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      干冰清洗在提高聚酯熱煤爐熱效率中的應用……
      2020-08-19

      前言 
      中國石化儀征化纖股份公司自80年代初引進8條聚酯生產線(年生產能力6萬t/線)分布于滌綸一、二、三廠,同時引進輔助生產裝置立式熱媒爐9臺(每廠3臺)。投產至今,運行狀況一直良好。但是,隨著運行時間的延長。熱媒爐的熱效率下降,已由運行初期的85%(設計值85%)降到目前的76%~80%。相對于后期引進的臥式熱媒爐(熱效率高達90%以上),熱效率明顯太低,原油消耗偏高。通過理論分析,結臺生產實際,對熱媒爐熱效率影響因素進行優化,最終實現降低油耗,減少生產成本,提高企業競爭力,具有重要意義。本文通過選定的關鍵影響因素煙道氣溫度偏高作為研究對象,用干冰清洗新技術去除爐內結碳污垢,達到降低煙氣溫度,提高熱媒爐熱效率的目的。

      1 熱媒爐熱效率影響因素分析

      根據揚州市節能檢測站對我廠的3臺熱媒爐測試結果可以看出:熱媒爐熱效率約76% ~8o% ,排煙熱損失18.2% ~22.2% ,散熱熱損失約0.7% ,化學不完全燃燒熱損失約0.1%,其他熱損失約1.0%(假設后3項不變)。由此可見,排煙熱損失是熱媒爐主要熱損失,是影響熱媒爐熱效率的主要因素。因此提高熱媒爐熱效率必須降低煙氣溫度。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為原油發熱量(kJ/h);Qy為排煙熱損失(kJ/h);q為原油質量流量(kg/h);d為原油密度(kg/m3)(t=55℃,d=896kg/m3]);F為原油體積流量(m3/h);q為原油低位發熱值41900kJ/ kg;V為單位原油煙氣量(m3/kg);a為空氣過剩系數;C為煙氣比熱(kJ/m3·℃);t為煙氣溫度℃;C0為常溫比熱1.34 kJ/m3·℃;t0為常溫25℃;O2為氧的體積分數(%)。排煙熱損失:

      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:影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度t和空氣過剩系數a,通過對不同t和a取值,發現qy隨a大而大,隨t大而大,即a和t對qy影響均太。因此,降低排煙熱損失qy主要是降低排煙溫度t和降低空氣過剩系數a,但在實際生產中,一般將氧的體積分數固定為7% 。故公式(5)可簡寫為:

      a=1.50.

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

      t=350℃,C=1.40 kJ/m3·℃時,qy =17.92% ;

      t=250℃,C=1.38 kJ/m3·℃時,qy =12.23% 。

      可見,如煙氣溫度由350℃降到250℃時,排煙熱損失qy由17.92%降到12.23%,熱媒爐熱效率上升了5.7%,熱媒爐熱效率由80.28%上升到85.98% 。

      2 排煙溫度影響因素分析

      由于熱媒爐內的盤管結構特殊,內外盤管夾層間隙很小,很難用常規方法清洗結碳污垢,10多年來一直未對其清灰除垢,實際上,內外盤管夾層以結碳污垢為主,積灰不多。結碳污垢覆蓋管壁,影響對流傳熱。因此,結碳污垢是影響排煙溫度的主要影響因素。

      3 干冰清洗除污技術原理

      干冰清洗是使用于冰介質(顆粒)通過壓縮空氣加速度來撞擊所需清洗的表面,干冰撞擊瞬時結合能量的損失及非常迅速的熱能傳遞,使污物表面降溫脆化,干冰顆粒機在污物與表面之間瞬時從CO2固體變成氣體,千分之幾秒時間內CO2體積膨脹8O0倍,使污物脫離表面。清洗下來的污垢,減少了后道工序的熱損失,提高了效率。干冰粒子的硬度相對于其他材料低,清洗過程中依賴粒子高速度來達到撞擊能量,粒子高速度是通過超音速推進器來實現的。干冰粒子為低溫(-78.5℃)介質,清洗過程中干冰對被清洗污物表面熱感應產生熱效應,使清洗

      污物表面與干冰之間產生溫差,不同材質之間溫度下降使表面污垢龜裂,此時干冰撞擊而破壞了表面污物的完整性,污物剝離表面,同時干冰氣化將污物帶走,達到清洗之目的。干冰清洗技術屬于劃時代除垢的新技術,目前應用于模具清洗、電器除垢、發電機組及靜電除污等。干冰清洗熱煤爐具有如下優點:

      (1)干式除垢,利用停車機會進行,不影響生產:

      (2)干冰清洗后短時間氣化無殘留物,不產生二次廢料:

      (3)干冰清洗為非破壞性除垢,不損設備。

      4 熱媒爐干冰清洗可行性

      干冰清洗效率較高,有別于高壓水清洗和噴砂清洗,使用O.6 MPa的壓縮空氣引射干冰粒子,對盤管的損傷較小,清洗出來的碳化污垢從爐底4個清灰孔中人工清除。清洗需要的條件(壓空、電)滿足,由于爐管特殊結構,噴嘴及工裝器具需清洗公司專門設計制造,經過現場清洗實驗,干冰清洗對清洗熱媒爐效果非常好。

      5 工程費用

      委托干冰清洗公司服務,清洗1臺熱煤爐所需費用在10萬元以內。購進干冰清洗設備,配備干冰清洗機(干冰噴射器、洗模機)和干冰制造機(干冰造粒機、干冰制粒機)進口設備大約在30萬以上,國產機器大約20萬以內。

      6 清洗前后經濟技術數據比較

      我廠決定對3臺老爐全部用于冰清洗1次,在八單元停車銜接檢修期間(6月15日~7月1日)洗2臺(1和3號),在七單元停車檢修期間(7月25日~ 8月1日)洗1臺(2號)。以1號爐為例,清洗周期約4d,結碳污垢約100k。

      在負荷為40%時,油流量F=0.6m3/h;

      清洗前排煙溫度t=330℃ ;a=1.5;Qy=16.82 %

      清洗后排煙溫度t=240℃ ;a=1.5:Qy=11.69%,熱媒爐熱效率上升了5.13%。

      每天節油量WO=F·d·0.0513×24=0.6x896×0.0513x24=662 kg

      每年節油量WW=WO x 350d=662×350=231 700kg=231.7t

      每年節油費CC=WWx1100元/t=231.7×1100=254 870元=25.5萬元

      3臺爐每年節油費76.5萬元,效益投資比大于3,說明決策是正確的。

      7 結論

      (1)提高熱煤爐熱效率關鍵是降低排煙熱損失,影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度t和空氣過剩系數a,空氣過剩系數a由氧含量確定(建議最佳值7%),結碳污垢是影響排煙溫度的主要影響因素.干冰清洗熱煤爐是去除結碳污垢的最佳技術方案。

      (2)效益投資比大于3,表明投資費用僅100d就可回收.經濟效益顯著。

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