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石化加热炉燃烧器石化加热炉节能技术2006年12月20日燃烧器分类燃气燃烧器、★按燃料可分为：燃油燃烧器油、气联合燃烧器全预混式燃烧器、燃气燃烧器:半预混式燃烧器外混式燃烧器、全预混式燃烧器：燃料气与燃烧空气完全混合后进入燃烧道燃烧。优点是：燃料燃烧完全、燃烧速度快、火焰短、过剩空气系数低（1~1.05）；缺点是：易发生回火、操作弹性小、结构复杂、燃烧产物中NOx含量高、燃料气的压力必须稳定，且P≤0.1Mpa、不宜采用空气预热和高含氢燃料气不宜采用。外混式燃烧器：燃料气直接喷入燃烧道，与空气边混合边燃烧。优点是：结构简单、操作弹性大、燃料气选择性广，可以采用强制供风，也可以采用自然供风；其缺点是：燃烧速度慢、火焰高、过剩空气系数大。半预混式燃烧器：燃料气与一部分空气混合后喷入燃烧道，与空气边混合边燃烧。其他性能介于全预混式燃烧器和外混式燃烧器两者之间。缺点是结构复杂：无介质雾化燃油燃烧器有介质雾化燃烧器无介质雾化燃烧器:不用雾化介质，靠燃料油自身的压力把燃料油雾化成很小的液粒，故也称为压力雾化燃烧器。优点是:不用雾化介质；缺点是：雾化液粒大、燃料油的压力高。有介质雾化燃烧器：用雾化介质（过热蒸汽或缩空气）把燃料油雾化成小液粒，优点是:雾化液粒小、燃料油的压力低。石化加热炉普遍采用该类燃烧器油气联合燃烧器:把瓦斯燃烧器和油燃烧器组成一个燃烧器，由燃油喷嘴、燃气喷嘴、燃烧道、钢结构（消音罩）、调风阀、长明灯等部件组成，可专烧瓦斯、又可专烧油、还可瓦斯和油混烧，在管式加热炉上采用的最多。自然供风燃烧器★按供风形式可分为强制供风燃烧器自然供风燃烧器：靠加热炉自身形成的负压把空气吸入燃烧器的火道。没有采取烟气余热回收的加热炉采用此类燃烧器。强制供风燃烧器：靠鼓风机把空气强制送入燃烧器的火道。采取烟气余热回收的加热炉采用此类燃烧器。普通燃烧器★按技术性能可分为节能燃烧器高效燃烧器普通燃烧器：能够满足生产用热需要，过剩空气系数高、雾化介质耗量大。1970年前开发的燃烧器应属于普通燃烧器。节能燃烧器：不但能够满足生产用热需要，而且，过剩空气系数较小、雾化介质耗量较少。1970年后开发的燃烧器应属于节能燃烧器。高效燃烧器：燃料通过燃烧将化学能转化成高温烟气的内能，高温烟气的内能不但包含有热能，而且还包含有做功能力。石化加热炉使用的气体或液体燃料均为优质燃料，通过燃烧将化学能转化成高温烟气的内能后具有较大的做功能力，使用普通燃烧器或节能燃烧器，这种做功能力的利用率很低（10%左右），从科学意义上讲，也是能源的浪费。为了提高高温烟气具有的做功能力的利用率，开发出了热电联合和热功联合技术。由于采用热电联合和热功联合技术的一次投资很高，只能在一些大型装置中使用，为此科学工作者把提高高温烟气具有的做功能力的利用率研究集中在了高效燃烧器的开发上，目的是：把高温烟气具有的做功能力转化成动能，使高温烟气以较高的速度喷入加热炉辐射室，在喷口处一定的范围内形成一定的负压，拉动辐射室顶部烟气向辐射室底部回流，在辐射室形成较强的烟气回流和机械扰动，达到强化辐射室对流传热和改善辐射室温度分布，降低炉管受热不均匀系数的目的。追求的目标是：在较低过剩空气系数下，使燃料完全燃烧；高温烟气做功能力的利用率达到30%，辐射室的对流传热增加50%，辐射室炉管受热不均匀系数降低30%~40%；燃烧噪声和燃烧产物中的NOx含量必须低于国家有关标准中的规定值。高效燃烧器是一种理想的燃烧器，目前各国都正在开发研制中。我国科研单位于20世纪80年代着手进行高效燃烧器开发研制工作，并开发研制出了几种高效燃烧器，但还处于开发研制阶段。油气联合燃烧器结构油气联合燃烧器由燃油喷嘴、燃气喷嘴、燃烧道、调风门、长明灯等部件组成，可专烧瓦斯、又可专烧油、还可瓦斯和油混烧，在石化加热炉上用的最多的燃烧器。燃油喷嘴燃油喷嘴俗称油枪。燃油喷嘴的主要任务是把燃料油雾化成微米级的油粒，并形成便于与空气混合的雾化炬。炼油及石油化工加热炉燃烧器使用的燃油喷嘴几乎都是内混式蒸汽雾化型，由雾化蒸汽管、燃料油管、雾化器、混合室和喷头等部件组成，其结构如图所示：燃油喷嘴的主要参数1、雾化角：由于燃油喷头上所开的各个喷孔之间有一定张角，因此内混式蒸汽雾化燃油喷嘴的雾化炬呈空心圆锥形，圆锥形的锥度就是内混式蒸汽雾化燃油喷嘴的雾化角。雾化角取决于喷头孔的张角，而操作参数对雾化角的影响很小。根据长期工业使用的经验，内混式蒸汽雾化燃油喷嘴的雾化角为36°~40°为宜，具体到燃烧器，需要根据燃烧器火道尺寸和要求火焰高度、燃料油的物性等条件进行综合考虑，确定合理的喷头孔张角或燃油喷嘴的雾化角。2、喷油量：单位时间燃料油喷出量，也称为燃油喷嘴的喷出能力。㎏/h3、油压：燃料油进入燃油喷嘴的压力，MPa。一般为0.4MPa~10MPa。4、汽压：雾化蒸汽进入燃油喷嘴的压力，MPa。一般为0.5MPa~11MPa。5、雾化粒度：雾化后燃料油粒的平均直径，一般用索太尔平均直径表示。根据长期工业使用的经验，内混式蒸汽雾化燃油喷嘴的索太尔平均直径小于60μm对燃烧是合适的。6、汽耗：单位燃料油所消耗的雾化蒸汽量，用㎏/㎏表示（实际上是一个无因次数）。目前我国炼油和石油化工加热炉燃烧器燃油喷嘴实际汽耗一般在0.3~0.25㎏/㎏之间。7、油孔面积:汽孔面积:喷头孔面积=1:4:8.5燃气喷嘴燃气喷嘴也称为瓦斯喷嘴或瓦斯枪。目前我国炼化加热炉使用的油气联合燃烧器的燃气喷嘴大多数为外混式。外混式燃气喷嘴的任务是将燃料气分散成细流，并以恰当的角度喷入燃烧道，以便与空气很好的混合。1970年到1984年我国炼化加热炉使用的油气联合燃烧器大多为Ⅶ型燃烧器。Ⅶ型燃烧器的燃气喷嘴为“蜡烛头”式，结构如右图所示：蜡烛头”式燃气喷嘴存在有结构复杂，安装、更换不方便，火焰发散、形状不够完整，过剩空气系数较大等缺点1984年洛阳石化工程公司原设备研究所研制开发出了ERI系列油气联合燃烧器。该系列油气联合燃烧器的燃气喷嘴为集中套管式。由于集中套管式燃气喷嘴具有结构简单，便于安装或更换，火焰形状完整、刚直有力，过剩空气系数低等优点，很快获得普遍采用。1984年以后新开发的油气联合燃烧器的燃气喷嘴均为集中套管式；部分气体燃烧器也采用了集中套管式燃气喷嘴。但这种燃气喷嘴也存在根部瓦斯过分集中，根部配风量不足、旋流罩易脱落等缺点。洛阳石化工程公司和金陵分公司合作开发出了一种低过剩空气系数、低NOx油气联合燃烧器，2006年11月29日通过中国石化股份公司技术鉴定。该燃烧器的燃气喷嘴为吸取了“蜡烛头”式和集中套管式燃气喷嘴的优点，克服两者的缺点而开发的外混式，喷头为Φ48×4无缝钢管制作成的圆环，在喷头上沿两个不同直径的圆环开有两圈瓦斯喷孔，将燃料分内外两层配入燃烧器，80%的燃料由外环喷孔喷入燃烧道，20%的燃料由内环喷孔喷入燃烧道，两层燃料喷射方向与燃烧器中心线的夹角相差180°。配风器配风器的作用是使得燃烧空气与燃料充分混合，并形成稳定而又符合要求的火焰形状。特别是在烧燃料油的情况下，为了保证重质燃料油燃烧良好，除了使之良好雾化外，还必须有良好的配风器，使空气与燃料迅速、充分混合。尤其重要的是在火焰根部必须保证有足够的供风量，以避免燃料油受热时因缺氧而裂解，产生游离碳，使得加热炉热效率降低并冒黑烟污染环境。1984年前的配风器为双套圈式，1984年后逐步被蝶阀式取代。燃烧道燃烧道、简称为火道，由耐火材料（粘土或高铝土）烧制而成，一般分上下两部分，因上部分较下部分大，俗称大火盆砖和小火盆砖。燃烧道的作用有三：1、蓄积一定的热量，加热燃料和燃烧空气，使之迅速达到着火温度，形成稳定的燃烧。在燃燃料油时，小火盆砖对燃料油的蒸发、着火和稳定燃烧有着重要的作用。2、燃烧道能够约束燃烧空气，使燃烧空气与燃料充分混合而不散溢。3、燃烧道和配风器一起使气流形成理想的流型，以得到符合要求的火焰形状。影响燃烧器技术水平的主要参数1、过剩空气系数实际进入炉膛的空气量与燃料完全燃烧所需要的理论空气量之比，叫做过剩空气系数。•过剩空气系数与辐射室传热量关系辐射室传热量为：辐射室的传热量随过剩空气系数加大而减少。原因是：过剩空气系数加大，降低火焰温度，减少三原子气体浓度，降低辐射热的吸收率。•过剩空气系数与热效率的关系加热炉热效率反平衡计算公式为：在排烟温度、不完全燃烧损失和外壁散热损失不变时，加热炉热效率随过剩空气系数加大而降低，降低过剩空气系数可以有效地提高加热炉的热效率。但过剩空气系数太小会使燃烧恶化，燃料燃烧不完全，使炉效率降低。过剩空气系数对加热炉的热效率和辐射室传热量都有着直接的影响；是影响燃烧器技术水平的重要参数，在保证燃料完全燃烧的前题下，过剩空气系数越小，燃烧器技术水平越高。rPRPLRqtCvBQBQ101001021LSPLQBtCvBqqQB2、燃料的不完全燃烧损失简称为不完全燃烧损失因燃料没有完全燃烧而未能释放出的反应热量占燃料低热值的百分数称为燃料的不完全燃烧损失，简称不完全燃烧损失。在燃烧器有效热负荷一定时，不完全燃烧损失越大，需要供给燃烧器的燃料越多，加热炉能耗也就越高，这是人们最不愿意看到的。与燃烧器的配风技术，燃料油雾化技术，燃料喷嘴、火道和配风器三者匹配性等与不完全燃烧损失有着直接的关系。所以，不完全燃烧损失的大小是衡量燃烧器技术水平高低的最要标志之一。经过近100年的发展，燃油燃烧器的不完全燃烧损失约在0.5%以下，燃气燃烧器的不完全燃烧损失约在0.1%以下。3、排放烟气中NOx的浓度燃料燃烧产生的有害气体主要是SOx、NOx，SOx取决于燃料的硫含量，NOx主要取决于燃烧器的技术水。由于加热炉是炼油和石油化工生产装置的最大污染源，为保证操作工人和周边居民的身体健康，国内外对加热炉排烟中N0x的含量实行了浓度和总量双重控制，控制指标是非常严格的。为满足加热炉排烟符合N0x浓度和总量控制要求，燃烧器必须具有低NOx性能。4、燃油喷嘴的汽耗燃油喷嘴汽耗：单位燃料油所消耗的雾化蒸汽量，用㎏/㎏表示。在保证雾化质量的前提下，燃油喷嘴汽耗越低，消耗的蒸汽量就越少，加热炉的操作费用也就越低。所以，燃油喷嘴汽耗的大小是衡量燃烧器技术水平高低的标志之一。目前我国炼油和石油化工加热炉燃烧器燃油喷嘴实际汽耗一般在0.3~0.25㎏/㎏之间。5、燃油喷嘴的雾化粒度燃油喷雾化粒度：雾化后燃料油粒的平均直径，一般用索太尔平均直径表示。对于燃料油来讲，为了在较低的过剩空气系数下实现完全燃烧，必须把燃料油雾化成非常小的油粒。燃油喷雾化粒度是燃料油雾化后油粒直径大小的标志，其值大小代表燃油喷嘴对燃料油雾化质量，对燃油燃烧器的过剩空气系数和不完全燃烧损失都有着直接影响。雾化粒度大小代表燃油喷嘴对燃料油雾化质量，也是衡量燃烧器技术水平的重要标志之一。根据长期工业使用的经验，内混式蒸汽雾化燃油喷嘴的雾化粒度小于60μm对燃烧是合适的。燃烧器与管式加热炉之间的关系l火焰高度与辐射室传热量的关系表10-1是中国石化集团3个炼油厂焦化炉辐射室传热量和火焰高度测试数据。表10—1焦化炉辐射室传热量和火焰高度测试数据由表10—1可知：在加热炉的炉型结构、热负荷、燃料、辐射炉管规格、供风量和燃烧器几何尺寸、热负荷一定时，辐射室传热量随火焰高度降低而增加项目名称厂号123火焰高度m543全炉总供热量kw10906.513259.511615辐射室热负荷kw676291508430.3辐射室热负荷占总供热量的百分数62%69%72%2、燃烧火焰高度与辐射室温度径向分布的关系图10—1、图10—2是石化集团公司两个炼油厂焦化炉辐射室横向温度分布图。表10—2是这两个炼油厂焦化炉火焰高度和辐射室横向最大温差测试数据图10—12号焦化炉辐射室横向温度分布曲线图；图10—21号炼油厂焦化炉辐射室横向温度分布曲线；700750800850900950100060010501500195024002875330038004300480053004,3217312mm℃