加熱爐爐膛負壓影響因素分析及處理

摘 ?????要：對裝置圓筒爐以及方爐燃燒系統(tǒng)自開工以來爐膛負壓的異常波動情況進行了歸納介紹，通過對比不同工況下爐膛負壓的變化情況，從溫度、供風量、火嘴選型和煙氣余熱回收系統(tǒng)狀態(tài)四個方面進行了分析并提出優(yōu)化措施。

關 ?鍵 ?詞：爐膛負壓；溫度；風機選型；火嘴型號

中圖分類號：TQ054+.4 ?????文獻標識碼： A ?????文章編號： 1004-0935（2024）05-0784-03

文中涉及某公司連續(xù)重整和芳烴抽提兩套裝置，其中包含5臺圓爐以及4 臺方爐，所有加熱爐都采用負壓燃燒方式。加熱爐內(nèi)的負壓與空氣系數(shù)以及火嘴燃燒情況有直接的關系，影響整個加熱爐的運行效率，因此加強爐膛負壓控制也是裝置節(jié)能減耗、降本增效的重要手段。但是在正常生產(chǎn)中爐膛負壓的波動不可避免，本裝置自投產(chǎn)至今出現(xiàn)過多次爐膛負壓異常波動的問題，文中多方面分析了爐膛負壓的影響因素，并提出了解決辦法。

1 ?加熱爐爐膛負壓的形成與控制

1.1 ?加熱爐爐膛負壓的形成

本裝置中加熱爐爐膛負壓的形成有兩種方式：

1）圓筒爐負壓形成方式

本裝置圓筒爐投用煙氣余熱回收系統(tǒng)，其負壓由引風機啟動打開引風機入口閥后對煙道產(chǎn)生的抽力形成。強制通風的加熱爐的爐膛負壓就是由引風機抽力形成的。

2）方爐負壓形成方式

本裝置方爐采用自然通風，其負壓由煙囪的抽力形成。而煙囪抽力的形成是由于煙囪內(nèi)煙氣溫度相對較高，密度較小，而煙囪外空氣溫度相對較低，密度較大，煙囪內(nèi)外就會形成密度差，這個密度差導致了煙囪抽力的產(chǎn)生。自然通風的加熱爐的爐膛負壓就是由煙囪產(chǎn)生的抽力形成。

2 ?爐膛負壓的影響因素分析及處理

2.1??煙囪高度

煙囪的高度越高，所產(chǎn)生的抽力也就越大，但是煙囪越高，對基礎的要求也越高，造價也會大幅度地提升，裝置會在設計中根據(jù)加熱爐負荷設定好煙囪的最合適高度，因此不在此討論該因素。

2.2??環(huán)境溫度

對自然通風的加熱爐而言，爐膛負壓主要由煙囪的抽力形成。當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，煙囪內(nèi)的煙氣與煙氣外的空氣之間的密度差就會發(fā)生變化，同時煙囪的抽力也會發(fā)生變化，從而影響爐膛內(nèi)的壓力。在氣溫平穩(wěn)變化時，并不能很顯著地看出爐膛負壓的波動情況。但是在突下暴雨等氣溫驟變的情況下，環(huán)境溫度會驟降，會引起爐膛負壓的劇烈波動。這里選取突下暴雨溫度驟降時重整反應加熱爐F202爐膛負壓的變化趨勢圖進行分析。

圖1中所示，7：10左右開始下暴雨，環(huán)境溫度迅速從28?℃下降至25?℃，同時爐膛負壓開始大幅度升高，從原來的-65?Pa上漲至-110?Pa，并且此時的煙道擋板是保持不變的，直到后來內(nèi)操手動關小F202煙道擋板后負壓開始恢復正常。

綜上所述，對自然通風的加熱爐而言，在其他條件不變的情況下，由外界天氣因素引起的環(huán)境溫度驟變時，會極大地影響爐膛負壓，此時就需要操作人員及時調節(jié)煙道擋板的開度來穩(wěn)定爐子的燃燒情況。

2.3??煙氣溫度

相同于環(huán)境溫度，煙氣溫度的驟變也會導致爐膛負壓的變化。本次選取2018年8月20號10：00，圓爐切出煙氣余熱回收系統(tǒng)，煙氣由原來通過煙氣/空氣換熱器后進入煙囪變成直接進入煙囪，導致煙囪內(nèi)煙氣溫度驟升的情況進行分析。

圖2中所示圓爐的煙氣余熱回收系統(tǒng)切出后，煙氣直接通過煙道旁路閥進入煙囪，煙氣進煙囪溫度由原來的130?℃驟升至240?℃，此時的方爐仍為自然通風，煙氣直接進入到同一個煙囪中。從圖中可以看出，在重整反應加熱爐F202煙道擋板開度保持在33閥位的前提下，其爐膛負壓從-120?Pa上升至-150?Pa。這驗證了當其他條件不變的前提下，煙囪內(nèi)煙氣溫度升高，會使得爐膛負壓變大。

因此可以看出在其他條件不變的前提下，排煙溫度突然升高時，會造成爐膛負壓變大，要及時關小煙道擋板；排煙溫度突然降低時，會造成爐膛負壓變小，要及時開大煙道擋板。

2.4??風門開度

爐膛負壓不僅與煙氣有關，與進爐膛的空氣量也有密切的關系。

圖3中所示，從07：00開始，裝置由于燃料氣組分大幅度變重，爐膛氧含量從2.9%降至0.9%，而風道控制閥與F205爐膛氧含量當時處于先控狀態(tài)，為達到目標氧含量，風道閥門迅速開大，導致爐膛負壓不斷減小，從-62?Pa減小至-7?Pa，其間煙道擋板開大了一個閥位后，爐膛負壓有短時間下降趨勢，但隨著風門的不斷開大，爐膛負壓又開始重新減小，直至08：20左右風門逐漸關小后，F(xiàn)205的爐膛負壓才穩(wěn)步下降趨于穩(wěn)定。

從以上分析可以看出，在其他因素不變的前提下，風門開度直接影響著進入爐膛的空氣量，當風門開大時，進入爐膛的空氣量變多，爐膛負壓會變小；當風門關小時，進入爐膛的空氣量變少，爐膛負壓會增大。

2.5??鼓引風機選型

本裝置自開工以來，帶煙氣余熱回收系統(tǒng)的各圓爐的負壓一直有較大的波動，煙道擋板控制爐膛負壓的效果很差，在外界原因導致負壓波動時，內(nèi)操需要經(jīng)常手動調節(jié)煙道擋板來進行控制，并且當煙道擋板開度保持不變的情況下，爐膛的負壓仍然接近±50?Pa的波動，原本設計煙道擋板自動調節(jié)爐膛負壓的目標根本無法實現(xiàn)。但是在余熱回收系統(tǒng)停用期間，此時由煙囪直接提供圓爐形成負壓的抽力時，爐膛負壓相比前后都有了很大的改善，從原先接近50?Pa的波動降至10?Pa左右，煙道擋板的控制效果也變得十分靈敏有效。

通過分析舊鼓引風機DCS參數(shù)，發(fā)現(xiàn)原鼓、引風機入口閥門開度遠低于預期開度。并且由于引風機入口閥門一直保持著較小的開度，導致引風機入口壓力波動劇烈，接近200?Pa，極有可能是引起爐膛負壓波動的根本原因。通過計算得出在重整最大負荷120%時，鼓風機入口空氣量約為78?953?Nm³/h，引風機入口煙氣量約為84?707?Nm³/h。再通過查詢設計參數(shù)得到原鼓風機設計流量為159?000 m³/h，原引風機設計流量為262?000 m³/h，遠超理論最大值。隨后根據(jù)計算流量對鼓引風機進行了重新選型，并且在大檢修中對兩臺風機進行了更換。新鼓引風機投用后，通過一段時間的觀察調整，在重整進料達到90%負荷，引風機入口閥門維持在57%左右，鼓風機入口閥門開度維持在55%左右，相比原鼓引風機有了很大的好轉。同時觀察各圓爐的運轉情況，負壓的波動幅度有了很大的降低，目前圓爐的負壓已經(jīng)與煙道擋板投上了自動控制，并且十分穩(wěn)定。

通過上述事例可以看出，該種情況下圓爐爐膛負壓波動難以調節(jié)，是由于風機選型過大，導致風機入口閥門開度過小壓力波動較大引起，在更換合適的風機后，爐膛負壓波動劇烈的情況得到了解決。 ????煙氣余熱回收系統(tǒng)風機選型偏大不僅會導致爐膛壓力波動，同時還會造成大量的能源浪費，在本次更換風機后，不僅解決了負壓問題，更為公司節(jié)能降耗做出了貢獻。

2.6 ?燃燒器的選型

加熱爐燃燒器的選型也會引起爐膛負壓的波動。不同結構的加熱爐要選用不同形式的燃燒器，燃燒器的選型出現(xiàn)偏差，會導致火焰燃燒出現(xiàn)缺陷，燃料氣與空氣不能較好地平衡利用，從而引起爐膛負壓的波動。

重整加熱爐F103與另外4個圓筒爐一起共用一套煙氣余熱回收系統(tǒng)，但是與其他4個加熱爐不同，F(xiàn)103的爐膛負壓波動情況要劇烈很多，負壓最低能達到-250?Pa最高則出現(xiàn)25?Pa的正壓情況。F103與其他4個圓筒爐共用同一股燃料氣、同一套煙氣余熱回收系統(tǒng)，而其他4個圓筒爐并未出現(xiàn)這種情況。后對F103爐的煙氣CO含量進行了檢測，發(fā)現(xiàn)其CO含量嚴重超標在2?000×10^-6左右，超過標準近20倍，這也是燃燒不完全的現(xiàn)象之一。因此對F103的燃燒器進行了針對性檢查，發(fā)現(xiàn)其設計熱負荷為11.75?MW，而實際熱負荷平均只有5.6?MW，遠遠低于設計值，同時造成F103爐膛溫度一直偏低，保持在550?℃左右。而F103采用的是低NO_x燃燒器，其設計資料顯示在爐膛溫度低于650?℃的情況下很容易出現(xiàn)燃燒不完全的情況。由于燃料氣燃燒不完全，少量燃料氣帶至輻射室頂部發(fā)生尾燃現(xiàn)象，導致其爐膛負壓劇烈波動。

找出原因之后，在大檢修中對燃燒器進行了更換，將原來設計熱負荷11.75?MW的換成了設計熱負荷為9.8?MW的燃燒器。在投入正常使用后，經(jīng)檢測F103煙氣中的CO含量下降到了35×10^-6左右，同時爐膛負壓出現(xiàn)了很大的改善。

從以上事例中可以看出，燃燒器的選型發(fā)生偏差時，會導致爐膛燃燒情況發(fā)生變化，并且常規(guī)的調節(jié)手段都起不到作用，從而影響爐膛負壓的異常波動。

3 ?結論

加熱爐的爐膛負壓直接影響著加熱爐的燃燒情況，與其安全運行以及燃燒成本直接掛鉤，控制爐膛負壓穩(wěn)定是加熱爐平穩(wěn)運行的重中之重。無論是外界氣溫、煙氣溫度還是風門開度等的變化導致加熱爐爐膛負壓波動，都可以用常規(guī)手段進行調節(jié)，這就需要提高操作工對爐膛負壓的重視，精調細調保持負壓穩(wěn)定。當常規(guī)調節(jié)手段無法解決爐膛負壓波動的問題時，就需要重新去找出真正的誘因，例如上述所說的鼓引風機選型不符、燃燒器型號不對等現(xiàn)象，從而在源頭上解決問題。

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Analysis and Treatment of Factors Influencing

Negative Pressure in Heating Furnace

CHEN Ke

（CNOOC Ningbo Daxie?Petrochemical Co.，?Ltd.，?Ningbo Zhejiang 315812，?China）

Abstract：??The abnormal fluctuations in furnace negative pressure since the start of the cylindrical furnace and square furnace combustion system of the device were summarized and introduced. By comparing the changes in furnace negative pressure under different working conditions， the fluctuation reasons were analyzed from four aspects of temperature， air supply volume， nozzle selection and the state of the flue gas waste heat recovery system， and optimization measures were proposed.

Key words：?Furnace negative pressure; Temperature; Draught fan model selection; Fire nozzle model

收稿日期： 2023-06-15

作者簡介： 陳軻（1991-），男，浙江省紹興市人，工程師，2013年畢業(yè)于中國石油大學（華東）資源勘查工程專業(yè)，研究方向：連續(xù)重整以及芳烴抽提技術。