天然气替代锅炉燃油在九江石化的应用

饶征(江西省九江石化，江西 九江 332004)

1 概述

九江石化4台燃油由于瓦斯气量不足，所烧燃料油占锅炉燃料的40%左右，增加了大量的生产成本。九江石化从川气东送管道工程九江末站引入天然气，以补充瓦斯不足供装置加热炉和动力锅炉燃烧用，设计输送能力为1.56亿方/年，同时对2#、3#、4#燃油锅炉燃烧器进行了改造。

2 天然气燃烧特性分析

因天然气97%的成分是甲烷，相对分子量约为16，故可近似以甲烷的性能来分析天然气。由于甲烷性质较稳定，因而决定了天然气着火温度较高，比瓦斯要求更高的最小点火能，而且点火的浓度范围也较窄。

2.1 理论空气量和理论烟气量

天然气理论空气量约为9.2m3/m3，理论烟气量为10.2m3/m3，理论耗氧量为2m3/m3，其燃烧所需要的实际空气量低于炼厂瓦斯燃烧（C1和C2组分）所需空气量约10m3/m3，天然气的热值是瓦斯热值的1.2倍，故瓦斯燃烧所需的空气量高于天然气燃烧所需的空气量。根据C、H组分的分析，重油（主要C10以上组分）燃烧所需空气量为炼厂瓦斯燃烧所需空气量的1.5倍以上。故天然气燃烧所需的空气量低于瓦斯和重油燃烧所需的空气量，实际烟气量少，排烟热损失较小

2.2 火焰特性及传播

天然气在锅炉和加热炉内的燃烧一般属于扩散式燃烧，形成扩散火焰。这种火焰发生在一个薄层里，当燃气流出火孔瞬间，燃气流股与周围空气相互隔开，然后迅速相互扩散，使燃气和空气形成混合的薄层在薄层燃烧，所形成的燃烧产物向薄层两侧扩散。薄层引燃后，燃气和空气要进行再接触就必须通过扩散穿透已然的薄层燃烧区的燃烧产物层。根据燃气从火孔流出速度的大小分为层流扩散火焰和湍流扩散火焰，层流扩散火焰以分子状态进行，湍流扩散火焰以分子团状态进行。

天然气的火焰传播速度相对于其他燃气偏小，因而导致天然气燃烧其火焰长度小于瓦斯和重油燃烧火焰长度。另外由于天然气分子量小，燃烧产生的火焰更易往上飘，更多的热量被带到了对流段，严重时会发生燃烧不完全，因此要注意控制配风。

天然气在燃烧过程中要注意控制燃气/空气的比例及气流速度（表征为风压），让火焰处于稳定的特征区内燃烧，有助于火焰燃烧的稳定性，从而防止脱火、离焰。

3 应用效果

3.1 对运行的影响

3.1.1 天然气燃烧需要的空气量低，燃用天然气可降低总风量,降低风机电耗，烟气量也会减少，从而降低了锅炉的排烟热损失。

3.1.2 在原有的基础上扩大了燃烧器一、二次风口的截面积，锅炉送风机送风能力提高，改造后锅炉带负荷能力明显增强。

3.1.3 燃烧器改造后旋流效果增强，能有效提高空气与燃烧的混合，提高燃烧效率。

3.1.4 天然气洁净，燃烧后在锅炉尾部几乎不会造成积灰，有效增加了尾部受热面的换热效果，降低了排烟温度，减少了排烟热损失。

3.2 经济社会效益

2012年1 月该项目顺利投用2年多以来运行效果良好，2012年月平均天然气消耗量为1000吨，减少渣油消耗为1160吨，再加上公用工程（除盐水、电、蒸汽）的消耗降低，每月可节省的燃动成本为157万元。减少的炭排放量为0.27吨炭/吨油当量，约每年可减少炭排放约3700吨。每年还可以减少大量的NOX和SO2的排放，有效降低了对环境造成的污染。

4 存在的问题及改进措施

4.1 在天然气投用后，锅炉平均排烟温度从最初的156℃最低降低到110℃，由于忽视了锅炉燃用含硫量高的低压瓦斯，导致锅炉排烟温度长期低于露点温度，最终导致3#炉下层省煤器发生严重的腐蚀，2#炉热管空气预热器、灰斗、引风机叶轮发生了严重腐蚀，造成了较大的经济损失。2#炉采取投用暖风器，提供热风温度；3、4#炉增加了一台锅炉给水加热器，提高了给水温度20℃才解决了露点腐蚀的问题。

4.2 燃烧器改造后，由于新燃烧器旋流较强，造成在燃油时会发生脱火和离焰的现象，2#炉尤为明显，调整雾化蒸汽压力不能得到有效改善。通过多次试运行后，将原油枪雾化角度由90°调整到60°后，并通过改变油枪深入到燃烧器的深度，脱火和离焰的现象有了明显的改善。

4.3 天然气由于浓度高，压力高，应特别注意安全操作。在点火前尤其要注意加强通风，吹扫炉膛，最好采取先点长明灯，再点主燃烧器。锅炉应该配有安全防护装置和紧急停车装置，在燃料的管路上应设有紧急联锁切断阀，一旦出现异常，立即自动关闭燃气，防止威胁人身和设备安全的事故发生。

5 结语

天然气作为一种清洁型燃料，具有热值高、环境污染小、利用效率高、资源丰富的优点，作为工业锅炉或加热炉燃料是非常经济、环保的，尤其是替代高价值的燃料油能够取得很大的经济、社会效益，在化工行业中也得到了较好的应用。

[1]徐文渊,蒋长安.天然气利用手册（第二版）.北京：中国石化出版社，2006.

[2]中国石油天然气股份有限公司.天然气工业管理实用手册.北京:石油工业出版社,2005.2

[3]张良鹤.天然气集输工程.北京:石油工业出版社,2001.

[4]周文涛,程先文.燃油锅炉操作法.九江石化动力运行部.Q/J JJSH0900328-2013.