加熱爐降煙氣中NOx攻關

吳成美 楊冬冬 嚴章東

摘 要：吉林石化汽油加氫裝置加熱爐通過氣槍改造實現燃料分級供氣和部分打開看火窗的方式實現分級供風，以及均勻供應氣槍燃料氣量和供風量、調整二次供風量等方法，在保證煙氣中可燃氣體含量低于50PPm，氧含量低于2.6%的前提下，將NOx從170 mg/m3降至100mg/m3以下，實現了裝置加熱爐達標排放。

關鍵詞：加熱爐；分級供氣；分級供風；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爐共用一個對流段和空氣預熱器，燃燒器沒有采用低氮燃燒器，其煙氣中NOx含量超過170 mg/m3。按國家有關規定，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鍵的位置，裝置停車會帶來全廠的停車，影響較大。加熱爐煙氣降NOx攻關事在必行。

1 NOx生成基理

經分析表明，燃燒器排放的NOx中90%以上是NO，因此，研究NOx的生成機理及抑制方法主要是針對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%時為1%時的1.7倍和2.3倍，控制煙氣中的過量氧含量，對降低NOx有顯著的效果。煙氣中NOx含量為燃室溫度1600℉、1800℉、2000℉、2200℉、2400℉時為1400℉時的1.6倍、2.4倍、3.6倍、5.4倍和8倍，降低燃燒室溫度對降NOx有較大的影響。

2 N0x影響因素及調整方法

汽油加氫裝置分餾塔再沸爐和加氫脫硫反應加熱爐各配置8個燃燒器，正常運行時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，供風采用煙氣換熱器熱風一、二次供風設計的一般燃燒器。在不更換燃燒器前，從調整過量氧含量、供風溫度、燃燒室溫度等三個對煙氣NOx影響較大的因素著手進行攻關是降低煙氣中NOx的主要手段。

降加熱爐過量氧含量方面，不是降供風量降氧含量表指示值這么簡單。首先，統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，統一一二次風門的開度，保持統一的配風量，實現每個燃燒器的燃料量、配風量統一、過量氧含量統一，使其在最小爐過量氧的情況下，燃燒正常，可燃氣體含量受控。

降燃燒室溫度方面，燃燒的本質是燃料的氧化反應。燃料的活性越高、氧的純度越高反應越快，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越快，燃料和空氣混合越快反應越快，燃料和氧反應越快，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℉時為50℉時的1.2倍、2倍、3.6倍、6.4倍和12倍，空氣溫度對NOx生成有較大的影響。在線運行的加熱爐，可將進入空氣預熱器的部分高溫煙氣直接排入大氣中，降低空氣本身溫度。此方法降低進入燃燒器的空氣溫度后，加熱爐排煙溫度也會隨之上漲， 引起爐效率下降。

降低燃燒當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，國內低氮氣燃燒器設計的主要理念是切割燃料氣，采用多燃燒器以減少單個燃燒器的發熱量和單個燃燒器多只氣槍以減少單個氣槍發熱量，以減少溫度疊加帶來的加速燃燒效果。在線運行的加熱爐，可采用統一氣槍形式、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量。燃燒區混入惰性氣體，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供入蒸汽來降溫的方法。

3 實際優化調式

實際調式中，用安置在煙筒中的便攜式NOx檢測儀檢測煙氣中NOx、氧含量、可燃氣體含量。

第一次優化調式：逐個開大對應燃燒器的看火窗，使過量氧含量從1%上升，并觀察煙氣中可燃氣體含量。當可燃氣體含量降至50PPm以下時，過量氧含量達到2.6%，NOx含量基本穩在了130 mg/m3左右。

在第一次優化中，實現了加熱爐的分級供風，燃料氣在燃燒器內缺氧燃燒，降低了火焰峰值溫度，減少了NOx產生量，而后通過看火窗供風，將沒有燃燼的可燃氣體在爐膛內進一步燃燒，使煙氣中可燃氣體含量達標。

第二次優化調式：將所有氣槍中心鉆三個等邊三角型的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間，實現了簡單的分級燃燒，降低了火焰峰值溫度，減少了NOx化物的產生。火嘴全部更換完成后，在煙氣中過量氧含量2.6%、可燃氣體含量低于50PPm時，NOx可降至80mg/m3左右。第二次優化調式中，利用氣槍中心開孔的方法，實現了簡單的分級供氣（燃料氣），使加熱爐煙氣中的NOx含量進一步的下降。

4 結論

采用均勻供應燃燒器的燃料氣量和供風量、采用二次風供風，微開看火窗實現分級供風以及改造氣槍實現分級供氣等方法，在保證煙氣中可燃氣體指標合格的前提下，可大幅降低老式燃燒器的NOx指標。

作者簡介：

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