安阳钢铁股份有限公司焦化厂 河南安阳 455004
摘要：通过对煤化工生产中的管式加热炉增加空气预热器，利用高温烟气预热助燃空气，对燃烧器进行改造，升级控制系统等措施，提高了管式加热炉的热效率，节省了煤气消耗，降低了烟气排放温度和氮氧化物排放指标，同时提高了系统操作的安全性和稳定性。
关键词：管式炉；燃烧器；余热利用；控制系统
前言
管式加热炉在煤化工生产中主要用于加热各类油品和蒸汽。其工作原理是：燃料在加热炉的辐射室（极少数在单独的燃烧室）内燃烧，释放出的热量主要通过辐射传热和对流传热传递给炉管，再经过传导传热和对流传热传递给被加热介质。加热炉在燃烧过程中产生大量的高温烟气，排放至大气形成热损失，而且其中的烟尘、CO和NOx等有害气体也随烟气排入大气，造成环境污染，结果是既浪费了资源又危害了环境。因此，提高加热炉热效率、降低环境污染，已经成为加热炉用户亟需解决的重要问题。
1 现状
安钢焦化厂三系粗苯系统是配套2座7米焦炉建设的煤气净化脱苯系统，管式加热炉采用螺旋管圆筒炉，设计热负荷7.91MW，加热方式为辐射-对流式，富油先通过对流段然后再经辐射段进行加热，蒸汽通过对流段加热生成过热蒸汽。管式炉加热以煤气作为燃料，煤气流量根据富油出口温度进行调节。燃烧器采用自然吸风形式，于炉底均匀布置。
2 存在问题
2.1 加热炉废气温度高，热损失大
加热炉未设置余热回收系统，助燃空气依靠炉膛负压自然吸入，废气经过对流段后直接经烟囱排入大气，排烟温度最高达到390℃，由此造成煤气消耗量过高，且大量显热被浪费，管式炉热效率低下。
2.2 燃烧器运行效果差
加热炉配备6台燃烧器，呈圆周布置于炉底，采用自然吸风形式，手动调节风门，并通过烟囱翻板手动调节吸风量，存在助燃空气量调节粗糙，排烟量大大超过设计值的问题。同时烧嘴存在一定程度的偏流，火焰分布不均匀，舔舐炉管，造成炉管及其支撑结构局部过烧，热膨胀过量，从而损坏炉管，造成泄漏，不但影响生产，还带来极大安全隐患。
2.3 操作、控制方式落后
2.3.1管式炉点火启动采用人工手动点火，操作不便，并且存在火焰从炉膛爆射出来灼伤工人的危险。
2.3.2 燃气控制系统采用单级切断，长时间运行存在煤气渗漏的可能，危及加
热炉安全；同时无快速切断系统，存在较大的安全隐患。
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3 改造方案
3.1 增加余热回收系统，回收烟气余热
增加空气预热器，用常温的助燃空气吸收烟气中的大量余热，然后回到炉膛参与燃烧供热，可显著降低排烟温度，将流失的热量回收，大幅提高加热炉的热效率。在结构布置上，可直接将空气预热器安装于加热炉对流段与烟囱之间，不影响加热炉原有结构的稳定性，同时预热器内的布管经过精确计算，控制余热回收的末端温差，保证传热效果，并且不影响原加热炉的炉膛压力。增加空气预热器可回收排烟热损失681kW，约合节约焦炉煤气136m3/h，节能空间巨大。
3.2 增加强制鼓风系统
强制鼓风系统与空气预热器配套，可实现助燃空气精准调节，减少烟气量。加热炉的排烟量直接受空气量的影响，传统的自然吸风燃烧系统为保证加热炉在负荷波动的情况下，燃气也能完全燃烧，过剩空气系数设计值比较大，通常取1.2～1.3。同时由于缺乏有效的风量检测和调节手段，稳定运行的实际过剩空气系数均在1.3 以上，平均水平可以达到1.5。过剩的空气提高了排烟量，直接导致热损失增加。新加装的强制鼓风系统，过剩空气系数值可达到1.05～1.15，同时配合调节阀和流量计等设备，可以很好地控制负荷波动时风量的精确供给，保证燃气充分燃烧的同时，使烟气量降到最低。优化过剩空气系数，可减少热损失245kW，约合节约焦炉煤气49Nm3/h。
3.3 改进管式炉燃烧器
燃烧器采用XX公司与华中科技大学合作开发的高效节能型燃烧器，替代了自然吸风燃烧器，新型燃烧器具有可靠的稳燃性能和超宽的调节比，在较低的过量空气系数条件下，可实现燃气充分燃烧。同时保证负荷大幅波动时，燃烧器不熄火，且能燃烧充分。此外，新型燃烧器还可以根据加热炉工况需要，调节火焰长短和直径，以改变炉膛内的温度场分布，达到最佳传热效果。新型燃烧器同时具有自动点火启动，火焰信号自动检测与安全联锁功能，点火过程无需人工干预，操作简单，安全等级高，设置的双火焰检测器，可以实时检测炉内火焰是否稳定存在，并可防止检测设备发生误动作，确保安全。
3.4. 升级改造控制系统
3.4.1 增加独立的PLC 自动控制系统，并且与原有中央控制系统采用ProfitBUS方式通讯，实现中控室的远程控制。在正常状况下，加热炉可实现一键式启动，程序自动完成从吹扫、阀门系统检漏、自动点火到主火焰建立的全部过程，无需人工干预，降低人为操作失误带来的安全隐患。开停炉过程实现强制鼓风吹扫，解决原来的蒸汽吹扫破坏炉体保温层的问题，延长加热炉使用寿命。
3.4.2 增加燃气控制系统，采用双级切断-双级调节控制，在紧急状态下，加热炉可以快速响应，自动切断燃气供应，保证安全；加热炉在日常运行中，控制系统可自动根据负荷变化，实时调节空气量的供给，精确控制过剩空气系数在合适范围内。
4 改造效果
管式炉改造于2018年完成，投运一年多来，运行状况稳定．在满足脱苯系统正常生产的情况下，节能效果明显．废气排放指标合格。
4.1煤气耗量明显降低。单位煤气减少量达到185Nm3/h，年可节约煤气用量148万Nm3，降低了工序的整体运营成本。
4.2废烟气排放温度大大降低，废烟气吸热量减少245kW，，管式炉热效率明显提升，由原先的74．6％升高到现在的86％。
4.3燃烧器结构设计先进，中心空气流的存在大幅度增加了燃气射流和空气射流的接触边界，使得高温区温度和氧浓度有所下降，减少了氮氧化物的生成量，NOx排放量可控制在150mg/Nm3以内。
4.4助燃空气通过调节器分两路分别进入燃烧器旋流室和直流室，通过调节其比例调节火焰长度，炉膛温度分布合理；同时火焰直径可调，避免了管壁超温造成的损坏，延长了设备的使用寿命。
4.5 自动点火、安全检漏、连锁保护等功能大大提升了设备操作、运行的安全性。
4.6 一键启动、远程监控、自动值守代替了人工的频繁操作，实现了操作的智能化提升。
5 结束语
环保节能型管式炉的投用，使得烟气余热得以回收利用，炉子热效率大大提高，煤气消耗量明显降低，取得了可观的经济效益。其燃烧器的改造．不仅大大降低了煤气消耗量，还避免了火焰燃烧不稳定、舔舐炉管的问题，稳定了生产。另外，其先进的控制系统确保实现精确控制过剩空气系数在合适范围内，从而减少了废气的排放量，加之燃烧器先进的结构设计减少了氮氧化物的生成量，新型管式炉对保护环境也大为有利。
参考文献：
[1]孙万领，李金平，高立军.粗苯管式加热炉的选型与应用[J].燃料与化工，2011，42（2）：56-58.
作者简介：
霍利（1981-），男，工程师，河北承德人，2005年毕业于河北理工大学机械工程学院，主要研究方向为化工机械。
论文作者:霍利,李修立
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/13
标签：加热炉论文; 空气论文; 烟气论文; 燃烧器论文; 煤气论文; 管式论文; 预热器论文; 《防护工程》2019年10期论文;