由于裂解爐的供熱對于裂解爐的工藝性能有直接影響,燃燒器的布置方案以及燃燒器自身的設(shè)計(jì)均會(huì)對供熱產(chǎn)生影響,從而影響裂解爐的工藝性能,尤其對裂解爐的運(yùn)行周期和輻射爐管的使用壽命造成很大影響。為保證燃燒器的設(shè)計(jì)能夠滿足裂解爐的熱量供給要求,一般要求燃燒器廠家在大批量制造之前進(jìn)行燃燒器的熱性能測試。測試在制造廠的特制測試爐上進(jìn)行,測試爐的高度接近實(shí)際裂解爐的高度,以模擬測試燃燒器在實(shí)際操作環(huán)境中的燃燒情況。通常要求進(jìn)行多個(gè)燃燒器的聯(lián)合測試,以模擬實(shí)際裂解爐的燃燒情況,驗(yàn)證燃燒器的設(shè)計(jì)是否滿足設(shè)計(jì)要求以及燃燒器之間是否存在火焰的相互干擾和熱量重疊。詳細(xì)試驗(yàn)要求、項(xiàng)目及步驟在AP I535及SH / T3602上有詳細(xì)規(guī)定。
目前,國內(nèi)已有多家乙烯裝置在裂解爐底部燃燒器增加了空氣預(yù)熱器,采用乙烯裝置余熱來預(yù)熱空氣,達(dá)到了節(jié)能的目的。但需要注意的是,由于空氣溫度的提高,導(dǎo)致燃燒速度加快,底部燃燒器的火焰高度變短,爐膛的熱量分布發(fā)生改變,高溫點(diǎn)下移。另一方面,增加空氣預(yù)熱器同時(shí)增加了空氣進(jìn)入爐膛的壓降,保持原有的膛負(fù)壓通常會(huì)造成供風(fēng)不足,也會(huì)影響到爐膛的熱量分布,從而對裂解爐的工藝性能和運(yùn)行周期造成影響。因此,在增加空氣預(yù)熱器時(shí)應(yīng)當(dāng)對燃燒器的實(shí)際情況進(jìn)行評估,預(yù)熱空氣溫度不要超過一定限度,防止由于增加空氣預(yù)熱器對裂解爐性能造成負(fù)面影響。
目前,大部分乙烯裝置裂解爐都采用乙烯裝置自產(chǎn)的甲烷尾氣做燃料,燃料中不含重組分,正常燃燒時(shí)不易產(chǎn)生結(jié)垢堵塞噴嘴的現(xiàn)象,但當(dāng)下游某些反應(yīng)器催化劑再生時(shí),有可能將部分顆粒帶入燃料氣系統(tǒng)導(dǎo)致燃燒器噴孔的堵塞。另一方面,大多數(shù)乙烯裝置都采用了火炬氣回收裝置,回收的火炬氣中可能含有的部分重組分尤其是雙烯烴在燃燒時(shí)很容易造成在噴孔附近結(jié)焦,導(dǎo)致噴孔的堵塞。操作時(shí)應(yīng)當(dāng)注意觀察,發(fā)現(xiàn)有燃燒器噴嘴堵塞的情況應(yīng)及時(shí)清理,防止噴嘴因冷卻不足而燒壞。具備條件的裝置應(yīng)在燃料氣系統(tǒng)設(shè)置過濾器或聚結(jié)器并對燃料氣管線進(jìn)行伴熱,防止燃料中的固體顆?；蛑亟M分液體進(jìn)入到燃燒器。由于裂解爐的實(shí)際操作工況十分復(fù)雜,燃燒器的供熱問題會(huì)導(dǎo)致各種問題。如爐膛局部溫度偏高,造成運(yùn)行周期縮短甚至輻射爐管斷裂損壞等情況。近年來隨著計(jì)算機(jī)硬件及計(jì)算機(jī)模擬軟件技術(shù)的進(jìn)步,在燃燒器的設(shè)計(jì)以及實(shí)際供熱問題的解決上大量使用計(jì)算流體力學(xué) (CFD )模擬技術(shù)。通過CFD模擬,可以得到燃料的燃燒狀況,煙氣在爐膛內(nèi)的流動(dòng)分布情況以及輻射爐膛內(nèi)的傳熱情況,甚至可以與輻射爐管內(nèi)的裂解反應(yīng)相結(jié)合,以了解傳熱對裂解反應(yīng)的影響。
目前,CFD技術(shù)在燃燒器的設(shè)計(jì)以及裂解爐設(shè)計(jì)上應(yīng)用十分廣泛。燃燒器制造廠應(yīng)用CFD技術(shù)對燃燒器的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算,可以對燃燒器的火焰形狀、燃燒狀況以及NOx、CO的排放作出較為準(zhǔn)確的預(yù)測,可以節(jié)省大量的實(shí)際燃燒試驗(yàn)的時(shí)間。裂解爐專利商應(yīng)用CFD技術(shù)對輻射爐膛進(jìn)行模擬計(jì)算,可為確定燃燒器的布置以及判斷燃燒器的性能是否滿足要求提供幫助,有助于解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問題。同時(shí)通過模擬,了解爐膛內(nèi)的煙氣流動(dòng)情況,可作為依據(jù)對爐膛的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。
