工業(yè)爐窯不管是燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應(yīng)加熱爐、微波加熱爐等，節(jié)能高效是技術(shù)關(guān)鍵。

　　煙氣帶走加熱爐大量的高溫?zé)崃浚芰堪装桌速M(fèi)，熱利用率較低。余熱回收可以使用使用蜂窩陶瓷蓄熱體，但投入大，維修成本高，切換過程中也帶走未燃燒的燃?xì)?，造成能源?yán)重流失。 加熱爐使用換熱器則可且投資少、無切換機(jī)構(gòu)、免維修。但如果使用金屬換熱器，由于材質(zhì)的限制，抗氧化能力差，不能在高溫下長(zhǎng)期使用，余熱回收率低。如煙道溫度達(dá)到800度以上，金屬換熱器非常容易被高溫?fù)p壞，無法達(dá)到余熱回收的目的。因此不論如何，加熱爐高效換熱是技術(shù)攻關(guān)難點(diǎn)。

　　下面介紹蓄熱式加熱爐和管式加熱爐處理能力的改造技術(shù)

　　蓄熱式余熱回收
　　目前國(guó)內(nèi)外開始流行的一種革命性的全新燃燒技術(shù)--蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)，它通過高效蓄熱材料將助燃空氣從室溫預(yù)熱至前所未有的800℃高溫，同時(shí)大幅度降低Nox排放量，使排煙溫度控制在露點(diǎn)以上、150℃以下范圍內(nèi)，最大限度地回收煙氣余熱，使?fàn)t內(nèi)燃燒溫度更趨均勻。HTAC技術(shù)針對(duì)燃料種類或熱值的不同，有單蓄熱與雙蓄熱之分。一般認(rèn)為油類、高熱值煤氣及含焦油粉塵的熱臟發(fā)生爐煤氣則只需或只能采用助燃空氣單蓄熱方式；清潔的低熱值燃料（高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣）可采用雙蓄熱方式。

　　蓄熱式加熱爐實(shí)質(zhì)上是高效蓄熱式換熱器與常規(guī)加熱爐的結(jié)合體，主要由加熱爐爐體、蓄熱室、換向系統(tǒng)以及燃料、供風(fēng)和排煙系統(tǒng)構(gòu)成。
　　蓄熱室是蓄熱式加熱爐煙氣余熱回收的主體，它是填滿蓄熱體的室狀空間，是煙氣和空氣流動(dòng)通道的一部分。在加熱爐中，蓄熱室總是成對(duì)使用，一臺(tái)爐子可以用一對(duì)，也可以用幾對(duì)，甚至幾十對(duì)。在國(guó)內(nèi)的一些大型加熱爐上，最多用到四十幾對(duì)。
　　在蓄熱式加熱爐中，換向閥起到了至關(guān)重要的作用。為配合換向閥安全準(zhǔn)確地工作，必須配備一套可簡(jiǎn)可繁的控制系統(tǒng)。
　　蓄熱體通常采用直徑12～15mm的Al2O3質(zhì)陶瓷球或壁厚1mm以下的陶瓷蜂窩體。

　　傳統(tǒng)的燃燒方式是空氣和煤氣預(yù)混和擴(kuò)散燃燒，在燃燒器周圍存在一個(gè)局部高溫區(qū)，造成爐溫不均勻，影響加熱質(zhì)量。同時(shí)，在高溫區(qū)內(nèi)，氮?dú)鈪⑴c燃燒反應(yīng)，導(dǎo)致煙氣中NOx含量高，造成大氣污染。蓄熱式燃燒則完全不同，在蓄熱式爐中，整個(gè)爐膛為一個(gè)反應(yīng)體，空氣和煤氣充滿爐膛，在這個(gè)爐膛內(nèi)彌散燃燒，不存在局部高溫區(qū)，氮?dú)鈳缀醪粎⑴c燃燒反應(yīng)。與傳統(tǒng)燃燒方式相比，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：
　　1 爐溫更加均勻
　　2 燃料選擇范圍更大
　　采用蓄熱式燃燒技術(shù)，空氣預(yù)熱溫度由過去的400～600℃可提高到800～1100℃。由于燃料的理論燃燒溫度大幅度提高，使燃料的選擇范圍更大，特別是可燃用800kcal／m3以下的低熱值燃料，如高爐煤氣或其他低熱值劣質(zhì)燃料。
　　適合輕油、重油、天然氣、液化石油氣等各種燃料，尤其是對(duì)低熱值的高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣具有很好的預(yù)熱助燃作用，擴(kuò)展了燃料的應(yīng)用范圍。鋁熔化燃油單耗指標(biāo)在60kg／t.A以內(nèi)。
　　3 大幅度節(jié)能
　　由于煙氣經(jīng)蓄熱體后溫度降低到150℃以下（特殊情況下可降至70～80℃），將煙氣的絕大部分顯熱傳給了助燃空氣，做到了煙氣余熱的“極限回收”，因此，爐子燃料消耗量大幅度降低。對(duì)于一般大型加熱爐，可節(jié)能25％～30％；對(duì)于熱處理爐，可節(jié)能30％～65％。
　　4 NOX生成量更低
　　采用傳統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)，助燃空氣預(yù)熱溫度越高，煙氣中NOX含量越大；而采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)，在助燃空氣預(yù)熱溫度高達(dá)800℃的情況下，爐內(nèi)NOX生成量反而大大減少。由于蓄熱式燃燒是在相對(duì)的低氧狀態(tài)下彌散燃燒，沒有火焰中心，因此，不存在大量生成NOx的條件。煙氣中NOx含量低，有利于保護(hù)環(huán)境。
　　5 金屬氧化燒損低
　　低氧燃燒的另一個(gè)好處是可降低被加熱金屬的氧化燒損。此外，蓄熱式燃燒還可以提高火焰輻射強(qiáng)度，強(qiáng)化輻射傳熱，提高爐子產(chǎn)量。
　　6 既適合新建熔鋁爐或加熱爐，更適合舊型熔鋁爐或加熱爐的蓄熱式技術(shù)改造，可保留原爐基礎(chǔ)及鋼結(jié)構(gòu)不動(dòng)，在爐兩側(cè)或同側(cè)增加蓄熱式燒嘴，施工簡(jiǎn)單，技術(shù)先進(jìn)成熟。
　　7 項(xiàng)目投資不大，節(jié)能效益顯著，投資回收期短。

　　管式加熱爐處理能力的技術(shù)改造

　　針對(duì)早期建造的煉油廠和化工廠在役管式加熱爐熱負(fù)荷和熱效率低的狀況，提出了若干技術(shù)改造措施包括，增大對(duì)流管表面積以增大對(duì)流段的熱負(fù)荷；增加輻射管的換熱面積；修正煙囪高度；換用新型燃燒器，變自然通風(fēng)為強(qiáng)制供風(fēng)，以增大燃燒器的發(fā)熱量，減小過?？諝庀禂?shù)，節(jié)省燃料2%～3%；在對(duì)流段和煙囪之間增設(shè)空氣預(yù)熱器以提高空氣入爐溫度；采用高溫輻射涂料增強(qiáng)輻射換熱效果，從而增加熱源對(duì)爐壁的輻射傳熱量和爐管的傳熱量等。

　　裝置減少，而早期建造的加熱爐,由于受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，大多在低負(fù)荷條件下運(yùn)行，熱效率低。因此，對(duì)原有管式爐實(shí)施改造已成為日益迫切的任務(wù)。針對(duì)這種狀況，筆者對(duì)現(xiàn)役管式加熱爐做了深入調(diào)查及理論分析，總結(jié)出一套提高管式爐處理能力和熱效率的措施，期望對(duì)我國(guó)煉油廠和化工廠舊設(shè)備的挖潛改造有所裨益。
　　改造加熱爐的目的就是增加熱負(fù)荷，提高熱效率。在實(shí)際操作過程中,為了提高管式爐的處理量，通過增強(qiáng)燃燒的辦法，可提高熱負(fù)荷10%左右。但因受輻射管壁溫度過高、火焰舔爐管和爐膛產(chǎn)生正壓等條件限制，其處理能力難以管式加熱爐是煉油廠和化工廠重要的供熱設(shè)備。目前，由于國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)政策的調(diào)整，新建加熱再提高，仍不能滿足熱負(fù)荷要求〔1〕。
　　因此，在改造之前，應(yīng)收集分析和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定加熱爐的性能指標(biāo)，包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和操作時(shí)爐內(nèi)各部位煙氣溫度和壓力；燃燒空氣溫度、壓力降及過?？諝庀禂?shù)；介質(zhì)的進(jìn)、出口溫度和壓力等。
　　經(jīng)綜合分析，可從以下6個(gè)方面對(duì)管式加熱爐進(jìn)行改造。
　　1.增加對(duì)流管表面積
　　增加對(duì)流管表面積能增大對(duì)流段的熱負(fù)荷。對(duì)流段位于輻射室上部,增加對(duì)流室高度比增加輻射室高度容易。在常減壓裝置、焦化裝置中通常可采用這種改造方法。對(duì)流段排煙溫度與介質(zhì)進(jìn)口溫度之差,國(guó)外要求低于30℃,國(guó)內(nèi)多為100～150℃?？蓮囊韵氯齻€(gè)方面進(jìn)行改造。
　　其一，增加對(duì)流管數(shù)量。管式加熱爐對(duì)流段上部一般留有高度不小于800mm的檢修空間，小型加熱爐高度不小于600mm，可在此空間加裝對(duì)流管。若空間不夠，可加高對(duì)流段，以增加對(duì)流管的換熱面積。
　　山東省某煉油廠250×105t/a常減壓裝置加熱爐，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷23.255MW,對(duì)流段爐管為?152mm×8mm，18排，每排12根，共計(jì)216根。欲提高處理量，該爐熱負(fù)荷就不夠，于是在對(duì)流段上部增加一組爐管,計(jì)6排，72根對(duì)流管，熱負(fù)荷增加20%，滿足了工藝要求。
　　其二，用擴(kuò)大表面管替代光管。舊式加熱爐對(duì)流段有的用光管，可以用翅片管或釘頭管代替。釘頭管表面積是光管的2～3倍,翅片管表面積是光管的8～11倍〔2〕。代替后原來的管板不能再用，需重新制作管板。如果燃燒器燒油，需增設(shè)吹灰器吹灰。建議采用聲波吹灰器,吹灰介質(zhì)為壓縮空氣,吹灰效果好,可提高對(duì)流傳熱系數(shù),降低排煙溫度,同樣可提高加熱爐的熱負(fù)荷。
　　其三，用翅片管替代釘頭管。舊式管式爐對(duì)流管若燒氣體燃料，可用傳熱面積更大的翅片管代替釘頭管,但要保證外部安裝尺寸與釘頭管的相同，以便仍使用原來的管板。
　　某原油加熱爐采取油氣混燒，對(duì)流段為釘頭管，現(xiàn)改為只燒氣體燃料。為提高加熱爐的熱負(fù)荷，將原來的6排釘頭管拆下，換用6排翅片管。結(jié)果對(duì)流段排煙溫度降低，熱負(fù)荷增加5%。
　　用擴(kuò)大表面管替代光管或用翅片管替代釘頭管，會(huì)增大爐內(nèi)煙氣側(cè)壓力降，降低排煙溫度，使煙囪抽力減小。若抽力不足，需增加煙囪高度，或在對(duì)流段上部增設(shè)引風(fēng)機(jī)。同時(shí)應(yīng)核算加熱爐鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)是否滿足載荷增加的要求。若基礎(chǔ)受到載荷限制，上述改造方案難以實(shí)施，可考慮將整個(gè)對(duì)流段置于地面，并設(shè)一獨(dú)立煙囪。增加對(duì)流爐管也會(huì)使?fàn)t管內(nèi)介質(zhì)的壓力降增加，故應(yīng)核算加熱爐燃料進(jìn)料泵的揚(yáng)程,保證不影響加熱爐的處理能力。
　　2.增加輻射管換熱面積
　　很多情況下，可通過增加輻射室的高度（即輻射管的高度）來增加圓筒形立式爐輻射管的換熱面積。對(duì)水平管箱式爐，在爐管上部或接近爐底的下部有可利用的空間用來增加爐管數(shù)量，從而增加輻射管的換熱面積。輻射管的根數(shù)與爐管直徑、管心距有關(guān)，輻射段尺寸受加熱爐地基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、燃燒器布置等影響。
　　某圓筒形立式加熱爐熱負(fù)荷為29.069MW，四管程，88根管，管外徑127mm，管心距250mm，爐管壓力降為3.1MPa。若輻射盤管改用外徑152mm爐管，并加高1.5m,則只有72根管，管心距304mm，管內(nèi)介質(zhì)壓力降減小到2.24MPa。但使用大直徑爐管，須重新制作爐管吊鉤和爐管拉鉤，爐底導(dǎo)向管和轉(zhuǎn)油線也應(yīng)相應(yīng)修改。
　　3.修正煙囪高度
　　煙囪的主要用途是安全有效地排放煙氣。如果結(jié)構(gòu)不合理，爐膛便產(chǎn)生正壓而限制加熱爐的操作。煙囪可通過增加高度或直徑加以修正，但煙囪所受的風(fēng)載荷會(huì)增加，故加熱爐基礎(chǔ)和鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性須重新核算，以保證滿足風(fēng)載荷增加后煙囪的力學(xué)性能要求。
　　某裝置有一臺(tái)常壓加熱爐和一臺(tái)減壓加熱爐，都采取自然通風(fēng)，獨(dú)立煙囪，對(duì)流段位于爐頂部，欲通過加高對(duì)流段來提高熱負(fù)荷。為了減輕基礎(chǔ)載荷，去掉各自獨(dú)立煙囪，采用了一聯(lián)合落地?zé)焽?。因?qū)α鞫螣煔鈧?cè)壓力降較大，煙氣排放不暢，減壓加熱爐內(nèi)產(chǎn)生正壓，于是在減壓爐對(duì)流室上部安裝一獨(dú)立煙囪，抽力增大，解決了正壓?jiǎn)栴}。
　　4.換用新型燃燒器或變自然通風(fēng)為強(qiáng)制供風(fēng)
　　燃燒器是加熱爐的關(guān)鍵設(shè)備,自然通風(fēng)的燃燒器需要更多的過?？諝猓鹧骈L(zhǎng)，通過燃燒器的空氣壓降為7.6～15.2mmH2O，燃燒空氣被低速導(dǎo)入,很難與燃油充分混合。燃油的過?？諝庀禂?shù)為0.30～0.40；氣體燃料為0.15～0.20。
　　強(qiáng)制供風(fēng)的燃燒器壓力降為50.8～152.4mm H2O，空氣高速進(jìn)入，湍流激烈，火焰短小有力,爐膛內(nèi)爐管受熱均勻，空氣壓力使燃料和空氣充分混合，燃料油的過?？諝庀禂?shù)為0.10～0.15，燃料氣的為0.05～0.10，燃燒充分，放射煙塵粒子減少，火焰形狀和剛度易于控制，工作噪聲低〔3〕。
　　減小過?？諝庀禂?shù)一般能節(jié)省燃料2%～3%。但對(duì)低氮燃燒器而言，其火焰很長(zhǎng)，若過?？諝庀禂?shù)減小到設(shè)計(jì)值，則操作較困難。
　　以渣油為燃料的VI型或VIB型燃燒器負(fù)荷稍大時(shí)顯得供風(fēng)不足,燃燒不充分，火焰偏瘦,充滿度偏小,使一部分二次風(fēng)與霧化蒸汽未充分混合而進(jìn)入爐膛。應(yīng)適當(dāng)增大霧化角或減小火道尺寸,以保證一、二次風(fēng)的充分混合。
　　5.增設(shè)空氣預(yù)熱系統(tǒng)
　　這是加熱爐常見的改造方式。煙氣出口溫度每下降35℃，熱效率提高1%。如果煙氣溫度高于340℃，熱負(fù)荷大于9.3MW，應(yīng)在對(duì)流段和煙囪之間增設(shè)空氣預(yù)熱器預(yù)熱燃燒空氣，余熱可以利用。同時(shí)要安裝強(qiáng)制供風(fēng)燃燒器、鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)道、熱風(fēng)道和煙道等。預(yù)熱器用于中小型加熱爐時(shí),應(yīng)盡量頂置,以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),降低改造費(fèi)用。一般靠爐子原來的煙囪自然排煙，應(yīng)避免排煙溫度接近露點(diǎn)溫度,排煙溫度以200～250℃為宜。
　　燃料中有6%～10%的硫燃燒后轉(zhuǎn)化成SO3，繼而生成硫酸。煙氣內(nèi)SO3含量越高，露點(diǎn)溫度越高。管壁溫度至少要高于煙氣露點(diǎn)溫度25℃。若燃料中硫含量小于1%，管壁溫度最低為135℃；若燃料中硫含量為4%～5%，管壁溫度最低為149℃〔1〕。
　　避免煙氣露點(diǎn)腐蝕的措施有：用低壓蒸汽或熱油預(yù)熱空氣；用預(yù)熱器出口高溫空氣循環(huán)預(yù)熱進(jìn)口空氣，以保持較高的空氣進(jìn)口溫度；采用低合金耐腐蝕鋼或非金屬材料。
　　6.應(yīng)用高溫輻射涂料增強(qiáng)換熱效果
　　近幾年來,在管式爐爐膛內(nèi)表面噴涂高溫輻射涂料,以增強(qiáng)輻射傳熱量。爐內(nèi)壁常用的耐火材料(耐火磚、耐火混凝土和耐火纖維氈三大類)輻射系數(shù)小,而高溫輻射涂料的幅射系數(shù)大,涂抹后會(huì)增加熱源對(duì)爐壁的輻射傳熱量,使?fàn)t壁表面溫度上升,達(dá)到增大爐管的傳熱量和加熱爐的熱負(fù)荷之目的〔3〕。