天然氣替代鍋爐燃油在九江石化的應用

饒征(江西省九江石化，江西 九江 332004)

1 概述

九江石化4臺燃油由于瓦斯氣量不足，所燒燃料油占鍋爐燃料的40%左右，增加了大量的生產成本。九江石化從川氣東送管道工程九江末站引入天然氣，以補充瓦斯不足供裝置加熱爐和動力鍋爐燃燒用，設計輸送能力為1.56億方/年，同時對2#、3#、4#燃油鍋爐燃燒器進行了改造。

2 天然氣燃燒特性分析

因天然氣97%的成分是甲烷，相對分子量約為16，故可近似以甲烷的性能來分析天然氣。由于甲烷性質較穩定，因而決定了天然氣著火溫度較高，比瓦斯要求更高的最小點火能，而且點火的濃度范圍也較窄。

2.1 理論空氣量和理論煙氣量

天然氣理論空氣量約為9.2m3/m3，理論煙氣量為10.2m3/m3，理論耗氧量為2m3/m3，其燃燒所需要的實際空氣量低于煉廠瓦斯燃燒（C1和C2組分）所需空氣量約10m3/m3，天然氣的熱值是瓦斯熱值的1.2倍，故瓦斯燃燒所需的空氣量高于天然氣燃燒所需的空氣量。根據C、H組分的分析，重油（主要C10以上組分）燃燒所需空氣量為煉廠瓦斯燃燒所需空氣量的1.5倍以上。故天然氣燃燒所需的空氣量低于瓦斯和重油燃燒所需的空氣量，實際煙氣量少，排煙熱損失較小

2.2 火焰特性及傳播

天然氣在鍋爐和加熱爐內的燃燒一般屬于擴散式燃燒，形成擴散火焰。這種火焰發生在一個薄層里，當燃氣流出火孔瞬間，燃氣流股與周圍空氣相互隔開，然后迅速相互擴散，使燃氣和空氣形成混合的薄層在薄層燃燒，所形成的燃燒產物向薄層兩側擴散。薄層引燃后，燃氣和空氣要進行再接觸就必須通過擴散穿透已然的薄層燃燒區的燃燒產物層。根據燃氣從火孔流出速度的大小分為層流擴散火焰和湍流擴散火焰，層流擴散火焰以分子狀態進行，湍流擴散火焰以分子團狀態進行。

天然氣的火焰傳播速度相對于其他燃氣偏小，因而導致天然氣燃燒其火焰長度小于瓦斯和重油燃燒火焰長度。另外由于天然氣分子量小，燃燒產生的火焰更易往上飄，更多的熱量被帶到了對流段，嚴重時會發生燃燒不完全，因此要注意控制配風。

天然氣在燃燒過程中要注意控制燃氣/空氣的比例及氣流速度（表征為風壓），讓火焰處于穩定的特征區內燃燒，有助于火焰燃燒的穩定性，從而防止脫火、離焰。

3 應用效果

3.1 對運行的影響

3.1.1 天然氣燃燒需要的空氣量低，燃用天然氣可降低總風量,降低風機電耗，煙氣量也會減少，從而降低了鍋爐的排煙熱損失。

3.1.2 在原有的基礎上擴大了燃燒器一、二次風口的截面積，鍋爐送風機送風能力提高，改造后鍋爐帶負荷能力明顯增強。

3.1.3 燃燒器改造后旋流效果增強，能有效提高空氣與燃燒的混合，提高燃燒效率。

3.1.4 天然氣潔凈，燃燒后在鍋爐尾部幾乎不會造成積灰，有效增加了尾部受熱面的換熱效果，降低了排煙溫度，減少了排煙熱損失。

3.2 經濟社會效益

2012年1 月該項目順利投用2年多以來運行效果良好，2012年月平均天然氣消耗量為1000噸，減少渣油消耗為1160噸，再加上公用工程（除鹽水、電、蒸汽）的消耗降低，每月可節省的燃動成本為157萬元。減少的炭排放量為0.27噸炭/噸油當量，約每年可減少炭排放約3700噸。每年還可以減少大量的NOX和SO2的排放，有效降低了對環境造成的污染。

4 存在的問題及改進措施

4.1 在天然氣投用后，鍋爐平均排煙溫度從最初的156℃最低降低到110℃，由于忽視了鍋爐燃用含硫量高的低壓瓦斯，導致鍋爐排煙溫度長期低于露點溫度，最終導致3#爐下層省煤器發生嚴重的腐蝕，2#爐熱管空氣預熱器、灰斗、引風機葉輪發生了嚴重腐蝕，造成了較大的經濟損失。2#爐采取投用暖風器，提供熱風溫度；3、4#爐增加了一臺鍋爐給水加熱器，提高了給水溫度20℃才解決了露點腐蝕的問題。

4.2 燃燒器改造后，由于新燃燒器旋流較強，造成在燃油時會發生脫火和離焰的現象，2#爐尤為明顯，調整霧化蒸汽壓力不能得到有效改善。通過多次試運行后，將原油槍霧化角度由90°調整到60°后，并通過改變油槍深入到燃燒器的深度，脫火和離焰的現象有了明顯的改善。

4.3 天然氣由于濃度高，壓力高，應特別注意安全操作。在點火前尤其要注意加強通風，吹掃爐膛，最好采取先點長明燈，再點主燃燒器。鍋爐應該配有安全防護裝置和緊急停車裝置，在燃料的管路上應設有緊急聯鎖切斷閥，一旦出現異常，立即自動關閉燃氣，防止威脅人身和設備安全的事故發生。

5 結語

天然氣作為一種清潔型燃料，具有熱值高、環境污染小、利用效率高、資源豐富的優點，作為工業鍋爐或加熱爐燃料是非常經濟、環保的，尤其是替代高價值的燃料油能夠取得很大的經濟、社會效益，在化工行業中也得到了較好的應用。

[1]徐文淵,蔣長安.天然氣利用手冊（第二版）.北京：中國石化出版社，2006.

[2]中國石油天然氣股份有限公司.天然氣工業管理實用手冊.北京:石油工業出版社,2005.2

[3]張良鶴.天然氣集輸工程.北京:石油工業出版社,2001.

[4]周文濤,程先文.燃油鍋爐操作法.九江石化動力運行部.Q/J JJSH0900328-2013.