富氧推火燃烧对烯烃加热炉火焰改变的影响

节能2014年第3期ENERGY CONSERVATION(总第378期富氧推火燃烧对烯烃加热炉火焰改变的影响魏伯卿(洲利实业(上海)有限公司淄博晟安机电有限公司,上海200129)摘要:在烯烃装置2台加氨加热炉上实施富氧引火燃烧技术助燃后效果良好,但其中有一个燃烧器的火苗烧及氨气加热管,造成极大的安全隐患。通过对该燃烧器使用富氧推火燃烧技术助燃,改变了该燃烧器的燃烧火焰分布,确保了其燃烧安全稳定,但牺牲了一定的节能效率。关键词:加热炉;富氧;助燃;局部增氧;引火燃烧;推火燃烧中图分类号:TG307文献标识码:A文章编号:1004-7948(2014)03-008-04doi:103969/ J. Issn.1004-7948.2014.03.0071概述氧推火燃烧技术和富氧引火燃烧技术”更能按需要调整燃烧火焰分布,使燃烧更稳定、更安全;6)富氧引火燃娆技术和富氧推火燃烧技术是在“富氧推火燃烧技术和富氧引火燃烧技术”使燃烧富氧局部增氧助燃技术的基础上,利用专用富氧喷更集中,具有更大的燃烧火焰密度、更高的燃烧强嘴和射流技术匹配开发的富氧高效助燃技术,是将度,因此燃烧火焰中心温度更高,热辐射效率更高。27%-40%的富氧气体,直接送到燃烧火焰中心最富氧引火燃烧技术和富氧推火燃烧技术是富需要氧气的地方助燃,使燃料能在高氧环境下强化氧局部增氧助燃技术的升级技术,具有更好的助燃燃烧,并能在一定程度上改变燃烧火焰的分布,从节能减排效果,同时,在燃烧安全方面发挥的作用而提高热辐射效率;富氧引火燃烧技术和富氧推火将会更大、更有意义。燃烧技术都能改变燃烧火焰的分布,使得燃烧火焰根据加氢加热炉的特性,在不改变目前加氢加朝着需要的方向移动一定的距离这不仅对提高燃热炉和燃烧器结构的条件下对其实施了技术改造,烧热辐射效率有帮助,特别是对避免造成因燃烧的在加氢加热炉内安装富氧分管,并在炉内富氧分管火苗烧及物料加热管而有可能使物料加热管局部上安装富氧喷嘴,经过2年多的运行,结果表明运过热的重大事故意义非凡。一般来说,富氧推火燃行安全稳定,节能减排效果显著。烧技术使火焰移动的距离比相同条件下使用富氧引火燃烧技术使火焰移动的距离要大。2富氧引火燃烧技术和富氧推火燃烧技术的节能富氧推火燃烧技术和富氧引火燃烧技术”与减排机理富氧局部增氧助燃技术”的区别在于:1)“富氧推富氧引火燃烧技术和推火燃烧技术的节能减火燃烧技术和富氧引火燃烧技术”将富氧气体喷排机理与富氧局部增氧助燃技术的节能减排机射在燃烧火焰的部位比“富氧局部增氧助燃技术”理-2一样喷射部位高;2)“富氧推火燃烧技术和富氧引火燃1)提高火焰温度、火焰黑度和辐射热。因氮烧技术”喷射的富氧气体线速度比“富氧局部增氧气量减少,空气量及烟气量均显著减少,故火焰温助燃技术”的富氧气体线速度高;3)“富氧推火燃度、火焰黑度和辐射热均随着燃烧空气中氧气比例烧技术和富氧引火燃烧技术”富氧喷射角度变化的增加而显著提高但富氧浓度不宜过高,国内外对火焰影响和节能效果影响比“富氧局部增氧助研究均表明,富氧浓度在27%~33%时为最佳,燃技术”大4)富氧喷嘴的形状和扩散角等参数对因为氧浓度较V凵中国煤化工,而制氧投富氧推火燃烧技术和富氧引火燃烧技术”的影响资等费用猛增CNMHG比对“富氧局部增氧助燃技术”的影响更大;5)“富2)加快燃烧速度,促进燃烧完全。燃料在空2014年第3期能(总第378期)ENERGY CONSERVATION气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大,如氢气在纯2台加氢加热炉的特性,加热炉的3个燃烧器集中氧中的燃烧速度是在空气中的42倍天然气则高安装在炉膛底部正中央,3个燃烧器相互间距为达10.7倍左右,故用富氧助燃,不仅能提高燃烧强120mm,3个燃烧器的外边缘距离炉膛内壁附近氢度,加快燃烧速度,获得较好的热传导,同时由于温气加热管的距离为300mm,而且燃烧火焰较短。度提高了,还将有利于燃烧反应,促进燃烧完全,从同时使用引火燃烧技术和推火燃烧技术助燃,即对而从根本上消除污染。存在向氢气加热管飘火的燃烧器使用推火燃烧技3)降低燃料的燃点温度。燃料的燃点温度不术助燃,其余燃烧器使用引火燃烧技术助燃。该项是常数,如CO在空气中为609℃,在纯氧中仅为目评估设计的总富氧量为680Nm3/h。388℃,所以用富氧助燃能提高火焰强度、增加释放3.3设计与安装热量等。加热炉为立式加热炉,加热炉直径2500mm,34)增加热量利用率。富氧助燃,对热量的利个燃烧器安装在炉膛底部的正中央;国内外的对称用率会有所提高,如用普通空气助燃,当加热温度燃烧加热炉实施富氧助燃时,富氧喷嘴的安装大多为1300℃时,其可利用的热量为42%,而用26%都是从燃烧器的附近打孔安装,每一个富氧喷嘴需(体积百分数以下同)的富氧空气助燃时可利用要打一个安装孔,这个加氢加热炉有3个燃烧器热量为56%,增加33%,而且富氧浓度越大加热设计配置6组富氧喷嘴,如果按正常的安装方式,温度越高,所增加的比例就越明显,因此节能效果必须从3个燃烧器的外侧打6个富氧喷嘴安装孔,就越好。这对这个热效率低且高易燃易爆加热炉来说,带来5)减少燃烧后的排气量。用普通空气助燃,的破坏太大,不是最佳方案。因此,为了减少对加约4/5的氮气不但不参与助燃还要带走大量的热热炉的破坏设计1根富氧分管从炉底打1个直径量。如用富氧助燃,氮气量要减少,故燃烧后的排4100mm的孔伸入炉内,在炉内富氧分管组成一个气量亦减少,从而能提高燃烧效率等。三角形状,环绕在炉内的3个燃烧器外围,这样既6)降低空气过剩系数。用富氧代替空气助可在这根富氧分管上安装多个富氧喷嘴,同时,这燃,可适当降低空气的过剩系数,这样,燃料消耗就根富氧分管又是富氧气体在炉内的预热管;在炉内相应减少,从而节约能源。富氧分管的内侧靠近燃烧器附近对称安装6组富3技术方案氧喷嘴,具体如图1、图2所示。3.1加氢加热炉简介中国石化齐鲁分公司烯烃厂芳烃加氢加热炉4号5号三包括BA-601炉和BA-701炉,其作用是给芳烃装置加热氢气,这2台加热炉炉龄较长,BA-601炉为20世纪70年代产品,BA-701炉为20世纪80年代产品,2台炉的结构和尺寸一样,两炉膛保温性较差,排烟温度均超过400℃,热效率均在77%左右,它们燃烧的燃料为烯烃厂的化工尾气,这些尾气组分复杂、热值偏低,且常常含有3%~图170炉六组富氧喷嘴位置图5%的粘稠性焦油,燃烧不完全;但BA-601炉有每个富氧喷嘴与燃烧火焰中心轴成19°~30°个燃烧器的火苗常常飘向附近的氢气加热管形的夹角,每个燃烧器外侧的富氧喷嘴与燃烧火焰中成极大的安全隐患。心轴的夹角都不一样,而且每个富氧喷嘴与燃烧火3.2技术要点焰中心轴的夹角都是由该燃烧器的燃烧状况、火富氧引火燃烧技术最关键的技术点在于富氧焰长度、炉腾中国煤化工气在炉膛内的气体从什么位置、以什么角度以多大的线速度送停留时间、燃CNMHG计算确定的入到燃烧火焰最需要氧气的地方助燃。根据以上因为这2个加氢加热炉的炉膛不太长,烟气在炉内能2014年第3期30ENERGY CONSERVATION(总第378期0.7°。对该引火燃烧技术助燃和推火燃烧技术助燃推火燃烧炉内富氧分管产引火计算的12组富氧喷嘴的D、α小角度修正值和△a如推火燃烧表1所示。所有富氧喷嘴设计为扁形富氧喷嘴。火燃烧燃烧器引火扁形富氧喷嘴图2601炉6组富氧喷嘴位置图的停留时间比较短,因此,在设计安装富氧喷嘴的(a)加富氧前(b)加富氧后角度时,减小富氧喷嘴口与燃料喷口之间的距离图4推火燃烧富氧喷嘴夹角与火焰示意图D,并加大富氧喷嘴与燃烧火焰中心轴的夹角a,表1富氧喷嘴口与燃料喷口之间的距离D和富氧喷嘴与尽量缩短燃烧火焰的长度,如图3所示,并将燃烧燃烧火焰中心轴的夹角a及修正值△a计算值火焰的最髙温度区往下移,即在保证燃料能够燃烧项目富氧喷嘴1号2号3号4号5号6号完全的条件下,尽量缩短燃烧火焰的长度,使燃料mm289.7321.4326.5294.3286.9295.6在最短的时间内燃烧完全,从而能增加烟气在炉膛A21.328.529.424.221.623.9内的停留时间即烟气在炉膛内的流经时间,进而提6Ng2mC20,7209029906210230.6-0.5-0.50.60.60.6高烟气的热交换效率。D/mm287.6286.3299.8296.6294.1293.9BAa/°20.820.223.522.322.722.80.60.6600.6a-△a/°20.219.622.921.722.122.2注:表中加黑数据为BA-601炉2号和3号富氧喷嘴的推火燃烧助燃计算数据,其余数据为引火燃烧助燃计算数据4项目运行及标定4.1运行情况自2011年6月1日富氧装置开始正常运行至(a)加富氧前(b)加富氧后图3引火燃烧富氧喷嘴夹角与火焰示意图今,BA-601炉内2号和3号富氧喷嘴对应的燃烧器燃烧火焰正常稳定、火苗不再出现向氢气加热然而,BA-601炉的2号和3号富氧喷嘴所对管飘火现象其他富氧喷嘴的引火燃烧技术助燃使应的燃烧器其火苗常飘向附近的氢气加热管,这相应的燃烧火焰向氢气加热管方向有明显的偏移,极易形成局部过热而烧损氢气加热管导致氢气爆但其偏移火焰稳定、偏移程度合适而且整体运行炸造成大事故为了解决这个问题并保证2台加安全稳定实现了2台加热炉的节能效率提高和排氢加热炉的富氧助燃效率对2号和3号富氧喷嘴烟温度降低预期目的结果表明对2台加氢加热采用推火燃烧技术如图4所示。对BA-701炉炉的燃烧器中10个富氧喷嘴实施引火燃烧技术助的6组富氧喷嘴和BA-601炉的其他4组富氧喷燃,并对存在向氢气加热管飘火苗的燃烧器其附近嘴采用引火燃烧技术,根据实验和应用经验引火的2号和3号富氧喷嘴实施推火燃烧技术助燃,方燃烧技术计算出来的富氧喷嘴与燃烧火焰中心轴法正确,技术可行,效果显著。的夹角a,在实际安装时要减小一个小角度修正4.2考核标定值△aq,△ay1=0.5°-0.9°。推火燃烧技术计算出为了检来的富氧喷嘴与燃烧火焰中心轴的夹角α,在实际达到设计要求H中国煤化工烧装置是否CNMHG日~6月6安装时要增加一个小角度修正值R推,R推=02°~日对装置投用后芳烃加氢加热炉BA-601炉和2014年第3期能(总第378期)ENERGY CONSERVATION31BA-701炉运行情况进行了连续144h考核标定,标定情况如表2所示。表2富氧引火燃烧助燃前后加氢加热炉参数标定对比项目炉负荷/h1燃料消耗/m3h1排烟温度℃备注292.7742507201年6月1日-6月6日运行数据BA-601炉标定统计数据最大值15.98364.53445.45最小值268.01412.4平均值338.61464.302011年2月1日~2月28日运行数据BA-601炉对比统计数据最大值432.47最小值13.10419.08平均值e406.102011年6月1日~6月6日运行数据BA-701炉标定统计数据最大值430.10最小值17.30207.90395.10平均值288.93424.162011年2月1日-2月25日运行数据BA-701炉对比统计数据最大值20.00370.70441.20最小值15.70216.404.3结果计算显提高了加热炉的热辐射效率,实现2台加热炉BA-601炉标定期间平均加热吨氢的燃料消耗12%以上的节能率。量为:29277÷14.56=20.11立方燃料气吨氢2)将BA-601炉的2号和3号富氧喷嘴实施BA-601炉对比统计平均加热吨氢的燃料消耗推火燃烧技术助燃,其对应的燃烧器燃烧火焰稳量为3361÷14.69=23.05立方燃料气/吨氢定、火苗不再出现向氢气加热管飘火现象,较大地BA-60l炉投用富氧后的节能率为:(23.05-改变了该燃烧器的燃烧火焰分布,从而保证了该加0.11)÷23.05=12.7%。热炉的燃烧安全。BA-701炉标定期间平均加热吨氢的燃料消耗3)2台加热炉从结构方面考虑,适合引火燃烧量为:248.73÷18.30=13.59立方燃料气/吨氢。技术助燃,但因为BA-601炉的2号和3号富氧BA-π01炉对比统计平均加热吨氢的燃料消耗喷嘴所对应的燃烧器原因,对这两个富氧喷嘴实施量为:2893÷18.31=15.78立方燃料气吨氢。了推火燃烧技术助燃,虽然保证了燃烧安全,却牺BA-701炉投用富氧后的节能率为:牲了一定的节能效率(15.78-13.59)÷15.78=13.8%。参考文献4.4结果分析[1]郑蕾康子晋,张蕾,等增氧燃烧的原理及其在热能工1)分别对相关的燃烧器实施不同方法的燃烧程中的应用[.工业锅炉,2004,(3):10-14技术,保证了氢气加热炉的燃烧安全。[2]沈光林李新培,赵宝泉膜法富氧用于助燃的理论研究[刀].膜科学与技术,1994,14(3):47-532)对BA-601炉的2号和3号富氧喷嘴实施[3]方寿奇膜法富氧技术在燃煤锅炉上的应用[J].膜科推火燃烧技术助燃,对BA-601炉的节能效率有学与技术,2001,21(3):46定的影响因为这2台炉的结构、尺寸、燃烧状[4】沈光林,丁建林李玉林等膜法富氧局部增氧助燃技况、热效率等参数基本一样,但标定结果显示:技术,1998,18(4):50-53BA-601炉的节能效率明显低于BA-701炉的节[5]苏德胜,储明来,丁建林,等国内膜法富氧技术应用研能效率,这说明对BA-601炉中一个燃烧器实施究新进展[J].膜科学与技术,199g,19(1):12-14的推火燃烧技术助燃,对节能率形成了一定的影[9]毛月波祝明星刘益芳等富氧在有色冶炼中的应用响,同时,这也说明这2台加氢加热炉最适合应用[M].北京:冶金工业出版社,198引火燃烧技术助燃。[8]张家元,周孑民阳绍伟,等煤粉锅炉膜法富氧局部助燃技术开发与应用[J].热能动力工程,2007,22(4):5结论中国煤化工作者简介:魏1)该项目实施了引火燃烧技术燃烧火焰的程师从事富氧CNMHG山人,大学工作高温区向氢气加热管方向偏移明显、火焰稳定,明收稿日期:2014-01-02