乙烯裂解爐中低NOx燃燒器的安裝、操作與維護(hù)①

毛小亮

(天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院有限公司)

乙烯裂解爐中低NOx燃燒器的安裝、操作與維護(hù)①

毛小亮

(天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院有限公司)

介紹了低NOx燃燒器的設(shè)計原理和影響燃燒器性能的幾個要素，闡述了低NOx燃燒器的安裝、操作和維護(hù)過程，并列舉了低NOx燃燒器運(yùn)行中常見的故障與排除方法。

乙烯裂解爐 低NOx燃燒器 安裝 操作 維護(hù)

裂解爐是乙烯裝置的核心設(shè)備，作為重要組成部分的燃燒器為裂解爐提供熱量，燃燒器的運(yùn)行狀況取決于它的設(shè)計、安裝、操作和維護(hù)。隨著環(huán)保部門對裂解爐NOx排放要求的逐漸提高，燃燒器供貨商也相繼開發(fā)了各種類型的低NOx燃燒器。近幾年來各新建或改造乙烯裝置項目都要求燃燒器具有低NOx排放、良好燃燒效果及熱通量分布均勻等特點(diǎn)。

1 低NOx燃燒器設(shè)計

通常裂解爐燃燒器的低NOx排放技術(shù)主要有多點(diǎn)分散燃燒、分級燃料燃燒和煙氣再循環(huán)技術(shù)。多點(diǎn)分散燃燒是將燃燒器的噴嘴分開布置，分散燃燒火焰，從而避免了燃燒器火焰集中，有助于減少NOx的生成；分級燃料燃燒是通過噴嘴的布置和噴孔的方向?qū)⑷紵殖扇舾蓞^(qū)域，降低火焰區(qū)域的燃燒溫度，減少NOx的生成；煙氣再循環(huán)是通過燃料噴射形成的低壓區(qū)吸引爐膛中較低溫度的煙氣再回到燃燒區(qū)域，這樣可以降低火焰區(qū)域的燃燒溫度，減少NOx的生成。

要確保低NOx燃燒器運(yùn)行時達(dá)到設(shè)計效果，需要注意以下幾點(diǎn)：

a. 燃料氣組分應(yīng)在設(shè)計可接受范圍內(nèi)，盡量減少燃料氣中的重組分(如C3、C4和C5+)，尤其是不能帶液，否則不僅會大幅提高NOx的排放，還會造成噴孔結(jié)焦堵塞；

b. 燃燒器的正確安裝是確保低NOx燃燒器能夠有效運(yùn)行的基本因素；

c. 合理的燃燒器操作工藝是燃燒器實(shí)現(xiàn)低NOx排放的最關(guān)鍵因素；

d. 合理的燃燒器維護(hù)是確保燃燒器長期穩(wěn)定保持低NOx排放必不可少的因素。

2 低NOx燃燒器的安裝

裂解爐通常采用底部和側(cè)壁聯(lián)合或全底部燃燒器布置，底部燃燒器安裝在爐底，側(cè)壁燃燒器安裝在爐壁板上。

從包裝箱內(nèi)取出燃燒器組件時應(yīng)格外小心，搬運(yùn)時不能弄彎或損壞燃?xì)饨M件，燃?xì)饨M件的安裝方位尤其關(guān)鍵。從包裝箱內(nèi)取出和搬運(yùn)燒嘴磚時應(yīng)格外小心，確保不要掉落或撞到任何物體，防止燒嘴磚破損。燃燒器安裝前，應(yīng)仔細(xì)核對爐子鋼結(jié)構(gòu)布置圖和燃燒器圖紙，成功安裝取決于按燃燒器裝配圖所示正確地放置燃燒器零部件尤其是燃?xì)鈬婎^和燒嘴磚。

燃燒器分為燒嘴磚組件和風(fēng)箱組件兩大部分。裂解爐通常先安裝側(cè)壁燃燒器燒嘴磚組件(如果有)，待爐內(nèi)施工完成后再安裝側(cè)壁燃燒器風(fēng)箱組件和底部燃燒器。如在爐內(nèi)施工未完成時先安裝了含有燒嘴的風(fēng)箱組件，需要做好防護(hù)措施以免噴頭損壞和堵塞。

安裝燃燒器時要確保爐內(nèi)底部和側(cè)燒下面不得有人。按照燃燒器裝配圖中的開孔圖，在裂解爐相應(yīng)位置開孔，并把安裝螺栓焊接到位。按燃燒器裝配圖將燃燒器組件固定于裂解爐上；按裝配圖要求安裝燒嘴磚組件，燒嘴磚與風(fēng)箱組件之間以及燒嘴磚四周用陶纖壓緊，厚度參照裝配圖。

注意調(diào)整氣燒嘴、長明燈與燒嘴磚之間的同心度，以及氣燒嘴、長明燈與爐底之間的垂直度，根據(jù)裝配圖，仔細(xì)核對氣噴頭位置和噴孔方向。把燃料氣管接到進(jìn)氣管上,連接前確認(rèn)燃料管線是干凈的，沒有污垢和氧化皮，防止堵塞噴孔進(jìn)而影響燃燒器性能。

安裝調(diào)試完畢后，應(yīng)將燃料噴頭和長明燈噴口包好，使用前拆除。

3 低NOx燃燒器的操作

裂解爐底部燃燒器通常為擴(kuò)散式燃燒器或擴(kuò)散和預(yù)混聯(lián)合燃燒器，側(cè)壁燃燒器通常為預(yù)混式、預(yù)混擴(kuò)散聯(lián)合和擴(kuò)散式燃燒器。燃燒所需的空氣預(yù)先和燃?xì)獬浞只旌系姆Q為預(yù)混式燃燒器，反之為擴(kuò)散式燃燒器。 點(diǎn)火前的準(zhǔn)備工作有：對燃料氣管線進(jìn)行吹掃合格，確認(rèn)燃料管線的各個儀表處于正常狀態(tài)；排盡燃?xì)庀到y(tǒng)的冷凝液和空氣；備好點(diǎn)火系統(tǒng)(或點(diǎn)火裝置)，確定爐膛內(nèi)可燃物的濃度合格后方可點(diǎn)火；調(diào)節(jié)煙囪擋板或/和引風(fēng)機(jī)速率，以便得到合適的爐子運(yùn)行抽力。

3.1底部燃燒器的點(diǎn)火操作

將底部燃燒器風(fēng)門調(diào)至全關(guān)狀態(tài)，將明火等候在長明燈噴嘴旁邊，慢慢打開長明燈燃料氣管道上的閥門，即可點(diǎn)燃。如果10s后還未點(diǎn)著，則應(yīng)立即關(guān)閉燃料閥，待爐膛置換合格后再重新點(diǎn)火。如果問題仍然存在，則應(yīng)檢查噴孔是否堵塞。

長明燈點(diǎn)燃后，通過長明燈調(diào)風(fēng)螺帽使長明燈燃燒正常并從視火孔中確認(rèn)長明燈火焰燃燒穩(wěn)定后，打開燃燒器風(fēng)門，開啟燃燒器的燃料閥。如果5s后還未點(diǎn)著火，則應(yīng)立即關(guān)閉燃料，待爐膛置換合格后再重新點(diǎn)火。如果問題仍存在，則應(yīng)檢查氣燒嘴噴孔是否堵塞。

點(diǎn)火完成后，燃燒5～10min確認(rèn)沒有問題就可按工藝要求進(jìn)行調(diào)火。需注意如果底部燃燒器含有分級控制，點(diǎn)火順序為先點(diǎn)燃一級燃燒器，再引燃二級燃燒器。

底部燃燒器通常為擴(kuò)散式燃燒器，無回火現(xiàn)象，如發(fā)生脫火，可能是因為燃料供應(yīng)量過大或進(jìn)風(fēng)量過大所致，應(yīng)對燃料量和進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.2側(cè)壁燃燒器的點(diǎn)火操作

側(cè)壁燃燒器安裝在裂解爐的側(cè)墻，在爐膛低負(fù)荷的時候通常不需要點(diǎn)火。而隨著裂解爐工藝要求需要側(cè)壁燃燒器供熱時，此時側(cè)壁燃燒器處的爐膛溫度已經(jīng)足以引燃側(cè)壁燃燒器。無論側(cè)壁燃燒器為預(yù)混式還是擴(kuò)散式，在打開燃料氣閥門前都要先打開燃燒器風(fēng)門。打開燃燒器風(fēng)門，慢慢打開燃料氣閥門，火即引燃。如果10s后還未點(diǎn)著火，則應(yīng)立即關(guān)閉燃料，待爐膛置換合格后再重新點(diǎn)火。如果問題仍然存在，則應(yīng)檢查噴孔是否堵塞。

點(diǎn)火完成后，燃燒5～10min確認(rèn)沒有問題就可按工藝要求進(jìn)行調(diào)火。需注意如果側(cè)壁燃燒器含有分級控制，點(diǎn)火順序為先點(diǎn)燃一級燃燒器，再點(diǎn)燃二級燃燒器。

正常操作時要經(jīng)常檢查燃燒器的燃燒情況，查看有無回火等不正常燃燒現(xiàn)象。預(yù)混式側(cè)壁燃燒器如有回火現(xiàn)象，應(yīng)對燃料供應(yīng)量及一次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，適當(dāng)增大燃料量及一次風(fēng)量。

3.3操作注意事項

應(yīng)經(jīng)常檢查燃料壓力及煙氣中氧含量，調(diào)整好風(fēng)門，使?fàn)t膛煙氣中氧含量在1%～2%(體積分?jǐn)?shù))；燃料氣壓力不應(yīng)低于30kPa(低壓燃燒器除外)；當(dāng)引風(fēng)機(jī)發(fā)生故障或外界發(fā)生異常情況需緊急停車時，應(yīng)立即切斷一切燃料；當(dāng)燃料氣組成變化時，要及時調(diào)節(jié)火嘴風(fēng)門，保證燃燒狀況，延長燃燒器使用壽命。

如果燃燒器在空氣供應(yīng)不足的情況下操作，積聚的燃?xì)饪赡芤鸨ā?yīng)小心確保在任何時刻都有適量的助燃空氣流經(jīng)每臺燃燒器。操作中所有的風(fēng)門設(shè)置應(yīng)使得流經(jīng)每一臺燃燒器的助燃空氣量相同。在燃燒器放熱量的任何改變前應(yīng)檢查爐膛氧含量。當(dāng)增大燃燒器的放熱量時，必須在增加燃料量前增加過剩氧含量。當(dāng)減小燃燒器的放熱量時，必需在降低過剩氧含量前降低燃料量。

在底部側(cè)壁聯(lián)合布置的裂解爐中，適當(dāng)?shù)牡撞亢蛡?cè)壁進(jìn)風(fēng)配比，是低NOx燃燒器正常運(yùn)行的關(guān)鍵。裂解爐中通常有多臺底部燃燒器或側(cè)壁燃燒器，操作者在進(jìn)行風(fēng)門調(diào)節(jié)時應(yīng)盡量使每臺底部燃燒器或側(cè)壁燃燒器的風(fēng)門開度一致，這對NOx排放的影響很大。

4 低NOx燃燒器的維護(hù)

低NOx燃燒器有燃料要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、燃料噴頭多、噴孔多且小的特點(diǎn)，故燃燒器的維護(hù)顯得尤為重要，可參考以下幾個方面進(jìn)行維護(hù)：

a. 爐子正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，要定期檢查燃燒器的燃燒狀況，若發(fā)現(xiàn)燃燒不好，如火焰發(fā)飄、發(fā)散及冒黑煙等，應(yīng)及時調(diào)整風(fēng)門或拆下徹底清理；

b. 爐子正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，要定期檢查爐內(nèi)燃燒器的燃料噴頭，一出現(xiàn)發(fā)紅現(xiàn)象，應(yīng)及時拆下徹底清理，發(fā)現(xiàn)燒壞的噴頭及時更換；

c. 每次停爐期間，應(yīng)進(jìn)爐逐個檢查并疏通燃料噴頭的噴孔，發(fā)現(xiàn)燒壞或噴孔沖刷過大的噴頭及時更換；

d. 定期清理燃燒器進(jìn)風(fēng)口、長明燈調(diào)風(fēng)口，確保助燃空氣的風(fēng)道沒有阻擋物；

e. 定期檢測燃料氣組分，如檢測到大量重組分或帶液應(yīng)及時處理；

f. 對于超壽命運(yùn)行的燃燒器部件(燃料噴頭、燒嘴磚)，應(yīng)縮短檢查周期并及時更換備件。

燃料噴頭清理和更換的步驟有：切斷燃燒器燃料；卸開燃料氣接口的燃料管道或法蘭；取出需要清洗的燃?xì)鈬婎^；對燃?xì)鈬婎^進(jìn)行清洗或更換。清洗噴頭時要小心不要擴(kuò)大孔徑，否則會影響燃燒器性能；將清洗過的燃?xì)鈬婎^安裝復(fù)位；按照點(diǎn)火操作說明再次點(diǎn)燃燃燒器。

需要特別指出的是，在燒嘴磚達(dá)到使用壽命或出現(xiàn)重大裂紋和破損時，需及時進(jìn)行更換。更換側(cè)壁燃燒器燒嘴磚時，必須確保爐內(nèi)底部和側(cè)燒下面不得有人。

5 低NOx燃燒器的故障原因分析

5.1燃燒器點(diǎn)不著

檢查確認(rèn)所有的燃料供應(yīng)閥到燃燒器是開的。確認(rèn)管線系統(tǒng)無泄漏，燃料線未堵塞。如無以上問題，燃燒器點(diǎn)不著大多是因為雜物堵塞了噴孔，一旦發(fā)生這種情況應(yīng)切斷該燃燒器的燃料供應(yīng)，拆下燃料噴頭進(jìn)行處理。

5.2火焰不穩(wěn)定

如果火焰軟而冒黑煙，表明空氣量不足，可通過開啟風(fēng)門來解決?；鹧婷}動或與噴嘴分離是空氣過量的標(biāo)志，可慢慢關(guān)閉風(fēng)門直至火焰不再分離并穩(wěn)定為止。如以上不能解決問題，關(guān)閉燃燒器并檢查引射器或噴頭是否堵塞。

5.3預(yù)熱式燃燒器燒嘴過熱發(fā)紅

如果燃?xì)鉄斓耐饩墱囟冗^高(發(fā)紅)，可能是由燃料噴頭堵塞引起的，必須拆卸并清洗，否則會燒壞燒嘴；如果燃?xì)鉄斓闹行陌l(fā)紅則是由燃燒器回火所致。

5.4擴(kuò)散式燃燒器燒嘴過熱發(fā)紅

擴(kuò)散式燃燒器燒嘴過熱發(fā)紅可能是由燃料噴頭堵塞引起的，必須拆卸并清洗，否則會引起噴頭燒壞。

5.5燃料壓力與性能曲線不一致

燃料壓力與性能曲線不一致時需確認(rèn)燃料氣組成與設(shè)計值是否相同；檢查燃料壓力表位置是否正確，壓力表要盡可能靠近燃燒器燃料接口，在壓力表和燃燒器之間不能有閥門，性能曲線上的壓力是燃燒器的入口壓力，不包括管道、閥門、管件的壓力損失；檢查噴頭的鉆孔是否與設(shè)計一致；檢查噴頭或噴嘴是否被雜物堵塞。

5.6燃燒器熱釋放量受助燃空氣限制

燃燒器熱釋放量受助燃空氣限制的原因有：燃燒器風(fēng)門開度太小，風(fēng)機(jī)不能提供燃料燃燒所需的風(fēng)量；燃燒器風(fēng)門被外界雜物阻塞；用于檢查煙氣氧含量的儀表不準(zhǔn)確；爐子漏風(fēng)。

5.7燃燒器噴頭堵塞

造成燃燒器噴頭堵塞的常見原因有：燃料氣通道中存在污垢；液體/浮質(zhì)進(jìn)入到燃燒器中；燃料氣中含有重組分、氯化物等。

6 故障排除方法

燃燒器故障排除方法見表1[1]。

表1 低NOx燃燒器常見故障和排除方法

(續(xù)表1)

7 結(jié)束語

低NOx燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，對操作者的使用水平有較高要求，操作者應(yīng)將低NOx燃燒器與傳統(tǒng)燃燒器區(qū)分對待。要達(dá)到環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)裂解爐的低NOx排放，不僅離不開先進(jìn)的低NOx燃燒器設(shè)計，更離不開低NOx燃燒器的正確安裝、合理操作和精細(xì)維護(hù)。

[1] API RP 535-2006，Burners for Fired Heaters in General Refinery Services [S]. Washington D C：API Publishing Service, 2006.

2017-06-12)

(Continued from Page 478)

through having the LPG’s actual consumption conditions and the current level of quality considered, the some suggestions from structure design, material and performance requirements on the revision of the GB 7512-2006 Specification were presented to improve the quality of products and to reduce any accident.

毛小亮(1985-)，工程師，從事裂解爐燃燒器和急冷鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計研究工作，carolamy@sina.com。

TQ054

B

0254-6094(2017)05-0583-04

LPG cylinder, cylinder valve, GB 7512-2006