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RCO焚烧炉系统设计

日期:2017-11-10  人气:

1燃烧空气的控制方案

焚烧炉的炉膛温度**取决于一次过剩空气量的多少。如果过剩空气量过大,则炉膛温度低,满足不了稳定燃烧的需要;如果过剩空气量过于接近化学比例,炉膛温度有可能达到2000℃以上,会对炉子的**运行造成严重威胁。炼油厂加热炉对过剩空气量的控制一般有两种做法:①烟气氧含量调节法:在炉膛烟气出口设置氧化锆分析仪,通过测量烟气中的氧含量来调节燃烧空气量。由于是在炉膛尾部测量,因此有**的滞后性。但其优点是能适应燃料组分多变的场合。②空气燃料比例调节法:在燃料管线设置流量计,在空气管线上设置流量计及调节阀,按照固定比例将空气流量控制在燃料量的倍数上。由于是燃烧前的测量与控制,因此能及时准确地反映燃料流量的变化,可确保对火焰温度的准确控制。其缺点是不能适应燃料组分多变的场合。如果燃料组分变化过大,还需设置燃料密度计对空燃比进行校正。该项目尾气组分非常稳定,因此非常适合比例调节法。经过燃烧计算,当炉膛温度为1100℃时,相应的空燃比为6.81,本项目按此数值锁定空燃比。

2采用双燃烧器解决大调节比

经过多方考虑,决定采用双燃烧器、双尾气管线、双燃烧空气管线的办法来实现1:40的大调解比。设想采用大、小两种燃烧器,操作中采用如下组合:①小流量时采用小燃烧器单独运行;②中流量时采用大燃烧器单独运行;③大流量时采用双燃烧器同时运行。运行范围为15-600m3/h,假定大、小两个燃烧器有相同的调节比P,则:小燃烧器能力:15-15Pm3/h;大燃烧器能力:15P-15P2m3/h;而大小燃烧器能力之和应满足600n m3/h的要求,即15P+15P2=600。求解上述方程得:P=5.84。即大小两个燃烧器,均采用5.84的调节比,即可满足系统1:40的调节比要求。大、小燃烧器的能力分别为:15-88,88-512 m3/h,而调节比为5.84的燃烧器则**是常规要求,没有特殊的设计难度。考虑到系统长期在88 m3/h附近运行时,有可能会出现两个燃烧器之间频繁切换、导致运行不稳定,因此实际采用的大小燃烧器的能力比理论值稍有扩大,使大小燃烧器能力略有重叠。有关阀门的控制值也做相应的调整。两个燃烧器的说法是从功能上区分的。实际在结构设计时,两个燃烧器仍然被组合在一起,统一布置,小燃烧器布置在中心位置,大燃烧器则环形布置在四周。大小燃烧器的区别在于它们的燃料及空气是分开供应、分开控制的。采用组合式燃烧器能实现的**调节比仍有潜力可挖。理论上讲,在维持每个燃烧器1:8调节比的前提下,双组合式燃烧系统**可以实现72倍的调节比例。

3风机与二次风管线

风机的正常运行区间在1:6之内。超出此范围,将不可避免地进入低效率甚至喘振范围。风机的关停需要一整套阀门、挡板的切换,不能采用大小两台风机来解决问题。炉膛内完成焚烧的烟气出口温度是1100℃,在排入大气之前需要用二次掺和空气将其冷却至350℃以下。焚烧介质中没有腐蚀成分,对排烟温度无下限要求。可充分利用二次掺和风管线,作为风机稳定运行的“调节旁路”。即**工况下将排烟温度设计在350℃,而在小工况下,多余空气**通过二次掺和风道排入烟囱。在最终的PID图中(见图2),把二次风调节做成了一个风机出口的压控,即通过调节二次掺和风的流量来确保风机出口压力的稳定,不管一次燃烧用风如何变化,单一风机仍能稳定运行在一个固定的流量、压力上。

4烟囱高度

烟囱高度一般由两个因素决定:烟气污染物排放和炉内负压要求。项目**设备都被组合进了框架内。原来的火炬和焚烧炉都就放置在38.5m高的混凝土框架上。不必再考虑烟囱的排放要求。常规管式加热炉均要求炉膛在负压下操作,以防止炉体有高温烟气泄漏。该负压一般由烟囱高度或引风机来保证。但对于本焚烧炉而言,由于炉体简单,很容易实现密闭,不需要对炉膛提负压要求。综上所述,本焚烧炉对烟囱高度无任何功能上的要求。仅在平面布置时需要考虑把烟气出口避开周边其它设备平台。实际设计中二次掺和风入口以上的烟囱高度仅取为不足1m。

5焚烧炉采用立式结构

下游带有余热回收或其它换热设备的焚烧炉,不能单独要求其采用立式或是卧式,要结合下游设备进行综合考虑。而对于无余热回收设备、烟气经冷风混兑后直接排放的焚烧炉,一般不建议采用立式结构,原因如下。采用冷风混兑的立式焚烧炉,冷风进入炉膛后总是有向炉膛底部回流的趋势。炉膛温度计的指示将随冷风流量变动。若炉膛温度参与燃料量或者一次风流量控制,则整个控制将陷入混乱。而卧式结构焚烧炉能**避开此问题。本次设计破例采用了立式结构。其原因为:①焚烧炉是临时添加设备,只能在38.5m高平台上找到有限的位置,不允许采用卧式布置;②烟囱极短,实际上二次混兑空气可以直接携带烟气流出烟道,而不在炉膛内产生回流;③炉膛上的温度计仅仅用作显示,不参与控制,即使不准也不会导致控制逻辑混乱。

6其他特点

6.1远程自动点火

因为点火有**风险,加热炉一般不用远程自动点火。但由于本焚烧炉地处框架的最顶部,整个装置的介质亦属于高度危害,应尽量减少作业人员到现场,要求实现远程点火。点火棒设置长明灯上,点火系统与长明灯一体化,整个点火系统采用当地控制柜,用PLC自动控制。RCO尾气及燃烧空气则由装置的DCS系**一控制。

6.2低压降流量计

经过比较,选用一种新型的调整型流量计。其节流元件为4个圆孔,对管内流体流态进行调整改善。其压差仅需要100Pa,即可测量1:10的流量变化,精度可保证0.5%,对直管段的要求仅为前1.0D、后0.5D,**满足本项目要求。

6.3取消三门一板

根据本项目的特点,设计中取消了**的三门一板。①取消烟气挡板:本炉子不需要对炉体内烟气压力做任何保证或调整,因此取消烟气挡板;②取消防爆门:取消烟囱挡板后,烟气在炉膛出口**敞口运行,炉膛内即使有闪爆也可以通过烟囱自由排放,不需要防爆门进行泄压;③取消看火门:由于燃烧器上已设置有密闭的看火孔,可以观察火焰燃烧的情况,本炉内又没有炉管需要密切观察,因此决定取消炉体看火门;④取消人孔门:本项目中,炉衬是在车间内预制的,不需现场炉衬施工。设置人孔门仅仅是检修时用。由于炉膛操作温度达到1100℃,人孔需厚重的耐火结构,其开闭麻烦。全炉高度仅为4m,检修人员**可通过炉顶敞口烟道进入炉膛内查看。人孔取消之后,炉体平台也顺理取消。全炉仅设一个通高的立梯,所有的仪表均布置在立梯两侧。炉膛内部需要检修时可从立梯顶部翻入。

6.4采用可塑料衬里

焚烧炉选用可塑捣打料作为炉衬,其优点如下:①耐火度高,残余收缩率小,具有较好的耐熔渣侵蚀性能,最适合耐热震性要求高的焚烧炉;②没有砖缝,不会因砖缝开裂造成烟气窜出;③施工时含水量很少,无需烘炉即有较高强度,施工完成两天即可进行长距离运输;④采用非金属锚固件,可以承受较高炉膛温度。即使炉衬偶有局部脱落,也不会因此造成炉衬的连续破坏;⑤可塑料采用捣打成形,可灵活实现各种特殊结构外形要求;⑥对化学气氛耐受性好,可以与腐蚀性、还原性气氛直接接触。炉子耐火面炉衬最终采用R-160,**使用温度1600℃。考虑到焚烧炉的操作温度变化幅度大,炉衬采用较高的温度富余量是必要的。选用的炉衬是可塑料中等级较低的一种,既物美价廉又稳妥可靠。

 

 


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