提高油改气后原油加热炉热效率

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1、姓姓 名：黄松磊名：黄松磊学学 号：号：0612310806123108专业班级：热能与动力工程专业班级：热能与动力工程06-106-1班班指导教师：许康指导教师：许康2010-6-272010-6-27中国石油大学中国石油大学提高油改气后原油加热炉热效率提高油改气后原油加热炉热效率一. 本课题的目的和研究现状三. 改造方案研究四. 改造前后比较分析二. 加热炉热效率校核计算五. 经济性评价六. 结论中国石油大学中国石油大学 一一. .本课题的目的和研究现状本课题的目的和研究现状 管式加热炉是油田重要的输油加热设备，管式加热炉是油田重要的输油加热设备，在在原油能源供应不足，价格日趋上涨背景的下

2、改烧原油能源供应不足，价格日趋上涨背景的下改烧天然气，燃气后辐射段吸热不足，排烟温度升高，天然气，燃气后辐射段吸热不足，排烟温度升高，热效率下降。热效率下降。 为提高热效率，节省能源，降低运行成本，为提高热效率，节省能源，降低运行成本，需对原加热炉进行技术改造，增强吸热，降低烟需对原加热炉进行技术改造，增强吸热，降低烟温，从而达到提高效率的目的。温，从而达到提高效率的目的。中国石油大学中国石油大学 2005年，魏荆线输油管年，魏荆线输油管道的加热炉道的加热炉“油改气油改气”工程工程通过增加加热炉换热面积，通过增加加热炉换热面积，使热效率提高使热效率提高6%。中国石油大学中国石油大学 对原油加热

3、炉进行校核计算，分析热效率对原油加热炉进行校核计算，分析热效率低的原因并设计改造方案，对改造后进行热效低的原因并设计改造方案，对改造后进行热效率计算。对改造前后进行比较分析，并进行经率计算。对改造前后进行比较分析，并进行经济性评价。济性评价。中国石油大学中国石油大学 二二. .加热炉热效率校核计算加热炉热效率校核计算 首先，根据燃料成分计算燃烧所需空气量首先，根据燃料成分计算燃烧所需空气量 天然气燃烧所需空气量天然气燃烧所需空气量 原油燃烧所需空气量原油燃烧所需空气量中国石油大学中国石油大学 根据烟气中各组分的含量和占总烟气体积的比例制根据烟气中各组分的含量和占总烟气体积的比例制成燃油和燃气的

4、烟气温焓表。假定加热炉排烟温度，确成燃油和燃气的烟气温焓表。假定加热炉排烟温度，确定排烟损失，选取加热炉散热损失和其它热损失，根据定排烟损失，选取加热炉散热损失和其它热损失，根据反平衡法计算加热炉效率。反平衡法计算加热炉效率。 根据燃料发热量和效率计算燃料消耗量，根据加热根据燃料发热量和效率计算燃料消耗量，根据加热炉功率和进出口油温度确定原油介质流量和流速。炉功率和进出口油温度确定原油介质流量和流速。 燃料消耗量燃料消耗量 原油介质流量原油介质流量中国石油大学中国石油大学 (1)根据炉膛尺寸进行炉膛结构计算。根据炉膛尺寸进行炉膛结构计算。 (2)假定炉膛热负荷，确定炉膛进口原油温度，计算假定炉

5、膛热负荷，确定炉膛进口原油温度，计算炉膛有效放热量和烟气出口焓。根据炉膛内烟气成分和炉膛有效放热量和烟气出口焓。根据炉膛内烟气成分和温度确定炉膛有效辐射率和气体交换系数，计算炉膛内温度确定炉膛有效辐射率和气体交换系数，计算炉膛内实际传热量。实际传热量。 炉膛传热量炉膛传热量为为 中国石油大学中国石油大学 （1）对流段结构计算）对流段结构计算 （2）热力计算）热力计算 原油侧换热系数原油侧换热系数 烟气侧换热系数烟气侧换热系数 折算光管换热系数折算光管换热系数 中国石油大学中国石油大学 查文献管式加热炉确定管内外污垢热阻，进而计算查文献管式加热炉确定管内外污垢热阻，进而计算对流段传热系数对流段传

6、热系数 对流段传热系数对流段传热系数： 根据对流段进出口烟温和原有温度计算对数平均温差，根据对流段进出口烟温和原有温度计算对数平均温差，再计算再计算对流段传热量对流段传热量： 计算实际对流段传热量与之前假定值的误差在计算实际对流段传热量与之前假定值的误差在1%1%之内则之内则完成对流段计算完成对流段计算。 中国石油大学中国石油大学 根据对流段传热量，炉膛传热量和燃料低位根据对流段传热量，炉膛传热量和燃料低位发热量确定实际热效率，与热平衡中计算的热效发热量确定实际热效率，与热平衡中计算的热效率误差在率误差在0.5%0.5%之内则完成计算之内则完成计算 。中国石油大学中国石油大学 三三. .加热炉

7、改造方案研究加热炉改造方案研究 改造前加热炉燃气燃油主要计算结果改造前加热炉燃气燃油主要计算结果序序号号项目项目符号符号单位单位燃气燃气燃油燃油1排烟温度排烟温度tp 3542702炉膛出口烟气温度炉膛出口烟气温度tl 7477683加热炉热效率加热炉热效率% 78824燃料消耗量燃料消耗量Bjm3/s 或或kg/s0.17780.13975炉膛受热面吸热量炉膛受热面吸热量QfkW 3591.737266对流段受热面吸热量对流段受热面吸热量QdkW 1403.51242中国石油大学中国石油大学 天然气的发热量低于原油，理论燃烧温度较低 加热炉以天然气为燃料燃烧时，炉膛传热不足，改变了加热炉内温

8、度分布，影响辐射段与对流段吸收热量的比例，排烟温度升高 改烧气后加热炉热效率为改烧气后加热炉热效率为78%78%，比烧油降低了，比烧油降低了4%4%，排烟温度由排烟温度由270270升高到升高到354354，炉膛传热量由，炉膛传热量由3726kW3726kW降降低到低到3592kW3592kW，排烟热损失增大，炉膛吸热明显不足。，排烟热损失增大，炉膛吸热明显不足。原原 因因中国石油大学中国石油大学 增大管排数增大管排数增大换热面积增大换热面积 使弯管部分受热使弯管部分受热 增大单位长度炉管传热面积增大单位长度炉管传热面积控制过量空气系数控制过量空气系数烟气余热回收烟气余热回收中国石油大学中国石

9、油大学将对流段钉头管改为翅片管钉头管翅片管中国石油大学中国石油大学对流段半剖图对流段半剖图打通隔墙使烟气流经弯管部分 隔墙中国石油大学中国石油大学序号序号项目项目符号符号单位单位燃气燃气燃油燃油1排烟温度排烟温度tp 2552022炉膛出口烟气温度炉膛出口烟气温度tl 7297533加热炉热效率加热炉热效率% 84.485.54燃料消耗量燃料消耗量Bjm3/s 或或kg/s0.16590.1345炉膛受热面吸热量炉膛受热面吸热量QfkW 343035746对流段受热面吸热量对流段受热面吸热量QdkW 1569.51450.9中国石油大学中国石油大学 在不计肋面积的前提下，传热面积由改造前的在不

10、计肋面积的前提下，传热面积由改造前的2 2增加到改造后的增加到改造后的2 2，其主要原因是因为打通了支撑炉，其主要原因是因为打通了支撑炉管的隔墙，使烟气冲刷弯管部分。管的隔墙，使烟气冲刷弯管部分。 四四. .加热炉改造前后的比较分析加热炉改造前后的比较分析中国石油大学中国石油大学 经对流段改造后，经对流段改造后， 燃气传热系数由燃气传热系数由31.164 W/(m2K)增加到增加到39.236 W/(m2K) ， 燃油传热系数由燃油传热系数由30.865 W/(m2K)增加到增加到39.646 W/(m2K) 原因原因 在炉管长度和直径都不变的情况下，通过增加单位长在炉管长度和直径都不变的情况

11、下，通过增加单位长度炉管上的传热面积来增强传热，这也是翅片管相对钉头度炉管上的传热面积来增强传热，这也是翅片管相对钉头管的优势管的优势 折算光管换热系数折算光管换热系数中国石油大学中国石油大学 对流段吸热量，燃气对流段吸热量，燃气1403kW 1569kW 燃油燃油1242kW 1451kW 经改造，改造后炉膛出口温度小于改造前炉膛出口经改造，改造后炉膛出口温度小于改造前炉膛出口温度，进而使对流段吸热量增加，改善了炉内温度分布温度，进而使对流段吸热量增加，改善了炉内温度分布和传热分布，降低了排烟温度和传热分布，降低了排烟温度中国石油大学中国石油大学 燃气：燃气：33/s 燃油：燃油： 燃料消耗

12、量降低，是因为热效率提高，在加热炉热负燃料消耗量降低，是因为热效率提高，在加热炉热负荷不变的前提下，燃料利用率提高荷不变的前提下，燃料利用率提高中国石油大学中国石油大学 燃气燃气354 255 燃油燃油270 202 燃气燃气77.8% 88.4%燃油燃油82% 85.5% 经对流段改造后，燃油和燃气的排烟温经对流段改造后，燃油和燃气的排烟温度均降低，排烟损失降低，从而使热效率提度均降低，排烟损失降低，从而使热效率提高高中国石油大学中国石油大学序序号号项目项目符号符号单位单位改前燃气改前燃气改后燃气改后燃气改前燃油改前燃油改后燃油改后燃油1排烟温度排烟温度tp 3542552702022炉膛出

13、口烟气温度炉膛出口烟气温度tl 7477297687533加热炉热效率加热炉热效率% 77.884.48285.54燃料消耗量燃料消耗量Bjm3/s 或或kg/s0.17780.16590.13970.1345对流段传热面积对流段传热面积Fm293.0398.2993.0398.296对流段传热系数对流段传热系数KW/(m2K) 31.16439.23630.86539.6467炉膛受热面吸热量炉膛受热面吸热量QfkW 3591.73430372635748对流段受热面吸热对流段受热面吸热量量QdkW 1403.51569.512421450.9 改造前后加热炉燃油燃气计算结果改造前后加热炉燃

14、油燃气计算结果中国石油大学中国石油大学五五. .经济性评价经济性评价项目项目改造前燃气改造前燃气改造后燃气改造后燃气改造前燃油改造前燃油改造后燃油改造后燃油效率（效率（%）77.884.48285.5燃料消耗量燃料消耗量15362m3/天天14334m3/天天12191kg/天天11578kg/天天燃料成本燃料成本（万元（万元/天）天）3.883.633.443.27节省燃料成本节省燃料成本（万元（万元/天）天）0.250.17中国石油大学中国石油大学 改造成本改造成本= =翅片管成本翅片管成本+ +安装费用安装费用+ +打通隔墙费用打通隔墙费用 万万万万+3+3万万=10=10万万 中国石油

15、大学中国石油大学六六.结结 论论1. 改造后原油加热炉燃气的热效率为改造后原油加热炉燃气的热效率为84%，比改造前提，比改造前提高高7个百分点；燃油的热效率可达到个百分点；燃油的热效率可达到85.5%，较改造，较改造前可提高个百分点。前可提高个百分点。3. 从经济效益角度看，以天然气为燃料，改造后每天从经济效益角度看，以天然气为燃料，改造后每天可节约成本万元，以原油为燃料每天可节约万元。加可节约成本万元，以原油为燃料每天可节约万元。加热炉对流段改造成本为热炉对流段改造成本为10万元，燃气的回收期为万元，燃气的回收期为40天，天，燃油的回收期为燃油的回收期为60天。天。2. 从节能效果看，加热炉经对流段改造后，每天可节约从节能效果看，加热炉经对流段改造后，每天可节约天然气天然气1000立方米，或节约原油吨。立方米，或节约原油吨。