王栋
徐州普罗顿氢能储能产业研究院有限公司 江苏省 新沂市 221400
摘要：随着我国对大气环境保护的重视，企业环保压力越来越大。为保证公司加热炉烟气环保指标达标排放，利用 2017 年停工大检修机会，对车间加热炉燃烧器进行改造，全部更换为低氮燃烧器。针对装置工艺加热炉NOx不能满足GB31570—2015排放标准的状况，通过多次组织技术交流和外出实地考察，对炼油厂内的5000kt／a常压、l000kt／a连续重整工艺加热炉所使用的燃烧器进行技术改造，改造后加热炉烟气满足排放标准，燃烧稳定。
关键词：低氮；燃烧器；加热炉
国家环境保护部于2015年4月16日发布的GB31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》规定了石油炼制工业企业及其生产设施的水污染物和大气污染物排放限值、监测和监督管理要求，其中，新建企业自2015年7月1日起，现有企业自2017年7月1日起，对工艺加热炉烟气排放中氮氧化合物的排放限值做了新的明确要求。
某公司改造后的燃烧器采用的技术是将过去的集中燃烧改为多点燃烧，避免火焰的集中，降低火焰中心温度，减少高温区氮氧化物的生成，实现达标排放。新燃烧器燃气火焰在火盆耐火砖上，会减少火焰缩火，同时也降低火盆温度。火嘴枪头为多分支，也易于日常的拆卸更换。
1工艺加热炉NOx产生机理、影响因素及低氮燃烧器技术原理
1．1NOx的生成机理
(1)快速或直接转化型。快速型NOx；是在碳氢化合物燃料在燃料过浓时燃烧，燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用，以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms。快速NOx在燃烧过程中的生成量很小。影响快速NOx，生成的主要因素有空气过量条件和燃烧温度。
(2)燃料转化型。由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。燃料中氮的热分解温度低于燃料燃烧温度，在600—800oC时会生成燃料型NOx；。首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N、CN、HCN和等中间产物基团，然后再氧化成NOx。
(3)热力型。在火焰高温区空气中的N：和O：在高温条件下反应生成NO。：N2+02—2N0N0+1，20厂N02在温度足够高时，热力NOx。的生成量可占到NO、总量的90％，随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<300℃时，T每增加100℃，NOx，反应速率增大6—7倍。工艺加热炉NO。生成的原因主要来自热力型生成，所以控制燃烧温度为降低NOx的主要手段。
1．2NOx形成的影响因素
1．2．1燃料组分对NOx的影响
通过对燃料气组分中H：和CO：含量NOx生成的影响研究发现，当燃料气中有氢气组分时，其对NOx的影响基本成线性关系。当燃料气中含有二氧化碳组分时，可以抑制NOx的生产，并呈现出一定的线性关系，二氧化碳含量越大，生产NOx的倍数越低b3。
1．2．2氧气浓度影响NOx的形成
当烟气中含有过剩氧含量时，其对NOx的生成具有一定促进作用，并表现出一定倍数关系，要降低烟气中NOx，对烟气中氧含量控制是非常重要的手段。
1．2．3助燃空气温度对NOx生成的影响
控制助燃空气温度来降低烟气中的NOx非常必要。当预热温度大于200℃时，才表现出一定数性关系，但对于一般预热系统来说，预热后空气温度很难达到200℃，可忽略预热温度对NOx的影响。
1．3低氦燃烧器技术原理
燃烧器采用燃料分级和烟气回流相结合技术可最大限度限制热力学NO；的生成。燃料分级体现在燃烧器取消主枪，全部以辅枪形式出现，并且以独特的耐火砖结构保证其燃料分级的可行性。依靠耐火砖的独特结构，在燃料分级处形成负压区，使烟气在负压区进行回流、重新混合，形成烟气回流区，进一步降低高温区域，从而降低NOx的形成。
2低氮燃烧器应用效果
2．1常压装置燃料气组分及应用效果
2．1．15000kl／a常压工艺加热炉燃料组分变化情况。改造前后燃料气组分对比见表1。
由表1可见，常压装置在燃烧器改造前后燃料气组分几乎未发生大的变化，与炼油厂气催化干气、重整富余氢气、天然气组成的混合气相符。
2．1．2技术应用效果
燃烧器在改造前NOx的排放值大于100mg／m3，改造后NOx的排放值应小于100mg／m3。经第三方检测，常压加热炉烟气中NOx排放值小于100mg／m3，达到了改造目的和设计要求，改造后符合工艺热值要求。
2．2重整装置燃料气组分及应用效果
2．2．1重整工艺加热炉燃料组分变化
改造前后燃料气组分未发生大变化，与炼油厂气催化干气、重整富余氢气、天然气组成的混合气相符。常压与重整燃料气组不同主要为炼厂气燃料不足时补人的天然气位置有关。
表1改造前后燃料气组分对比
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2．2．2技术应用效果
燃烧器在改造前NOx的排放值大于100mg／m3，改造后NOx的排放值应小于100mg／m3。同时经第三方具有检测资质的单位的检测，重整工艺加热炉烟气中NO，排放值应小于100mg／m3，达到了改造目的和设计要求，改造后符合工艺热值要求。
2．3改造前后燃烧器火焰颜色对比
低NOx燃烧器具有比常规燃烧器更长和更粗的火焰。火焰长度为2．0—2．5m／MW。火焰直径是燃烧器砖直径的1．0～1．5倍。低NO，燃烧火焰更透，亮度较低，燃烧反应的大部分是不可见的。
3结论
(1)采用新型低NOx燃烧器对加热炉进行改造，达到了预期的目的，改造后加热炉烟气中NOx的质量分数低于100mg／m3，可为同类装置的加热炉改造提供借鉴。
(2)在实际应用中低NOx燃烧器燃烧枪稳焰喷孔较一般燃烧器小，容易堵塞。在施工过程中必须对喷嘴进行保护，其安装质量不过关，会影响燃烧器的性能导致燃烧器降NOx能力达不到理想的排放值。
(3)低氮燃烧器采用分级燃烧、烟气再循环技术时，当燃烧炉负压控制较大时，会发生燃烧器熄火，燃烧器点火困难等，在装置进行燃烧器改造前必须进行相关核算和现场改造位置确认，以免影响装置加工负荷。
参考文献：
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