一种用于原料油加热的电加热炉系统及运行方法与流程

1.本发明属于加热炉技术领域，具体涉及一种用于原料油加热的电 加热炉系统及运行方法。


背景技术：

2.加热炉是炼化企业的主要耗能设备，其燃料消耗占企业能耗的 50％左右，二氧化碳排放量占炼化企业碳排放的1/3左右，是企业的 能耗、污染物和碳排放大户。
3.目前，炼化加热炉热效率大多在92％左右，进一步提升热效率存 在较大的难度。同时，国家标准“石油炼制工业污染物排放标准”规 定，工艺加热炉no
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排放不大于150mg/m3，特别地区排放值不大于 100mg/m3，加热炉发展趋势逐步向超低排放迈进。另外，传统加热炉 采用火焰燃烧和炉管的管径变化来实现工艺介质的加热，由于燃烧火 焰形状、高度和强度难以准确掌控，工艺介质加热过程无法实现精确 控制。基于上述原因，传统加热炉的提升和发展在政策和技术上都受 到了严重制约。
4.因此，从节能、降碳、环保角度出发，开发新型电能加热炉系统， 改变加热炉用能，进一步提升加热炉热效率，实现加热炉的零污染排 放和加热过程的精细化控制，具有十分重要的意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于原料油加 热的电加热炉系统及运行方法，通过改变加热炉用能形式，解决传统 加热炉运行中，产生污染物、热效率难提升、co2难处理的问题，同 时通过调整电加热炉系统结构，解决加热炉运行中原料油易发生结焦 及加热过程的精细化控制的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种用于原料油加热的电加热炉系统，包括并联的第一电加热炉 和第二电加热炉，所述第一电加热炉和第二电加热炉内分别设置有并 联的四组第一换热管；所述第一换热管通过管道连接到并联的两组第 二换热管；所述第一换热管外壁设有第一电加热元件，所述第一电加 热元件通过导线与第一电力控制系统相连接；所述第二换热管外壁设 有第二电加热元件，所述第二电加热元件通过导线与第二电力控制系 统相连接。
8.优选的，所述电加热炉、换热管、电加热元件的耐压范围为 5-15mpa，耐温范围为400-1000℃；所述电加热炉为真空炉或气氛炉。
9.优选的，所述换热管的管径为100-200mm，所述第一电加热元件 的功率为2-4mw，所述第二电加热元件的功率为1-2mw。
10.优选的，所述电加热元件为电阻式加热管或电磁式加热管中的一 种；其形状为带状、丝状、圈状、片状、板状中的一种。
11.优选的，所述电力控制系统为模糊控制、动态矩阵控制、神经网 络控制、pid调节控制、人工智能控制技术中的一种或多种。
12.本发明还保护一种所述用于原料油加热的电加热炉系统的运行 方法，包括以下步骤：
13.(1)原料油分成两路通过管道分别进入第一电加热炉和第二电 加热炉，进入电加热炉后，原料油分成四路分别进入并联的四组第一 换热管中，第一电力控制系统通过控制第一电加热元件对第一换热管 内的原料油进行加热，加热至一定温度后从第一换热管中引出；
14.(2)从第一换热管中出来的原料油合并后分为两路分别进入第 二换热管，第二电力控制系统控制第二电加热元件对第二换热管中的 原料油进行加热，加热至目标温度后从第二换热管中引出，进入后续 工艺。
15.优选的，所述原料为减压渣油、常压渣油中的一种。
16.优选的，步骤(1)中原料油进入电加热炉前的温度为280-300℃， 引出第一换热管的温度为380-400℃。
17.优选的，步骤(2)中原料油引出第二换热管的温度为480-500℃。
18.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
19.(1)本发明提供的用于原料油加热的电加热炉系统，可根据工 艺介质特性，实现加热过程的精确控制。传统加热炉采用火焰燃烧方 式和炉管的管径的变化来实现工艺介质的加热，由于燃烧火焰形状、 高度和强度难以控制，传统加热炉工艺介质加热温度难以实现精确控 制，加热过程较为粗放。本发明的电加热炉系统及其运行方法，通过 工艺介质的分组和分路加热，控制调节加热元件的功率，实现分段、 分区间的精确加热，达到工艺介质精细加热的目的。
20.(2)本发明提供的用于原料油加热的电加热炉系统，原料油在 换热管内加热，电加热元件布置在加换热管外，同时通过在同一台电 加热炉内设置多级换热管，原料油在第一换热管内分成4路，同时限 定其加热的最高温度为400℃，保证了电加热元件不会加热至过高的 加热温度，从而使原料油受热均匀，随后进入第二段加热；由于进入 第二段换热管的原料油已经有一定的初始温度，并且第二段的加热温 度限定在400-500℃，所以第二段换热管设置为2路，即保证了加热 效率，减少了原料油流经多个管道汇合时热量的损失，保证了加热温 度的精细控制；本发明提供的电加热系统，合理地设置进行分段加热， 并在不同加热段设置具体的电加热炉及电加热元件，通过精确控制易 结焦温度区间(400～500℃)的加热功率，效延缓了工艺介质结焦， 可以保障加热炉运行一个检修周期(4～5年)以上，保障了加热炉的 长周期高效运行。
21.(3)本发明提供的用于原料油加热的电加热炉系统，无co2、 no
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等污染物排出，可实现加热炉零污染运行。常规工艺中，燃料气 与空气直接接触燃烧，会产生热力型no
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、快速型no
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，排出的烟气 中含有大量的co2和一定量的no
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。本发明较佳实施例中采用电加热 的方式，无co2、no
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产生，可实现加热炉零污染运行；同时，传统 加热炉热效率难以突破95％以上，本发明的电加热炉系统，热损失仅 为加热炉壁面散热损失，与传统加热炉相比、无排烟损失和不完全燃 烧损失，加热炉热效率有效提升，达到98％以上。
附图说明
22.图1是本发明用于原料油加热的电加热炉系统的结构示意图。
23.其中，1、第一电加热炉；2、第二电加热炉；3、第一换热管；4、 第二换热管；5、第一电加热元件；6、第二电加热元件；7、第一电 力控制系统；8、第二电力控制系统。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件 可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨 在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动 前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此， 一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行 进一步定义和解释。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、
ꢀ“
内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为 了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件 必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明的限制。
28.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能 理解为指示或暗示相对重要性。
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可 以相互结合。
30.如图1所示，一种用于原料油加热的电加热炉系统，包括并联的 第一电加热炉1和第二电加热炉2，所述第一电加热炉1和第二电加 热炉2内分别设置有并联的四组第一换热管3；所述第一换热管3通 过管道连接到并联的两组第二换热管4；所述第一换热管3外壁设有 第一电加热元件5，所述第一电加热元件5通过导线与第一电力控制 系统7相连接；所述第二换热管4外壁设有第二电加热元件6，所述 第二电加热元件6通过导线与第二电力控制系统8相连接。
31.具体地，电加热炉内设置有换热管，原料油走换热管内，电加热 元件布置在换热管外壁，可精确控制加热精度及抑制炉管的结焦。
32.在一些实施例中，所述电加热炉、换热管、电加热元件的耐压范 围为5-15mpa，可以为5mpa、6mpa、7mpa、8mpa、9mpa、10mpa、 11mpa、12mpa、13mpa、14mpa、15mpa，耐温范围为400-1000℃， 可以为400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、 800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃；所述电加热炉为真空炉或气 氛炉。
33.在一些实施例中，所述换热管的管径为100-200mm，可以为 100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、 180mm、190mm、200mm；所述第一电加热元件的功率为2-4mw， 可以为2.2mw、2.4mw、2.6mw、2.8mw、3mw、3.2mw、3.4mw、3.6mw、3.8mw、4mw；所述第二电加热元件的功率为1-2mw，可 以为1mw、1.1mw、1.2mw、1.3mw、1.4mw、1.5mw、1.6mw、 1.7mw、1.8mw、1.9mw、2.0mw。
34.在一些实施例中，所述电加热元件为电阻式加热管或电磁式加热 管中的一种；其形状为带状、丝状、圈状、片状、板状中的一种。
35.在一些实施例中，所述电力控制系统为模糊控制、动态矩阵控制、 神经网络控制、pid调节控制、人工智能控制技术中的一种或多种。
36.一种所述用于原料油加热的电加热炉系统的运行方法，包括以下 步骤：
37.(1)原料油分成两路通过管道分别进入第一电加热炉1和第二 电加热炉2，进入电加热炉后，原料油分成四路分别进入并联的四组 第一换热管3中，第一电力控制系统7通过控制第一电加热元件5对 第一换热管3内的原料油进行加热，加热至一定温度后从第一换热管 3中引出；
38.(2)从第一换热管3中出来的原料油合并后分为两路分别进入 第二换热管4，第二电力控制系统8控制第二电加热元件6对第二换 热管4中的原料油进行加热，加热至目标温度后从第二换热管4中引 出，进入后续工艺。
39.在一些实施例中，所述原料为减压渣油、常压渣油中的一种。
40.在一些实施例中，步骤(1)中原料油进入电加热炉前的温度为 280-300℃，引出第一换热管的温度为380-400℃。
41.在一些实施例中，步骤(2)中原料油引出第二换热管的温度为480-500℃。
42.需要说明的是，在本技术中，可根据加热原料的性质，本发明用 于原料油加热的电加热炉系统还可进行拓展，如电加热炉可根据工艺 介质设置多个电加热炉，每个电加热炉内可设置一组或多组并联的第 一换热管，同样，第二换热管也可根据工艺介质如第一换热管一样的 设置，同理，可根据工艺加热要求，直至设置到第n换热管，形成 电加热炉系统。
43.实施例1
44.如图1所示，一种用于原料油加热的电加热炉系统，包括并联的 第一电加热炉1和第二电加热炉2，所述第一电加热炉1和第二电加 热炉2内分别设置有并联的四组第一换热管3；所述第一换热管3通 过管道连接到并联的两组第二换热管4；所述第一换热管3外壁设有 第一电加热元件5，所述第一电加热元件5通过导线与第一电力控制 系统7相连接；所述第二换热管4外壁设有第二电加热元件6，所述 第二电加热元件6通过导线与第二电力控制系统8相连接。
45.在本实施例中，所述第一电加热炉、第二电加热炉、第一换热管、 第二换热管、第一电加热元件、第二电加热元件的耐压范围为10mpa， 耐温范围为600℃；所述电加热炉为真空炉。
46.在本实施例中，所述第一换热管及第二换热管的管径为160mm， 第一电加热元件的功率为2mw，第二电加热元件的功率为1mw。
47.在本实施例中，所述第一电加热元件和第二电加热元件均为圈状 电阻式加热管。
48.在本实施例中，所述第一电力控制系统和第二电力控制系统均为 动态矩阵控制，精确控制每一组电加热元件的加热功率。
49.实施例2
50.一种实施例1所述用于原料油加热的电加热炉系统的运行方法， 包括以下步骤：
51.(1)300℃减压渣油分成两路通过管道分别进入第一电加热炉1 和第二电加热炉
2，进入电加热炉后，原料油分成四路分别进入并联 的四组第一换热管3中，第一电力控制系统7通过控制第一电加热元 件5对第一换热管3内的原料油进行加热，加热至400℃后从第一换 热管3中引出；
52.(2)从第一换热管3中出来的原料油合并后分为两路分别进入 第二换热管4，第二电力控制系统8控制第二电加热元件6对第二换 热管4中的原料油进行加热，加热至500℃后从第二换热管4中引出， 进入后续工艺。
53.使用测温枪测量从第一电加热炉和第二电加热炉引出合并后的 减压渣油实际温度为500.8℃，温度控制精度不大于
±
1℃。本实施例 使用的减压渣油，使用传统火焰加热的方式，加热炉内温度分布无法 精确控制，易发生结焦反应，结焦后会恶化加热过程，运行12个月 后，加热炉需停炉，进行清焦处理。而使用本实施的系统及方法，通 过电加热方式，精确控制易结焦温度区间(400～500℃)的加热功率， 结合改变管径和调整加热工艺，有效抑制了炉管的结焦，有效延长了 加热炉的运行时间，清焦周期为4年，保障了加热炉的长周期高效运 行。
54.对比例1
55.将实施例1中的第一电加热炉和第二电加热炉中的第一换热管 减少为两组，没有第二换热管，其余均相同，对减压渣油进行加热， 具体步骤如下：
56.(1)300℃减压渣油分成两路通过管道分别进入第一电加热炉1 和第二电加热炉2，进入电加热炉后，原料油分成两路分别进入并联 的两组第一换热管3中，第一电力控制系统7通过控制第一电加热元 件5对第一换热管3内的原料油进行加热，加热至500℃后从第一换 热管3中引出。
57.使用测温枪测量从第一电加热炉和第二电加热炉引出合并后的 减压渣油实际温度为508.3℃，清焦周期为22个月。对比例1中由于 第一换热管的组数减少且为一段式加热，加热控制区间在300-500℃， 导致电加热元件长时间高效率加热，换热管内的渣油在电加热炉内温 度控制不均匀，导致实际油温与目标油温相差较大，且由于温度控制 不均匀，所以渣油易结焦。
58.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术 人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这 些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权 利要求及其等同物限定。