吳成美 楊冬冬 嚴(yán)章東

摘 要：吉林石化汽油加氫裝置加熱爐通過氣槍改造實(shí)現(xiàn)燃料分級(jí)供氣和部分打開看火窗的方式實(shí)現(xiàn)分級(jí)供風(fēng)，以及均勻供應(yīng)氣槍燃料氣量和供風(fēng)量、調(diào)整二次供風(fēng)量等方法，在保證煙氣中可燃?xì)怏w含量低于50PPm，氧含量低于2.6%的前提下，將NOx從170 mg/m3降至100mg/m3以下，實(shí)現(xiàn)了裝置加熱爐達(dá)標(biāo)排放。

關(guān)鍵詞：加熱爐；分級(jí)供氣；分級(jí)供風(fēng)；NOx

吉林石化公司煉油廠汽油加氫裝置建于2010年，其分餾塔再沸爐和加氫脫硫反應(yīng)爐共用一個(gè)對(duì)流段和空氣預(yù)熱器，燃燒器沒有采用低氮燃燒器，其煙氣中NOx含量超過170 mg/m3。按國(guó)家有關(guān)規(guī)定，加熱爐煙氣中NOx含量超過150mg/m3則需要裝置停車更換燃燒器。而汽油加氫裝置因煉廠只有一套，所有汽油必須通過加氫才能出廠，所以在煉油廠處于非常關(guān)鍵的位置，裝置停車會(huì)帶來全廠的停車，影響較大。加熱爐煙氣降NOx攻關(guān)事在必行。

1 NOx生成基理

經(jīng)分析表明，燃燒器排放的NOx中90%以上是NO，因此，研究NOx的生成機(jī)理及抑制方法主要是針對(duì)NO的。NO生成的途徑有三種：溫度型；快速型；燃料型。氣體燃料燃燒所生成的NO絕大部分為溫度型。決定NO生成量的主要因素是煙氣中過量氧含量，燃燒室溫度，煙氣中NOx含量為過量氧含量2%、3%時(shí)為1%時(shí)的1.7倍和2.3倍，控制煙氣中的過量氧含量，對(duì)降低NOx有顯著的效果。煙氣中NOx含量為燃室溫度1600℉、1800℉、2000℉、2200℉、2400℉時(shí)為1400℉時(shí)的1.6倍、2.4倍、3.6倍、5.4倍和8倍，降低燃燒室溫度對(duì)降NOx有較大的影響。

2 N0x影響因素及調(diào)整方法

汽油加氫裝置分餾塔再沸爐和加氫脫硫反應(yīng)加熱爐各配置8個(gè)燃燒器，正常運(yùn)行時(shí)的爐前燃料氣壓力為0.28MPa左右，燃燒器采用直桶圓周分布噴孔式氣槍，供風(fēng)采用煙氣換熱器熱風(fēng)一、二次供風(fēng)設(shè)計(jì)的一般燃燒器。在不更換燃燒器前，從調(diào)整過量氧含量、供風(fēng)溫度、燃燒室溫度等三個(gè)對(duì)煙氣NOx影響較大的因素著手進(jìn)行攻關(guān)是降低煙氣中NOx的主要手段。

降加熱爐過量氧含量方面，不是降供風(fēng)量降氧含量表指示值這么簡(jiǎn)單。首先，統(tǒng)一燃料氣槍的噴孔開孔面積，保證其在一樣的燃料氣壓力下，保持一樣的燃料氣量；其次，統(tǒng)一一二次風(fēng)門的開度，保持統(tǒng)一的配風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)每個(gè)燃燒器的燃料量、配風(fēng)量統(tǒng)一、過量氧含量統(tǒng)一，使其在最小爐過量氧的情況下，燃燒正常，可燃?xì)怏w含量受控。

降燃燒室溫度方面，燃燒的本質(zhì)是燃料的氧化反應(yīng)。燃料的活性越高、氧的純度越高反應(yīng)越快，燃料空氣溫度、燃燒升溫和保溫決定的燃料和氧混合物的溫度越高反應(yīng)越快，燃料和空氣混合越快反應(yīng)越快，燃料和氧反應(yīng)越快，燃燒室溫度就越高。降低燃料的燃燒溫度的措施有，一是降低燃料和空氣本身溫度減緩燃燒速度；二是降低燃燒當(dāng)量以減少溫度加成降低燃燒室溫度；三是降低燃料氣和空氣混合速度來降低燃燒室溫度；四是以梯次供氧或梯次供氣的方法降低燃燒室溫度。

降低燃料和空氣本身溫度會(huì)有效減少燃燒速度，降低煙氣中NOx含量。煙氣中NOx含量為燃燒空氣溫度100℉、200℉、300℉、400℉、500℉時(shí)為50℉時(shí)的1.2倍、2倍、3.6倍、6.4倍和12倍，空氣溫度對(duì)NOx生成有較大的影響。在線運(yùn)行的加熱爐，可將進(jìn)入空氣預(yù)熱器的部分高溫?zé)煔庵苯优湃氪髿庵?，降低空氣本身溫度。此方法降低進(jìn)入燃燒器的空氣溫度后，加熱爐排煙溫度也會(huì)隨之上漲， 引起爐效率下降。

降低燃燒當(dāng)量以減少溫度加成降低燃燒室溫度，降低煙氣中NOx含量。目前，國(guó)內(nèi)低氮?dú)馊紵髟O(shè)計(jì)的主要理念是切割燃料氣，采用多燃燒器以減少單個(gè)燃燒器的發(fā)熱量和單個(gè)燃燒器多只氣槍以減少單個(gè)氣槍發(fā)熱量，以減少溫度疊加帶來的加速燃燒效果。在線運(yùn)行的加熱爐，可采用統(tǒng)一氣槍形式、更換磨損噴孔變大火嘴、全開爐前燃料氣閥、全部燃燒器點(diǎn)燃等手段，保持各燃燒器燃料氣用量一致并最少來降低燃燒當(dāng)量。燃燒區(qū)混入惰性氣體，降低燃燒室溫度，降低煙氣中NOx含量。目前，有煙氣噴入燃燒室以減少燃燒速度和燃燒室內(nèi)供入蒸汽來降溫的方法。

3 實(shí)際優(yōu)化調(diào)式

實(shí)際調(diào)式中，用安置在煙筒中的便攜式NOx檢測(cè)儀檢測(cè)煙氣中NOx、氧含量、可燃?xì)怏w含量。

第一次優(yōu)化調(diào)式：逐個(gè)開大對(duì)應(yīng)燃燒器的看火窗，使過量氧含量從1%上升，并觀察煙氣中可燃?xì)怏w含量。當(dāng)可燃?xì)怏w含量降至50PPm以下時(shí)，過量氧含量達(dá)到2.6%，NOx含量基本穩(wěn)在了130 mg/m3左右。

在第一次優(yōu)化中，實(shí)現(xiàn)了加熱爐的分級(jí)供風(fēng)，燃料氣在燃燒器內(nèi)缺氧燃燒，降低了火焰峰值溫度，減少了NOx產(chǎn)生量，而后通過看火窗供風(fēng)，將沒有燃燼的可燃?xì)怏w在爐膛內(nèi)進(jìn)一步燃燒，使煙氣中可燃?xì)怏w含量達(dá)標(biāo)。

第二次優(yōu)化調(diào)式：將所有氣槍中心鉆三個(gè)等邊三角型的φ4.2mm孔，以使燃料氣工作壓力從0.3MPa降至0.2MPa左右，一是使燃料氣噴射壓力下降，使燃料氣和空氣的混合速度下降；二是使氣槍中心噴出的燃料氣在周圍噴孔噴出的燃料氣的隔離下，延后了與空氣混合燃燒的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的分級(jí)燃燒，降低了火焰峰值溫度，減少了NOx化物的產(chǎn)生?；鹱烊扛鼡Q完成后，在煙氣中過量氧含量2.6%、可燃?xì)怏w含量低于50PPm時(shí)，NOx可降至80mg/m3左右。第二次優(yōu)化調(diào)式中，利用氣槍中心開孔的方法，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的分級(jí)供氣（燃料氣），使加熱爐煙氣中的NOx含量進(jìn)一步的下降。

4 結(jié)論

采用均勻供應(yīng)燃燒器的燃料氣量和供風(fēng)量、采用二次風(fēng)供風(fēng)，微開看火窗實(shí)現(xiàn)分級(jí)供風(fēng)以及改造氣槍實(shí)現(xiàn)分級(jí)供氣等方法，在保證煙氣中可燃?xì)怏w指標(biāo)合格的前提下，可大幅降低老式燃燒器的NOx指標(biāo)。

作者簡(jiǎn)介：

吳成美（1982- ），女，吉林石化公司煉油廠汽油加氫裝置技術(shù)人員，中級(jí)職稱。