CN115197724A - 一种电加热炉系统及原料油加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电加热炉系统及原料油加热方法，包括第一组电加热炉，第一组电加热炉由依次并联的第一电加热炉、第二电加热炉和第三电加热炉组成，所述电加热炉内均设有第一电加热元件；所述第一组电加热炉连接第二组电加热炉，第二组电加热炉由依次并联的第四电加热炉和第五电加热炉组成，所述电加热炉内均设有第二电加热元件；所述第二组电加热炉通过管道连接到第六电加热炉，所述第六电加热炉内设有第三电加热元件，所述电加热元件与电力控制系统相连接。本发明通过改变加热炉用能形式，调整加热炉系统结构，解决加热炉运行中原料油易发生结焦及加热温度控制不均的技术问题。

Description

一种电加热炉系统及原料油加热方法

技术领域

本发明属于加热炉技术领域，具体涉及一种电加热炉系统及原料油加热方法。

背景技术

随着环保法规的日益严格，炼化企业用能逐渐清洁化、低碳化，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。

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_x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。

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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电加热炉系统及原料油加热方法，通过改变加热炉用能形式，调整加热炉系统结构，解决加热炉运行中原料油易发生结焦及加热温度控制不均的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电加热炉系统，包括第一组电加热炉和第一电力控制系统，所述第一组电加热炉由依次并联的第一电加热炉、第二电加热炉和第三电加热炉组成，所述第一电加热炉、第二电加热炉和第三电加热炉内均设有第一电加热元件；所述第一电力控制系统通过导线与所述第一电加热元件连接；

所述第一组电加热炉通过管道连接第二组电加热炉，所述第二组电加热炉由依次并联的第四电加热炉和第五电加热炉组成，所述第四电加热炉和第五电加热炉内均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；

所述第二组电加热炉通过管道连接到第三组电加热炉，所述第三组电加热炉由第六电加热炉及第三电力控制系统组成，所述第六电加热炉内设有第三电加热元件，所述第三电加热元件通过导线与所述第三电力控制系统相连接。

优选的，所述电加热炉和电加热元件耐压范围为5-15MPa，耐温范围为400-1000℃。

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或两种；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。

优选的，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1.5-3MW，所述第三电加热元件的功率为1-2MW。

本发明还保护一种利用上述电加热炉系统进行原料油加热的方法，包括以下步骤：

(1)原料油分成三路通过管道分别进入第一电加热炉、第二电加热炉和第三电加热炉，第一电力控制系统通过控制第一电加热元件对原料油进行加热，加热至一定温度后从第一电加热炉、第二电加热炉、第三电加热炉中引出；

(2)从第一组电加热炉中出来的原料油合并后分成两路通过管道分别进入第四电加热炉、第五电加热炉，第二电力控制系统通过控制第二电加热元件再次对原料油进行加热，加热至一定温度后从第四电加热炉和第五电加热炉引出；

(3)从第二组电加热炉中出来的原料油合并后通过管道进入第六电加热炉，第三电力控制系统通过控制第三电加热元件再次对原料油进行加热，加热至目标温度，完成加热过程后原料油从第六电加热炉引出。

优选的，步骤(1)中所述原料油进入电加热炉前的温度为 280-300℃，引出电加热炉的温度为380-400℃。

优选的，步骤(2)中原料油引出电加热炉的温度为430-450℃。

优选的，步骤(3)中所述原料油引出电加热炉的温度为480-500℃。

优选的，所述原料为减压渣油、常压渣油中的一种。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明提供的电加热炉系统，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。

(2)本发明提供的原料油加热方法，通过精确控制易结焦温度区间(400～450℃、450～500℃)的加热功率，以及将原料油合理地进行分路加热，在第一段加热处设置3个电加热炉，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；由于进入第二段电加热炉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400-450℃，所以第二段电加热炉设置为2个，即保证了加热效率，又控制了成本；最后原料油进入第三段加热炉，第三段电加热炉设置两组电加热元件，并且在同一个电加热炉内，既保证了加热效率，又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，保证了原料油在电加热炉内的受热均匀，有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。

(3)本发明提供的电加热炉系统，无CO₂、NO_x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_x、快速型NO_x，排出的烟气中含有大量的CO₂和一定量的NO_x。本发明较佳实施例中采用电加热的方式，无CO₂、NO_x产生。故本发明工艺方法无CO₂、NO_x等污染物排出，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

图1是本发明电加热炉系统的结构示意图。

其中，1、第一电加热炉；2、第二电加热炉；3、第三电加热炉； 4、第一电加热元件；5、第一电力控制系统；6、第四电加热炉；7、第五电加热炉；8、第二电加热元件；9、第二电力控制系统；10、第六加热炉；11、第三电加热元件；12、第三电力控制系统。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

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。

如图1所示，一种电加热炉系统，包括第一组电加热炉和第一电力控制系统，所述第一组电加热炉由依次并联的第一电加热炉1、第二电加热炉2和第三电加热炉3组成，所述第一电加热炉1、第二电加热炉2和第三电加热炉3内均设有第一电加热元件4；所述第一电力控制系统5通过导线与所述第一电加热元件4连接；

所述第一组电加热炉通过管道连接第二组电加热炉，所述第二组电加热炉由依次并联的第四电加热炉6和第五电加热炉7组成，所述第四电加热炉6和第五电加热炉7内均设有第二电加热元件8，所述第二电加热元件通过导线与第二电力控制系统9相连接；

所述第二组电加热炉通过管道连接到第三组电加热炉，所述第三组电加热炉由第六电加热炉10及第三电力控制系统12组成，所述第六电加热炉10内设有第三电加热元件11，所述第三电加热元件11 通过导线与所述第三电力控制系统12相连接。

具体地，电加热炉内设置有电加热炉元件，工艺介质充满电加热炉内腔，工艺介质直接与电加热元件接触，可提高加热效率。

在一些实施例中，所述电加热炉和电加热元件耐压范围为 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℃。

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或两种；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。

电加热炉系统通过电力控制系统，采用集中或分组控制的方式，精确控制调节电加热炉内电加热元件的功率。

在一些实施例中，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1.5-3MW，可以为 1.5MW、1.6MW、1.7MW、1.8MW、1.9MW、2.0MW、2.1MW、2.2MW、2.3MW、2.4MW、2.5MW、2.6MW、2.7MW、2.8MW、2.9MW、3.0MW；所述第三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。

一种利用上述电加热炉系统进行原料油加热的方法，包括以下步骤：

(1)原料油分成三路通过管道分别进入第一电加热炉1、第二电加热炉2和第三电加热炉3，第一电力控制系统5通过控制第一电加热元件4对原料油进行加热，加热至一定温度后从第一电加热炉1、第二电加热炉2、第三电加热炉3中引出；

(2)从第一组电加热炉中出来的原料油合并后分成两路通过管道分别进入第四电加热炉6、第五电加热炉7，第二电力控制系统9 通过控制第二电加热元件8再次对原料油进行加热，加热至一定温度后从第四电加热炉6和第五电加热炉7引出；

(3)从第二组电加热炉中出来的原料油合并后通过管道进入第六电加热炉10，第三电力控制系统12通过控制第三电加热元件11 再次对原料油进行加热，加热至目标温度，完成加热过程后原料油从第六电加热炉10引出。

优选的，步骤(1)中所述原料油进入电加热炉前的温度为 280-300℃，引出电加热炉的温度为380-400℃。

优选的，步骤(2)中原料油引出电加热炉的温度为430-450℃。

优选的，步骤(3)中所述原料油引出电加热炉的温度为480-500℃。

优选的，所述原料为减压渣油、常压渣油中的一种。

需要说明的是，在本申请中，可根据加热原料的性质，本发明的电加热炉系统还可进行拓展，如第一组电加热炉可根据工艺介质分成多路分别进入多个电加热炉，每个电加热炉内可设置一组或多组电加热元件，同样，第二组电加热炉也可根据工艺介质如第一组电加热炉设置，同理，可根据工艺加热要求，直至设置第N组电加热炉，形成电加热炉系统。

实施例1

如图1所示，一种电加热炉系统，包括第一组电加热炉和第一电力控制系统，所述第一组电加热炉由依次并联的第一电加热炉1、第二电加热炉2和第三电加热炉3组成，所述第一电加热炉1、第二电加热炉2和第三电加热炉3内均分别设有一组第一电加热元件4；所述第一电力控制系统5通过导线与所述第一电加热元件4连接；

所述第一组电加热炉通过管道连接第二组电加热炉，所述第二组电加热炉由依次并联的第四电加热炉6和第五电加热炉7组成，所述第四电加热炉6和第五电加热炉7内均分别设有一组第二电加热元件 8，所述第二电加热元件通过导线与第二电力控制系统9相连接；

所述第二组电加热炉通过管道连接到第三组电加热炉，所述第三组电加热炉由第六电加热炉10及第三电力控制系统12组成，所述第六电加热炉10内设有两组第三电加热元件11，所述第三电加热元件 11通过导线与所述第三电力控制系统12相连接。

在本实施例中，所述电加热炉和电加热元件耐压范围为10MPa，耐温范围为600℃。

在本实施例中，所述电加热元件为电阻式加热管；所述电力控制系统为动态矩阵控制，精确控制每一组电加热元件的加热功率。

在本实施例中，所述第一电加热元件的功率为2MW，所述第二电加热元件的功率为1.5MW，所述第三电加热元件的功率为1MW。

实施例2

一种实施例1所述电加热炉系统进行减压渣油加热的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)300℃的减压渣油分成三路通过管道分别进入第一电加热炉 1、第二电加热炉2和第三电加热炉3，第一电力控制系统5通过控制第一电加热元件4对减压渣油进行加热，加热至400℃后从第一电加热炉1、第二电加热炉2、第三电加热炉3中引出；

(2)从第一组电加热炉中出来的减压渣油合并后分成两路通过管道分别进入第四电加热炉6、第五电加热炉7，第二电力控制系统 9通过控制第二电加热元件8再次对减压渣油进行加热，加热至450℃后从第四电加热炉6和第五电加热炉7引出；

(3)从第二组电加热炉中出来的减压渣油合并后通过管道进入第六电加热炉10，第三电力控制系统12通过控制第三电加热元件11 再次对减压渣油进行加热，加热至500℃后，完成加热过程，减压渣油从第六电加热炉10引出。

使用测温枪测量从第六电加热炉引出的减压渣油实际温度为 500.5℃，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，加热炉需集停炉，进行清焦处理。而使用本实施的系统及方法，可精确控制易结焦温度区间的加热功率，有效延缓了工艺介质结焦，清焦周期为4年。

对比例1

将实施例1中的第二组电加热炉及第三组电加热炉移除，其余均相同，只使用第一组电加热炉对减压渣油进行加热，即具体步骤为：将300℃的减压渣油分成三路通过管道分别进入第一电加热炉1、第二电加热炉2和第三电加热炉3，第一电力控制系统通过控制5第一电加热元件4对减压渣油进行加热，加热至500℃后从第一电加热炉 1、第二电加热炉2、第三电加热炉3中引出。

使用测温枪测量从第一组电加热炉引出的减压渣油实际温度为 490.7℃，清焦周期为20个月。对比例1由于只使用了一组电加热炉，为一段式加热且加热控制区间在300-500℃，原料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。

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。

Claims (9)

1.一种电加热炉系统，其特征在于，包括第一组电加热炉和第一电力控制系统，所述第一组电加热炉由依次并联的第一电加热炉(1)、第二电加热炉(2)和第三电加热炉(3)组成，所述第一电加热炉(1)、第二电加热炉(2)和第三电加热炉(3)内均设有第一电加热元件(4)；所述第一电力控制系统(5)通过导线与所述第一电加热元件(4)连接；

所述第一组电加热炉通过管道连接第二组电加热炉，所述第二组电加热炉由依次并联的第四电加热炉(6)和第五电加热炉(7)组成，所述第四电加热炉(6)和第五电加热炉(7)内均设有第二电加热元件(8)，所述第二电加热元件通过导线与第二电力控制系统(9)相连接；

所述第二组电加热炉通过管道连接到第三组电加热炉，所述第三组电加热炉由第六电加热炉(10)及第三电力控制系统(12)组成，所述第六电加热炉(10)内设有第三电加热元件(11)，所述第三电加热元件(11)通过导线与所述第三电力控制系统(12)相连接。

2.根据权利要求1所述的电加热炉系统，其特征在于，所述电加热炉和电加热元件耐压范围为5-15MPa，耐温范围为400-1000℃。

3.根据权利要求1所述的电加热炉系统，其特征在于，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或两种；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。

4.根据权利要求1所述的电加热炉系统，其特征在于，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1.5-3MW，所述第三电加热元件的功率为1-2MW。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述电加热炉系统进行原料油加热的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)原料油分成三路通过管道分别进入第一电加热炉、第二电加热炉和第三电加热炉，第一电力控制系统通过控制第一电加热元件对原料油进行加热，加热至一定温度后从第一电加热炉、第二电加热炉、第三电加热炉中引出；

(2)从第一组电加热炉中出来的原料油合并后分成两路通过管道分别进入第四电加热炉、第五电加热炉，第二电力控制系统通过控制第二电加热元件再次对原料油进行加热，加热至一定温度后从第四电加热炉和第五电加热炉引出；

(3)从第二组电加热炉中出来的原料油合并后通过管道进入第六电加热炉，第三电力控制系统通过控制第三电加热元件再次对原料油进行加热，加热至目标温度，完成加热过程后原料油从第六电加热炉引出。

6.根据权利要求5所述的原料油加热方法，其特征在于，步骤(1)中所述原料油进入电加热炉前的温度为280-300℃，引出电加热炉的温度为380-400℃。

7.根据权利要求5所述的原料油加热方法，其特征在于，步骤(2)中原料油引出电加热炉的温度为430-450℃。

8.根据权利要求5所述的原料油加热方法，其特征在于，步骤(3)中所述原料油引出电加热炉的温度为480-500℃。

9.根据权利要求5所述的原料油加热方法，其特征在于，所述原料为减压渣油、常压渣油中的一种。

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