连续重整加热炉余热回收系统节能技术改造

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摘 要：在石化行业中，加热炉系统的能效提升是连续重整装置节能减排的关键路径。某石化公司采用余热锅炉产蒸汽与烟气余热加热助燃空气相结合的方案对加热炉余热系统进行节能技术改造，改造后加热炉平均排烟温度从166.85℃降至91.69℃，整体加权平均热效率从90.90%提高至94.02%，经济效益增加953.75万元/年，为同类型装置及其他加热炉节能减排优化提供借鉴。

关键词：连续重整 加热炉 余热回收 节能改造 节能降碳

随着炼化产品结构的调整和国家“双碳”目标的提出，国内炼化产业的发展向规模化、集群化、炼化一体化推进，各炼化公司将“降低装置能耗，减少碳排放”的要求提升到新高度。加热炉作为炼化工艺过程的主要设备，其热效率直接关乎公司能耗与生产成本，因此对加热炉进行节能技术改造意义重大[1]。降低排烟温度以提高加热炉热效率，是降本增效、满足节能降碳目标的重要措施。

1 余热回收系统优化改造

1.1 改造前状况

某石化公司200万t/a连续重整装置于2014年建成投产，采用美国UOP公司超低压连续重整技术，以轻烃回收装置回收的混合石脑油及加氢裂化石脑油为原料，生产重整液化石油气（LPG）、混合二甲苯、C9＋芳烃等产品，副产氢气送至下游进行变压吸附法提纯。

连续重整装置反应加热炉共4 台（进料加热炉及3 台中间加热炉），其中，进料加热炉、第二中间加热炉、第三中间加热炉共同布置为“三合一”炉，炉膛间用火墙进行相对隔离，设计总热负荷为58.43 MW，排烟温度230℃；第一中间加热炉由2个辐射室组成，设计总热负荷为39.87 MW，排烟温度205℃。“三合一”炉和第一中间加热炉顶分别设计1套蒸汽发生系统，产生3.5 MPa蒸汽，辐射室烟气经对流段的余热锅炉换热后经烟囱直排大气，加热炉热效率可达90%。

2017 年，该石化公司对连续重整装置进行扩能改造，装置处理能力由200 万t/a 提升至230万t/a。同时，为加热炉对流段余热锅炉增设省煤器管排，改造后加热炉排烟温度降至163℃左右，整体热效率达91%左右。

1.2 高温烟气余热回收

连续重整工艺介质在经过加热炉时，受低压、高温反应特性限制，允许反应压降较常规加热炉更为严苛，导致连续重整加热炉难以利用对流段、辐射段高温烟气预热工艺介质，只能采取其他方式回收烟气余热。目前国内连续重整加热炉高温烟气余热回收通常采用3种方案。

1.2.1 余热锅炉产蒸汽

早期连续重整加热炉对热效率和碳排放要求不高，通常采用余热锅炉产蒸汽方案，其优势为：增加外供蒸汽量，降低装置能耗；优化加热炉设计布局，减少占地，节省成本。但随着能源供给日趋紧张和环保压力不断增加，连续重整加热炉对降耗减排的要求越来越高，单一余热锅炉产蒸汽方案的不足逐渐显现，主要表现为：蒸汽产量受限于全厂蒸汽平衡，进而限制连续重整加热炉调整空间及整体热效率的提升；送入加热炉对流段的锅炉给水温度一般在140 ～160℃，结合加热炉炉管露点腐蚀和对流传热温差因素，连续重整加热炉排烟温度宜控制在140℃以上，相应加热炉整体效率约92%，很难进一步提高。

1.2.2 余热锅炉产蒸汽与烟气余热加热助燃空气相结合

该方案是在现有连续重整加热炉对流段尾部增设烟气—空气预热器余热回收系统。通过预热助燃空气调整对流室出口排烟温度，实现烟气余热的进一步回收。同时，根据公司对蒸汽的需求，动态平衡蒸汽产量和燃料消耗量，选择最优排烟温度，可进一步提升连续重整加热炉整体热效率，并降低碳排放。

1.2.3 95＋高效超净余热回收技术

加热炉燃料含硫，为保障长周期运行，烟气—空气预热器常用耐腐蚀的铸铁或无机材料制作以降低排烟温度。但排烟温度若低于酸露点，预热器局部低温区可能形成酸性冷凝水，且烟气中未脱除的SO2易形成SO3，存在露点腐蚀风险。同时，受烟气—空气换热的传热温差及热平衡限制，降低排烟温度需大幅增加换热面积，使装置投资增加。95＋高效超净余热回收技术在燃料气系统上增设燃料气精制系统，去除燃料气中硫、氮、氯等组分，从源头减少SOx和NOx前驱产物，降低烟气中SO2 酸露点腐蚀风险和铵盐结晶堵塞燃料气阻火器、火嘴等不良现象的发生。同时，通过将引风机设置在高低温预热器之间，避免引风机受烟气中夹带的冷凝水影响。但该改造方案工程量大，投资高，且对装置现场空间布局有一定要求。

1.2.4 改造方案选择

为提高加热炉效率，降低装置能耗和生产成本，对加热炉能效提升进行研究。结果发现，现阶段加热炉设计和燃料气燃烧技术均处于较高水平，降低排烟温度是提高加热炉效率的主要途径[2]。一般情况下，空气温度每升高20℃，加热炉热效率可提高1%[3]。与单一余热锅炉产蒸汽方案相比，采用余热锅炉产蒸汽与烟气余热加热助燃空气相结合的方案可进一步回收烟气余热，其对流段排烟温度每升高50 ～60℃，连续重整加热炉的CO2排放量可减少2%～3%，有效提高连续重整加热炉热效率，降低加热炉燃料消耗[4]。因此，选择在“三合一”炉和第一中间加热炉增设烟气—空气预热器余热回收系统，形成余热锅炉产蒸汽与烟气余热加热助燃空气相结合的方案。“三合一”炉和第一中间加热炉由自然通风改造为强制通风，预期可将排烟温度降至90℃，加热炉整体热效率提高至95%。

1.3 改造方案实施

在原有工艺流程的基础上增加烟气—空气预热器余热回收系统，最大程度利旧，仅对烟气侧和空气侧进行改造，减少对现有装置设备的影响。新增设备主要有空气预热器1 台（含酸性水中和设施），鼓风机2 台（正常工况下2 台同开，以提高系统运行可靠性），引风机1 台。2 台加热炉均增设风道、烟/风道调节挡板及保温衬里，同时将自然通风型燃烧器更换为强制通风型超低NOx气体燃烧器，以利用烟气余热预热助燃空气，达到降低排烟温度，节省燃料气和减少碳排放的目的。优化改造方案于2021年实施，2022年2月完成并投入运行。

2 改造前后技术指标对比

2.1 加热炉热效率

余热回收系统改造投入运行后，连续重整装置加热炉平均排烟温度从166.85℃降至91.69℃。“三合一”加热炉加权平均热效率从90.90%提高至94.02%，第一中间加热炉平均热效率从90.84%提高到94.02%，加热炉整体加权平均热效率从90.95%提高到94.02%，热效率提高较为显著。但和目标值（热效率目标值95%；排烟温度目标值90℃）仍存在一定的差距（见表1）。

表1 加热炉改造前后运行参数

2.2 燃料气单位能耗

通过分析连续重整装置2021 年和2022 年进料量、加热炉燃料气消耗量、锅炉产蒸汽量数据（见表2），计算装置燃料气平均小时消耗量和锅炉平均小时产蒸汽量。可以看出，改造后锅炉产蒸汽量由66.2 t/h降至52.8 t/h，下降13.4 t/h。

表2 燃料气消耗量与锅炉产汽量

以装置进料量238 t/h、年运行8 400 h 为基准，燃料气的密度取1.07 kg/Nm3，计算改造前后燃料气单位能耗值。结果得出，改造后由于加热炉换热效率的提升，加热炉燃料气消耗量从104 996 t降至90 873 t，减少14 123 t；燃料气单位能耗由49.87 kgOE/t降至43.16 kgOE/t，下降了6.71 kgOE/t。按连续重整装置年加工量200万t计算，可降低装置能耗13 417 kgOE/t。连续重整装置增加余热回收系统后，4台加热炉燃料气单位能耗下降6.71 kgOE/t，节能效果较为显著。

3 改造经济效益分析

按照装置负荷100%，年运行8 400 h，燃料气价格3 000.0 元/t，3.5 MPa 蒸汽年平均价格260.0元/t，电价0.6元/kWh，除氧水价格19.0元/t计，余热回收系统投入运行后，年增加经济效益约953.75万元（见表3）。

表3 改造后经济效益计算

连续重整装置加热炉余热回收系统改造总体上提高了加热炉运行效率，降低燃料气消耗和碳排放，节能减排效果显著，投资成本可在2 ～3 年收回，经济效益较为可观。

4 改造存在的不足

改造后加热炉热效率、排烟温度未达目标值，原因主要有：2台鼓风机排布方式、风道及烟道的设计可能存在不合理，影响鼓风机风量，导致冷风与热烟气热交换受到影响；受装置进料负荷制约及进料加热炉负荷增大的影响，加热炉整体热效率有所偏差；燃料气组分波动较大，加热炉燃烧不充分，燃烧器热效率低；存在漏风可能，导致热烟气与冷风热交换效率低。

连续重整脱戊烷塔和脱乙烷塔顶含氯气体排至装置内燃料气管网，导致燃料气含氯，火嘴金属软管易腐蚀泄漏，同时铵盐堵塞火嘴，需经常清理。考虑到在装置加热炉区域增设脱硫、脱氯装置涉及改造内容多，且改造燃料气管线需进行安全风险评价，增加控制阀门和检测措施，时间较为紧张，同时脱硫、脱氯装置需考虑吸附剂等危废处理方式，故在此次优化改造过程中将金属软管更改为硬管连接，但未增设脱硫、脱氯装置，后续需从全厂角度考虑增设燃料气脱氯、脱硫措施。

5 结语

连续重整加热炉采用余热锅炉产蒸汽与烟气余热加热助燃空气相结合的方案进行节能技术改造可降低加热炉排烟温度，提高热效率，是降低生产成本和实现节能降碳目标的重要途径。连续重整装置余热回收系统节能优化改造虽然取得良好经济效益，但和目标值仍有一定的差距，且燃料系统存在氯腐蚀的风险，装置尚需进一步稳定生产负荷，优化加热炉燃烧，排查系统漏点等，不断提升加热炉效率，减少燃料气消耗和二氧化碳排放，为公司增加经济效益和环境效益。

孙艳朋1， 周子林2， 孙渲楦3

【作者机构】 1中国中化氯碱事业部； 2北京邮电大学； 3辽宁石化职业技术学院

为了提升石化行业本质安全，保障石化企业“安稳长满优”运行，解决设备运行与检维修“卡脖子”技术热点、痛点、难点问题，提高石化企业设备管理完整可靠性，设备智能化运维、预知性维修和检维修水平，引领我国石化智慧运维与检维修行业发展新质生产力，在中国石油、中国石化、中国海油、中国中化、国家管网、国家能源、延长及地方石油、天然气、LNG、管道、炼油、石化、煤化工、化工、精细化工、新材料企业设备管理部门的大力支持下，中国化工学会拟于2026年6月10-12日在陕西西安举办“2026年（第七届）石油化工设备智慧运维与检维修技术大会暨展览会”（IOMT CHEM 2026）。

大会将紧紧围绕“加快构建现代化石化产业智慧运维体系·AI驱动预测性维护实现新跨越”主题，推广应用新技术、新方法、新成果和新产品，共商当前设备管理与检维修中管理和技术方面堵点、难点、痛点的解决对策，防风险、除隐患，通过提升石油化工领域设备的安全运维水平，确保装置长周期安全稳定运行，助力行业可持续发展。遏制生产安全事故，为我国石化设备运维管理水平迈向国际化提供借鉴。特此通知，诚挚欢迎积极参加。

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大会主题

加快构建现代化石化产业智慧运维体系·AI驱动预测性维护实现新跨越

大会组织机构

主办单位

中国化工学会

特邀协办

中国化工学会化工安全专业委员会

中国化工学会化工机械专业委员会

中国化工学会智能制造专业委员会

中石研石化设备安全运维专家服务（中心）专业委员会

中机维协石油石化建安检维修分会

会议重点研讨内容

1.国内外石油化工装置大型机组检维修发展现状与展望；

2.老旧装置超设计使用年限服役承压设备管理对策与思考；

3.石油化工装置机泵在线监测系统、预知性维护技术；

4.石化化工企业转动设备维护检修及节能改造升级技术；

5.特种机泵：螺杆机、真空压缩机、屏蔽泵等检修运维技术；

6.石油化工设备润滑要求、机组润滑系统运行及管理；

7.石油化工装置法兰密封结构安装与维修技术；

8.炼油化工装置烟气轮机长周期运行管理；

9.石油化工装置耐高温防腐防护和防火技术；

10.液压工具、法兰扭矩及法兰连接完整性管理；

11.风机、离心泵、各类压缩机等大型机组优化增效节能改造；

12.石油化工电气、仪表设备全寿命周期管理；

13.现场仪表、控制阀、泄压阀、安全阀、阻火器、爆破片、过程分析仪表、DCS、FCS等检修运维技术；

14.石油化工装置隐患治理、泄漏治理，大型在役老旧装置的升级改造；

15.石化罐区系统安全与VOCs一体化风险管控技术；

16.数字赋能设备全生命周期管理及智能巡检机器人应用、运维数字化转型、无人化升级方案，智能检修升降设备、火情侦测与消防机器人、无人机等新型技术的应用；

17.可燃、有毒等挥发性气体、挥发性有机物的泄露监测、气体探测传感器的应用；

18.露天设施的雷电预警技术、防雷接地技术、静电接地技术应用；

19.储罐隐患治理与改造提升之检验标准应用（储罐区技术改造、新型浮盘、原油储罐安全预警、安全阀、紧急泄压阀设计选型、雷电预警装置、内浮顶选型、消防安全、罐顶腐蚀、爬壁机器人、油罐浮盘密封等）；

20.炼油化工装置大型机组核心部件修复再制造；

21.石油天然气输配管网完整性管理与抢检修技术；

22.液化天然气（LNG）储运运营管理与设备维护技术；

23.煤化工设备运行安全与检维修技术；

24.油气田地面工程数字化安全与设备检维修技术；

25.泵设备助力石化化工领域节能新工艺的技术探讨；

26.设备智慧运维与检维修新设备、新技术、新材料在石油化工领域的应用。

会议日程安排

6月11日：开幕式及全体大会，特邀院士、领导、专家主旨演讲；

6月12日：全天分论坛。

分论坛一：石化企业转动设备智慧运维与检维修技术论坛；

分论坛二：石化设备润滑与装置节能降碳改造论坛；

分论坛三：石化企业腐蚀防护与管道罐区安全技术论坛；

分论坛四：石化设备健康体系建设与自愈调控修复论坛。

会议拟邀请代表

中国石化、中国石油、中国海油、国能集团、中化集团、国家管网、陕西延长、民营炼化企业及煤化工、罐区、码头、化工、氯碱、纯碱、磷肥、轮胎、精细化工生产企业设备部门管理与技术人员及工程建设公司、石化设备制造企业、检维修服务企业管理与技术人员和相关技术研究机构、大专院校等单位的科研与技术人员参加会议。

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