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【摘 要】我国“三北”地区的油田以及全国的稠油油田，加热炉是应用最为普遍的重要热工设备。由于数量巨大，每年都要消耗掉数亿立方米的天然气。加热炉运行状况如何，不仅直接影响原油生产成本中能耗费用的份额，而且还关系到原油集输生产的安全。
【关键词】提高；加热炉；热效率
加热炉的运行热效率是衡量加热炉技术、经济性能的最主要的指标。目前，我国此类加热炉的设计热效率已达到90%左右，就此而言，可以说已达到国际领先水平。但多数加热炉的运行热效率却比设计值低，低5～10个百分点的甚为普遍，低10～20个百分点的也并不少见。不言而喻，这势必显著降低加热炉运行的经济性和安全性，这不能不引起我们的注意。我们就如何提高加热炉的运行热效率，从技术的角度以及运行方式等几个方面加以探讨。
1.运行中存在的问题
加热炉运行中存在的主要问题有以下几点：
1.1运行热效率普遍低
加热炉的设计热效率一般为80%～85%，而实际运行中的热效率要远远底于设计热效率。
1.2负荷率普遍低
普通加热炉负荷率在50%至20%之间，有的甚至底于20%。这是加热炉运行中极为突出的问题。
1.3排烟损失普遍高
加热炉正常情况下排烟损失为10%左右，实际中排烟损失则高于次数值，这也是运行中相当严重的问题。
1.4散热损失较高
设计的散热损失一般为2%～3%，实际运行中的散热损失要高于次数值。
2.运行效率低的原因分析
2.1两个基本概念
为了便于分析加热炉运行效率低的原因，有必要先介绍两个概念。
2.1.1经济负荷（率）
锅炉、加热炉一类产热设备，提供给设计者的一个主要参数是额定热功率，它表示该设备在规定的条件下，连续运行时所必须保证的最高热功率。相应于额定负荷工况下的设备热效率等经济指标，通常不是最佳的，因此，额定工况不是最佳的经济工况。而在额定负荷的75%左右时，设备的经济性最好，这就是所谓经济负荷。
2.1.2最佳空气系数
空气系数α是表示实际空气量与理论空气量之比。空气系数有一最佳值，对应此值时锅炉或加热炉的各项损失之和最小，称之为最佳空气系数。当空气系数大于或小于最佳空气系数时，热效率都会下降。
2.2原因分析
实际负荷率低于经济负荷率，是油田加热炉运行效率低的共同原因。由于负荷率大幅度偏低，必然导致：
2.2.1排烟损失率增大
这是因为燃料耗量大致与负荷变化按线性比例增减，即由于负荷的递减，燃料量也随之下降，但炉膛容积却是不变的，由此炉膛温度也就降低，从而削弱炉内辐射传热，炉膛出口温度升高，排烟温度也相应提高，排烟损失增加，导致热效率降低。
2.2.2影响散热损失率
负荷率的变化也会直接影响炉体的散热损失。如上所述，当负荷递减时，炉体散热损失比炉体温度对负荷率的变化更敏感，因此，对应于单位数量燃料的散热损失将升高，不过升高的幅度不至于很大。
由上分析可见，当加热炉在低于经济负荷区间运行时，随着负荷的继续下降，排烟损失和炉体散热损失将升高，从而使加热炉的运行热效率降低。而且，负荷率越低，对效率下降的影响也就越大。
2.3主要原因
排烟损失高或过高是加热炉运行效率低的主要原因。
2.3.1空气系数α
空气系数高，必然增加排烟容积，在相同的温度条件下，排烟损失也大。一般有两种情况会引起空气系数增大：一是配风调节系统失灵或系统本身调节性能差；二是炉体严密性差，以至漏风严重。这些都会导致排烟损失增大。
2.3.2排烟温度
在同种燃料和空气系数相同的条件下，排烟温度越高，排烟损失也越高。排烟温度受多种因素影响。其中有：空气系数α。α越高，炉温越低，辐射传热减弱，导致炉膛出口温度和排烟温度都升高；燃料气的含水多少，也会明显影响排烟温度。因为燃料气含水率高，同样会降低炉膛温度，致使排烟温度升高；对流受热面的结垢状况对排烟温度也有很大影响。烟气侧和受热介质的严重结垢，都将大大削弱对流换热，导致排烟温度升高。
目前，油田多数加热炉未配置完善的对流受热面，在正常工况条件下，排烟温度高是很普遍的现象。因而，对多数加热炉来说，排烟温度高仍然是导致排烟损失高的主要原因之一。
3.提高运行热效率的措施
如前所述，提高加热炉运行热效率具体措施，应包括设计、制造和运行等几个方面，择要地说可有以下几点：
3.1对于辐射段及辐射—对流过度段，应将传统的大火筒受热面，改为火筒—火管受热面，以提高炉内单位容积的受热面积，缩小加热炉体积
对于1.5MW以上的大型加热炉，还可以考虑采用“水冷壁＋上锅筒”结构，以强化辐射传热、提高炉膛容积热强度。
3.2锅筒水侧传热，应以沸腾换热代替传统的自然对流换热
采用微真空技术，以获得锅筒内水温底于100℃的沸腾换热，甚至采用常压式沸腾，都是可以考虑的方式。
3.3对流段的强化换热，可以采用螺纹管元件
在合适部位，也可以考虑采用热管技术。
3.4采用烟气余热回收技术
采用常规的管式或热管空气预热器，可以有效地回收烟气余热，无需大的代价，即可取得提高运行热效率几个百分点的良好效果。
3.5为确保负荷率在较大范围变化时空气系数α仍保持合理值，建议采用实施风量的随机调节，如此可以在负荷率大范围内变化时，α仍可接近合理值。
3.6改进炉墙耐火保温设计
建议炉膛内壁采用远红外涂料，墙体保温层采用复合硅酸盐等新型保温材料。加上合理设计，可以大量降低炉体的散热损失。此外，施工中要确保炉体及对流段烟道的严密性，以消除漏风现象。
3.7配备完整的常规监测仪器仪表
特别是对一些直接反映运行状况的主要测点，如温度、液位、压力等，应配置一定精度且可靠性高的仪表，并定期校验。
【关键词】提高；加热炉；热效率
加热炉的运行热效率是衡量加热炉技术、经济性能的最主要的指标。目前，我国此类加热炉的设计热效率已达到90%左右，就此而言，可以说已达到国际领先水平。但多数加热炉的运行热效率却比设计值低，低5～10个百分点的甚为普遍，低10～20个百分点的也并不少见。不言而喻，这势必显著降低加热炉运行的经济性和安全性，这不能不引起我们的注意。我们就如何提高加热炉的运行热效率，从技术的角度以及运行方式等几个方面加以探讨。
1.运行中存在的问题
加热炉运行中存在的主要问题有以下几点：
1.1运行热效率普遍低
加热炉的设计热效率一般为80%～85%，而实际运行中的热效率要远远底于设计热效率。
1.2负荷率普遍低
普通加热炉负荷率在50%至20%之间，有的甚至底于20%。这是加热炉运行中极为突出的问题。
1.3排烟损失普遍高
加热炉正常情况下排烟损失为10%左右，实际中排烟损失则高于次数值，这也是运行中相当严重的问题。
1.4散热损失较高
设计的散热损失一般为2%～3%，实际运行中的散热损失要高于次数值。
2.运行效率低的原因分析
2.1两个基本概念
为了便于分析加热炉运行效率低的原因，有必要先介绍两个概念。
2.1.1经济负荷（率）
锅炉、加热炉一类产热设备，提供给设计者的一个主要参数是额定热功率，它表示该设备在规定的条件下，连续运行时所必须保证的最高热功率。相应于额定负荷工况下的设备热效率等经济指标，通常不是最佳的，因此，额定工况不是最佳的经济工况。而在额定负荷的75%左右时，设备的经济性最好，这就是所谓经济负荷。
2.1.2最佳空气系数
空气系数α是表示实际空气量与理论空气量之比。空气系数有一最佳值，对应此值时锅炉或加热炉的各项损失之和最小，称之为最佳空气系数。当空气系数大于或小于最佳空气系数时，热效率都会下降。
2.2原因分析
实际负荷率低于经济负荷率，是油田加热炉运行效率低的共同原因。由于负荷率大幅度偏低，必然导致：
2.2.1排烟损失率增大
这是因为燃料耗量大致与负荷变化按线性比例增减，即由于负荷的递减，燃料量也随之下降，但炉膛容积却是不变的，由此炉膛温度也就降低，从而削弱炉内辐射传热，炉膛出口温度升高，排烟温度也相应提高，排烟损失增加，导致热效率降低。
2.2.2影响散热损失率
负荷率的变化也会直接影响炉体的散热损失。如上所述，当负荷递减时，炉体散热损失比炉体温度对负荷率的变化更敏感，因此，对应于单位数量燃料的散热损失将升高，不过升高的幅度不至于很大。
由上分析可见，当加热炉在低于经济负荷区间运行时，随着负荷的继续下降，排烟损失和炉体散热损失将升高，从而使加热炉的运行热效率降低。而且，负荷率越低，对效率下降的影响也就越大。
2.3主要原因
排烟损失高或过高是加热炉运行效率低的主要原因。
2.3.1空气系数α
空气系数高，必然增加排烟容积，在相同的温度条件下，排烟损失也大。一般有两种情况会引起空气系数增大：一是配风调节系统失灵或系统本身调节性能差；二是炉体严密性差，以至漏风严重。这些都会导致排烟损失增大。
2.3.2排烟温度
在同种燃料和空气系数相同的条件下，排烟温度越高，排烟损失也越高。排烟温度受多种因素影响。其中有：空气系数α。α越高，炉温越低，辐射传热减弱，导致炉膛出口温度和排烟温度都升高；燃料气的含水多少，也会明显影响排烟温度。因为燃料气含水率高，同样会降低炉膛温度，致使排烟温度升高；对流受热面的结垢状况对排烟温度也有很大影响。烟气侧和受热介质的严重结垢，都将大大削弱对流换热，导致排烟温度升高。
目前，油田多数加热炉未配置完善的对流受热面，在正常工况条件下，排烟温度高是很普遍的现象。因而，对多数加热炉来说，排烟温度高仍然是导致排烟损失高的主要原因之一。
3.提高运行热效率的措施
如前所述，提高加热炉运行热效率具体措施，应包括设计、制造和运行等几个方面，择要地说可有以下几点：
3.1对于辐射段及辐射—对流过度段，应将传统的大火筒受热面，改为火筒—火管受热面，以提高炉内单位容积的受热面积，缩小加热炉体积
对于1.5MW以上的大型加热炉，还可以考虑采用“水冷壁＋上锅筒”结构，以强化辐射传热、提高炉膛容积热强度。
3.2锅筒水侧传热，应以沸腾换热代替传统的自然对流换热
采用微真空技术，以获得锅筒内水温底于100℃的沸腾换热，甚至采用常压式沸腾，都是可以考虑的方式。
3.3对流段的强化换热，可以采用螺纹管元件
在合适部位，也可以考虑采用热管技术。
3.4采用烟气余热回收技术
采用常规的管式或热管空气预热器，可以有效地回收烟气余热，无需大的代价，即可取得提高运行热效率几个百分点的良好效果。
3.5为确保负荷率在较大范围变化时空气系数α仍保持合理值，建议采用实施风量的随机调节，如此可以在负荷率大范围内变化时，α仍可接近合理值。
3.6改进炉墙耐火保温设计
建议炉膛内壁采用远红外涂料，墙体保温层采用复合硅酸盐等新型保温材料。加上合理设计，可以大量降低炉体的散热损失。此外，施工中要确保炉体及对流段烟道的严密性，以消除漏风现象。
3.7配备完整的常规监测仪器仪表
特别是对一些直接反映运行状况的主要测点，如温度、液位、压力等，应配置一定精度且可靠性高的仪表，并定期校验。