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常减压装置加热炉氮氧化物排放的控制与研究

作者：陈洪超

来源：《环球市场》2017年第06期

摘要：氮氧化物（NOx）是炼油企业加热炉通过烟气排放的主要污染物之一。本文介绍了氮氧化物对环境的危害。分析了氮氧化物的生成机理，提出了降低加热炉氮氧化物排放量的方法。分析了低氮燃烧技术及应用与公司当前氮氧化物排放现状，并提出了相应的优化改进措施和建议。通过逐步优化、改造和完善，不断探索降低氮氧化物排放的措施，使常减压装置加热炉系统运行更加稳定、节能、环保。 关键词：加热炉氮氧化物低氮燃烧技术 引言：

2016年新环保法的实施，对加热炉烟气排放要求更加严格，环保已经成为当今企业生存发展的一项重要指标。“宁要青山绿水，不要金山银山”，为了适应新常态下的发展模式，国内炼油企业对加热炉的烟气排放的控制势在必行。 1、加热炉氮氧化物排放危害

氮氧化物对人类赖以生存的环境以及人类自身的危害却极其严重：一方面，氮氧化物是形成酸雨的主要因素；另一方面NOx在一定条件下可以和碳氢化合物一起形成光化学烟雾破坏大气环境，严重危害人类健康，恶化人类赖以生存的环境。对于炼油企业NOx主要来源于加热炉燃烧产生的烟气。国家标准GB 16297—1996规定氮氧化物的排放浓度最大为

240mg/m3。而常规气体燃烧器烟气中的NOx浓度一般在240mg/m3以上。烟气中的氮氧化物是最难处理的大气污染物之一，随着国家对环保要求的日益严格，有效控制氮氧化物造成的大气污染已刻不容缓。

2、NOx生成机理及控制方法

经分析表明，燃烧器排放的NOx中90%以上是NO[1]，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NO（Thermal-NO，简称T-NO）；快速型NO（PromptNO，简称P-NO）；燃料型NO（Fuel-NO，简称F-NO）。

燃料中的氮化物在燃烧时会生成NOx。这些燃料转化型F-NOx在燃烧过程中是很难减少其生成量的，只能通过燃料脱氮才能有效减排。但空气中的氮燃烧时生成的快速转化型P-NOx和热转化型T-NOx可以通过控制燃烧过程来减少其生成量。

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T-NO是由空气中的N2和O2在高温下通过下列反应生成的：N2 + O2 → 2NO；2NO +O2 → 2NO2。P-NOx生成量很少，一般比T-NOx小一个数量级。T-NOx的生成主要取决于温度、停留时间及过剩氧：高温有利于T-NOx生成反应；在高温区的停留时间越长，生成的T-NOx也越多；随着过剩氧的增加，NOx浓度在外混式气体燃烧器中将增加，在预混式燃烧器中将减少。另外，炉膛温度、燃烧空气温度和燃料中的氢含量都可能影响燃烧区的温度，从而影响T-NOx的生成量[2]。

在燃烧过程中，主要是采用各种方法，减缓燃烧速率和燃烧强度，降低燃烧区的温度，从而减少NOx的生成。这也是各种低NOx燃烧器设计的基本理念。烟气脱硝的措施虽然理论上可行，但是实际实施上难度很大。目前采取加设低氮燃烧器的办法对于加热炉的NOx排放的控制是最有效、最快捷的方法。 3、低氮燃烧技术

燃烧过程中常用的低氮燃烧技术主要包括低氧燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低氮燃烧器和低氮炉膛设计等。低氮燃烧是比较经济实用的氮氧化物减排途径，减排放率一般可以达到在 30%～60%左右[3]。

当前较先进的气/油混合式低氮燃烧器一般采用烟气再循环的燃烧方式，即将烟气从炉膛出口抽取出来再次送入燃烧器，也可以与一次风或二次风混合后送入炉内，介于两层风之间的烟气起到隔离层的作用，之后又与空气混合，这样不但可降低燃烧温度，而且也降低了氧气浓度，进而降低了NOx的产生浓度，如果再加上烟气外循环（从炉后抽取烟气并通过独立风机送入燃烧器），则可进一步降低NOx的排放。将再循环的燃气掺入供燃烧用的空气里，对燃油/气锅炉等高温燃烧设备是一项有成效的降低NOx的方法。

表3-1为金陵石化重整装置采用某低氮燃烧器（主要利用燃料分级技术、烟气循环技术等）后NOx排放量对比：

4、公司当前加热炉NOx排放现状及优化改进措施

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公司为100万吨/年常减压蒸馏装置，目前烟气排放情况均满足现行标准，但随着新法律法规的出台，辽宁省2017年对NOx排放要求更加严格，规定氮氧化物的排放浓度最大为150mg/m3，而近期测量NOx排放情况已接近新标准排放浓度。

目前公司常减压装置加热炉采用的为RC4高效节能燃烧器，采用三级配风形式，属于空气分级低氮燃烧器。但相对于当前较先进的低氮燃烧技术有一定的差距。同时随着加热炉运行时间的增加，设备腐蚀、漏风情况也对NOx的产生量有一定的影响。而在实际运行过程中，加热炉氧含量的控制也会对NOx的产生量有较大影响。

因此控制加热炉NOx的产生量可以从以下几点考虑：1）精心操作，确保炉膛温度均匀，防止局部过热和管内结垢，保证炉管正常传热能力。2）调好“三门一板”，在保证燃烧的前提下，尽量降低入炉空气量。3）消除漏风点，将停用的火嘴和看火口、人孔、采样口全部封堵，防止炉体不严、漏风量多。4）定时吹灰，停工检修及时清扫炉管表面积垢，提高炉管传热能力。5）加强加热炉的技术管理，提高员工操作水平，定期开展烟气监测。6）选择新型低氮燃烧器。 5、结论

随着2016年新环保法的实施，对加热炉氮氧化物排放的控制也是生产中必不可少的一部分。对氮氧化物排放也要通过逐步优化、改造和完善，不断探索降低氮氧化物排放的措施。 参考文献：

[1]钱家麟主编.管式加热炉.北京：中国石化出版社，2003。

[2]唐孟海，胡兆灵编.常减压蒸馏装置技术问答.北京：中国石化出版社，2003。 [3]中国石油和石化工程研究会编著.炼油设备工程师手册.北京：中国石化出版社.2009。