加热炉炉膛负压影响因素分析及处理

摘      要：对装置圆筒炉以及方炉燃烧系统自开工以来炉膛负压的异常波动情况进行了归纳介绍，通过对比不同工况下炉膛负压的变化情况，从温度、供风量、火嘴选型和烟气余热回收系统状态四个方面进行了分析并提出优化措施。

关  键  词：炉膛负压；温度；风机选型；火嘴型号

中图分类号：TQ054+.4      文献标识码： A      文章编号： 1004-0935（2024）05-0784-03

文中涉及某公司连续重整和芳烃抽提两套装置，其中包含5台圆炉以及4 台方炉，所有加热炉都采用负压燃烧方式。加热炉内的负压与空气系数以及火嘴燃烧情况有直接的关系，影响整个加热炉的运行效率，因此加强炉膛负压控制也是装置节能减耗、降本增效的重要手段。但是在正常生产中炉膛负压的波动不可避免，本装置自投产至今出现过多次炉膛负压异常波动的问题，文中多方面分析了炉膛负压的影响因素，并提出了解决办法。

1  加热炉炉膛负压的形成与控制

1.1  加热炉炉膛负压的形成

本装置中加热炉炉膛负压的形成有两种方式：

1）圆筒炉负压形成方式

本装置圆筒炉投用烟气余热回收系统，其负压由引风机启动打开引风机入口阀后对烟道产生的抽力形成。强制通风的加热炉的炉膛负压就是由引风机抽力形成的。

2）方炉负压形成方式

本装置方炉采用自然通风，其负压由烟囱的抽力形成。而烟囱抽力的形成是由于烟囱内烟气温度相对较高，密度较小，而烟囱外空气温度相对较低，密度较大，烟囱内外就会形成密度差，这个密度差导致了烟囱抽力的产生。自然通风的加热炉的炉膛负压就是由烟囱产生的抽力形成。

2  炉膛负压的影响因素分析及处理

2.1  烟囱高度

烟囱的高度越高，所产生的抽力也就越大，但是烟囱越高，对基础的要求也越高，造价也会大幅度地提升，装置会在设计中根据加热炉负荷设定好烟囱的最合适高度，因此不在此讨论该因素。

2.2  环境温度

对自然通风的加热炉而言，炉膛负压主要由烟囱的抽力形成。当环境温度发生变化时，烟囱内的烟气与烟气外的空气之间的密度差就会发生变化，同时烟囱的抽力也会发生变化，从而影响炉膛内的压力。在气温平稳变化时，并不能很显著地看出炉膛负压的波动情况。但是在突下暴雨等气温骤变的情况下，环境温度会骤降，会引起炉膛负压的剧烈波动。这里选取突下暴雨温度骤降时重整反应加热炉F202炉膛负压的变化趋势图进行分析。

图1中所示，7：10左右开始下暴雨，环境温度迅速从28 ℃下降至25 ℃，同时炉膛负压开始大幅度升高，从原来的-65 Pa上涨至-110 Pa，并且此时的烟道挡板是保持不变的，直到后来内操手动关小F202烟道挡板后负压开始恢复正常。

综上所述，对自然通风的加热炉而言，在其他条件不变的情况下，由外界天气因素引起的环境温度骤变时，会极大地影响炉膛负压，此时就需要操作人员及时调节烟道挡板的开度来稳定炉子的燃烧情况。

2.3  烟气温度

相同于环境温度，烟气温度的骤变也会导致炉膛负压的变化。本次选取2018年8月20号10：00，圆炉切出烟气余热回收系统，烟气由原来通过烟气/空气换热器后进入烟囱变成直接进入烟囱，导致烟囱内烟气温度骤升的情况进行分析。

图2中所示圆炉的烟气余热回收系统切出后，烟气直接通过烟道旁路阀进入烟囱，烟气进烟囱温度由原来的130 ℃骤升至240 ℃，此时的方炉仍为自然通风，烟气直接进入到同一个烟囱中。从图中可以看出，在重整反应加热炉F202烟道挡板开度保持在33阀位的前提下，其炉膛负压从-120 Pa上升至-150 Pa。这验证了当其他条件不变的前提下，烟囱内烟气温度升高，会使得炉膛负压变大。

因此可以看出在其他条件不变的前提下，排烟温度突然升高时，会造成炉膛负压变大，要及时关小烟道挡板；排烟温度突然降低时，会造成炉膛负压变小，要及时开大烟道挡板。

2.4  风门开度

炉膛负压不仅与烟气有关，与进炉膛的空气量也有密切的关系。

图3中所示，从07：00开始，装置由于燃料气组分大幅度变重，炉膛氧含量从2.9%降至0.9%，而风道控制阀与F205炉膛氧含量当时处于先控状态，为达到目标氧含量，风道阀门迅速开大，导致炉膛负压不断减小，从-62 Pa减小至-7 Pa，其间烟道挡板开大了一个阀位后，炉膛负压有短时间下降趋势，但随着风门的不断开大，炉膛负压又开始重新减小，直至08：20左右风门逐渐关小后，F205的炉膛负压才稳步下降趋于稳定。

从以上分析可以看出，在其他因素不变的前提下，风门开度直接影响着进入炉膛的空气量，当风门开大时，进入炉膛的空气量变多，炉膛负压会变小；当风门关小时，进入炉膛的空气量变少，炉膛负压会增大。

2.5  鼓引风机选型

本装置自开工以来，带烟气余热回收系统的各圆炉的负压一直有较大的波动，烟道挡板控制炉膛负压的效果很差，在外界原因导致负压波动时，内操需要经常手动调节烟道挡板来进行控制，并且当烟道挡板开度保持不变的情况下，炉膛的负压仍然接近±50 Pa的波动，原本设计烟道挡板自动调节炉膛负压的目标根本无法实现。但是在余热回收系统停用期间，此时由烟囱直接提供圆炉形成负压的抽力时，炉膛负压相比前后都有了很大的改善，从原先接近50 Pa的波动降至10 Pa左右，烟道挡板的控制效果也变得十分灵敏有效。

通过分析旧鼓引风机DCS参数，发现原鼓、引风机入口阀门开度远低于预期开度。并且由于引风机入口阀门一直保持着较小的开度，导致引风机入口压力波动剧烈，接近200 Pa，极有可能是引起炉膛负压波动的根本原因。通过计算得出在重整最大负荷120%时，鼓风机入口空气量约为78 953 Nm³/h，引风机入口烟气量约为84 707 Nm³/h。再通过查询设计参数得到原鼓风机设计流量为159 000 m³/h，原引风机设计流量为262 000 m³/h，远超理论最大值。随后根据计算流量对鼓引风机进行了重新选型，并且在大检修中对两台风机进行了更换。新鼓引风机投用后，通过一段时间的观察调整，在重整进料达到90%负荷，引风机入口阀门维持在57%左右，鼓风机入口阀门开度维持在55%左右，相比原鼓引风机有了很大的好转。同时观察各圆炉的运转情况，负压的波动幅度有了很大的降低，目前圆炉的负压已经与烟道挡板投上了自动控制，并且十分稳定。

通过上述事例可以看出，该种情况下圆炉炉膛负压波动难以调节，是由于风机选型过大，导致风机入口阀门开度过小压力波动较大引起，在更换合适的风机后，炉膛负压波动剧烈的情况得到了解决。     烟气余热回收系统风机选型偏大不仅会导致炉膛压力波动，同时还会造成大量的能源浪费，在本次更换风机后，不仅解决了负压问题，更为公司节能降耗做出了贡献。

2.6  燃烧器的选型

加热炉燃烧器的选型也会引起炉膛负压的波动。不同结构的加热炉要选用不同形式的燃烧器，燃烧器的选型出现偏差，会导致火焰燃烧出现缺陷，燃料气与空气不能较好地平衡利用，从而引起炉膛负压的波动。

重整加热炉F103与另外4个圆筒炉一起共用一套烟气余热回收系统，但是与其他4个加热炉不同，F103的炉膛负压波动情况要剧烈很多，负压最低能达到-250 Pa最高则出现25 Pa的正压情况。F103与其他4个圆筒炉共用同一股燃料气、同一套烟气余热回收系统，而其他4个圆筒炉并未出现这种情况。后对F103炉的烟气CO含量进行了检测，发现其CO含量严重超标在2 000×10^-6左右，超过标准近20倍，这也是燃烧不完全的现象之一。因此对F103的燃烧器进行了针对性检查，发现其设计热负荷为11.75 MW，而实际热负荷平均只有5.6 MW，远远低于设计值，同时造成F103炉膛温度一直偏低，保持在550 ℃左右。而F103采用的是低NO_x燃烧器，其设计资料显示在炉膛温度低于650 ℃的情况下很容易出现燃烧不完全的情况。由于燃料气燃烧不完全，少量燃料气带至辐射室顶部发生尾燃现象，导致其炉膛负压剧烈波动。

找出原因之后，在大检修中对燃烧器进行了更换，将原来设计热负荷11.75 MW的换成了设计热负荷为9.8 MW的燃烧器。在投入正常使用后，经检测F103烟气中的CO含量下降到了35×10^-6左右，同时炉膛负压出现了很大的改善。

从以上事例中可以看出，燃烧器的选型发生偏差时，会导致炉膛燃烧情况发生变化，并且常规的调节手段都起不到作用，从而影响炉膛负压的异常波动。

3  结论

加热炉的炉膛负压直接影响着加热炉的燃烧情况，与其安全运行以及燃烧成本直接挂钩，控制炉膛负压稳定是加热炉平稳运行的重中之重。无论是外界气温、烟气温度还是风门开度等的变化导致加热炉炉膛负压波动，都可以用常规手段进行调节，这就需要提高操作工对炉膛负压的重视，精调细调保持负压稳定。当常规调节手段无法解决炉膛负压波动的问题时，就需要重新去找出真正的诱因，例如上述所说的鼓引风机选型不符、燃烧器型号不对等现象，从而在源头上解决问题。

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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

作者简介： 陈轲（1991-），男，浙江省绍兴市人，工程师，2013年毕业于中国石油大学（华东）资源勘查工程专业，研究方向：连续重整以及芳烃抽提技术。