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[摘 要]由于旧式的燃烧器存在技术落后、安全保护措施欠缺、操作复杂、安全隐患多、节能和环保不达标等问题，为适应当前炼油企业加热炉安全可靠、高效经济和低污染排放的运行要求，国内炼油企业逐步应用新型节能环保燃烧器。本文通过阐述W型环保燃烧器在燃烧效率、控制理念、节能环保、燃料保护等方面的技术性能，分析其具有燃烧效率高、节能环保、安全可靠、自动控制水平高等特点总结应用效果，为指导燃烧器选型和技术管理提供依据和参考。
[关键词]污染物；危害；加热炉；燃烧器；节能环保
中图分类号：TE969 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0136-01
引言
炼油加热炉使用的主要燃料是炼油装置自产的残渣油和副产气。这些燃料的主要成分是碳氢化合物，也不同程度地含有硫化物和氮化物，因此，它们燃烧后生成的烟气中就含有水（H2O）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）等。另外，空气中的N2在燃烧过程中也会生成 NOx。氮氧化物和硫氧化物是大家熟悉的大气污染物，国家已有限制排放的标准。因此，炼油企业要采用节能环保型燃烧器来解决污染物排放问题。
1 污染物的生成及其对环境的危害
炼油加热炉通过烟气排放的主要污染物是SOx和NOx硫化物，无论是有机的还是无机的，在燃烧过程中，硫都会被氧化成 SOx，其中主要是 SO2。SO2在空气中的浓度在1～5mg/m3时，可闻到臭味；浓度大于5mg/m3时，长时间吸入可引起心悸、呼吸困难等心肺疾病，重者可引起喉头水肿，甚至窒息。当炉膛内有过剩氧的存在时，一部分（约1%～3%）SO2将进一步氧化成SO3。SO3将与水蒸气在400℃以下生成硫酸蒸汽：SO3↑+H2O↑→H2SO4↑。硫酸蒸汽从烟囱进入大气后生成酸雨，危害动植物。此外，硫酸蒸汽还会在加热炉低温换热面和炉壁板上冷凝生成稀硫酸，造成露点腐蚀。燃烧过程中生成的 NOx中，90%以上是NO。 在较低温度下，NO氧化成 NO2。NO生成的机理有3种：快速转化型 P-NOx（Prompt NOx）是富烃类燃料燃烧时空气中的N2和O2在火焰面内高温下快速生成的；热转化型 T-NOx（Thermal NOx）是火焰面下游空气中的 N2和O2在高温下反应生成的；燃料转化型 F-NOx（Fuel NOx）是燃料中的氮化物燃烧时转化生成的。NOx中的NO是无毒的，但它很容易进一步氧化成毒性的NO2。NO2会损伤深部呼吸道，重者可致肺坏疽，NO2还对粘膜、神经系统和造血系统造成损害，吸入高浓度 NO2会造成窒息。
2 污染物排放限制标准
适用于炼油加热炉污染物排放的国家标准是GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》。该标准主要规定了排放浓度和排放速率。环境空气质量标准分级按 GB 3095—1996（2000）《环境空气质量标准 》的规定 ，一类区执行一级标准，二类区执行二级标準，三类区执行三级标准。 一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区；二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区；三类区为特定工业区。 一类区不允许有新污染源。 加热炉污染物都是通过排气筒（烟囱）排放的，属于有组织排放。炼油厂大多建在二类区，少部分建在三类区。本文所涉及的讨论均以二类区为主。如果根据排放速率计算的烟囱高度处于表列两个值之间，则其执行的最高允许排放高度一般用内插法计算。当根据排放速率计算的烟囱高度超出表列值时，用外推法确定允许排放高度。由此可见，炼油企业加热炉要采用环保节能型的燃烧器才能符合国家标准，才能做到高效低排零污染的企业。
3 燃烧器控制原理
燃烧过程产生的废气主要有3个途径：一是空气中的氮硫分子在高温下被氧化，生成Nox；二是燃料中含有的各种氮硫化物转化成Nox和Sox；三是在燃烧时，火焰面及其附近激发生成Nox和SOx。目前对固定燃烧器排放Nox和SOx的控制方法有：改善燃烧条件；控制燃烧气体在高温下的滞留时间；对燃油采取脱氮脱硫技术；降低燃料的含氮量含硫量；全氧燃烧，以避免空气中氮气和硫化物在高温下与氧气生成Nox和Sox；采用低Nox和SOx烧嘴；采用烟道Nox和SOx净化装置。
4 燃烧器的结构与技术指标
燃烧器一般根据使用燃料种类分为燃油（包括重油、其它燃料油等）燃烧器、燃气燃烧器、煤粉或煤浆燃烧器等。目前所用的工业油气两用燃烧器基本由燃料系统、送风系统、点火系统、监测系统、电控系统组成。各部分功能为：燃料系统—保证燃烧时所需的燃料；送风系统—向燃烧室里送入一定风速和风量的空气；点火系统—点燃空气与燃料的混合物；监测系统—保证燃烧器安全运行；电控系统是以上各系统的指挥中心和联络中心。为适应加热炉内燃烧过程的需要，确保加热炉等设备安全可靠、高效经济和低污染排放下运行，燃烧器应具有的主要技术性能包括：燃烧效率高，配风合理，保证燃料燃烧稳定、完全，烟气污染物排放指标达标。燃烧火焰形状及长度应与炉膛相适应，火焰充满度好，火焰温度与输出功率应符合加热炉的要求。调节性能好。燃烧器应能适应加热炉负荷的调节需要。点火和运行调节等操作方便，运行安全可靠；结构简单、紧凑；自动化程度高，维修方便。调风装置阻力小，运行噪声小。如果燃烧器的运行性能不好，将影响加热炉的燃烧工况，表现为：燃烧不完全，污染锅炉尾部受热面、排烟温度上升，甚至造成二次燃烧；可燃气体（或固体）未完全燃烧，热损失增加；油燃烧器出口或炉膛中结焦；出现熄火、回火甚至炉膛爆炸等事故。
5 新型环保燃烧器技术性能
W型环保燃烧器，它实质上是一种新型的利用航天技术制作的，它采用最先进的复合多级混合式雾化技术，突破国内燃烧器单级或最多2次混合的常规，并利用当代最先进的多流场叠加强引射等技术，强化了喷射、混合和扩散，完全消除了流体介质间的负性反应，使燃料油经油枪喷出后得到充分雾化、雾化粒径均低于30μm，从而极大地改善了燃烧质量，达到充分燃烧以控制污染物的排放量。该燃烧器具有如下特性：雾化效果好，雾化剂用量少。采用W理论及复合混合雾化技术强化了引射、混合扩散，完全消除流体介质的负性反应，减少雾化剂的用量，达到高速气化燃烧，控制NOx生成的目的。燃烧空气使用量少。使用WY型油枪，空气过剩系数仅为8%，风道压由294.20Pa上升到441.30 Pa，火焰刚性明显上升，提高了炉膛热效率。与一般燃烧器相比，可节能15%左右。负荷调节比大。油枪的负荷调节比是油枪的一个重要参数，该油枪的负荷调节比为1∶10，使燃嘴调节自如，解决了以往燃烧器投油量多而烧嘴燃烧不好、温度上不去的问题。油枪燃烧充分，无碳黑产生，低NOx生成。采用多流场叠加技术，获得燃烧状态最理想流场，达到强化燃烧和换热效果，获得最佳回流状态，解决了一般油枪易结焦、易堵塞而燃烧不充分的问题，火焰稳定性好。W型燃烧器火焰长度在0.3～10 m间，呈扁圆形，刚性强，能较好控制炉转化管温度，管排温差由原来的30℃以上可下调至20℃，火焰飘烧炉管现象得到遏制，雾化器清理迅速。W型燃烧器在雾化器端设有快速清理孔，一旦雾化器发生故障，只需打开清理孔几分钟即可排除故障恢复正常工作。适用于不同油品（渣油、原油），均可达到最佳燃烧效果，适合我国国情。雾化角范围大，适用于不同行业、不同设备。外形结构简单、合理。
[关键词]污染物；危害；加热炉；燃烧器；节能环保
中图分类号：TE969 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0136-01
引言
炼油加热炉使用的主要燃料是炼油装置自产的残渣油和副产气。这些燃料的主要成分是碳氢化合物，也不同程度地含有硫化物和氮化物，因此，它们燃烧后生成的烟气中就含有水（H2O）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）等。另外，空气中的N2在燃烧过程中也会生成 NOx。氮氧化物和硫氧化物是大家熟悉的大气污染物，国家已有限制排放的标准。因此，炼油企业要采用节能环保型燃烧器来解决污染物排放问题。
1 污染物的生成及其对环境的危害
炼油加热炉通过烟气排放的主要污染物是SOx和NOx硫化物，无论是有机的还是无机的，在燃烧过程中，硫都会被氧化成 SOx，其中主要是 SO2。SO2在空气中的浓度在1～5mg/m3时，可闻到臭味；浓度大于5mg/m3时，长时间吸入可引起心悸、呼吸困难等心肺疾病，重者可引起喉头水肿，甚至窒息。当炉膛内有过剩氧的存在时，一部分（约1%～3%）SO2将进一步氧化成SO3。SO3将与水蒸气在400℃以下生成硫酸蒸汽：SO3↑+H2O↑→H2SO4↑。硫酸蒸汽从烟囱进入大气后生成酸雨，危害动植物。此外，硫酸蒸汽还会在加热炉低温换热面和炉壁板上冷凝生成稀硫酸，造成露点腐蚀。燃烧过程中生成的 NOx中，90%以上是NO。 在较低温度下，NO氧化成 NO2。NO生成的机理有3种：快速转化型 P-NOx（Prompt NOx）是富烃类燃料燃烧时空气中的N2和O2在火焰面内高温下快速生成的；热转化型 T-NOx（Thermal NOx）是火焰面下游空气中的 N2和O2在高温下反应生成的；燃料转化型 F-NOx（Fuel NOx）是燃料中的氮化物燃烧时转化生成的。NOx中的NO是无毒的，但它很容易进一步氧化成毒性的NO2。NO2会损伤深部呼吸道，重者可致肺坏疽，NO2还对粘膜、神经系统和造血系统造成损害，吸入高浓度 NO2会造成窒息。
2 污染物排放限制标准
适用于炼油加热炉污染物排放的国家标准是GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》。该标准主要规定了排放浓度和排放速率。环境空气质量标准分级按 GB 3095—1996（2000）《环境空气质量标准 》的规定 ，一类区执行一级标准，二类区执行二级标準，三类区执行三级标准。 一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区；二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区；三类区为特定工业区。 一类区不允许有新污染源。 加热炉污染物都是通过排气筒（烟囱）排放的，属于有组织排放。炼油厂大多建在二类区，少部分建在三类区。本文所涉及的讨论均以二类区为主。如果根据排放速率计算的烟囱高度处于表列两个值之间，则其执行的最高允许排放高度一般用内插法计算。当根据排放速率计算的烟囱高度超出表列值时，用外推法确定允许排放高度。由此可见，炼油企业加热炉要采用环保节能型的燃烧器才能符合国家标准，才能做到高效低排零污染的企业。
3 燃烧器控制原理
燃烧过程产生的废气主要有3个途径：一是空气中的氮硫分子在高温下被氧化，生成Nox；二是燃料中含有的各种氮硫化物转化成Nox和Sox；三是在燃烧时，火焰面及其附近激发生成Nox和SOx。目前对固定燃烧器排放Nox和SOx的控制方法有：改善燃烧条件；控制燃烧气体在高温下的滞留时间；对燃油采取脱氮脱硫技术；降低燃料的含氮量含硫量；全氧燃烧，以避免空气中氮气和硫化物在高温下与氧气生成Nox和Sox；采用低Nox和SOx烧嘴；采用烟道Nox和SOx净化装置。
4 燃烧器的结构与技术指标
燃烧器一般根据使用燃料种类分为燃油（包括重油、其它燃料油等）燃烧器、燃气燃烧器、煤粉或煤浆燃烧器等。目前所用的工业油气两用燃烧器基本由燃料系统、送风系统、点火系统、监测系统、电控系统组成。各部分功能为：燃料系统—保证燃烧时所需的燃料；送风系统—向燃烧室里送入一定风速和风量的空气；点火系统—点燃空气与燃料的混合物；监测系统—保证燃烧器安全运行；电控系统是以上各系统的指挥中心和联络中心。为适应加热炉内燃烧过程的需要，确保加热炉等设备安全可靠、高效经济和低污染排放下运行，燃烧器应具有的主要技术性能包括：燃烧效率高，配风合理，保证燃料燃烧稳定、完全，烟气污染物排放指标达标。燃烧火焰形状及长度应与炉膛相适应，火焰充满度好，火焰温度与输出功率应符合加热炉的要求。调节性能好。燃烧器应能适应加热炉负荷的调节需要。点火和运行调节等操作方便，运行安全可靠；结构简单、紧凑；自动化程度高，维修方便。调风装置阻力小，运行噪声小。如果燃烧器的运行性能不好，将影响加热炉的燃烧工况，表现为：燃烧不完全，污染锅炉尾部受热面、排烟温度上升，甚至造成二次燃烧；可燃气体（或固体）未完全燃烧，热损失增加；油燃烧器出口或炉膛中结焦；出现熄火、回火甚至炉膛爆炸等事故。
5 新型环保燃烧器技术性能
W型环保燃烧器，它实质上是一种新型的利用航天技术制作的，它采用最先进的复合多级混合式雾化技术，突破国内燃烧器单级或最多2次混合的常规，并利用当代最先进的多流场叠加强引射等技术，强化了喷射、混合和扩散，完全消除了流体介质间的负性反应，使燃料油经油枪喷出后得到充分雾化、雾化粒径均低于30μm，从而极大地改善了燃烧质量，达到充分燃烧以控制污染物的排放量。该燃烧器具有如下特性：雾化效果好，雾化剂用量少。采用W理论及复合混合雾化技术强化了引射、混合扩散，完全消除流体介质的负性反应，减少雾化剂的用量，达到高速气化燃烧，控制NOx生成的目的。燃烧空气使用量少。使用WY型油枪，空气过剩系数仅为8%，风道压由294.20Pa上升到441.30 Pa，火焰刚性明显上升，提高了炉膛热效率。与一般燃烧器相比，可节能15%左右。负荷调节比大。油枪的负荷调节比是油枪的一个重要参数，该油枪的负荷调节比为1∶10，使燃嘴调节自如，解决了以往燃烧器投油量多而烧嘴燃烧不好、温度上不去的问题。油枪燃烧充分，无碳黑产生，低NOx生成。采用多流场叠加技术，获得燃烧状态最理想流场，达到强化燃烧和换热效果，获得最佳回流状态，解决了一般油枪易结焦、易堵塞而燃烧不充分的问题，火焰稳定性好。W型燃烧器火焰长度在0.3～10 m间，呈扁圆形，刚性强，能较好控制炉转化管温度，管排温差由原来的30℃以上可下调至20℃，火焰飘烧炉管现象得到遏制，雾化器清理迅速。W型燃烧器在雾化器端设有快速清理孔，一旦雾化器发生故障，只需打开清理孔几分钟即可排除故障恢复正常工作。适用于不同油品（渣油、原油），均可达到最佳燃烧效果，适合我国国情。雾化角范围大，适用于不同行业、不同设备。外形结构简单、合理。