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干冰清洗在提高聚酯热煤炉热效率中的应用……
- 2019-01-26 -

前言 
中国石化仪征化纤股份公司自80年代初引进8条聚酯生产线(年生产能力6万t/线)分布于涤纶一、二、三厂,同时引进辅助生产装置立式热媒炉9台(每厂3台)。投产至今,运行状况一直良好。但是,随着运行时间的延长。热媒炉的热效率下降,已由运行初期的85%(设计值85%)降到目前的76%~80%。相对于后期引进的卧式热媒炉(热效率高达90%以上),热效率明显太低,原油消耗偏高。通过理论分析,结台生产实际,对热媒炉热效率影响因素进行优化,最终实现降低油耗,减少生产成本,提高企业竞争力,具有重要意义。本文通过选定的关键影响因素烟道气温度偏高作为研究对象,用干冰清洗新技术去除炉内结碳污垢,达到降低烟气温度,提高热媒炉热效率的目的。

1 热媒炉热效率影响因素分析

根据扬州市节能检测站对我厂的3台热媒炉测试结果可以看出:热媒炉热效率约76% ~8o% ,排烟热损失18.2% ~22.2% ,散热热损失约0.7% ,化学不完全燃烧热损失约0.1%,其他热损失约1.0%(假设后3项不变)。由此可见,排烟热损失是热媒炉主要热损失,是影响热媒炉热效率的主要因素。因此提高热媒炉热效率必须降低烟气温度。公式

Qr=B·q=d·F·q,                (1)

Qy=B·V=d·F·V(C·t-Co·to),   (2)

V= 10.68a+0.43,                (3)

a≈21/[21-φ(Q2)]。             (4)

式中:Qr为原油发热量(kJ/h);Qy为排烟热损失(kJ/h);q为原油质量流量(kg/h);d为原油密度(kg/m3)(t=55℃,d=896kg/m3]);F为原油体积流量(m3/h);q为原油低位发热值41900kJ/ kg;V为单位原油烟气量(m3/kg);a为空气过剩系数;C为烟气比热(kJ/m3·℃);t为烟气温度℃;C0为常温比热1.34 kJ/m3·℃;t0为常温25℃;O2为氧的体积分数(%)。排烟热损失:

qy=Qy/Qt=V·(C·t-C0·t0)/q=(10.68a+0.43)×(C·t一33.5)/q。  (5)

由式(5)可以看出:影响排烟热损失的主要因素是排烟温度t和空气过剩系数a,通过对不同t和a取值,发现qy随a大而大,随t大而大,即a和t对qy影响均太。因此,降低排烟热损失qy主要是降低排烟温度t和降低空气过剩系数a,但在实际生产中,一般将氧的体积分数固定为7% 。故公式(5)可简写为:

a=1.50.

qy=3.926×10-4(C·t-33.5),            (6)

当t=350℃,C=1.40 kJ/m3·℃时,qy =17.92% ;

当t=250℃,C=1.38 kJ/m3·℃时,qy =12.23% 。

可见,如烟气温度由350℃降到250℃时,排烟热损失qy由17.92%降到12.23%,热媒炉热效率上升了5.7%,热媒炉热效率由80.28%上升到85.98% 。

2 排烟温度影响因素分析

由于热媒炉内的盘管结构特殊,内外盘管夹层间隙很小,很难用常规方法清洗结碳污垢,10多年来一直未对其清灰除垢,实际上,内外盘管夹层以结碳污垢为主,积灰不多。结碳污垢覆盖管壁,影响对流传热。因此,结碳污垢是影响排烟温度的主要影响因素。

3 干冰清洗除污技术原理

干冰清洗是使用于冰介质(颗粒)通过压缩空气加速度来撞击所需清洗的表面,干冰撞击瞬时结合能量的损失及非常迅速的热能传递,使污物表面降温脆化,干冰颗粒机在污物与表面之间瞬时从CO2固体变成气体,千分之几秒时间内CO2体积膨胀8O0倍,使污物脱离表面。清洗下来的污垢,减少了后道工序的热损失,提高了效率。干冰粒子的硬度相对于其他材料低,清洗过程中依赖粒子高速度来达到撞击能量,粒子高速度是通过超音速推进器来实现的。干冰粒子为低温(-78.5℃)介质,清洗过程中干冰对被清洗污物表面热感应产生热效应,使清洗

污物表面与干冰之间产生温差,不同材质之间温度下降使表面污垢龟裂,此时干冰撞击而破坏了表面污物的完整性,污物剥离表面,同时干冰气化将污物带走,达到清洗之目的。干冰清洗技术属于划时代除垢的新技术,目前应用于模具清洗、电器除垢、发电机组及静电除污等。干冰清洗热煤炉具有如下优点:

(1)干式除垢,利用停车机会进行,不影响生产:

(2)干冰清洗后短时间气化无残留物,不产生二次废料:

(3)干冰清洗为非破坏性除垢,不损设备。

4 热媒炉干冰清洗可行性

干冰清洗效率较高,有别于高压水清洗和喷砂清洗,使用O.6 MPa的压缩空气引射干冰粒子,对盘管的损伤较小,清洗出来的碳化污垢从炉底4个清灰孔中人工清除。清洗需要的条件(压空、电)满足,由于炉管特殊结构,喷嘴及工装器具需清洗公司专门设计制造,经过现场清洗实验,干冰清洗对清洗热媒炉效果非常好。

5 工程费用

委托干冰清洗公司服务,清洗1台热煤炉所需费用在10万元以内。购进干冰清洗设备,配备干冰清洗机(干冰喷射器、洗模机)和干冰制造机(干冰造粒机、干冰制粒机)进口设备大约在30万以上,国产机器大约20万以内。

6 清洗前后经济技术数据比较

我厂决定对3台老炉全部用于冰清洗1次,在八单元停车衔接检修期间(6月15日~7月1日)洗2台(1和3号),在七单元停车检修期间(7月25日~ 8月1日)洗1台(2号)。以1号炉为例,清洗周期约4d,结碳污垢约100k。

在负荷为40%时,油流量F=0.6m3/h;

清洗前排烟温度t=330℃ ;a=1.5;Qy=16.82 %

清洗后排烟温度t=240℃ ;a=1.5:Qy=11.69%,热媒炉热效率上升了5.13%。

每天节油量WO=F·d·0.0513×24=0.6x896×0.0513x24=662 kg

每年节油量WW=WO x 350d=662×350=231 700kg=231.7t

每年节油费CC=WWx1100元/t=231.7×1100=254 870元=25.5万元

3台炉每年节油费76.5万元,效益投资比大于3,说明决策是正确的。

7 结论

(1)提高热煤炉热效率关键是降低排烟热损失,影响排烟热损失的主要因素是排烟温度t和空气过剩系数a,空气过剩系数a由氧含量确定(建议最佳值7%),结碳污垢是影响排烟温度的主要影响因素.干冰清洗热煤炉是去除结碳污垢的最佳技术方案。

(2)效益投资比大于3,表明投资费用仅100d就可回收.经济效益显著。

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