空气预热器在乙烯装置裂解炉的应用

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摘 要：空气预热器是一种节能型换热设备，其应用领域广泛，本文主要介绍了空气预热器在辽化乙烯装置裂解炉上的运行情况，在裂解炉上应用空气预热器技术后，不但有效利用了装置生产余热，而且在很大程度上改善热烧条件，提高燃烧效率，降低裂解炉的燃料消耗。

关键词：空气预热器 乙烯 裂解炉 能耗

乙烯裂解炉是乙烯装置能耗大户，所消耗的燃料占乙烯装置总能耗的70%左右。目前我国乙烯单耗较高，每生产一吨乙烯所消耗的燃料较国外高出许多，因此乙烯裂解炉能源消耗量是考核乙烯装置运行的一个重要参数，为了增加乙烯产品的竞争力，减低乙烯产品成本，必须从降低乙烯单耗着手。裂解炉的能源消耗量与负荷、裂解炉的设计、进入裂解炉的空气温度等因素密切相关，然而当生产负荷以及裂解炉模型被选定的时候，通过调整进入裂解炉的空气温度来降低裂解炉的能源消耗量就显得尤为重要[1]。当进入裂解炉的空气温度较高时，可以减少加热空气的燃料消耗，反之能源消耗则增加，这不仅浪费大量的燃料，也使得生产运行成本大幅度地提升，尤其是建在北方的装置，因为冬季气温比较低，时间长，燃料消耗量的增加是比较明显的[2]。

一、空气预热器应用背景

2000年12月，北京航天动力研究所首次提出利用乙烯裂解炉自身循环的急冷水作为加热介质，加热增设在裂解炉底部燃料器的空气预热器，使进入炉膛的空气获得温升，从而减低了裂解炉的燃料消耗。这种技术已经先后在大庆乙烯，茂名乙烯，抚顺乙烯，独山子乙烯，吉化乙烯等企业的一些裂解炉上成功进行了应用。通过此专利的使用，明显提高了裂解炉底部燃烧器的负荷，经过初步估算可节约燃料量的1.5%左右，节约了能源降低了乙烯单耗。

1.工艺原理

在满足乙烯装置裂解炉生产的前提下，利用急冷水为热源与空气换热，增设在裂解炉底部燃烧器的冷空气获得预热，提高进口空气温度，提高燃烧效率，并节约燃料气，同时节省了冷却该部分急冷水所需的循环冷却水。即节省了燃料的使用，又降低了循环冷却水系统的动力消耗。

利用辽阳石油分公司乙烯装置的余热急冷水为加热介质，在乙烯装置裂解炉（F101X、F102X、F103X、F108、F109、F110、F111）底部增设空气预热器，使进入炉膛的空气获得温升，可以在很大程度上改善燃烧条件，提高燃烧效率，降低裂解炉的燃料消耗。同时还将需循环冷却水冷却的急冷水冷却，降低该装置循环冷却水的消耗。

2.热源的选择

中石油辽阳石化分公司烯烃厂乙烯装置急冷水在返回急冷水塔之前温度较高用循环水冷却，才能返回急冷水塔，不仅损失了急冷水的热量，同时也消耗了大量循环水，增加了装置的能耗。为节能降耗，可利用急冷水富余的热量作为空气预热器的加热介质，在减少裂解炉的燃料消耗量的同时，回收了急冷水的热量，又减少了循环水的消耗量，达到节能降耗的目的。

3.空气预热器主要型式

空气预热器为方箱形，主体为不锈钢加铝翘片管。每套设备主要包括：预热器本体一台，过度（连通）风箱一台（带风门），进水支管组件及回水支管组件一套。

辽化乙烯装置的F101X、F102X、F103X、F108、F109、F110、F111 7台裂解炉底部火嘴安装空气预热器。其中F101X、F102X、F103X裂解炉各安装12套（一带二型），F108、F109裂解炉安装8套（一带一型），F110安装12套（一带一型），F111安装18套（一带一型）

二、工艺流程简述

自空冷21E110前接引65℃高温急冷水，通过主管线引至裂解炉区，供7台裂解炉助燃冷却预热器使用。每台裂解炉从主管上引出两条支管至裂解炉两侧，每台裂解炉配不同台数预热器，每台预热器引进一条热水线，出水汇集到出水支管，然后汇集到回水主管，返回急冷区的热水温度为55℃，至空冷却器21E110后。为保证下游工艺系统平稳运行，在急冷水系统上设置温度控制阀，当回水温度低于设定温度55℃时，减少空气预热器的急冷水用量，同时可根据具体情况调整空气预热器旁路风门或调整空冷风机的运行方案，保证回水温度。每台预热器设有旁路，以便切出空气预热器检修维护。

三、运行效果

1.经济效益

辽化乙烯裂解炉空气预热器于2010年2月3日投用，空气预热器系统运行稳定。为了验证空气预热器的节能效果，技术人员对空气预热器投用前后进行了能量的对比。投用空气预热器前（冬季）入口空气在-10℃上升为投用后的30℃左右，有近40℃的温差，入口温度有了极大的提高。同时也节约了燃料的用量，减少了燃料气的消耗，改善了燃料的燃烧情况，使燃料更加充分地燃烧。

按照减少燃料气消耗结果计算，可降低装置能耗约14 kgEO/t乙烯。空气预热器年运行经济效益：冬季按5个月计算，年创效益约110万元。

2.空气预热器的不足

随着空气预热器长时间的运行，空气中的灰分会吸附在空气预热器翅片管的外表面上，会增加热阻降低传热效果。随着积灰的增加，燃料空气温度会迅速下降，传热效率下降。进入燃烧器的空气流场会发生偏流，造成燃烧器燃烧效率下降。为保证空气预热器长期在高效率下运行。必须定期对空气预热器进行清洗，清除积灰，这对空气预热器长周期运行尤为重要。夏季由于环境温度较高，环境温度与急冷水温度温差小，节能效果不明显。

四、结语

中石油辽阳石化分公司烯烃厂乙烯装置应用空气预热器后，有效回收了装置富余急冷水的热量，同时减少了燃料气的消耗量，降低了装置能耗，取得了较好的经济效益。在冬季停炉的情况下，不用点长明灯或底部烧嘴也能使炉膛的温度达到30℃左右，非常有利于裂解炉冬季防冻，达到了降低裂解炉能源消耗的目的。采用空气预热器回收余热在国内一些炼油厂，发电厂及化工装置中使用已比较广泛，在乙烯裂解炉安装空气预热器的用户反应良好，是一项值得广泛推广的节能技术。

参考文献：

[1]王松汉，何细藕.乙烯工艺与技术[M].北京：中国石化出版社，2000：409-413.

[2]郭真.裂解炉空气预热器技术在燕山乙烯装置上个应用[J].乙烯工业，2008，20（4）：43―45.