加热炉新型低氮火嘴在线更换改造

王国庆，雷 浩，肖均蓬，宋福海

（中国石油乌鲁木齐石化分公司炼油厂加氢车间，新疆乌鲁木齐 830019)

加热炉新型低氮火嘴在线更换改造

王国庆，雷 浩，肖均蓬，宋福海

（中国石油乌鲁木齐石化分公司炼油厂加氢车间，新疆乌鲁木齐 830019)

由于燃烧方法及条件对NOx 的生成有直接影响，可以通过采用低 NOx 的燃烧器改变燃烧方法，达到降低 Nox含量的目的。选择新型低 NOx 的燃烧器需考虑单台热负荷、燃料气性质、给风量、温度、炉膛的高度，以及炉管与燃烧器的距离等因素，低氮燃烧器在200万t/a柴油加氢装置火嘴改造中的应用取得了较好的效果。

低氮燃烧器；加热炉；改造；燃烧条件

1 低氮火嘴在线更换背景

1.1 NOx 生成的影响因素

采用新型低 NOx 火嘴燃烧技术，可以改变燃烧情况，控制 NOx 生成，达到降低燃烧过程中 NOx排放的目的。而影响加热炉燃烧中 NOx 生成的因素主要有高温区烟气的停留时间、燃烧温度、加热炉烟气组分的浓度和混合程度等。

采用低氮燃烧技术来抑制NOx的生成。加热炉NOx的生成机理主要是燃烧时空气中的N2和O2在高温下生成的NOx，产生的主要条件是燃烧温度和氧浓度。要减少热力型NOx的生成，可采取以下几方面的措施：①减小燃烧高温区域范围；②降低加热炉的燃烧峰值温度；③降低燃烧中的过剩空气系数及氧含量。具体来说，就是在保证加热炉燃烧安全的前提下，采取低氮燃烧器使燃料分级燃烧来抑制氮氧化物的生成。

在燃烧中已生成的NO遇到烃和未完全燃烧的产物时，会发生NO的还原反应，重新还原为N2。我们可以利用这一原理，将燃料大部分送入密相区，在α＞1条件下，燃烧并NOx。送入密相区的燃料称为一次燃料，其余15%～20%的燃料则在主燃烧器的上部送入悬浮区，在α＜1的条件下有较强的还原性，使得在密相区中生成的NOx在悬浮区（再燃区）内被还原成氮分子，送入悬浮区的燃料又称为二次燃料，或称再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放浓度进一步降低。

1.2 低氮火嘴在线更换原因

乌鲁木齐石化公司炼油厂加氢车间200万t/a柴油加氢装置加热炉有反应进料加热炉F-101（方箱炉）和分馏塔底重沸炉F-201（圆筒炉）两台，而F-201设计为非低 NOx燃烧器，经现场实际检测加热炉F-201烟气中的 NOx含量超标，本次更换火嘴目标是将加热炉烟气中的 NOx 含量控制在小于或等于 100 mg/m3范围内。因此在保证装置不停工的前提下，更换新型低NOx燃烧器就是实现加热炉烟气氮氧化物达标排放最直接有效的方法，采取燃料分级燃烧技术来抑制氮氧化物的生成。

2 低氮火嘴在线更换方案

1）石油化工行业中由于不同生产装置管式加热炉承担的工艺任务不同、炉型结构、传热特点、操作条件不同，所使用的燃烧器的结构和技术性能也不同。燃烧器作为加热炉的一种重要组成部分，选型时在满足正常生产任务及热负荷的情况下，应积极采用低NOX燃烧器，以减少排放烟气中的NOX含量，同时采取有效措施控制燃料中的硫化物含量和固体颗粒含量，减少排放烟气中的SO2、SO3等硫化物含量和粉尘含量。

2）加热炉性能数据包括物料流量、分支炉管物料流量、出入口温度及出口压力、排烟温度、炉膛温度、抽力、氧含量及可燃气体含量、燃料的温度及压力、雾化蒸汽的压力及温度、燃料组成的变化等。要根据工艺及环保要求进行低NOX燃烧器的选型，保证加热炉的最佳燃烧效果。

3）新型低 NOX的燃烧器应按SH3505-1999《石油化工施工安全技术规程》、GB50236-98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》、SH3514-2001《石油化工设备安装工程质量检验评定标准》Q/JH121.11.004-92《安全技术操作规程》规定进行制造和验收。

3 加热炉低氮火嘴在线更换改造状况

3.1 改造内容

改造内容主要为在不停工的状态下更换中心封板，更换主燃气喷枪，更换长明灯。

3.2 改造情况

2017 年 6 月200万t/a柴油加氢装置F-201共8台燃烧器采用逐台熄火更换。步骤：首先将一台燃烧器熄火，把燃料气喷枪、长明灯、中心封板拆除。再依次把新中心封板、新燃气喷枪、长明灯安装上，最后点火调整燃烧器火焰。

3.3 改造效果

200万t/a柴油加氢装置F-201燃烧器更换后，经检测加热炉烟气中 NOX含量小于100mg/m3，达到了改造目的和设计要求。

4 结束语

加热炉燃烧产物（烟气）中含有二氧化硫SO2、NOX；不完全燃烧时还存在一氧化碳（CO）和烟尘等。这些污染物由炉子排放到大气中，给人和动植物带来危害。控制加热炉产生的 NOX对保护大气环境是至关重要的一个方面。新型低 NOX火嘴的燃烧技术，可以改变燃烧情况，控制 NOX生成，达到降低燃烧过程中 NOX排放的目的。为了使加热炉附近的大气质量能符合国家标准以及石油化工行业控制指标的要求，就必须控制烟气中大气污染物主要是NOX的排放。

[1] 史开洪.加氢精制装置技术问答[J].北京：中国石化出版社，2007：278-280.

New Type of Low-nitrous Burner in the Heating Furnace

Wang Guo-qing，Lei Hao，Xiao Jun-peng，Song Fu-hai

Since the combustion method and conditions have a direct effect on the formation of NOx，the combustion method can be changed by using a low NOx burner to achieve the purpose of reducing Nox.The choice of new low NOx burners requires a single heat load，fuel gas properties，air supply，temperature，height of the furnace，and the distance between the furnace and the burner，etc.，low nitrogen burners at 2 million tons/year diesel plus The application of hydrogen device in the transformation of fire mouth has achieved good results.

low nitrogen burner；heating furnace；transformation；combustion condition

TE963

A

1003–6490（2017）11–0112–01

2017–09–12

王国庆（1988–），男，新疆乌鲁木齐人，工程师，主要从事炼油，柴油加氢工作。