摘 要：吉林石化汽油加氢装置加热炉通过气枪改造实现燃料分级供气和部分打开看火窗的方式实现分级供风，以及均匀供应气枪燃料气量和供风量、调整二次供风量等方法，在保证烟气中可燃气体含量低于50PPm，氧含量低于2.6%的前提下，将NOx从170 mg/m3降至100mg/m3以下，实现了装置加热炉达标排放。
关键词：加热炉；分级供气；分级供风；NOx
吉林石化公司炼油厂汽油加氢装置建于2010年，其分馏塔再沸炉和加氢脱硫反应炉共用一个对流段和空气预热器，燃烧器没有采用低氮燃烧器，其烟气中NOx含量超过170 mg/m3。按国家有关规定，加热炉烟气中NOx含量超过150mg/m3则需要装置停车更换燃烧器。而汽油加氢装置因炼厂只有一套，所有汽油必须通过加氢才能出厂，所以在炼油厂处于非常关键的位置，装置停车会带来全厂的停车，影响较大。加热炉烟气降NOx攻关事在必行。
1 NOx生成基理
经分析表明，燃烧器排放的NOx中90%以上是NO，因此，研究NOx的生成机理及抑制方法主要是针对NO的。NO生成的途径有三种：温度型；快速型；燃料型。气体燃料燃烧所生成的NO绝大部分为温度型。决定NO生成量的主要因素是烟气中过量氧含量，燃烧室温度，烟气中NOx含量为过量氧含量2%、3%时为1%时的1.7倍和2.3倍，控制烟气中的过量氧含量，对降低NOx有显著的效果。烟气中NOx含量为燃室温度1600℉、1800℉、2000℉、2200℉、2400℉时为1400℉时的1.6倍、2.4倍、3.6倍、5.4倍和8倍，降低燃烧室温度对降NOx有较大的影响。
2 N0x影响因素及调整方法
汽油加氢装置分馏塔再沸炉和加氢脱硫反应加热炉各配置8个燃烧器，正常运行时的炉前燃料气压力为0.28MPa左右，燃烧器采用直桶圆周分布喷孔式气枪，供风采用烟气换热器热风一、二次供风设计的一般燃烧器。在不更换燃烧器前，从调整过量氧含量、供风温度、燃烧室温度等三个对烟气NOx影响较大的因素着手进行攻关是降低烟气中NOx的主要手段。
降加热炉过量氧含量方面，不是降供风量降氧含量表指示值这么简单。首先，统一燃料气枪的喷孔开孔面积，保证其在一样的燃料气压力下，保持一样的燃料气量；其次，统一一二次风门的开度，保持统一的配风量，实现每个燃烧器的燃料量、配风量统一、过量氧含量统一，使其在最小炉过量氧的情况下，燃烧正常，可燃气体含量受控。
降燃烧室温度方面，燃烧的本质是燃料的氧化反应。燃料的活性越高、氧的纯度越高反应越快，燃料空气温度、燃烧升温和保温决定的燃料和氧混合物的温度越高反应越快，燃料和空气混合越快反应越快，燃料和氧反应越快，燃烧室温度就越高。降低燃料的燃烧温度的措施有，一是降低燃料和空气本身温度减缓燃烧速度；二是降低燃烧当量以减少温度加成降低燃烧室温度；三是降低燃料气和空气混合速度来降低燃烧室温度；四是以梯次供氧或梯次供气的方法降低燃烧室温度。
降低燃料和空气本身温度会有效减少燃烧速度，降低烟气中NOx含量。烟气中NOx含量为燃烧空气温度100℉、200℉、300℉、400℉、500℉时为50℉时的1.2倍、2倍、3.6倍、6.4倍和12倍，空气温度对NOx生成有较大的影响。在线运行的加热炉，可将进入空气预热器的部分高温烟气直接排入大气中，降低空气本身温度。此方法降低进入燃烧器的空气温度后，加热炉排烟温度也会随之上涨， 引起炉效率下降。
降低燃烧当量以减少温度加成降低燃烧室温度，降低烟气中NOx含量。目前，国内低氮气燃烧器设计的主要理念是切割燃料气，采用多燃烧器以减少单个燃烧器的发热量和单个燃烧器多只气枪以减少单个气枪发热量，以减少温度叠加带来的加速燃烧效果。在线运行的加热炉，可采用统一气枪形式、更换磨损喷孔变大火嘴、全开炉前燃料气阀、全部燃烧器点燃等手段，保持各燃烧器燃料气用量一致并最少来降低燃烧当量。燃烧区混入惰性气体，降低燃烧室温度，降低烟气中NOx含量。目前，有烟气喷入燃烧室以减少燃烧速度和燃烧室内供入蒸汽来降温的方法。
3 实际优化调式
实际调式中，用安置在烟筒中的便携式NOx检测仪检测烟气中NOx、氧含量、可燃气体含量。
第一次优化调式：逐个开大对应燃烧器的看火窗，使过量氧含量从1%上升，并观察烟气中可燃气体含量。当可燃气体含量降至50PPm以下时，过量氧含量达到2.6%，NOx含量基本稳在了130 mg/m3左右。
在第一次优化中，实现了加热炉的分级供风，燃料气在燃烧器内缺氧燃烧，降低了火焰峰值温度，减少了NOx产生量，而后通过看火窗供风，将没有燃烬的可燃气体在炉膛内进一步燃烧，使烟气中可燃气体含量达标。
第二次优化调式：将所有气枪中心钻三个等边三角型的φ4.2mm孔，以使燃料气工作压力从0.3MPa降至0.2MPa左右，一是使燃料气喷射压力下降，使燃料气和空气的混合速度下降；二是使气枪中心喷出的燃料气在周围喷孔喷出的燃料气的隔离下，延后了与空气混合燃烧的时间，实现了简单的分级燃烧，降低了火焰峰值温度，减少了NOx化物的产生。火嘴全部更换完成后，在烟气中过量氧含量2.6%、可燃气体含量低于50PPm时，NOx可降至80mg/m3左右。第二次优化调式中，利用气枪中心开孔的方法，實现了简单的分级供气（燃料气），使加热炉烟气中的NOx含量进一步的下降。
4 结论
采用均匀供应燃烧器的燃料气量和供风量、采用二次风供风，微开看火窗实现分级供风以及改造气枪实现分级供气等方法，在保证烟气中可燃气体指标合格的前提下，可大幅降低老式燃烧器的NOx指标。
作者简介：
吴成美（1982- ），女，吉林石化公司炼油厂汽油加氢装置技术人员，中级职称。