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【摘 要】一台真空加热炉烟气排放CO超标，经过现场调查和检测，从炉膛燃烧空间、燃烧时间、燃气压力、配风量等方面进行重点分析，找出原因，采取有针对性的措施，最终使排放达标。
【关键词】真空加热炉；一氧化碳；烟气排放；超标；治理
1. 前言
江苏油田黄四接转站真空加热炉投产后，节能环保部门组织对投运后烟气排放进行监测，结果发现正常带负荷运行时CO严重超标，显示数据为9600ppm，不符合江苏油田环境监测部门的要求。一氧化碳的排放超标，说明存在燃料不完全燃烧，不仅浪费能源而且污染环境，这与当前国家要求改善空气质量、提高人民生活环境的政策导向背道而驰，因此应找到排放超标原因，彻底解决排放超标问题。全文进行了详尽的现场调查和层层深入的原因分析，有针对性的提出了解决措施并取得了良好的治理效果。
2. 燃气CO超标排放的危害
（1）CO是燃烧过程中生成的污染物之一。大气中的CO是含碳物质不完全燃烧的产物。CO是一种无色、无臭、无刺激性的有毒气体，几乎不溶于水，在空气中不易与其他物质产生化学反应，故可在大气中停留2～3年之久。
（2）CO超标排放将导致局部大气污染，对人体健康有一定危害。严重时将导致呼吸道疾病。
（3）CO是不完全燃烧的产物之一，造成大量的资源浪费。
（4）CO超标排放还会形成锅炉燃烧室及烟管积碳、结焦，影响炉体的正常运行甚至导致锅炉安全事故。
3. CO超标排放原因分析
3.1 非常良好的燃烧过程，要求燃料和氧气达到一定的比例和充分混合，加之适宜的燃烧温度和滞留时间，最终会燃烧生成CO2，将CO降低到标准范围内。
因此，保证燃料完全燃烧是防止发生CO的超标排放的主要途径。
（1）本案例中的真空炉是一种常压供热装置，负压运行，不受特种设备安全监察。其工作原理是燃烧器将燃料充分燃烧，通过辐射，传导和对流将热量传递给锅壳内的中间介质——水，水受热沸腾产生蒸汽，蒸汽与低温的盘管壁换热后，冷凝成水，将热量传递给盘管换热器内流动的原油。凝结后的水掉回水面继续被加热汽化，如此循环往复，实现加热炉的换热。
（2）造成燃料不完全燃烧的因素很多，燃料品质是否符合燃烧器设计要求、燃气压力和流量是否满足炉体功率范围、炉体燃烧空间和结构是否合适、燃烧器是否调节到最佳燃烧状态等等，以上所述都有可能引起燃料不完全燃烧，导致CO排放超标。
3.2 经过锅炉燃烧状况的观察和分析，确定燃烧不完全发CO超标排放的主要原因：
（1） 燃料燃烧在炉膛内停留时间短。
（2） 燃料的供给量和配风量不匹配。
（3） 其他因素。
4. 治理方案
4.1 燃料燃烧炉膛内停留时间的控制。
该真空加热炉为两回程结构，烟气在炉内停留时间比一般常见三回程加热炉短，考虑到烟气在炉膛烟道内的扰动性差，烟气在燃烧机吹扫及烟囱的抽力下，烟气在炉膛内停留的时间较短，可能存在部分燃料没有完全燃烧即被排出，引起CO排放超标。此炉型为卧式内燃式，在不改变烟管结构的情况下，为了延长燃气在炉膛停留时间，采取在烟管内增加螺旋式扰流片的方案，打开烟箱门在烟管里装入不锈钢材质，规格（mm）为38*2*2000的扰流片以减缓烟气流动速度，在烟管的一头用挂钩固定住，不仅防止震动产生噪音，还防止锅炉长时间运行中扰流片发生移位，确保燃气足够的燃烧时间。
4.2 燃气风压与炉膛背压的控制。
首先打开烟箱门检查炉膛及烟管，清理烟管内积碳。然后通过检测手段测试炉膛背压均小于燃烧器各个输出功率段风压曲线对应的允许背压值。燃气风压曲线与炉膛背压能匹配，且能克服烟道内烟气流动阻力。通过烟气分析仪对排烟参数检测显示含氧量峰值达到12%，计算空气过剩系数，计算公式为：
α=大气含氧量/（大气含氧量-烟气实测含氧量） （1）
式中：α——空气过剩系数
O2在环境空气的含量为20.9%，烟气实测值O2含量为12%。
α=20.9%/（20.9%-12%）=2.35，与《石油企业节能监测综合评价方法》中，数值要求≤1.5相比较，可知空气过剩系数严重偏大。可以看出供风过大，由于该情况的出现会降低炉膛内温度，恶化燃烧环境，燃气在低温条件难以燃尽形成CO排入大气。为保证炉体正常运行和节能，配风量应在合理范围内。燃烧器燃烧需要的空气是由燃烧机机膛内部的风叶轮输送，其工频电机转速固定，通过风门挡板的开启角度调节供风量。故可以通过调节燃烧器进风门和凸轮机构的方式，优化各种负荷状态配风，监测排烟含氧量变化，调节空气过剩系数在合理范围内。
4.3 燃气供气压力和流量的控制。
现场运行中燃气压力表读数在点火及调节增大功率时存在下降和抖动现象，推断燃气流动阻力偏大，燃气流量受限。现场燃气减压阀安装位置距燃烧器较远，且低压燃气管线弯头多直径较小。大负荷运行时气压接近2.5KPa，已经低于燃烧器正常运行范围3～7KPa。当燃气压力过低时天然气出口湍流不剧烈和空气混合不够充分，存在引发不完全燃烧的可能性。当炉膛压力波动时，甚至存在燃气被气堵或间断流出的现象，影响稳定运行。为此可以通过调高燃气减压阀出口压力缓解矛盾，同时在现场将减压阀出口至燃烧器的低压管线增设一条复线以弥补沿程阻力。该项因施工周期长，未作关键因素考虑。
4.4 燃烧空间分析。
首先通过查阅加热炉结构图和燃烧器技术资料核实炉膛内空
间是否满足燃烧需要。该炉型采用的燃烧器型号为百得Comist250-DSPNM 燃气量及功率调节范围为123～338Nm3/h，1100～3300KW。按最大输出功率查阅产品技术手册火焰尺寸为：直径0.72m、长度2.8m（图1）。所对应的加热炉炉胆尺寸为：内径0.83m，长度4.37m。核查炉型数据，能满足燃烧器最大功率时火焰尺寸。
5. 结束语
通过对不完全燃烧可能存在情况的分析，得出燃料燃烧时间短和燃烧器进风量过大两个关键原因，在后续现场处理上，一是在烟道加设绕流片，来降低烟气流速增加燃气在炉膛内停留时间；二是通过调节燃烧器凸轮伺服机构，优化空气燃气进炉比例，保证充分混合使得燃烧更充分；三是改变燃烧器进气风门开闭角度，对进风量进行单独调节，降低空气过剩系数。经过上述技术措施后，对烟气排放情况检测，仪表显示烟气中CO含量为75ppm。结果表明加热炉烟气排放CO超标现象得到成功解决，该案例可以为处理类似加热炉烟气排放CO超标情况进行参考。
参考文献
[1] 袁恩熙，工程流体力学[M]石油工业出版社，1999.
[2] 杨世铭，陶文铨 传热学[M] 高等教育出版社，第三版 1998.
【关键词】真空加热炉；一氧化碳；烟气排放；超标；治理
1. 前言
江苏油田黄四接转站真空加热炉投产后，节能环保部门组织对投运后烟气排放进行监测，结果发现正常带负荷运行时CO严重超标，显示数据为9600ppm，不符合江苏油田环境监测部门的要求。一氧化碳的排放超标，说明存在燃料不完全燃烧，不仅浪费能源而且污染环境，这与当前国家要求改善空气质量、提高人民生活环境的政策导向背道而驰，因此应找到排放超标原因，彻底解决排放超标问题。全文进行了详尽的现场调查和层层深入的原因分析，有针对性的提出了解决措施并取得了良好的治理效果。
2. 燃气CO超标排放的危害
（1）CO是燃烧过程中生成的污染物之一。大气中的CO是含碳物质不完全燃烧的产物。CO是一种无色、无臭、无刺激性的有毒气体，几乎不溶于水，在空气中不易与其他物质产生化学反应，故可在大气中停留2～3年之久。
（2）CO超标排放将导致局部大气污染，对人体健康有一定危害。严重时将导致呼吸道疾病。
（3）CO是不完全燃烧的产物之一，造成大量的资源浪费。
（4）CO超标排放还会形成锅炉燃烧室及烟管积碳、结焦，影响炉体的正常运行甚至导致锅炉安全事故。
3. CO超标排放原因分析
3.1 非常良好的燃烧过程，要求燃料和氧气达到一定的比例和充分混合，加之适宜的燃烧温度和滞留时间，最终会燃烧生成CO2，将CO降低到标准范围内。
因此，保证燃料完全燃烧是防止发生CO的超标排放的主要途径。
（1）本案例中的真空炉是一种常压供热装置，负压运行，不受特种设备安全监察。其工作原理是燃烧器将燃料充分燃烧，通过辐射，传导和对流将热量传递给锅壳内的中间介质——水，水受热沸腾产生蒸汽，蒸汽与低温的盘管壁换热后，冷凝成水，将热量传递给盘管换热器内流动的原油。凝结后的水掉回水面继续被加热汽化，如此循环往复，实现加热炉的换热。
（2）造成燃料不完全燃烧的因素很多，燃料品质是否符合燃烧器设计要求、燃气压力和流量是否满足炉体功率范围、炉体燃烧空间和结构是否合适、燃烧器是否调节到最佳燃烧状态等等，以上所述都有可能引起燃料不完全燃烧，导致CO排放超标。
3.2 经过锅炉燃烧状况的观察和分析，确定燃烧不完全发CO超标排放的主要原因：
（1） 燃料燃烧在炉膛内停留时间短。
（2） 燃料的供给量和配风量不匹配。
（3） 其他因素。
4. 治理方案
4.1 燃料燃烧炉膛内停留时间的控制。
该真空加热炉为两回程结构，烟气在炉内停留时间比一般常见三回程加热炉短，考虑到烟气在炉膛烟道内的扰动性差，烟气在燃烧机吹扫及烟囱的抽力下，烟气在炉膛内停留的时间较短，可能存在部分燃料没有完全燃烧即被排出，引起CO排放超标。此炉型为卧式内燃式，在不改变烟管结构的情况下，为了延长燃气在炉膛停留时间，采取在烟管内增加螺旋式扰流片的方案，打开烟箱门在烟管里装入不锈钢材质，规格（mm）为38*2*2000的扰流片以减缓烟气流动速度，在烟管的一头用挂钩固定住，不仅防止震动产生噪音，还防止锅炉长时间运行中扰流片发生移位，确保燃气足够的燃烧时间。
4.2 燃气风压与炉膛背压的控制。
首先打开烟箱门检查炉膛及烟管，清理烟管内积碳。然后通过检测手段测试炉膛背压均小于燃烧器各个输出功率段风压曲线对应的允许背压值。燃气风压曲线与炉膛背压能匹配，且能克服烟道内烟气流动阻力。通过烟气分析仪对排烟参数检测显示含氧量峰值达到12%，计算空气过剩系数，计算公式为：
α=大气含氧量/（大气含氧量-烟气实测含氧量） （1）
式中：α——空气过剩系数
O2在环境空气的含量为20.9%，烟气实测值O2含量为12%。
α=20.9%/（20.9%-12%）=2.35，与《石油企业节能监测综合评价方法》中，数值要求≤1.5相比较，可知空气过剩系数严重偏大。可以看出供风过大，由于该情况的出现会降低炉膛内温度，恶化燃烧环境，燃气在低温条件难以燃尽形成CO排入大气。为保证炉体正常运行和节能，配风量应在合理范围内。燃烧器燃烧需要的空气是由燃烧机机膛内部的风叶轮输送，其工频电机转速固定，通过风门挡板的开启角度调节供风量。故可以通过调节燃烧器进风门和凸轮机构的方式，优化各种负荷状态配风，监测排烟含氧量变化，调节空气过剩系数在合理范围内。
4.3 燃气供气压力和流量的控制。
现场运行中燃气压力表读数在点火及调节增大功率时存在下降和抖动现象，推断燃气流动阻力偏大，燃气流量受限。现场燃气减压阀安装位置距燃烧器较远，且低压燃气管线弯头多直径较小。大负荷运行时气压接近2.5KPa，已经低于燃烧器正常运行范围3～7KPa。当燃气压力过低时天然气出口湍流不剧烈和空气混合不够充分，存在引发不完全燃烧的可能性。当炉膛压力波动时，甚至存在燃气被气堵或间断流出的现象，影响稳定运行。为此可以通过调高燃气减压阀出口压力缓解矛盾，同时在现场将减压阀出口至燃烧器的低压管线增设一条复线以弥补沿程阻力。该项因施工周期长，未作关键因素考虑。
4.4 燃烧空间分析。
首先通过查阅加热炉结构图和燃烧器技术资料核实炉膛内空
间是否满足燃烧需要。该炉型采用的燃烧器型号为百得Comist250-DSPNM 燃气量及功率调节范围为123～338Nm3/h，1100～3300KW。按最大输出功率查阅产品技术手册火焰尺寸为：直径0.72m、长度2.8m（图1）。所对应的加热炉炉胆尺寸为：内径0.83m，长度4.37m。核查炉型数据，能满足燃烧器最大功率时火焰尺寸。
5. 结束语
通过对不完全燃烧可能存在情况的分析，得出燃料燃烧时间短和燃烧器进风量过大两个关键原因，在后续现场处理上，一是在烟道加设绕流片，来降低烟气流速增加燃气在炉膛内停留时间；二是通过调节燃烧器凸轮伺服机构，优化空气燃气进炉比例，保证充分混合使得燃烧更充分；三是改变燃烧器进气风门开闭角度，对进风量进行单独调节，降低空气过剩系数。经过上述技术措施后，对烟气排放情况检测，仪表显示烟气中CO含量为75ppm。结果表明加热炉烟气排放CO超标现象得到成功解决，该案例可以为处理类似加热炉烟气排放CO超标情况进行参考。
参考文献
[1] 袁恩熙，工程流体力学[M]石油工业出版社，1999.
[2] 杨世铭，陶文铨 传热学[M] 高等教育出版社，第三版 1998.