烷基铝残液焚烧炉设计与烟气治理

摘要：针对烷基铝残液焚烧的烟气特征，分析某烯烃厂焚烧炉燃烧工况及烟气温度、烟气含湿量与风机风量、压头之间关系，专门设计一整套烷基铝残液焚烧和烟气治理系统。

关键词：烷基铝（AIR3）；焚烧炉；湿式多级涡旋离心除尘器

1.前言

烷基铝残液中各相组分（三乙基铝、二乙基氢化铝、三氢化铝、铝粉、7#白油）活性很强，火灾危险类别为甲类。目前仍采用焚烧方法处理残液。残液焚烧处理由三个过程完成，液体雾化、燃烧、烟气净化处理。所以燃油烧嘴决定雾化质量、合理炉膛结构保证燃油充分燃烧、排烟温度直接影响后续除尘效果。某烯烃厂在线烷基铝残液焚烧炉油烧嘴易积炭、雾化质量不高，火焰较长炭黑多。炉膛内部结构布局不协调，排烟温度较高。烟气处理采用文氏除尘、阻力大，高压引风机带水现象严重，耗水量大，烟气净化不达标。为了解决这些问题对现有燃烧、除尘设备进行技术分析，对燃油烧嘴、炉膛结构、烟气处理系统制定如下设计方案。

2.焚烧炉技术改造

2.1油嘴的设计

油烧嘴对燃烧过程中起关键性作用的是烧嘴喷头的形状和尺寸，这些因素决定着烧嘴的能力，雾化质量和混合速度，从而决定着火焰的特性和燃烧质量。烷基铝在常温下（25℃），ρ密度0.832g/cm3,沸点194℃。

烷基铝低位发热量：Qarnet=46415.6+3167.7ρ-8790ρ2=42757kJ/l；燃油理论空气量： Vok=0.203Qarnet/1000+2=10.86m3/kg；小时实际空气量：V=n×BjVok=1.2×100×10.68=1281.6 m3/kg；单位时间设计燃油耗量： Bj=100L/h=0.0278l/s；液体燃料烟气排放量 Vy=0.27 Qarnet/1000+(a-1) Vok=16.88 m3/kg。

油烧嘴的能力计算: 重量流量 B=wρF（F油嘴截面积mm2） 选取速度W=0.2m/s时，F=0.785D2,B=0.0278l/s.则油嘴直径D=18.8（B/ρ）0.5=7.68mm,当w=0.5m/s时，D=4.85mm，过小不宜。由于采用机械油压雾化，油管直径取D=15mm,烧嘴直径d=(12～13)mm，燃油沿输油管进入油喷嘴油股流与高速旋转空气一起喷出，从而获得高速旋转的动力，因此油被喷出孔口时不但被雾化。而且具有一定雾化扩张角更有利于燃烧。烷基铝残液焚烧与烟气治理系统见图1

图1 1-AlR3管路 2-氮气 3-油嘴 4-燃烧室 5-燃尽室 6-余热室 7-除尘器 8-烟囱 9-鼓风机 10-沉淀池 11-洗涤泵 12-引风机

2.2 燃烧室结构的改造

为了达到充分燃烧，适度增大炉膛空间，增强高温气流燃烧空间，将炉内分为三部分，燃烧室 ：长3600×宽3000×高3000、烟尘沉降室：长3000× 宽740×高3000、余热室：长3000宽500高3000.达到消烟、降尘、降温的效果。有利于后续工况的展开。在燃烧室上方增设重力防爆门，防爆门直径Φ600，压力极限Pmax≤2000Pa。焚烧炉由高压鼓风机将空气通过炉膛预热风道使温度升至100℃左右，加热燃油，燃油在离心式雾化喷嘴作用下。具有很大旋转动能，当喷出喷孔时与高压风形成一定交角被进一步雾化，旋转燃烧使火焰变短。

2.3 高温烟气冷却降温

目前焚烧炉排烟温度在350℃左右，较高烟气温度对除尘效果有很大影响，并且对除尘设备要求耐热、粉尘黏度增加难以分离，采用尾部对流管组冷却的办法将排烟温度降至180℃左右，利用工业循环水（60m3/h）不需要格外增加动力，使水温由20℃升高至72℃度。低于标准汽化温度，吸热后的水又回到原水池。将炉内对流管束入口烟温由（550～600）℃降至180℃进入除尘系统，为进一步除尘创造有利的条件。

2.4 燃油炉尾部受热面的设计

余热室入口烟气温度θ′=570℃，入口烟气焓：I′=5785.6+（а-1）5090.5=8839.96kJ/kg. ′а=1.6（空气消耗系数），余热出口出口烟气温度θ"=180℃，出口烟气焓 I"=1729.40+（а-1）1548.60=2658.56 kJ/kg

烟气侧放热量：Q=Φ×(I′-I"+ΔаI01k) 保热系数Φ=0.65；漏风系数Δа=0.1

=0.65×（8839.96-2658.56+0.1×257）=4034.62 kJ/kg

冷却水平均温度（t1+t2）/2=46℃ 进口温度t1=20℃, 出口温度t2=72℃。（管内质量流量18.6kg/s ,由烟气侧放热量Q使水温升高52℃）。最大温压tmax=450-46=404℃；最小温压tmin=180-46=134℃；对数平均温压Δt=245.40℃；

平均烟温θpj=(450+180)=315；烟气流速w=BjVy(θpj+273)/F´×273×3600=3.3m/s, (F´-烟气流道截面=0.32m2)；冷却水循环量G=18.6（l/s）×3600=67m3/h

基准放热系数（查表得）a0= 50 w/m2℃；对流放热系数修正得 a=CsCxCwa0=1×1×0.9×50=45w/m2℃；传热系数k=Φa=0.65×45=29.25w/m2℃

传热量Qcr=kΔtF”/B×1000=29.25×245.40×15.37/0.0277×1000=3982.86kJ/kg

对流管束表面积F”=15.37m2；相对误差Δ=（4034.62-3982.86）/4034.62=0.012

尾部对流管束出口为开式不设任何阀门，所以相对压力（PV=0）为零。即对流管束不属压力容器。出口温度为72℃低于汽化温度，所以是安全的。

3.除尘系统

原系统采用文氏除尘法，由于文氏耗水量大、气液分离性能欠佳、压头损失大，造成引风机叶轮带水沾灰，空中出现落泥点现象，影响周围环境。采用本实用新型（HB-TL）多级涡旋分离除尘器，用于工业废气处理凸显传质一面、用于消烟除尘侧重分离、脱水性能。除尘器筒体、内部均采用304、316L材质，内部工艺结构流畅、不堵塞。

4.结论

由于采用机械油压雾化旋风烧嘴，将全部预热空气作为雾化剂经由烧嘴喷出强化燃烧 、获得合理扩张火焰，提高燃烧质量。鼓、引凤机转速、风压、风量均采用逻辑电路。便于控制风量调节油嘴温度防止积炭堵塞喷孔。在焚烧炉尾部增加对流管束受热面降低排烟温度，除尘器入口温度（157～181）℃，出口温度（60～70）℃，有利于烟气净化和气体回收，引风机功率由30kw降至15kw.

参考文献：

【1】郭伯伟，燃料及燃烧，东北大学，1987

【2】肖友瑟、奚士光 锅炉及锅炉房设备，中国建筑出版社，1995