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

關(guān) ?鍵 ?詞：爐膛負(fù)壓；溫度；風(fēng)機(jī)選型；火嘴型號(hào)

中圖分類號(hào)：TQ054+.4 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ?????文章編號(hào)： 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(tái)圓爐以及4 臺(tái)方爐，所有加熱爐都采用負(fù)壓燃燒方式。加熱爐內(nèi)的負(fù)壓與空氣系數(shù)以及火嘴燃燒情況有直接的關(guān)系，影響整個(gè)加熱爐的運(yùn)行效率，因此加強(qiáng)爐膛負(fù)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(fù)壓的波動(dòng)不可避免，本裝置自投產(chǎn)至今出現(xiàn)過多次爐膛負(fù)壓異常波動(dòng)的問題，文中多方面分析了爐膛負(fù)壓的影響因素，并提出了解決辦法。

1 ?加熱爐爐膛負(fù)壓的形成與控制

1.1 ?加熱爐爐膛負(fù)壓的形成

本裝置中加熱爐爐膛負(fù)壓的形成有兩種方式：

1）圓筒爐負(fù)壓形成方式

本裝置圓筒爐投用煙氣余熱回收系統(tǒng)，其負(fù)壓由引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)打開引風(fēng)機(jī)入口閥后對(duì)煙道產(chǎn)生的抽力形成。強(qiáng)制通風(fēng)的加熱爐的爐膛負(fù)壓就是由引風(fēng)機(jī)抽力形成的。

2）方爐負(fù)壓形成方式

本裝置方爐采用自然通風(fēng)，其負(fù)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(duì)較高，密度較小，而煙囪外空氣溫度相對(duì)較低，密度較大，煙囪內(nèi)外就會(huì)形成密度差，這個(gè)密度差導(dǎo)致了煙囪抽力的產(chǎn)生。自然通風(fēng)的加熱爐的爐膛負(fù)壓就是由煙囪產(chǎn)生的抽力形成。

2 ?爐膛負(fù)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(duì)基礎(chǔ)的要求也越高，造價(jià)也會(huì)大幅度地提升，裝置會(huì)在設(shè)計(jì)中根據(jù)加熱爐負(fù)荷設(shè)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(duì)自然通風(fēng)的加熱爐而言，爐膛負(fù)壓主要由煙囪的抽力形成。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，煙囪內(nèi)的煙氣與煙氣外的空氣之間的密度差就會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)煙囪的抽力也會(huì)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(shí)，并不能很顯著地看出爐膛負(fù)壓的波動(dòng)情況。但是在突下暴雨等氣溫驟變的情況下，環(huán)境溫度會(huì)驟降，會(huì)引起爐膛負(fù)壓的劇烈波動(dòng)。這里選取突下暴雨溫度驟降時(shí)重整反應(yīng)加熱爐F202爐膛負(fù)壓的變化趨勢圖進(jìn)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(shí)爐膛負(fù)壓開始大幅度升高，從原來的-65?Pa上漲至-110?Pa，并且此時(shí)的煙道擋板是保持不變的，直到后來內(nèi)操手動(dòng)關(guān)小F202煙道擋板后負(fù)壓開始恢復(fù)正常。

綜上所述，對(duì)自然通風(fēng)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(shí)，會(huì)極大地影響爐膛負(fù)壓，此時(shí)就需要操作人員及時(shí)調(diào)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(huì)導(dǎo)致爐膛負(fù)壓的變化。本次選取2018年8月20號(hào)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(jìn)入煙囪變成直接進(jìn)入煙囪，導(dǎo)致煙囪內(nèi)煙氣溫度驟升的情況進(jìn)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(jìn)入煙囪，煙氣進(jìn)煙囪溫度由原來的130?℃驟升至240?℃，此時(shí)的方爐仍為自然通風(fēng)，煙氣直接進(jìn)入到同一個(gè)煙囪中。從圖中可以看出，在重整反應(yīng)加熱爐F202煙道擋板開度保持在33閥位的前提下，其爐膛負(fù)壓從-120?Pa上升至-150?Pa。這驗(yàn)證了當(dāng)其他條件不變的前提下，煙囪內(nèi)煙氣溫度升高，會(huì)使得爐膛負(fù)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(shí)，會(huì)造成爐膛負(fù)壓變大，要及時(shí)關(guān)小煙道擋板；排煙溫度突然降低時(shí)，會(huì)造成爐膛負(fù)壓變小，要及時(shí)開大煙道擋板。

2.4??風(fēng)門開度

爐膛負(fù)壓不僅與煙氣有關(guān)，與進(jìn)爐膛的空氣量也有密切的關(guān)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(fēng)道控制閥與F205爐膛氧含量當(dāng)時(shí)處于先控狀態(tài)，為達(dá)到目標(biāo)氧含量，風(fēng)道閥門迅速開大，導(dǎo)致爐膛負(fù)壓不斷減小，從-62?Pa減小至-7?Pa，其間煙道擋板開大了一個(gè)閥位后，爐膛負(fù)壓有短時(shí)間下降趨勢，但隨著風(fēng)門的不斷開大，爐膛負(fù)壓又開始重新減小，直至08：20左右風(fēng)門逐漸關(guān)小后，F(xiàn)205的爐膛負(fù)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(fēng)門開度直接影響著進(jìn)入爐膛的空氣量，當(dāng)風(fēng)門開大時(shí)，進(jìn)入爐膛的空氣量變多，爐膛負(fù)壓會(huì)變小；當(dāng)風(fēng)門關(guān)小時(shí)，進(jìn)入爐膛的空氣量變少，爐膛負(fù)壓會(huì)增大。

2.5??鼓引風(fēng)機(jī)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(fù)壓一直有較大的波動(dòng)，煙道擋板控制爐膛負(fù)壓的效果很差，在外界原因?qū)е仑?fù)壓波動(dòng)時(shí)，內(nèi)操需要經(jīng)常手動(dòng)調(diào)節(jié)煙道擋板來進(jìn)行控制，并且當(dāng)煙道擋板開度保持不變的情況下，爐膛的負(fù)壓仍然接近±50?Pa的波動(dòng)，原本設(shè)計(jì)煙道擋板自動(dòng)調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓的目標(biāo)根本無法實(shí)現(xiàn)。但是在余熱回收系統(tǒng)停用期間，此時(shí)由煙囪直接提供圓爐形成負(fù)壓的抽力時(shí)，爐膛負(fù)壓相比前后都有了很大的改善，從原先接近50?Pa的波動(dòng)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(fēng)機(jī)DCS參數(shù)，發(fā)現(xiàn)原鼓、引風(fēng)機(jī)入口閥門開度遠(yuǎn)低于預(yù)期開度。并且由于引風(fēng)機(jī)入口閥門一直保持著較小的開度，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)入口壓力波動(dòng)劇烈，接近200?Pa，極有可能是引起爐膛負(fù)壓波動(dòng)的根本原因。通過計(jì)算得出在重整最大負(fù)荷120%時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)入口空氣量約為78?953?Nm³/h，引風(fēng)機(jī)入口煙氣量約為84?707?Nm³/h。再通過查詢?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)得到原鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)流量為159?000 m³/h，原引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)流量為262?000 m³/h，遠(yuǎn)超理論最大值。隨后根據(jù)計(jì)算流量對(duì)鼓引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了重新選型，并且在大檢修中對(duì)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了更換。新鼓引風(fēng)機(jī)投用后，通過一段時(shí)間的觀察調(diào)整，在重整進(jìn)料達(dá)到90%負(fù)荷，引風(fēng)機(jī)入口閥門維持在57%左右，鼓風(fēng)機(jī)入口閥門開度維持在55%左右，相比原鼓引風(fēng)機(jī)有了很大的好轉(zhuǎn)。同時(shí)觀察各圓爐的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，負(fù)壓的波動(dòng)幅度有了很大的降低，目前圓爐的負(fù)壓已經(jīng)與煙道擋板投上了自動(dòng)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(fù)壓波動(dòng)難以調(diào)節(jié)，是由于風(fēng)機(jī)選型過大，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)入口閥門開度過小壓力波動(dòng)較大引起，在更換合適的風(fēng)機(jī)后，爐膛負(fù)壓波動(dòng)劇烈的情況得到了解決。 ????煙氣余熱回收系統(tǒng)風(fēng)機(jī)選型偏大不僅會(huì)導(dǎo)致爐膛壓力波動(dòng)，同時(shí)還會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)，在本次更換風(fēng)機(jī)后，不僅解決了負(fù)壓問題，更為公司節(jié)能降耗做出了貢獻(xiàn)。

2.6 ?燃燒器的選型

加熱爐燃燒器的選型也會(huì)引起爐膛負(fù)壓的波動(dòng)。不同結(jié)構(gòu)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(huì)導(dǎo)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(fù)壓的波動(dòng)。

重整加熱爐F103與另外4個(gè)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(gè)加熱爐不同，F(xiàn)103的爐膛負(fù)壓波動(dòng)情況要?jiǎng)×液芏?，?fù)壓最低能達(dá)到-250?Pa最高則出現(xiàn)25?Pa的正壓情況。F103與其他4個(gè)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(gè)圓筒爐并未出現(xiàn)這種情況。后對(duì)F103爐的煙氣CO含量進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)其CO含量嚴(yán)重超標(biāo)在2?000×10^-6左右，超過標(biāo)準(zhǔn)近20倍，這也是燃燒不完全的現(xiàn)象之一。因此對(duì)F103的燃燒器進(jìn)行了針對(duì)性檢查，發(fā)現(xiàn)其設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為11.75?MW，而實(shí)際熱負(fù)荷平均只有5.6?MW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，同時(shí)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(shè)計(jì)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(dǎo)致其爐膛負(fù)壓劇烈波動(dòng)。

找出原因之后，在大檢修中對(duì)燃燒器進(jìn)行了更換，將原來設(shè)計(jì)熱負(fù)荷11.75?MW的換成了設(shè)計(jì)熱負(fù)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(shí)爐膛負(fù)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(shí)，會(huì)導(dǎo)致爐膛燃燒情況發(fā)生變化，并且常規(guī)的調(diào)節(jié)手段都起不到作用，從而影響爐膛負(fù)壓的異常波動(dòng)。

3 ?結(jié)論

加熱爐的爐膛負(fù)壓直接影響著加熱爐的燃燒情況，與其安全運(yùn)行以及燃燒成本直接掛鉤，控制爐膛負(fù)壓穩(wěn)定是加熱爐平穩(wěn)運(yùn)行的重中之重。無論是外界氣溫、煙氣溫度還是風(fēng)門開度等的變化導(dǎo)致加熱爐爐膛負(fù)壓波動(dòng)，都可以用常規(guī)手段進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就需要提高操作工對(duì)爐膛負(fù)壓的重視，精調(diào)細(xì)調(diào)保持負(fù)壓穩(wěn)定。當(dāng)常規(guī)調(diào)節(jié)手段無法解決爐膛負(fù)壓波動(dòng)的問題時(shí)，就需要重新去找出真正的誘因，例如上述所說的鼓引風(fēng)機(jī)選型不符、燃燒器型號(hào)不對(duì)等現(xiàn)象，從而在源頭上解決問題。

參考文獻(xiàn)：

［1］王學(xué)聰.某連續(xù)重整裝置圓筒爐煙氣CO含量超標(biāo)治理［J］.化工管理，2019，14：48-49．

［2］張俊利，劉武.爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電氣控制改造[J].中國鉬業(yè)，2019，43（05）：55-56.

［3］樊春年，楊振元.鍋爐爐膛負(fù)壓的無模型自適應(yīng)控制研究[J].工業(yè)爐，2018，40（04）：21-24.

［4］李峰，李吉青，薛建成.加熱爐熱效率提升改造方案及效果分析[J].石化技術(shù)，2023，30（02）：28-30.

［5］張冬旭.煉油裝置管式加熱爐燃燒控制優(yōu)化[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2023，44（03）：28-32.

［6］戈琳.常減壓加熱爐余熱回收系統(tǒng)優(yōu)化措施[J].當(dāng)代石油石化，2023，31（04）：33-37.

［7］許雯，夏禹，謝舟.催化重整加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化改造[J].石油石化綠色低碳，2022，7（06）：30-34.

［8］王曦宏.連續(xù)重整反應(yīng)加熱爐煙氣余熱回收方案對(duì)比分析[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2022，43（03）：56-62．

［9］ 練弢，練澤平，劉劍，等.連續(xù)重整裝置加熱爐改造溫度場數(shù)值模擬研究及優(yōu)化[J].煉油技術(shù)與工程，2022，52（03）：37-42.

［10］袁峰，王鑫，倪鵬.常減壓裝置加熱爐自動(dòng)化控制優(yōu)化實(shí)踐[J].石化技術(shù)，2021，28（12）：15-17.

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(xué)（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(shù)。