CN104964305B - 一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，在管式加热炉对流段增加燃料气低压降预热器，低热值燃料气首先经燃料气低压降预热器预热至100‑500℃，然后通入到管式加热炉中，采用高热值燃料气为辅助掺混燃料气，通过辅助掺混燃料气管路进入管式加热炉中，采用常温空气为助燃空气，不需要预热，通过负压抽吸或风机送入管式加热炉中，在管式加热炉内进行稳定燃烧。与现有技术相比，本发明在燃烧低热值燃料气管式加热炉领域应用价值明显，运行周期长，可靠性和安全性高，工程投资省，为管式加热炉采用低热值燃料气的稳定燃烧提供了一种完善方法。

Description

一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法

技术领域

本发明属于管式加热炉领域，尤其是涉及一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法。

背景技术

目前，石油化工企业在油品及化工品生产过程中，产生多种大量低热值副产气体燃料，主要包括灵活焦化气，脱附气，各类煤气等，都是清洁的燃料气，但是热值相对较低。根据发热量气体燃料可以分为三类：发热量大于15107kJ/m3为高热值燃料，发热量在(6128～15107)kJ/Nm3为中热值燃料，发热量小于6128kJ/Nm3时为低热值燃料。燃料的热值越低，其燃烧越难控制组织。灵活焦化气CO为20％左右，氢气H2为15％左右，热值仅为5000kJ/Nm3左右，属于典型的低热值燃料气。

如果能将灵活焦化气这类低热值的燃料气用于石油化工管式加热炉，则可以省出高热值利用价值高的炼厂气，一方面可以综合利用低热值燃料气，提高附产低热值燃料气工艺的总体收益，另一方面可以提高炼厂气的综合利用价值。

燃烧理论表明，可燃气体的稳定燃烧必须满足三个条件：达到着火温度、燃气浓度在着火极限内、燃气与空气均匀混合。当采用灵活焦化气这类低热值的燃料气作为管式加热炉燃料时，存在的最为主要的问题：

(1)热值较低，含大量惰性气体，着火困难，燃烧温度达不到要求；

(2)燃料量相对较大，燃烧不稳定，不充分，不但造成大量能量浪费，而且污染环境。

改善燃气着火特性，在理论上可采取的措施有：提高火焰温度；掺烧着火极限下限小的燃气，即高热值的燃料气；通过燃烧器制造局部高浓度高温区域。

结合燃气着火理论，针对这类低热值的燃料气在石油化工企业的综合利用，工程上出了很多工艺方法和设备，已有的主要有：借助双燃料燃烧器，低热值燃料气掺烧高热值的炼厂气；预热助燃空气；改善燃烧器的局部高温特性。

从全厂能量利用的角度，如果有大量低热值难利用的燃料气，首先应该尽可能的利用低热值难利用的燃料气，尽可能少烧高热值利用价值大的炼厂气；单纯预热空气时，不可燃组分(N2和CO2)较多，导致烟气量较大，能量无效的来回传递循环，直接导致能耗较大，预热器较大，一次投资高，风机运行成本也高；大量的低热值气体燃烧时，尤其是在大型管式加热炉时，简单的改变燃烧器结构提高局部高温来稳定火焰，难以有效保证。

从节能、投资和运行成本上讲，要实现管式加热炉低热值燃气稳定燃烧的方法主要需要优化管式加热炉整个进料工艺流程，从能量有效利用的角度综合分析，本发明提出的低热值燃料气稳定燃烧的方法主要是燃料气预热，预热的途径有多种组合，也可以与现有的技术方案组合使用，充分保证整个加热炉低热值燃料气燃烧的稳定性。对于通过预热燃料气及组合方案的方法来提高低热值燃料气稳定燃烧的方法，目前在管式加热炉领域尚未有文献或专利报道，部分其他行业有应用预混燃烧器烧低热值燃料气时，空气和燃料气混合后通过蓄热体或换热器预热再进燃烧器，这种方法不适合管式加热炉扩散燃烧。

中国专利CN101852550A公开了一种管式工业加热炉,具体地一种可以水煤浆、天然气或燃油为燃料的立式多用途管式工业加热炉,加热炉采用圆形非等径设计,燃烧室直径小于辐射室,燃烧室侧面呈切圆布置有多个燃烧器,每个燃烧器均含有可切换的水煤浆及天然气或燃油喷嘴,燃烧室及灰渣斗内壁采用密度较轻的浇注料构成多层复合式衬里,水煤浆、天然气及燃油均能稳定燃烧,燃烧效果好,炉效高,实现了一炉多用途,特别适合化工、石化行业应用于煤代油改造，但是该种加热炉并不能实现对低热值燃料气进行稳定燃烧。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，解决石油化工企业在生产过程中，产生的低热值气体燃料合理有效利用问题，利用燃料气在管式加热炉对流段或者换热器中加热到较高温度，同时提出利于低热值燃料气稳定燃烧的多种组合方案，充分保证低热值燃料气在管式加热炉内高效稳定燃烧。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，采用以下步骤：

(1)在管式加热炉对流段增加燃料气低压降预热器，低热值燃料气首先经燃料气低压降预热器预热至100-500℃，然后通入到管式加热炉中；

(2)采用高热值燃料气为辅助掺混燃料气，通过辅助掺混燃料气管路进入管式加热炉中；

(3)采用常温空气为助燃空气，不需要预热，通过负压抽吸或风机送入管式加热炉中；

(4)辅助掺混燃料气与低热值燃料气按体积比为1：40～1：70混合，控制管式加热炉的温度为700-900℃，管式加热炉的辐射室顶部压力为-100～0Pa(g)，进行稳定燃烧。

所述的管式加热炉内采用双燃料燃烧器，可以同时进两种燃料气和助燃空气，两种燃料气分各路进入，与助燃空气实现扩散分级燃烧，均化炉内温度场，实现低氮氧化物的环保燃烧，避免生成高温氮氧化物。

所述的燃料气低压降预热器可以采用扰流子换热器或者管式换热器或者板式换热器，该燃料气低压降预热器的结构形式简单，制造安装方便，传热效率高，安全可靠，可以在压降较低的情况下，高效的将低热值燃料气预热到所需的最佳工艺温度。

在燃料气压力较低时，输送低热值燃料气的主燃料气管路上还可以增设风机。

该方法还可以不加入辅助掺混燃料气，低热值燃料气经燃料气低压降预热器预热至100-500℃，然后通入到管式加热炉中与助燃空气混合加热。

该方法还可以不加入辅助掺混燃料气，低热值燃料气及助燃空气经常规预热器预热至100-500℃，然后通入到管式加热炉中进行混合加热。

该方法还可以不加入辅助掺混燃料气，低热值燃料气经常规预热器预热至100-300℃，再经燃料气低压降预热器预热至300-500℃，然后通入到管式加热炉中与助燃空气混合加热。

所述的低热值燃料气包括常温的灵活焦化气，脱附气或煤气。

所述的辅助掺混燃料气包括常温的炼厂气、天然气或液化石油气，辅助掺混燃料气本身压力较高，在常温状况下经过减压后，通过辅助掺混燃料气管路进入双燃料燃烧器。

燃料气预热是低热值燃料气稳定燃烧的一个重要方案，可以节省高热值利用价值大的炼厂气，节省空气预热的一次投资和运行成本，充分保证低热值燃料气充分稳定燃烧，同时多种组合方案提出了更多的优化选择，可以根据石油化工企业的实际，择优选择。

本发明通过对目前石油化工管式加热炉进料流程进行优化改进，新增燃料气低压降预热器，在压降较低的情况下，快速将低热值燃料气预热到稳定燃烧所需的工艺温度，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)低热值燃料气预热后可以实现低热值燃料气的稳定燃烧，从而可以减小或者取消辅助燃料气，大大节省了热值高利用价值大的燃料气，同时提高了产生低热值燃料气装置的整体效率；

(2)低热值燃料气预热后，可以取消空气预热器和引风机，由于空气预热器尺寸较大，一次投资高，因此节省一次投资和后续运行费用；

(3)低热值燃料气预热到最佳工艺温度，燃烧强度高，能量利用率高，可以节约燃料；

(4)本发明提出了与低热值燃料气预热相关的多个组合工艺，可用性强，相互补充完善，可以充分保证整个方案的安全可靠；

(5)本发明工艺流程简单，投资费用较低，可以保证整体流程设备长周期运行。

附图说明

图1为实施例1中本工艺的示意图；

图2位实施例2中本工艺的示意图；

图3为实施例3中本工艺的示意图；

图4为实施例4中本工艺的示意图。

图中，1为主燃料气管路，11为预热器，2为助燃空气管路，21为助燃空气预热器，3为燃烧器，4为管式加热炉，5为烟气管路，6为燃料气低压降预热器，7为辅助掺混燃料气管路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种新的管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其工艺如图1所示，管式加热炉燃烧系统主要由燃料气和空气两部分组成，燃料气分为低热值燃料气和辅助掺混燃料气，本发明方法中低热值燃料气经过燃料气低压降预热器6加热后进入到燃烧器3，燃烧器3为双燃料燃烧器，燃料气低压降预热器6为扰流子换热器，然后在管式加热炉4内发生扩散燃烧。

低热值燃料气一般为炼厂中灵活焦化气，脱附气，各类煤气等，温度一般为常温。低热值燃料气经过主燃料气管路1首先进入到燃料气低压降预热器6，通过高温烟气预热到100-500℃。随后，高温低热值燃料气进入燃烧器3。辅助掺混燃料气一般为炼厂气、天然气或液化石油气，温度一般为常温，压力一般在0.6MPa，经过减压后直接通过辅助掺混燃料气管路7进入燃烧器3，空气为助燃空气，一般为常温，直接通过炉膛的负压抽吸就可以进入到燃烧器3，不需要增加鼓风机。

高温低热值燃料气、辅助掺混燃料气和常温空气通过燃烧器3进入到管式加热炉4发生燃烧反应，辅助掺混燃料气与低热值燃料气按体积比为1：40～1：70混合，控制管式加热炉的温度为700-900℃，辐射室顶部压力为-100～0Pa(g)，进行稳定燃烧。在本实施例在，辅助掺混燃料气与低热值燃料气按体积比为1：58混合，控制管式加热炉的温度为800℃，辐射室顶部压力为-20Pa，进行稳定燃烧。

燃烧器为双燃料燃烧器，由于燃料气是高温气体，在管式加热炉4内发生剧烈的燃烧，热强度相对较高，传热效果好，可以提高能量利用率，节省燃料。同时空气不预热时可以节省换热器和风机的一次投资费用和运行费用。

在管式加热炉4内燃烧后的高温烟气经过加热炉省煤器后的温度一般在170℃左右，通过烟气管路5直接排放。

低热值燃料气预热并掺混高热值气体高强度燃烧时，一方面可以稳定低热值燃料气的燃烧，另一方面低热值燃料的能量利用率可以提高5％-15％。

实施例2

一种新的管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其工艺如图2所示，大体与实施例1相同，不同之处在于，不掺烧辅助掺混燃料气，不需要辅助掺混燃料气管路7，仅有低热值燃料气经燃料气低压降预热器6预热至100-500℃后参与扩散燃烧，燃烧器采用常规低氮氧化物燃烧器，燃料气低压降预热器6为管式换热器。

低热值燃料气预热高强度燃烧时，一方面可以稳定低热值燃料气的燃烧，另一方面低热值燃料的能量利用率可以提高2％-12％。

实施例3

一种新的管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其工艺如图3所示，大体与实施例1相同，不同之处在于，不掺烧辅助掺混燃料气，不需要辅助掺混燃料气管路7，仅有低热值燃料气经预热器11预热至100-500℃后参与扩散燃烧，同时助燃空气经助燃空气预热器22预热至100-500℃，燃烧器3为双预热低氮氧化物燃烧器，助燃空气预热器22的热源可以是多种热源，如高温烟气或中低压蒸汽。

低热值燃料气和空气同时预热高强度燃烧时，一方面可以稳定低热值燃料气的燃烧，另一方面低热值燃料的能量利用率可以提高5％-15％。

实施例4

一种新的管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其工艺如图4所示，大体与实施例1相同，不同之处在于，不掺烧辅助掺混燃料气，不需要辅助掺混燃料气管路7，低热值燃料气首先经低热值燃料气经预热器11预热至100-300℃，然后再经燃料气低压降预热器6预热至300-500℃后参与扩散燃烧，燃烧器3为常规低氮氧化物燃烧器，预热器11的热源可以是多种热源，如高温烟气或中低压蒸汽。

低热值燃料气预热高强度燃烧时，一方面可以稳定低热值燃料气的燃烧，另一方面低热值燃料的能量利用率可以提高2％-12％。

在本发明基础上衍生的其他组合方案，都属于本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：

(1)在管式加热炉对流段增加燃料气低压降预热器，低热值燃料气首先经燃料气低压降预热器预热至100-500℃，然后通入到管式加热炉中；

(2)采用高热值燃料气为辅助掺混燃料气，通过辅助掺混燃料气管路进入管式加热炉中；

(3)采用常温空气为助燃空气，不需要预热，通过负压抽吸或风机送入管式加热炉中；

(4)辅助掺混燃料气与低热值燃料气按体积比为1：40～1：70混合，控制管式加热炉的温度为700-900℃，管式加热炉的辐射室顶部压力为-100Pa～0Pa，进行稳定燃烧。

2.根据权利要求1所述的一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其特征在于，所述的管式加热炉内采用增加热强度，均化管式加热炉内流场，避免生成高温氮氧化物的双燃料燃烧器。

3.根据权利要求1所述的一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其特征在于，所述的燃料气低压降预热器为扰流子换热器或者管式换热器或者板式换热器。

4.根据权利要求1所述的一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其特征在于，输送低热值燃料气的主燃料气管路上还增加有风机。

5.根据权利要求1所述的一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其特征在于，该方法不加入辅助掺混燃料气，低热值燃料气经燃料气低压降预热器预热至100-500℃，然后通入到管式加热炉中与助燃空气混合加热。

6.根据权利要求1所述的一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其特征在于，该方法不加入辅助掺混燃料气，低热值燃料气及助燃空气经常规预热器预热至100-500℃，然后通入到管式加热炉中进行混合加热。

7.根据权利要求1所述的一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其特征在于，该方法不加入辅助掺混燃料气，低热值燃料气经常规预热器预热至100-300℃，再经燃料气低压降预热器预热至300-500℃，然后通入到管式加热炉中与助燃空气混合加热。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其特征在于，所述的低热值燃料气包括常温的灵活焦化气，脱附气或煤气。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的一种管式加热炉低热值燃料气稳定燃烧方法，其特征在于，所述的辅助掺混燃料气包括常温的炼厂气、天然气或液化石油气。