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摘 要：兰州石化小乙烯装置利用2019年大检修的机会，将四台裂解炉全部燃烧器更换为新型的低氮燃烧器，力求将烟气中NOx的值降至国家环保标准以下，同时更换新型燃烧器给裂解炉带来了一系列变化。
关键词：裂解炉;氮氧化物;能耗
兰州石化小乙烯装置共有四台裂解炉，分别是2台建于2003年的60kt/y的SW炉和两台建于2007年的惠生公司40kt/y的HS-II型裂解炉（J、K）。由于裂解炉始建年份较早，并未考虑烟气中氮氧化物的排放问题，但伴随国家环保政策的日益严格，四台裂解炉烟气中NOx的值（改造前G炉烟气中NOx值为150mg/m3;H炉烟气中NOx值为140mg/m3;J炉烟气中NOx值为120mg/m3;K炉烟气中NOx值为130mg/m3）;已经超出国家环保标准（NOx值≦100mg/m3），必须进行改造。因两台SW炉更换低氮燃烧器同时进行了其他的节能改造项目，故本文选取惠生炉J炉进行改造前后比较。此次低氮燃烧器改造项目J炉更换了16台底烧和64台侧烧，低氮燃烧器采用北京航天11所的技术。
1 氮氧化物生成的原因
裂解炉烟气中氮氧化物主要是通过以下两种途径生成的：
①燃烧时空气中所含的氮气与氧气在高温状态下反应生成氮氧化物;②燃料中所含的各种氮氧化物的一部分在燃烧时氧化生成氮氧化物。
2 低氮燃烧器技术简介
此次采用的北京航天十一所提供的裂解炉用低氮氧型燃烧器分为底部燃烧器和侧壁燃烧器两种，其中底部燃烧器为底部安装火焰向上的燃烧器，侧壁燃烧器安装在辐射段中上部，分四排安装，火焰垂直于燃烧器轴线贴墙放射状燃烧。通过改变燃烧器结构重新组织燃烧，使炉膛内温度尽量均匀，降低火焰峰值，从而实现降低燃烧烟气中氮氧化物浓度的目的。与此同时，在运行期间调整炉膛氧含量，在保证炉膛正常燃烧的情况下尽可能降低氧含量，已达到再次降低氮氧化物浓度的双重效果。
3 低氮燃烧器更换后存在的变化
3.1 J炉烟气中NOx含量达到设计要求
投油正常生产后由厂家对燃烧器进行了调试，并检测烟气中氮氧化物的含量，测试结果如下表：
从表1中可以看出，J炉烟气中NOx值已经由改造前的120mg/m3降至55mg/m3达到国家环保要求。
3.2 燃料气消耗略有增加
从理论方面讲，低氮燃烧器改造并不会对裂解爐的燃料气消耗造成影响，只要燃烧器能够提供与旧燃烧器相同的热量就能满足裂解炉的运行需求。但通过改造前后燃料气消耗量的对比我们发现裂解炉进行低氮燃烧器改造后，在相当的热负荷条件下燃料气的消耗量有所增加。
能耗升高原因分析。氮氧化物的生成量主要与火焰温度和过剩的氧量有关。而降低烟气中氮氧化物的主要途径就是降低火焰温度及控制过剩空气系数。炉膛内火焰和炉膛衬里通过热辐射的方式将热量传递到炉管，炉管再以对流的方式将热量传递给物料。相同负荷条件下，物料在炉管内的停留时间是相同的为了达到相同的裂解深度所需要的热量也是相同的，改造后火焰的温度低于改造前，火焰的热辐射能力也就低于改造前，为了能够达到改造前的热辐射量，只能多消耗燃料气来释放更多的热量，这势必会导致炉膛温度升高。改造后J炉的炉膛温度最高达到1120℃，而改造前J炉炉膛温度最高1070℃。
3.3 产汽能力变化不大
改造后燃料气消耗增加，炉膛内有更多的热量，这将有利于裂解炉多产高压蒸汽，但是低氮燃烧器要求燃料气贫氧燃烧，这就要控制炉膛进风量，这就不利于裂解炉产生高压蒸汽。通过对比改造前后J炉产汽比，可以得出结论低氮燃烧器改造并未对J炉的产汽能力带来很大影响，对后续压缩单元的影响可以忽略不计。
产汽比为高压蒸汽的产量与投油负荷的比值，其值的大小能够直观的反应裂解炉的产汽能力;产汽比越高说明裂解炉产汽能力越高。
4 结束语
通过对J炉改造前后运行参数的对比我们可以看到，进行低氮燃烧器改造后J炉燃料气消耗增加，炉膛温度升高但炉膛内热场分布更加均匀;产汽比以及排烟温度变化不大。但装置内四台裂解炉烟气中氮氧化物浓度明显下降，此次改造主要目的达到。
参考文献：
[1]禹庆明，张波.华北电力技术[M].北京：华北电网有限公司，2012.
[2]袁波，马金刚，陈德明.裂解炉低氮氧化物燃烧器改造及运行调整[J].乙烯工业，2018（2）.