与空气混合,过剩空气系数则较高(1.2-1.3)。故当使用液体燃料时,必须尽力提高燃料雾化效果,保证燃料与空气充分混合,以降低过剩空气系数。
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