摘要：随着我国工业化的不断发展，一些石化公司经历了NO2超标以及低氮燃烧器不标准的现象。因此，本文从加热炉氮氧化物排放的危害性入手，对降低氮氧化物排放量进行了分析与研究，从而能够实现设备的运行的长期性和合理性，为未来降低氮氧化物排放量的加热炉低氮燃烧器的改造的发展提供一些参考和建议。
1 加热炉低氮燃烧器改造的前期准备
我国的氮氧化物管理相对落后，目前，国内大多数的石化公司所使用的低氮燃烧器主要是进口的。近年来，国内研究机构在低氮燃烧器研究方面取得了进展，并在实际应用中不断完善，希望在未来能够取得更好的使用效果。随着GB 31571-2015《石化行业农药排放标准》要求的提出，2017年7月1日起，我国污染排放物完全符合工业污染物排放标准，同时，为了满足低氮燃烧器的改造要求，所有不合格的低氮燃烧器都应进行改装。
1.1 加热炉NOx排放状况
在对炉子NOx排放进行事先调查之后，大多数值与新标准相比超过规定的100毫克/立方米，并且包括改进的燃烧器附加的多冷却炉部分。通过促进NOx排放状况，决定在公司内进行的加热炉改造的所有低NO2转化后如何确保NO2的长期顺应性，同时是否能在改造后保持低NO2条件。
1.2 制定加热炉低氮燃烧器技术要求
为了满足石化公司加热炉生产和环保排放的需求，在加热炉产品的高品质提高的同时，保证低氮燃烧器改造项目的顺利进行。为了顺利完成石化公司的加热炉的低氮燃烧器项目，公司专门成立了小组，定期召开项目协调会议，同时设计并制造低氮燃烧器，以便使用和售后服务能够满足改造后加热炉的需求。
①低氮燃烧器设计应基于燃烧技术，如燃料分级燃烧和烟气再循环;
②低氮燃烧器在设计的过程中必须确定是否会自然通风，调节比应在低氮燃烧器具有在稳定运行范围下的稳定火焰，火焰的长度应该是辐射高度的三分之一，且刚直有力，不舔炉管，不发飘，在操作过程中能够安全稳定的运行;
③低氮燃烧器的燃料气体应单独供给，保证在任何条件下都可以稳定燃烧;
④低氮燃烧器的结构设计应允许主燃烧器、长灯和喷嘴易于拆卸和单独安装，以便更好的进行维护和清洁;
⑤低氮燃燒器不应该在燃料设计负载的范围出现焦化的现象，保证低氮燃烧器处于正常使用的条件。
2、加热炉氮氧化物排放危害及NOx生成机理及控制方法
2.1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90mg/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。
2.2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。
3低氮燃烧技术
燃烧过程中常用的低氨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、低氮燃烧器和低氨炉腔设计等。低氨燃烧是比较经济实用的氨氧化物减排途径，减排放率一般可以达到在 30%-60%左右。
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人燃烧器，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人燃烧器)，则可进一步降低NOx的排放。将再循环的燃气捡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。
下表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：
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金陵石化重整装置 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
公司为350万吨／年常减压蒸馏装置，目前烟气排放情况很难满足现行标准，但随着新法律法规的出台，全国和我新疆自治区 2017年对NOx排放要求更加严格，规定氨氧化物的排放浓度最大为100mg/m3，而近期测量NOx排放情况已接近新标准排放浓度。
目前公司我常减压装置加热炉采用的为350万吨／年常减压蒸馏装置加热炉火嘴采用普通型，加热炉供风方式为风机直接送风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 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)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结束语
总而言之，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。
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论文作者:蒋波
论文发表刊物:《电力设备》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/8