龚毅　王殿舒　郭建

[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

中图分类号：TE974. 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）01-0039-01

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。

（2）燃烧器的性能：燃烧器的型号与性能不同，其过剩空气系数也不同。所以，大力改造燃烧器性能，研制选用各种高效燃烧器是降低过剩空气系数的关键。

（3）炉体密封性：如果炉体密封不好，空气被大量吸入，使得过剩空气系数激增，操作难于控制，安全性能突降，因此必须重视封堵漏风的工作。

（4）加热炉测控水平：因为过剩空气系数是加热炉操作中的一个可控变量，故有无完善的测控系统对过剩空气系数的调节影响很大。

2.2 保证对流段换热良好，维持较低排烟温度

对流交换热量一般占加热炉交换热的15%～25%，设法确保对流传热和传热效率保持在较高水平，便成为降低排烟温度的关键。在实际运行中，对流管积灰是主要影响因素，积灰通常是因为烟气中存在燃料燃烧后，残余的不可燃组分和未燃尽的碳粒，在烟气运行过程中通过沉积、吸附等作用在换热管表面形成。积灰严重引起的对流段热负荷增加，将使热效率大幅度下降。

3 提高加热炉热效率的措施

3.1 采用全自动比例调节燃烧器

目前，加热炉燃烧器种类主要有两种：进口全自动燃烧器和国产手动燃烧器。与国产手动燃烧器相比，采用全自动强制送风比例调节式燃烧器，自动按比例随机调节过剩空气系数，在加热盘管出口及壳体中设置温度变送器，将温度信号传至燃烧器，使燃烧器根据所需的热负荷自动调节输入的空气量和燃料量，调节燃烧器的输出负荷，可避免“大马拉小车”的现象。该系统具有燃烧性能好、安全性能好、自动化程度高、操作方便、经济节约的优点。

3.2 加强监测，制定合理的操作方案

借鉴国外先进技术，可通过运用一种燃烧过程专用计算机最佳控制器，采取计算机网络参数编程用于加热炉后台控制，增加监测，提升监控手段，优化操作，自动调节燃料与空气的比例，使燃烧过程达到最佳化，从而提高加热炉现代化测控水平，不但能节约燃料约5%，还可使大气污染减到最低程度，但这种方法自动化程度要求过高，实用性有待推广。

结合单位实际，根据理论计算加热炉排放的烟气中，氧含量每增加1%，燃料的消耗量将上升3%左右。建议建立加热炉烟气的定期监测，配置必要而简单的检测仪表，如烟气氧含量分析仪监测加热炉烟气残余氧含量，科学地控制空燃比，以最小的过剩空气量达到燃料的充分燃烧，大大减少加热炉维护管理工作量，并可实现输出参数的精确控制，根据监测数据及时调整和制定合理的操作参数，最终达到降低原油消耗的目的。

3.3 修补、完善炉体隔热保温设施，加强管理，降低散热损失

定期检查辐射段顶部、对流段有无保温缺损，炉体保温层和炉进出口管线保温有无破碎。加强运行管理，减少看火门、观察孔、备用燃烧器、防爆门、炉体等部位漏风，减少热损失。防止这些部位漏入空气，造成排烟中过剩空气系数偏大，而燃烧器由于供风量不足，又存在燃烧不良的情况，导致热效率降低。因此在实际工作中，增加装置的密封性能，防止串火对于安全、经济生产非常重要。

4 结论与认识

本文分析了影响加热炉热效率的诸多因素，通过对加热炉进行技术改造、优化操作、增加监测、结构改进等方法措施，有效提高了加热炉热效率，降低了原油消耗，并结合我处输油站所处地域优势合理用能，达到节能降耗的目的。 随着科学技术的进步、采油技术的发展及相变高效加热炉技术的升级，相变高效加热炉作为新兴加热设备以其诸多的优点，必将成为其他加热设备替代产品。

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