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加热炉对流室出口温度为排烟温度, 排烟温度在某种程度上对加热炉的热效率起决定因素, 排烟温度越低,热损失越小,热效率越高。而排烟温度主要与被加热介质入口的温度有关, 并且随介质入口温度升高而升高, 随烟气与介质之间的温差而变化。所以提高加热炉的热效率必须充分利用对流室, 从而降低被加热介质入口的温度和缩小烟气与介质之间的温差, 使排烟温度降低。加热炉的原料一般都是先经装置换热后, 再进加热炉, 所以可通过减少换热流程、采取冷进料方式来降低加热炉介质入口温度, 或者增加余热回收设备,使排烟温度降低, 提高加热炉的热效率。
在石油化工装置加热炉上, 广泛采用空气预热器来回收烟气余热, 以提高加热炉的热效率。早期,普遍采用的是光管式空气预热器, 由于气气换热过程中, 两侧气体的传热膜系数均较小, 总的传热系数K 值仅有13～ 15W ? (m 2·℃) , 而且, 设备体积大、重量重, 但由于其制造工艺比较简单, 便于现场制做、安装, 故至今仍有一小部分空气预热器采用这种形式。现在较多采用的是扰流子翅片管式空气预热器, 也就是在光管外面增加翅片来强化管外传热, 在光管里面插入扰流子(扭带或麻花铁) 来强化管内侧传热, 通过管内、管外同时强化传热, 使扰流子翅片管式空气预热器的总传热系数K 值可达到42～50W ?(m 2·℃) , 是一种新型、高效的传热设备。然而, 随着加热炉热效率的提高, 烟气排出空气预热器的温度相应降低, 以及燃料气中硫含量的逐步增加, 空气预热器的露点腐蚀问题越来越突出。所谓露点腐蚀是指当烟气中预热管的管壁温度低于烟气的露点温度时, 烟气中的SO3 和水蒸汽形成H2SO4 冷凝液, 这种冷凝液不但腐蚀空气预热器预热管的管壁, 造成预热管蚀穿、折断, 而且还会粘附大量的烟灰, 这种烟灰粘性大、附着力强、不易被吹掉, 降低了空气预热器的换热效率, 严重时, 将堵塞空气预热器, 增加烟气流动阻力, 直接影响加热炉的正常操作。因此, 烟气的露点腐蚀问题是影响空气预热器长周期高效率使用的首要问题。 提高加热炉的排烟温度, 即加热炉的排烟温度高于烟气露点温度20～ 30℃, 使烟气温度还未达到露点温度时就已从空气预热器中排出, 这样也可防止预热管的露点腐蚀。但由于加热炉的排烟温度对加热炉的热效率影响很大, 排烟温度每升高10℃, 热效率下降0.15% 左右, 因此, 排烟温度也不能太高, 一般来说不低于160℃, 不高于200℃之间为好。
利用装置的余热或用烟气的余热来预热入炉空气,这样,不仅可以省掉冷却该介质的空冷和水冷设备,使加热炉的排烟温度下降,同时又提高了进入管式加热炉的空气温度,对燃烧及传热带来很油气田地面工程第21卷第6期(2002.11) 环保节能多好处。当空气预热到150℃时,相当于将管式加热炉热效率提高7 5%,当空气预热到250℃时,相当于将加热炉热效率提高12%。可见提高空气的入炉温度,可以进一步提高管式加热炉的热效率。通常采用的方式为:用烟气余热来预热空气,这样即可降低管式加热炉的排烟温度,又可提高空气的入炉温度,使加热炉的热效率得到提高。
