王少云

摘要：热管作为一种高效、高能的传热元件在石化行业被广泛应用。本文主要介绍了热管技术及热管锅炉在炼化厂重油催化裂化装置中的节能应用。

关键词：热管；催化裂化；余热回收；节能

概述

重油催化裂化装置是炼化厂的关键工艺装置，利用催化裂化装置再生烟气中的余热，通过余热锅炉技术来产生蒸汽，减小装置能耗，达到节能效果。针对催化裂化装置烟气中含微量粉末、锅炉运行处在微正压状态等特点，因此，锅炉形式及换热单元就必须防止催化剂粉末沉积，选取适合该工况的锅炉布置形式，采用热管换热技术保证锅炉长期安全稳定运行，具有重大意义。

1 热管技术及工作原理

1、热管技术及工作原理

（1）热管是一种新型高效的传热元件，按较精确的定义应称之为“封闭的两相传热系统”，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依赖装入内部的流体的相态变化（液态变为汽态和汽态变为液态）来传递热量的装置。

（2）热管的传热原理

热管放在热源部分的称之为蒸发段（热端），放在冷却部分的称之为冷凝段（冷端）。当蒸发段吸热把热量传递给工质后，工质吸热由液体变成汽体，发生相变，吸收汽化潜热。在管内压差作用下，汽体携带潜热由蒸发段流到冷凝段，把热量传递给管外的冷流体，放出凝结潜热，管内工质又由汽体凝为液体，在重力作用下，又回到蒸发段，继续吸热汽化。如此周而复始，将热量不断地由热流体传给冷流体。

（3）热管的特点

①金属、非金属材料本身的导热速率取决于材料的导热系数、温度梯度，正交于温度梯度的截面面积。

②由于热管内的传热过程是相变过程，而且工质的纯度很高，因此热管内蒸汽温度基本上保持恒温，热管两端的温差不超过5℃，具有良好的等温性能。

③热管能适应的温度范围与热管的具体结构、采用的工作流体及热管的环境工作温度有关。目前，热管能适应的温度范围一般为-200℃～2000℃，这也是其它传热元件所难以达到的。

④运行中即使有个别热管损坏，也不会造成两种换热介质相混，不必停车堵漏。因此，热管设备具有使用周期长、安全可靠的优点。

⑤由于每一支热管都是一个独立的换热元件，因此可任意拆换、更换性能强。

2 热管式余热锅炉特点

2.1余热锅炉概况

热管式余热锅炉与常规余热锅炉相比具有明显的优越性，其体积紧凑，结构简单，传热效率高，每支热管都是一个独立的传热元件，可根据不同的温度水平而设计，热管彻底隔离了热源和冷源，因而单根热管受到破坏不影响整个设备的运行，提高了设备长期运行的可靠性。

为了节约能源及减轻环境污染，笔者为某炼化厂40万吨/年重油催化裂化装置余热锅炉改造设计了一台热管式余热锅炉。余热锅炉为一个独立的汽水自然循环系统，由过热器、锅筒、蒸发器、省煤器、上升管、下降管等设备和元件组成，回收催化裂化装置再生烟气中的余热，产生过热蒸汽供生产使用。

2.2 余热锅炉布置特点

基于催化裂化装置再生烟气中含微量粉末，锅炉运行处在微正压状态等特点。锅炉布置考虑立式+卧室布置，多点排灰。过热器段立式布置，烟气主要作上下运动，可减少积灰，提高热效率，竖直方向上设置排灰点。卧式段烟气作水平流动，热管蒸发器采用正做斜置形式，充分利用现有布置空间，合理布置各级换热面，提高效率的同时，减少积灰。

2.3 热管蒸汽发生器水/蒸汽回路运行特点

余热回收装置給水进入省煤器，在省煤器中给水被加热后进入锅筒和锅筒中已有的水混合成炉水。余热回收装置为自然循环方式，锅筒中的水从下降管中流出，进入蒸发器。在蒸发器中受热蒸发形成汽水混合物回到锅筒。由于水和蒸汽的比重不同，汽水混合物在锅筒内被一次分离为水和蒸汽，于是水被存集于锅筒的下部空间（水空间），而蒸汽在上部空间（汽空间）引出。

在锅筒内，水和蒸汽相位界限的划分靠水位线来实现。相位界限内的水始终处于沸腾状态，蒸汽压力（分压力）的任何变化都会引起蒸汽产量的变化，随之也必然引起水位线的波动蒸汽在离开锅筒前，要通过汽水分离，以滤出蒸汽中剩余的水分。

3 余热锅炉节能效益

该项目自投用以来运行效果良好。经核算：余热锅炉共回收热量～6000Kw，年平均产350℃，2.5MPa（表）的过热蒸汽～57600吨/年，可节约标煤6170吨/年。

由于减少了锅炉房相应的供汽量，故可减少烟气排放量86.4×106Nm3/a、减少烟尘排放量265.3t/a、减少SO2排放量92.6t/a，为此，可在一定程度上改善厂区大气环境。

因此，项目的实施将增加企业的经济效益，同时给国家和地方带来长远的环境效益和积极的社会效益。

参考文献：

[1]张红，杨峻，庄骏.热管节能技术[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]庄骏，张红.热管技术及其应用[M].北京：化学工业出版社，2000.

[3]田书红，章琦.重油催化裂化节能技术改造[J].节能，2006（2）：：44—46.