常減壓裝置加熱爐氮氧化物排放的控制與研究

陳洪超

摘要：氮氧化物（NOx）是煉油企業(yè)加熱爐通過煙氣排放的主要污染物之一。本文介紹了氮氧化物對(duì)環(huán)境的危害。分析了氮氧化物的生成機(jī)理，提出了降低加熱爐氮氧化物排放量的方法。分析了低氮燃燒技術(shù)及應(yīng)用與公司當(dāng)前氮氧化物排放現(xiàn)狀，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)措施和建議。通過逐步優(yōu)化、改造和完善，不斷探索降低氮氧化物排放的措施，使常減壓裝置加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保。

關(guān)鍵詞：加熱爐氮氧化物低氮燃燒技術(shù)

引言：

2016年新環(huán)保法的實(shí)施，對(duì)加熱爐煙氣排放要求更加嚴(yán)格，環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)今企業(yè)生存發(fā)展的一項(xiàng)重要指標(biāo)。“寧要青山綠水，不要金山銀山”，為了適應(yīng)新常態(tài)下的發(fā)展模式，國(guó)內(nèi)煉油企業(yè)對(duì)加熱爐的煙氣排放的控制勢(shì)在必行。

1、加熱爐氮氧化物排放危害

氮氧化物對(duì)人類賴以生存的環(huán)境以及人類自身的危害卻極其嚴(yán)重：一方面，氮氧化物是形成酸雨的主要因素；另一方面NOx在一定條件下可以和碳?xì)浠衔镆黄鹦纬晒饣瘜W(xué)煙霧破壞大氣環(huán)境，嚴(yán)重危害人類健康，惡化人類賴以生存的環(huán)境。對(duì)于煉油企業(yè)NOx主要來(lái)源于加熱爐燃燒產(chǎn)生的煙氣。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 16297—1996規(guī)定氮氧化物的排放濃度最大為240mg/m3。而常規(guī)氣體燃燒器煙氣中的NOx濃度一般在240mg/m3以上。煙氣中的氮氧化物是最難處理的大氣污染物之一，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，有效控制氮氧化物造成的大氣污染已刻不容緩。

2、NOx生成機(jī)理及控制方法

經(jīng)分析表明，燃燒器排放的NOx中90%以上是NO[1]，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NO（Thermal-NO，簡(jiǎn)稱T-NO）；快速型NO（PromptNO，簡(jiǎn)稱P-NO）；燃料型NO（Fuel-NO，簡(jiǎn)稱F-NO）。

燃料中的氮化物在燃燒時(shí)會(huì)生成NOx。這些燃料轉(zhuǎn)化型F-NOx在燃燒過程中是很難減少其生成量的，只能通過燃料脫氮才能有效減排。但空氣中的氮燃燒時(shí)生成的快速轉(zhuǎn)化型P-NOx和熱轉(zhuǎn)化型T-NOx可以通過控制燃燒過程來(lái)減少其生成量。

T-NO是由空氣中的N2和O2在高溫下通過下列反應(yīng)生成的：N2 + O2 → 2NO；2NO +O2 → 2NO2。P-NOx生成量很少，一般比T-NOx小一個(gè)數(shù)量級(jí)。T-NOx的生成主要取決于溫度、停留時(shí)間及過剩氧：高溫有利于T-NOx生成反應(yīng)；在高溫區(qū)的停留時(shí)間越長(zhǎng)，生成的T-NOx也越多；隨著過剩氧的增加，NOx濃度在外混式氣體燃燒器中將增加，在預(yù)混式燃燒器中將減少。另外，爐膛溫度、燃燒空氣溫度和燃料中的氫含量都可能影響燃燒區(qū)的溫度，從而影響T-NOx的生成量[2]。

在燃燒過程中，主要是采用各種方法，減緩燃燒速率和燃燒強(qiáng)度，降低燃燒區(qū)的溫度，從而減少NOx的生成。這也是各種低NOx燃燒器設(shè)計(jì)的基本理念。煙氣脫硝的措施雖然理論上可行，但是實(shí)際實(shí)施上難度很大。目前采取加設(shè)低氮燃燒器的辦法對(duì)于加熱爐的NOx排放的控制是最有效、最快捷的方法。

3、低氮燃燒技術(shù)

燃燒過程中常用的低氮燃燒技術(shù)主要包括低氧燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)、低氮燃燒器和低氮爐膛設(shè)計(jì)等。低氮燃燒是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的氮氧化物減排途徑，減排放率一般可以達(dá)到在 30%～60%左右[3]。

當(dāng)前較先進(jìn)的氣/油混合式低氮燃燒器一般采用煙氣再循環(huán)的燃燒方式，即將煙氣從爐膛出口抽取出來(lái)再次送入燃燒器，也可以與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，介于兩層風(fēng)之間的煙氣起到隔離層的作用，之后又與空氣混合，這樣不但可降低燃燒溫度，而且也降低了氧氣濃度，進(jìn)而降低了NOx的產(chǎn)生濃度，如果再加上煙氣外循環(huán)（從爐后抽取煙氣并通過獨(dú)立風(fēng)機(jī)送入燃燒器），則可進(jìn)一步降低NOx的排放。將再循環(huán)的燃?xì)鈸饺牍┤紵玫目諝饫铮瑢?duì)燃油/氣鍋爐等高溫燃燒設(shè)備是一項(xiàng)有成效的降低NOx的方法。

表3-1為金陵石化重整裝置采用某低氮燃燒器（主要利用燃料分級(jí)技術(shù)、煙氣循環(huán)技術(shù)等）后NOx排放量對(duì)比：

4、公司當(dāng)前加熱爐NOx排放現(xiàn)狀及優(yōu)化改進(jìn)措施

公司為100萬(wàn)噸/年常減壓蒸餾裝置，目前煙氣排放情況均滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，但隨著新法律法規(guī)的出臺(tái)，遼寧省2017年對(duì)NOx排放要求更加嚴(yán)格，規(guī)定氮氧化物的排放濃度最大為150mg/m3，而近期測(cè)量NOx排放情況已接近新標(biāo)準(zhǔn)排放濃度。

目前公司常減壓裝置加熱爐采用的為RC4高效節(jié)能燃燒器，采用三級(jí)配風(fēng)形式，屬于空氣分級(jí)低氮燃燒器。但相對(duì)于當(dāng)前較先進(jìn)的低氮燃燒技術(shù)有一定的差距。同時(shí)隨著加熱爐運(yùn)行時(shí)間的增加，設(shè)備腐蝕、漏風(fēng)情況也對(duì)NOx的產(chǎn)生量有一定的影響。而在實(shí)際運(yùn)行過程中，加熱爐氧含量的控制也會(huì)對(duì)NOx的產(chǎn)生量有較大影響。

因此控制加熱爐NOx的產(chǎn)生量可以從以下幾點(diǎn)考慮：1）精心操作，確保爐膛溫度均勻，防止局部過熱和管內(nèi)結(jié)垢，保證爐管正常傳熱能力。2）調(diào)好“三門一板”，在保證燃燒的前提下，盡量降低入爐空氣量。3）消除漏風(fēng)點(diǎn)，將停用的火嘴和看火口、人孔、采樣口全部封堵，防止?fàn)t體不嚴(yán)、漏風(fēng)量多。4）定時(shí)吹灰，停工檢修及時(shí)清掃爐管表面積垢，提高爐管傳熱能力。5）加強(qiáng)加熱爐的技術(shù)管理，提高員工操作水平，定期開展煙氣監(jiān)測(cè)。6）選擇新型低氮燃燒器。

5、結(jié)論

隨著2016年新環(huán)保法的實(shí)施，對(duì)加熱爐氮氧化物排放的控制也是生產(chǎn)中必不可少的一部分。對(duì)氮氧化物排放也要通過逐步優(yōu)化、改造和完善，不斷探索降低氮氧化物排放的措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢家麟主編.管式加熱爐.北京：中國(guó)石化出版社，2003。

[2]唐孟海，胡兆靈編.常減壓蒸餾裝置技術(shù)問答.北京：中國(guó)石化出版社，2003。

[3]中國(guó)石油和石化工程研究會(huì)編著.煉油設(shè)備工程師手冊(cè).北京：中國(guó)石化出版社.2009。