天然氣替代鍋爐燃油在九江石化的應(yīng)用

饒征(江西省九江石化，江西 九江 332004)

1 概述

九江石化4臺(tái)燃油由于瓦斯氣量不足，所燒燃料油占鍋爐燃料的40%左右，增加了大量的生產(chǎn)成本。九江石化從川氣東送管道工程九江末站引入天然氣，以補(bǔ)充瓦斯不足供裝置加熱爐和動(dòng)力鍋爐燃燒用，設(shè)計(jì)輸送能力為1.56億方/年，同時(shí)對(duì)2#、3#、4#燃油鍋爐燃燒器進(jìn)行了改造。

2 天然氣燃燒特性分析

因天然氣97%的成分是甲烷，相對(duì)分子量約為16，故可近似以甲烷的性能來(lái)分析天然氣。由于甲烷性質(zhì)較穩(wěn)定，因而決定了天然氣著火溫度較高，比瓦斯要求更高的最小點(diǎn)火能，而且點(diǎn)火的濃度范圍也較窄。

2.1 理論空氣量和理論煙氣量

天然氣理論空氣量約為9.2m3/m3，理論煙氣量為10.2m3/m3，理論耗氧量為2m3/m3，其燃燒所需要的實(shí)際空氣量低于煉廠瓦斯燃燒（C1和C2組分）所需空氣量約10m3/m3，天然氣的熱值是瓦斯熱值的1.2倍，故瓦斯燃燒所需的空氣量高于天然氣燃燒所需的空氣量。根據(jù)C、H組分的分析，重油（主要C10以上組分）燃燒所需空氣量為煉廠瓦斯燃燒所需空氣量的1.5倍以上。故天然氣燃燒所需的空氣量低于瓦斯和重油燃燒所需的空氣量，實(shí)際煙氣量少，排煙熱損失較小

2.2 火焰特性及傳播

天然氣在鍋爐和加熱爐內(nèi)的燃燒一般屬于擴(kuò)散式燃燒，形成擴(kuò)散火焰。這種火焰發(fā)生在一個(gè)薄層里，當(dāng)燃?xì)饬鞒龌鹂姿查g，燃?xì)饬鞴膳c周?chē)諝庀嗷ジ糸_(kāi)，然后迅速相互擴(kuò)散，使燃?xì)夂涂諝庑纬苫旌系谋釉诒尤紵?，所形成的燃燒產(chǎn)物向薄層兩側(cè)擴(kuò)散。薄層引燃后，燃?xì)夂涂諝庖M(jìn)行再接觸就必須通過(guò)擴(kuò)散穿透已然的薄層燃燒區(qū)的燃燒產(chǎn)物層。根據(jù)燃?xì)鈴幕鹂琢鞒鏊俣鹊拇笮》譃閷恿鲾U(kuò)散火焰和湍流擴(kuò)散火焰，層流擴(kuò)散火焰以分子狀態(tài)進(jìn)行，湍流擴(kuò)散火焰以分子團(tuán)狀態(tài)進(jìn)行。

天然氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣认鄬?duì)于其他燃?xì)馄?，因而?dǎo)致天然氣燃燒其火焰長(zhǎng)度小于瓦斯和重油燃燒火焰長(zhǎng)度。另外由于天然氣分子量小，燃燒產(chǎn)生的火焰更易往上飄，更多的熱量被帶到了對(duì)流段，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生燃燒不完全，因此要注意控制配風(fēng)。

天然氣在燃燒過(guò)程中要注意控制燃?xì)?空氣的比例及氣流速度（表征為風(fēng)壓），讓火焰處于穩(wěn)定的特征區(qū)內(nèi)燃燒，有助于火焰燃燒的穩(wěn)定性，從而防止脫火、離焰。

3 應(yīng)用效果

3.1 對(duì)運(yùn)行的影響

3.1.1 天然氣燃燒需要的空氣量低，燃用天然氣可降低總風(fēng)量,降低風(fēng)機(jī)電耗，煙氣量也會(huì)減少，從而降低了鍋爐的排煙熱損失。

3.1.2 在原有的基礎(chǔ)上擴(kuò)大了燃燒器一、二次風(fēng)口的截面積，鍋爐送風(fēng)機(jī)送風(fēng)能力提高，改造后鍋爐帶負(fù)荷能力明顯增強(qiáng)。

3.1.3 燃燒器改造后旋流效果增強(qiáng)，能有效提高空氣與燃燒的混合，提高燃燒效率。

3.1.4 天然氣潔凈，燃燒后在鍋爐尾部幾乎不會(huì)造成積灰，有效增加了尾部受熱面的換熱效果，降低了排煙溫度，減少了排煙熱損失。

3.2 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

2012年1 月該項(xiàng)目順利投用2年多以來(lái)運(yùn)行效果良好，2012年月平均天然氣消耗量為1000噸，減少渣油消耗為1160噸，再加上公用工程（除鹽水、電、蒸汽）的消耗降低，每月可節(jié)省的燃動(dòng)成本為157萬(wàn)元。減少的炭排放量為0.27噸炭/噸油當(dāng)量，約每年可減少炭排放約3700噸。每年還可以減少大量的NOX和SO2的排放，有效降低了對(duì)環(huán)境造成的污染。

4 存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

4.1 在天然氣投用后，鍋爐平均排煙溫度從最初的156℃最低降低到110℃，由于忽視了鍋爐燃用含硫量高的低壓瓦斯，導(dǎo)致鍋爐排煙溫度長(zhǎng)期低于露點(diǎn)溫度，最終導(dǎo)致3#爐下層省煤器發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，2#爐熱管空氣預(yù)熱器、灰斗、引風(fēng)機(jī)葉輪發(fā)生了嚴(yán)重腐蝕，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。2#爐采取投用暖風(fēng)器，提供熱風(fēng)溫度；3、4#爐增加了一臺(tái)鍋爐給水加熱器，提高了給水溫度20℃才解決了露點(diǎn)腐蝕的問(wèn)題。

4.2 燃燒器改造后，由于新燃燒器旋流較強(qiáng)，造成在燃油時(shí)會(huì)發(fā)生脫火和離焰的現(xiàn)象，2#爐尤為明顯，調(diào)整霧化蒸汽壓力不能得到有效改善。通過(guò)多次試運(yùn)行后，將原油槍霧化角度由90°調(diào)整到60°后，并通過(guò)改變油槍深入到燃燒器的深度，脫火和離焰的現(xiàn)象有了明顯的改善。

4.3 天然氣由于濃度高，壓力高，應(yīng)特別注意安全操作。在點(diǎn)火前尤其要注意加強(qiáng)通風(fēng)，吹掃爐膛，最好采取先點(diǎn)長(zhǎng)明燈，再點(diǎn)主燃燒器。鍋爐應(yīng)該配有安全防護(hù)裝置和緊急停車(chē)裝置，在燃料的管路上應(yīng)設(shè)有緊急聯(lián)鎖切斷閥，一旦出現(xiàn)異常，立即自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)?，防止威脅人身和設(shè)備安全的事故發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

天然氣作為一種清潔型燃料，具有熱值高、環(huán)境污染小、利用效率高、資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，作為工業(yè)鍋爐或加熱爐燃料是非常經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的，尤其是替代高價(jià)值的燃料油能夠取得很大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，在化工行業(yè)中也得到了較好的應(yīng)用。

[1]徐文淵,蔣長(zhǎng)安.天然氣利用手冊(cè)（第二版）.北京：中國(guó)石化出版社，2006.

[2]中國(guó)石油天然氣股份有限公司.天然氣工業(yè)管理實(shí)用手冊(cè).北京:石油工業(yè)出版社,2005.2

[3]張良鶴.天然氣集輸工程.北京:石油工業(yè)出版社,2001.

[4]周文濤,程先文.燃油鍋爐操作法.九江石化動(dòng)力運(yùn)行部.Q/J JJSH0900328-2013.