催化裂化装置辅助燃烧室点火系统改造

路永宇

作者通联：中国石油玉门油田分公司设备管理处 甘肃酒泉市新城区玉门油田1#楼313室 735000

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一、概述

玉门炼化总厂二套催化为加工量0.5Mt/a的馏分油催化裂化装置，该装置采用前置烧焦罐高效再生技术，由北京设计院设计，兰州化建公司承建，1994年11月建成并一次开厂成功，2005年扩容改造为0.8Mt/a的重油催化裂化装置。装置运行一直较为平稳，各项指标均达到了设计水平，催化剂单耗维持在0.8kg/t，但在开工过程中辅助燃烧室点火系统点火成功率非常低，每次都要由有经验的人员重复十几次，甚至数十次，花费大量的时间和人力才能点火成功。而辅助燃烧室在催化装置开工工程中占有重要地位，只有点燃辅助燃烧室，才能进行两器升温及开工的后续工作。针对这种情况，在详细分析了点火过程及点火失败原因后，2010年利用装置检修时机，对点火系统进行了改造更换，采用了由天津市自动化工程有限公司设计生产的FIRE—3喷焰式电点火系统，点火成功率接近100%，取得了较好的效果。

二、问题分析

辅助燃烧室结构如图1所示，联合喷嘴可单独烧瓦斯或轻柴油，也可同时烧两种燃料。

图1 辅助燃烧室简图

辅助燃烧室点火原理是：首先在点火器导管内充满空气，之后引瓦斯进入导管，瓦斯与导管内空气混合，在点火嘴处的电火花作用下，瓦斯和空气混合物被点燃。火焰在导管内传播，并在导管出口处形成稳定火焰，点燃主火嘴。从原理上看，此种点火方式比较简单易行，但在实际点火过程中，受各种因素制约，使用效果并不好，点火成功率很低。辅助燃烧室点火器结构见图2。

图2 点火器结构简图

1.辅助燃烧室点火步骤

（1）将蒸汽、工业风、瓦斯和轻柴油引至辅助燃烧室前，并进行切水、排凝。将瓦斯压力控制在0.4～0.6MP，温度控制在100～130℃；轻柴油压力控制在0.6～0.8MP。

（2）将220V电源送到点火控制器、电点火枪及点火瓦斯电磁阀。

（3）打开一次风吹扫炉膛3～5min，然后关小一次风，开点火空气阀门，使瓦斯导管内充满空气后，关闭点火空气阀门。

（4）点火时，一人先按点火器按钮，观察是否产生电火花，待电点火器打火后，另一人同时打开瓦斯阀门，瓦斯燃烧后，关闭电点火器。

（5）如果火未点着，立即关闭电点火器和瓦斯阀门，开一次风阀门，吹扫炉膛3～5min，再重复上述（3～5）步骤，直至点燃主火嘴为止。

2.影响点火成功的因素

（1）点火变压器或高压电缆断路或损坏，没有高压输出。

（2）点火电极损坏，不能产生电火花。

（3）瓦斯压力不稳或瓦斯带水。

（4）一次风量太大，将火焰吹灭。

（5）点火枪管路不畅通。

（6）点火时机把握不准电火花发生于纯空气环境或纯瓦斯环境。

（7）点火瓦斯无法和空气充分混合，瓦斯缺氧无法维持燃烧。

（8）电火花点燃瓦斯后，火焰在传播过程中熄灭。

其中前5项影响因素都可以在开工准备阶段进行排除解决，即使点火过程中发生，也可以很快将问题解决。在排除了前5项可能因素后，主要问题就集中在了后3项。

3.点火失败原因分析

点火前，开空气放空阀，将导管内部瓦斯吹扫干净后，关闭放空阀，此时导管内全部是空气，开瓦斯阀后，瓦斯进入导管，由于导管管径较小，内径仅有15mm，瓦斯不易扩散，在狭小管路空间内与空气一边进行部分混合，一边将空气赶入炉膛。

为便于分析，假设瓦斯在导管内呈活塞流状态运动，瓦斯和空气混合物中瓦斯超过一定浓度时，混合物因缺氧无法燃烧，此时的瓦斯和空气混合物视为纯瓦斯；瓦斯浓度低于点火浓度时，瓦斯和空气混合物视为纯空气。纯瓦斯和纯空气均不能被点燃。

这样就可以把瓦斯在导管内运动状态分为三个阶段；混合阶段、点火阶段、火焰传播阶段，整个过程如图3所示。A—B阶段瓦斯和空气进行混合，B—C阶段电火花将瓦斯空气混合物点燃，C—D阶段为火焰传播阶段。

图3 导管内瓦斯运动过程

如果瓦斯压力控制不好，当瓦斯阀门开的太快时，瓦斯在导管内流动速度就会加快，经过A—B阶段时间将缩短，瓦斯和空气混合时间减少，形不成可燃气体，在B—C阶段点火自然不能成功。当瓦斯阀门开的太慢时，瓦斯在导管内流动速度就会变慢，点燃的火焰经过C—D阶段时间太长，混合物在管路运动中燃烧时，会产生大量CO2，火焰在CO2的作用下熄灭，也不能成功点火。即只有火焰成功点燃，并顺利经过C—D阶段，方可进入炉膛点燃主火嘴。

三、改造措施

由上述分析可以看出，点火器成功点火的条件是：既要使瓦斯和空气有形成足够可燃气体的时间，又要保证火焰在传播过程中不熄灭。而这仅靠手动控制瓦斯阀门开度是很难实现的。通过分析论证，认为必须对原有点火系统加以改进，让点火器在瓦斯导管出口附近产生电火花，创造有利的点火条件。

通过调查研究，天津市自动化工程有限公司设计生产的FIRE-3喷焰式电点火系统能较好地解决上述问题，它将点火电极设计在瓦斯导管尾部，省去了火焰传播阶段，排除了火焰在传播阶段熄灭的可能性，同时瓦斯供给由电磁阀自动控制，点火系统自动控制电磁阀打开时间及点火电极点火时间，保证点火枪导管出口有大量的空气和瓦斯混合物，此点火枪点火导管出口火焰长度可达500～1500mm，点火非常容易，极大地提高了点火成功率。

由于在重催掺渣技术改造中，并未对辅助燃烧室进行更换，因此新选FIRE-3喷焰式点火系统的点火枪尺寸仍按原点火枪尺寸设计，安装位置也保持不变。

2010年7月，利用重催装置大检修的有利时机，将辅助燃烧室原有电点火系统拆除，安装由天津市自动化工程有限公司生产的FIRE-3喷焰式电点火系统。由于新点火系统的点火枪尺寸仍按原点火枪尺寸设计，安装位置也保持不变。因此安装时只要将原来旧点火枪拔出，然后插入新点火枪，更换密封填料盒盘根后上紧连接法兰即可，安装非常容易、方便。

四、改造效果

改造后的电点火系统经过多次试验，点火成功率接近100%，由于辅助燃烧室点火系统点火一次成功，避免了在点火过程中浪费时间和精力，为装置顺利开工创造了有利条件，明显缩短了催化裂化装置开工时间。