加熱爐新型低氮火嘴在線更換改造

王國慶，雷 浩，肖均蓬，宋福海

（中國石油烏魯木齊石化分公司煉油廠加氫車間，新疆烏魯木齊 830019)

加熱爐新型低氮火嘴在線更換改造

王國慶，雷 浩，肖均蓬，宋福海

（中國石油烏魯木齊石化分公司煉油廠加氫車間，新疆烏魯木齊 830019)

由于燃燒方法及條件對NOx 的生成有直接影響，可以通過采用低 NOx 的燃燒器改變?nèi)紵椒ǎ_到降低 Nox含量的目的。選擇新型低 NOx 的燃燒器需考慮單臺熱負(fù)荷、燃料氣性質(zhì)、給風(fēng)量、溫度、爐膛的高度，以及爐管與燃燒器的距離等因素，低氮燃燒器在200萬t/a柴油加氫裝置火嘴改造中的應(yīng)用取得了較好的效果。

低氮燃燒器；加熱爐；改造；燃燒條件

1 低氮火嘴在線更換背景

1.1 NOx 生成的影響因素

采用新型低 NOx 火嘴燃燒技術(shù)，可以改變?nèi)紵闆r，控制 NOx 生成，達到降低燃燒過程中 NOx排放的目的。而影響加熱爐燃燒中 NOx 生成的因素主要有高溫區(qū)煙氣的停留時間、燃燒溫度、加熱爐煙氣組分的濃度和混合程度等。

采用低氮燃燒技術(shù)來抑制NOx的生成。加熱爐NOx的生成機理主要是燃燒時空氣中的N2和O2在高溫下生成的NOx，產(chǎn)生的主要條件是燃燒溫度和氧濃度。要減少熱力型NOx的生成，可采取以下幾方面的措施：①減小燃燒高溫區(qū)域范圍；②降低加熱爐的燃燒峰值溫度；③降低燃燒中的過剩空氣系數(shù)及氧含量。具體來說，就是在保證加熱爐燃燒安全的前提下，采取低氮燃燒器使燃料分級燃燒來抑制氮氧化物的生成。

在燃燒中已生成的NO遇到烴和未完全燃燒的產(chǎn)物時，會發(fā)生NO的還原反應(yīng)，重新還原為N2。我們可以利用這一原理，將燃料大部分送入密相區(qū)，在α＞1條件下，燃燒并NOx。送入密相區(qū)的燃料稱為一次燃料，其余15%～20%的燃料則在主燃燒器的上部送入懸浮區(qū)，在α＜1的條件下有較強的還原性，使得在密相區(qū)中生成的NOx在懸浮區(qū)（再燃區(qū)）內(nèi)被還原成氮分子，送入懸浮區(qū)的燃料又稱為二次燃料，或稱再燃燃料。在再燃區(qū)中不僅使得已生成的NOx得到還原，還抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放濃度進一步降低。

1.2 低氮火嘴在線更換原因

烏魯木齊石化公司煉油廠加氫車間200萬t/a柴油加氫裝置加熱爐有反應(yīng)進料加熱爐F-101（方箱爐）和分餾塔底重沸爐F-201（圓筒爐）兩臺，而F-201設(shè)計為非低 NOx燃燒器，經(jīng)現(xiàn)場實際檢測加熱爐F-201煙氣中的 NOx含量超標(biāo)，本次更換火嘴目標(biāo)是將加熱爐煙氣中的 NOx 含量控制在小于或等于 100 mg/m3范圍內(nèi)。因此在保證裝置不停工的前提下，更換新型低NOx燃燒器就是實現(xiàn)加熱爐煙氣氮氧化物達標(biāo)排放最直接有效的方法，采取燃料分級燃燒技術(shù)來抑制氮氧化物的生成。

2 低氮火嘴在線更換方案

1）石油化工行業(yè)中由于不同生產(chǎn)裝置管式加熱爐承擔(dān)的工藝任務(wù)不同、爐型結(jié)構(gòu)、傳熱特點、操作條件不同，所使用的燃燒器的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能也不同。燃燒器作為加熱爐的一種重要組成部分，選型時在滿足正常生產(chǎn)任務(wù)及熱負(fù)荷的情況下，應(yīng)積極采用低NOX燃燒器，以減少排放煙氣中的NOX含量，同時采取有效措施控制燃料中的硫化物含量和固體顆粒含量，減少排放煙氣中的SO2、SO3等硫化物含量和粉塵含量。

2）加熱爐性能數(shù)據(jù)包括物料流量、分支爐管物料流量、出入口溫度及出口壓力、排煙溫度、爐膛溫度、抽力、氧含量及可燃?xì)怏w含量、燃料的溫度及壓力、霧化蒸汽的壓力及溫度、燃料組成的變化等。要根據(jù)工藝及環(huán)保要求進行低NOX燃燒器的選型，保證加熱爐的最佳燃燒效果。

3）新型低 NOX的燃燒器應(yīng)按SH3505-1999《石油化工施工安全技術(shù)規(guī)程》、GB50236-98《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》、SH3514-2001《石油化工設(shè)備安裝工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》Q/JH121.11.004-92《安全技術(shù)操作規(guī)程》規(guī)定進行制造和驗收。

3 加熱爐低氮火嘴在線更換改造狀況

3.1 改造內(nèi)容

改造內(nèi)容主要為在不停工的狀態(tài)下更換中心封板，更換主燃?xì)鈬姌專鼡Q長明燈。

3.2 改造情況

2017 年 6 月200萬t/a柴油加氫裝置F-201共8臺燃燒器采用逐臺熄火更換。步驟：首先將一臺燃燒器熄火，把燃料氣噴槍、長明燈、中心封板拆除。再依次把新中心封板、新燃?xì)鈬姌尅㈤L明燈安裝上，最后點火調(diào)整燃燒器火焰。

3.3 改造效果

200萬t/a柴油加氫裝置F-201燃燒器更換后，經(jīng)檢測加熱爐煙氣中 NOX含量小于100mg/m3，達到了改造目的和設(shè)計要求。

4 結(jié)束語

加熱爐燃燒產(chǎn)物（煙氣）中含有二氧化硫SO2、NOX；不完全燃燒時還存在一氧化碳（CO）和煙塵等。這些污染物由爐子排放到大氣中，給人和動植物帶來危害。控制加熱爐產(chǎn)生的 NOX對保護大氣環(huán)境是至關(guān)重要的一個方面。新型低 NOX火嘴的燃燒技術(shù)，可以改變?nèi)紵闆r，控制 NOX生成，達到降低燃燒過程中 NOX排放的目的。為了使加熱爐附近的大氣質(zhì)量能符合國家標(biāo)準(zhǔn)以及石油化工行業(yè)控制指標(biāo)的要求，就必須控制煙氣中大氣污染物主要是NOX的排放。

[1] 史開洪.加氫精制裝置技術(shù)問答[J].北京：中國石化出版社，2007：278-280.

New Type of Low-nitrous Burner in the Heating Furnace

Wang Guo-qing，Lei Hao，Xiao Jun-peng，Song Fu-hai

Since the combustion method and conditions have a direct effect on the formation of NOx，the combustion method can be changed by using a low NOx burner to achieve the purpose of reducing Nox.The choice of new low NOx burners requires a single heat load，fuel gas properties，air supply，temperature，height of the furnace，and the distance between the furnace and the burner，etc.，low nitrogen burners at 2 million tons/year diesel plus The application of hydrogen device in the transformation of fire mouth has achieved good results.

low nitrogen burner；heating furnace；transformation；combustion condition

TE963

A

1003–6490（2017）11–0112–01

2017–09–12

王國慶（1988–），男，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事煉油，柴油加氫工作。