新型强化传热燃烧器节能减排效果探讨

摘要 新型强化传热燃烧器，通过燃烧室出口文氏管效应，炉膛辐射室内形成了环状的高温对流循环状态，高温烟气在炉膛内停留时间得到延长，辐射换热段轴向和径向热强度更均匀，提高加热炉热效率，节约燃料。

关键词燃烧器；效率；节约；燃料

中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）110-0081-02

1 新型强化传热燃烧器的特点

新型强化传热燃烧器设计，突破了传统辐射加热炉炉膛固有的传热方式，采用文氏喉管效应原理，让燃料在预燃室充分预燃后，通过燃烧室出口文氏管效应提高了火焰的喉口喷出速度，从而在辐射室底部区域形成较强的低压区。在上部高速火焰的射流和底部低压区的合力作用下，炉膛辐射室内的高温烟气形成了一定的环状对流循环。由于高温烟气对流循环的形成，使炉膛内的气流更加均匀的同时延长了高温烟气在炉膛辐射室内的滞留时间，既而使加热炉辐射室的环流烟气团辐射传热比例大幅提高，较大程度上平衡了传统加热炉辐射室轴向和径向不均匀热强度，从而有效提高了炉膛热辐射室的传热效率和时间，达到提高加热炉总供热、提高加热炉热效率的目的。燃烧器结构如下图所示：

LGH强化传热燃烧器结构示意图

2 新型燃烧器的优点

1）延长炉膛辐射区域内烟气团停留时间；

2）提高高温烟气团的的热辐射效应；

3）较大程度上改善了传统加热炉辐射室轴向和径向不均匀热强度；

4）燃烧强度高、燃烧效率高，节约使用燃料。

3 传统燃烧器的缺点

1）炉膛辐射区域烟气内团停留时间较短，高温烟气团的的热辐射效应较低；

2）加热炉辐射室存在轴向和径向不均匀热强度现象，供热强度及热效率较低；

3）燃料消耗相对较大，较大量的消耗雾化蒸汽。

4 该燃烧器特点

1）火焰收敛、刚劲有利、喷射速度高；

2）不仅可使各种负荷下的燃烧状况达到最佳，而且可单独使用天然气、燃油，也可油气混烧；同时也可对燃烧器喷枪的燃烧状况进行即时调节；

3）辐射室的对流传热比例从常规的10%左右提高到30%~40%，并降低了炉管局部高温高热区的热强度，炉管沿长度方向的热强度趋于均匀，可提高加热炉热负荷10%~15%，提高效率2%~5%，节约雾化蒸汽30%~50%；

4）安装方便，对原有加热炉基本不做改动。

5 技术适用范围

适用于各种炼油装置，特别是常减压蒸馏装置的加热设备。如石化项目中类似歧化、芳构化装置加热炉，以及各种属常减压蒸馏装置介质预热、加热使用。

6 节能效果及经济效益

得佳石化2012年更换了6套新型燃烧器（型号为：LGH-W/Q300Ⅱ）。运行后总体效果较好，运行状况得到一定的改善，实现了节能减排的目的。主要技术指标如下表：

序号 主要参数 替代前 替代后 备注

1 物料（原油）处理量（t/h） 232 230

2 油品进炉流量（t/h） 221 219

3 油品入炉温度（℃） 301 298

4 油品出炉温度（℃） 373 372

5 炉膛温度均值（℃） 668 606

6 炉膛温差均值（℃） 35 23

7 排烟温度（℃） 215 180

8 烟气组分（%）

9 CO2（体积分数） 11.85 12.33

10 CO（体积分数） 0.05 0.03

11 O2（体积分数） 43 22

主要技术指标对比表

替换新型强化传热燃烧器后，炉膛温度由668℃降到606℃左右（油品进炉流量视为相同），炉膛温度下降较大。按照24个月核算，装置运行到中后期，辐射室内温度仍不超过设计强度指标（参照照设计模拟工况，炉膛允许温度不高于800℃）。替代后，排烟温度由215℃降低到180℃，排烟带走的热损失有较大的减少。

由于炉膛平均温差缩小，辐射室对流传热得到强化，更多的热能传播是以辐射型式为主（辐射传热为绝对温度的4次方），烟气传热高效快速，替代后炉膛内部之间热力场较均衡（温差下降10℃~15℃），炉膛内热量分布更加合理。替代前当加热炉处理量大幅度调整时，较难控制和调整；替代后，进料量±30%变化时，实际运行炉子都能有很好的操控，提高了操作弹性。

由于该燃烧器采用了燃料多级雾化、多级配风等适用性技术，燃料与空气的强化混合、燃烧更充分，不完全燃烧产生的NOx、CO等有毒有害物质得到了有效控制和减少；从热力学第二定律出发，新型燃烧器在设计上着重考虑了能量传递过程和方式，让燃料转化的能量具有更高的做功潜质，提高了热效率。实际操作过程中，排烟温度越高、加热炉的热损失就越大，热效率也就越低。运行证明新型燃烧器能显著改善加热炉辐射室烟气团对流及分布情况，提高对流管束热强度，可提升加热炉热效率在3%以上。

6.1燃料节约量

根据热工测试数据，工业炉窑排烟温度每降低10℃~15℃，热效率可提高0.45%~0.55%，采用新型燃烧器后，排烟温度约可降低30℃~45℃，提高效率1.65%~2.48%，项目六台加热炉年耗燃料气约4.29万吨，加热炉效率按90%考虑，替代后效率提高按2.07%（1.65%~2.48%的均值），燃料气热值按10000kcal/kg，则年节约燃料气B测算为：

B=J

式中，B-燃料节约量kg/a；

η-效率提高率%；

η-加热炉原效率%；

BJ-额定燃料消耗量，这里按实际消耗量考虑，kg/a

B=

=986.7 t/a，折合标准煤986.7*=1409.57tce /a

6.2雾化蒸汽节约量

燃烧器雾化蒸汽消耗量为0.2kg~0.3kg蒸汽/kg燃料气，根据项目加热炉规模较小的特点，取值0.2kg蒸汽/kg燃料气，加热炉年估算消耗蒸汽0.2*42900=8580吨蒸汽/a，按照节约蒸汽比例40%计，年节约使用蒸汽3432吨，折合标准煤441.35tce

6.3节能量及经济效果

1） 节能量

节能量由燃料节约量及雾化蒸汽节约量构成，损耗按5%，既节能量计算如下：

（1409.57tce/a+441.35tce/a）÷95%=1948.34tce/a

2） 经济效益

标准煤按1200元/吨计算，年节约费用：

1948.34 tce/a *1200元/tce =233.8万元/a

3） 减排量

年减排CO2=1948.34tce/a*2.5=4870.85吨/a

年减排SO2=1948.34tce/a*0.16=311.74吨/a

综上，采用新型强化传热燃烧器，延长高温烟气团在炉膛辐内的滞留时间，加热炉辐射室轴向和径向热强度更均匀，提高了加热炉热效率，降低了燃料消耗量，有一定的经济和社会效益，具有示范作用。