裂解爐是乙烯裝置的能耗大戶，其能耗占裝置總能耗的50%-60%。降低裂解爐的能耗是降低乙烯生產成本的重要途徑之一。隨著能源價格的不斷上漲，國內外相關部門均加強了裂解爐節(jié)能措施的研究。裂解爐的能耗在很大程度上取決于裂解爐系統(tǒng)本身的設計和操作水平，近年來，裂解爐技術向高溫、短停留時間、大型化和長運轉周期方向發(fā)展。通過改善裂解選擇性、提高裂解爐熱效率、改善高溫裂解氣熱量回收、延長運轉周期和實施新型節(jié)能技術等措施，可使裂解爐能耗顯著下降。

    1 改善裂解選擇性

    對相同的裂解原料而言，在相同工藝設計的裝置中，乙烯收率提高1%，則乙烯生產能耗大約相應降低1%。因此，改善裂解選擇性，提高乙烯收率是決定乙烯裝置能耗的最基本因素。通過裂解選擇性的改善，不僅達到節(jié)能的效果，而且相應減少裂解原料消耗，在降低生產成本方面起到十分明顯的作用。

    （1）采用新型裂解爐。新型裂解爐均采用高溫-短停留時間與低烴分壓的設計。20世紀70年代，大多數(shù)裂解爐的停留時間在0.4s左右，相應石腦油裂解溫度控制在800-810℃，輕柴油裂解溫度控制在780-790℃。近年來，新型裂解爐的停留時間縮短到0。2s左右，并且出現(xiàn)低于0.1s的毫秒裂解技術，相應石腦油裂解溫度提高到840℃以上，毫秒爐達890℃；輕柴油裂解溫度提高到820℃以上，毫秒爐達870℃。由于停留時間大幅度縮短，毫秒爐裂解產品的乙烯收率大幅度提高。對丁烷和餾分油而言，與0.3-0.4s停留時間的裂解過程相比，毫秒爐裂解過程可使乙烯收率提高10%-15%。

    （2）選擇優(yōu)質的裂解原料。在相同工藝技術水平的前提下，乙烯收率主要取決于裂解原料的性質，不同裂解原料，其綜合能耗相差較大。裂解原料的選擇在很大程度上決定乙烯生產的能耗水平。通過適當調整裂解原料配置結構，優(yōu)化煉油加工方案，增加優(yōu)質乙烯原料如正構烷烴含量高的石腦油等供應，改善原料結構和整體品質，在提高乙烯收率的同時，達到節(jié)能降耗的目標。

    （3）優(yōu)化工藝操作條件。通過優(yōu)化裂解爐工藝操作條件，不僅能使原料消耗大幅度降低，也能夠使乙烯生產能耗明顯下降。不同的裂解原料對應于不同的爐型具有不同的最佳土藝操作條件。對于一定性質的裂解原料與特定的爐型來說，在滿足目標運轉周期和產品收率的前提下，都有其最適宜的裂解溫度、進料量與汽烴比。如果裂解原料性質與原設計差別不大，裂解爐最優(yōu)化的工藝操作條件可以參照設計值。反之，則需要利用SPYR軟件或裂解試驗裝置對原料重新評價，以確定最佳的工藝操作條件。

    2 延長裂解爐運行周期

    （1）優(yōu)化原料結構與工藝條件。裂解原料組成與性質是影響裂解爐運行周期的重要因素。一般含氫量高、低芳烴含量的原料具有良好的裂解性能，是裂解爐長周期運行的必要條件。對不飽和烴含量較高的原料進行加氫處理，是提高油品質量的有效途徑。當裂解原料一定時，工藝條件是影響裂解爐運行周期的主要因素。低烴分壓、短停留時間和低裂解溫度有利于延長裂解爐運行周期。但考慮到烯烴收率與蒸汽消耗，需要對裂解深度與汽烴比控制加以優(yōu)化。

    （2）采用在線燒焦。裂解爐在線燒焦是在爐管蒸汽-空氣燒焦結束后，繼續(xù)對廢熱鍋爐實施燒焦。與傳統(tǒng)的燒焦方式相比，在線燒焦具有明顯的優(yōu)勢。一是裂解爐沒有升降溫過程，可以延長爐管的使用壽命，并可節(jié)省裂解爐升降溫過程中燃料與稀釋蒸汽的消耗；二是由于在線燒焦，裂解爐離線時間短，可以提高開工率，并可增加乙烯與超高壓蒸汽的產量。目前BASF在線燒焦程序已在國內外乙烯裂解爐上成功應用了多年，事實證明，采用在線燒焦可大大減少廢熱鍋爐的機械清焦次數(shù)，有效地降低乙烯裝置的能耗。

    （3）采用結焦抑制劑。在裂解原料或稀釋蒸汽中加入結焦抑制劑，可以起到鈍化爐管表面，延長爐管結焦周期的作用。近年來，結焦抑制劑技術取得了較大進展。據(jù)報道，Phillips公司開發(fā)的CCA-500結焦抑制劑可使爐管運轉周期延長2-8倍。揚子石化股份公司65萬噸/年乙烯裝置2臺乙烷爐使用江陰天源化工結焦抑制劑N-360后，運行周期由原來45 d延長至120 d以上。

    （4）采用新型爐管。陶瓷爐管技術是在爐管內壁生成一種納米結構的尖晶石表面，抑制焦的形成。這種材料可在較高的裂解溫度下操作且無催化作用的特點，因此不會形成催化結焦的結焦物。Stone &Webster公司對陶瓷裂解爐管進行了試驗測試，使用乙烷作裂解原料時，爐管不結焦，并且乙烷的轉化率較高。法國石油研究院(IFP)和加拿大Nova化學公司開發(fā)了高溫陶瓷裂解爐管。據(jù)稱，采用這種爐管，乙烷裂解的轉化率為90%，而普通裂解爐的轉化率僅65%-70%，并且還可有效地控制裂解結焦的生成，使裂解爐的運行周期大幅延長。

    3 提高裂解爐熱效率

    （1）降低排煙溫度。在其他條件不變的前提下，裂解爐熱效率與排煙溫度直接相關。1975年前裂解爐設計排煙溫度為190-240℃，相應熱效率為87%-90%。20世紀70年代末期，裂解爐排煙溫度降至120-140℃，相應熱效率提高到92%-93%。近年來，新設計的裂解爐進一步將排煙溫度降至100-120℃，相應熱效率提高到93%-94%。但是，如果排煙溫度低于煙氣中酸性氣體露點溫度，將出現(xiàn)對流段爐管腐蝕的問題。因此，在降低排煙溫度的同時，必須考慮煙氣中酸性氣體露點溫度，此溫度取決于燃料中的硫含量。為防止對流段發(fā)生腐蝕，需提高對流段爐管材質等級，或者需要對燃料的含硫量嚴格限制。通常，降低排煙溫度主要措施有改進對流段設計，包括增大傳熱面積、增加對流段管束、縮短對流段爐管與爐墻距離等；其次定期吹掃對流段爐管表面積灰；另外降低過�？諝庀禂�(shù)也很重要。

    （2）控制過�？諝庀禂�(shù)。為保證燃料完全燃燒，需保持一定的過剩空氣。過剩空氣量與理論空氣量之比稱為過�？諝庀禂�(shù)。增大過剩空氣可以保證燃料的完全燃燒，但在相同排煙溫度下，排煙熱損失加大，裂解爐熱效率相應降低。因此，在保證燃料完全燃燒的前提下，降低過�？諝庀禂�(shù)也是提高裂解爐熱效率的措施之一。一般情況下，燃料氣燒嘴的過剩空氣系數(shù)為10%，油燒嘴的過剩空氣系數(shù)為20%，油氣聯(lián)合燒嘴的過剩空氣系數(shù)為15%，實際操作往往偏高。通常，當過剩空氣系數(shù)下降10%時，裂解爐熱效率可相應提高2%。為保證裂解爐在合適的過剩空氣系數(shù)下運轉，可采取如下措施。

    （a）改進燒嘴性能。采用新型燒嘴，可將燃料氣過�？諝庀禂�(shù)降至6%-8%，油燒嘴的過�？諝庀禂�(shù)可降至12%-15%，并可大幅降低煙氣中NOx含量。

    （b）保證爐體的密閉性。提高爐體的施工與檢修質量，加強裂解爐維護與管理，保證爐體的密閉性，減少燒嘴的看火孔、側壁窺視孔、爐頂保溫與輻射段爐管進出的間隙以及對流段爐管出入與保溫的縫隙等部位空氣漏人，從而最大可能地提高熱效率。

    （c）確保煙氣氧分析儀指示準確。一般裂解爐都設置了煙氣氧分析儀，用于自氣氧含量。但如果平時不注重維護，氧分析儀經常會出現(xiàn)指示不準的問題。只有確保煙氣氧分析儀指示準確的前提下，通過調整爐膛負壓與燒嘴風門開度，才能夠將過剩空氣系數(shù)控制在合理的范圍。

    （3）加強絕熱保溫。一般裂解爐設計中，爐墻外壁溫度應控制在70℃以下。在此情況下，根據(jù)環(huán)境溫度和風力的不同，爐體熱損失為總供熱負荷的2.5%-4.0%。近年來，為減少爐體熱損失，對保溫材料及保溫設計進行了改進，如選用優(yōu)質的保溫材料，增加保溫層厚度。目前，爐壁除使用A12O3-SiO2-CaO三部分構成的硅鋁系列高溫耐火磚外，還開發(fā)了可塑性耐火材料襯里和陶纖襯里，可使爐體熱損失大約下降25%。另外，在輻射室爐墻內表面噴涂一層陶瓷襯里，可起到進一步提高輻射傳熱，降低爐外壁溫度的效果。

    4 改善高溫裂解氣熱量回收

    當裂解爐全部以石腦油為裂解原料時，由對流段和廢熱鍋爐回收余熱產生的超高壓蒸汽大致可以平衡乙烯裝置所需動力和加熱用蒸汽。顯然，改善裂解爐對流段和高溫裂解氣熱量回收，對降低乙烯生產能耗有顯著的影響。

    （1）取消蒸汽過熱爐。20世紀70年代初期的乙烯裝置設計，均設有蒸汽過熱爐，集中過熱各臺裂解爐回收的超高壓蒸汽。此后，新裝置的設計均取消了蒸汽過熱爐，回收的超高壓蒸汽在裂解爐對流段進行過熱。由此，不僅節(jié)省了蒸汽過熱爐的投資，同時也降低了燃料的消耗量，并且充分利用了煙氣的余熱，使裂解爐熱效率明顯提高，有助于降低乙烯能耗。

    （2）改進廢熱鍋爐。更換新型廢熱鍋爐以降低廢熱鍋爐出口溫度相應可以增加高壓蒸汽的副產量。但是，廢熱鍋爐出口溫度受裂解氣露點溫度的限制。不論廢熱鍋爐初期出口溫度如何，其出口溫度隨運轉周期延長終將超過裂解氣露點，然后再趨于平衡。隨著出口溫度的上升，副產蒸汽量隨之減少。增大廢熱鍋爐爐管直徑可使廢熱鍋爐初期出口溫度降低，而不致影響廢熱鍋爐清焦周期。采用線性廢熱鍋爐，可以在相對短的時間內快速冷卻裂解氣，縮短裂解氣在廢熱鍋爐內的停留時間，不僅可以改善裂解選擇性，對熱量回收也是很有利的。

    （3）控制超高壓蒸汽汽包排污量。為保證超高壓蒸汽汽包內水質，汽包設有連續(xù)排污與間斷排污。一般汽包排污量控制在鍋爐給水進水量的2%-3%。但超高壓系統(tǒng)的閥門經過長時間沖刷后，如果得不到及時地維修與更換，內漏情況一般比較嚴重，易造成超高壓蒸汽包排污量超標，一方面造成鍋爐給水用量的浪費，另一方面造成產汽量下降，能耗增加。因此，必須定期檢查超高壓系統(tǒng)的閥門內漏情況，內漏嚴重的閥門應予以更換。另外，還可以通過合理控制排污閥開度，將汽包排污量控制在設計值附近。

    5 實施新型節(jié)能技術

    （1）風機變頻技術。由于裂解爐為負壓操作，通常在爐頂設1臺風機抽風，并由煙道擋板控制爐膛負壓，風機由電機驅動，電機功率隨著裂解爐產能增大而增大。一般6萬噸/年裂解爐電機功率為132 kW，10萬噸/年裂解爐電機功率為160kW。由于這種大功率電機啟動電流很大，很容易發(fā)生過載。因此，一般需要采用6 kV高壓電機。目前國內外很多裂解裝置采用變頻電機替代普通電機，并取消了煙道擋板，由電機轉速直接來控制爐膛負壓。變頻電機不僅啟動電流低，而且正常運轉時比普通電機節(jié)電30%-40%，并且可以采用380V低壓電機。

    （2）燃燒空氣預熱技術。利用乙烯裝置廢熱源來預熱燃燒空氣可以減少燃料用量，減少的燃料用量大致相當于預熱空氣的熱負荷。因此，預熱爐用空氣是提高爐效率，降低乙烯能耗的有效措施之一�？諝忸A熱最常用的方式是利用煙道氣排煙余熱進行空氣預熱，最近也有利用低壓蒸汽、中壓蒸汽凝液或急冷水等介質來預熱空氣。目前國內很多乙烯裝置如大慶、獨山子、蘭州等石化公司采用了中國航天十一所裂解爐燃燒空氣預熱專利技術，節(jié)能效果顯著。

    （3）爐管強化傳熱技術。開發(fā)裂解爐管的強化傳熱技術具有重要的意義。首先，可以使爐管的傳熱得到加強，從而提高傳熱效率，節(jié)省燃料消耗；其次，強化傳熱后裂解爐管內的動狀態(tài)得到改善，從而使裂解過程目的產物的選擇性有所提高；另外，由于傳熱改善，爐管的管壁溫度有所降低，有利于延長裂解爐運轉周期。如Lummus公司在1987年推出的SRT-VF型爐，將二程分枝變徑8-1型爐管的第一程爐管，由圓管改為螺旋梅花形狀的拔制爐管，使通過管內壁的熱流量增加33%，管內壁溫度降低10℃。我國在爐管強化傳熱技術開發(fā)與應用方面也取得了一定進展，中科院沈陽金屬所和北京化工研究院合作開發(fā)了扭曲片強化傳熱技術，通過內扭曲片管改變物料流動狀態(tài)，達到增加傳熱的目的。在北京燕山石化公司SRT-Ⅳ(HC)型爐上應用后，運行周期由50 d延長至100 d以上。

    （4）裂解爐與燃氣輪機聯(lián)合技術。近年來，為進一步降低乙烯生產的能耗，國外有很多乙烯裝置采用裂解爐與燃氣輪機聯(lián)合的節(jié)能技術，節(jié)能效果十分顯著。采用裂解爐與燃氣輪機聯(lián)合的方案是，燃料氣先進入燃氣輪機發(fā)電，產生450-550℃高溫燃氣，再送人裂解爐作為助燃空氣。由于燃氣輪機燃燒室中燃料燃燒所用的過�？諝庀禂�(shù)一般為3-4，因此，燃氣輪機排出的高溫燃氣中含有體積分數(shù)13%-15%的氧。將這些高溫富氧燃氣作為裂解爐的助燃空氣，實際上燃氣輪機起到了具有做功能力的空氣預熱器的作用，并且燃氣輪機排氣的能量得到了充分的利用，從而使裂解爐的燃料消耗大幅度下降。就整個聯(lián)合系統(tǒng)而言，總的燃料使用率在80%以上，并使裂解爐有效能利用率提高10%。