摘 要 NOx是造成大气污染的主要污染物之一，危害着人身健康和大气环境，工业加热炉烟气排放量巨大，烟气中NOx的排放指标达标是企业必须遵守的法律规范，是我们燃烧技术控制和钻研的重点。通过NOx生成机理，采用先进、环保、节能的低氮燃烧器仍是我们降低炼厂加热炉NOx排放的主要手段[1]。针对中韩石化S Zorb装置加热炉F101烟气偶尔出现排放异常情况进行原因分析，并及时调整。本文通过S Zorb加热炉燃烧器选型、改造及操作情况进行介绍、分析，找出烟气NOx超标的原因并进行调整，确保加热炉运行安全、环保、节能。
关键词 S Zorb NOx 燃烧器 加热炉 瓦斯
中图分类号：X74 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）11-0004-03
1 S Zorb装置加热炉运行概况
中韩（武汉）石油化工有限公司（简称中韩石化）S Zorb催化汽油吸附脱硫装置（简称S Zorb装置）设计处理量150万吨/年，采用康菲（ConocoPhillips）S Zorb脱硫专利技术包，于2016年建成投产。装置主要有进料与脱硫反应、吸附剂再生、吸附剂循环和产品稳定四个生产单元，进料与脱硫反应单元设置进料反应加热炉1座，工艺位号为F101，用于加热混氢汽油后进入加氢反应器。
F101设计热负荷7.9MW，炉型为对流+辐射立管立式圆筒炉，配套烟气余热回收系统，设置强制通风与自然通风。加热炉设计8台底烧圆火焰低氮气体燃烧器，单台功率2.0MW，燃料为炼油装置系统瓦斯+稳定塔回流罐气相部分，主要成分见表1。
F101设计炉膛温度659℃，新建装置设计时烟气排放要求：NOx<100mg/Nm3，CO<40ppm。
加热炉燃烧器选用某公司第二代低氮燃烧器，单台功率2.0MW，采用分级燃烧+烟气回流组合技术结构，一级气枪与二级气枪的燃料比例为20：80，不带比例调节，主要通过一级中心枪富氧燃烧降低中心枪火焰温度、二级外围气枪的贫氧燃烧和烟气回流降低火焰温度来控制NOx生成。正常运行NOx排放在65～90mg/Nm3，符合2015年7月国家颁布《石油炼制工业污染物排放标准》（GB31570-2015）的新环保要求。
随着中石化持续深化NOx减排工作，烟气NOx的排放指标近几年逐步调整。2020年9月，中石化制定《臭氧污染防治专项行动方案》，对重点企业、重点区域NOx排放浓度制定了控制目标，中韩石化列为重点企业范围，NOx排放浓度指标为60mg/Nm3。排放指标的调整给我们加热炉及锅炉的燃烧控制带来更高的要求，推进燃烧器设计制造不断更新换代。
2020年大修期间，由于S Zorb加热炉F101排放NOx浓度不满足新要求，我们针对8台燃烧器进行了更新，选用某公司设计制造的低氮燃烧器，采用分级燃烧+浓淡燃烧技术组合结构，内外气枪采用45：55的燃料比例，且带比例调节阀组，设计指标为烟气NOx排放指标≯60 mg/Nm3。
2 低氮燃烧器简介
2.1 氮氧化物产生机理
此文章仅考虑燃烧产生的氮氧化物，燃烧过程中所产生的氮的氧化物主要为一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），一般把这两种氮的氧化物称为氮氧化物（NOx）。引用大量实验结果，燃烧时产生的NOx主要为NO，平均约占95%，而NO2占5%左右。[2]
化学反应为：N2+O2→NO，NO+O2→NO2
燃烧时NOx的生成机理通常有三种：
1.瞬发型，指在低温、富燃料条件下，燃料较短停留在火焰时，N2氧化成NO，化学反应为CH+N2→HCN+N，N+O→NO。
2.燃料转化型，燃料中的含氮元素物质（NH3、HCN等）燃烧时氧化生成。
3.热力型，指参与燃烧空气中的N2在高温下与O2反应生成NOx。热力型NOx是炼厂加热炉产生NOx主要机理。[3]
热力型NOx的生成量和燃烧温度高低有关，在温度足够高时，热力型NOx的生成量可占到NOx总量的90%，随着反应温度的升高，其反应速率按指数规律增加。根据实验数据，1500K（约1300℃）为热力型NOx急剧增加的温度起点，温度每增加100℃，NOx反应速率增大10倍以上。
工业上通过改进燃烧技术，通常采用的方法为分级燃烧、贫氧燃烧、浓淡燃烧和烟气循环等。通过降低氧含量、加大烟气回流，降低火焰温度来减少NOx的形成和排放，以上方法均基于热力型NOx机理。
炼化企业所用加热炉或者锅炉，均由风机将大气空气送入炉膛进行燃烧，燃气型燃烧器燃料多采用炼厂自产干气，主要以含H2、C1～C5烃类为主，所以，控制氮氧化物的生成，主要还是从燃烧器入手，通过控制火焰燃烧的温度，使其在较低温度下进行燃烧，减少氮氧化物的产生。
2.2 中韩石化低氮燃烧器使用情况
按照《石油炼制工业污染物排放标准》（GB31570-2015）的要求，中韩石化对全厂加热炉进行了低氮燃烧器的改造。共计更换瓦斯枪200套、更换燃烧器124台。
改造后，2017年下半年全厂加热炉SO2均值为7mg/Nm3，NOx均值为67mg/Nm3，烟尘均值为6.8mg/l，部分加氢装置加热炉烟气CO超过100ppm，经过运行發现，改低氮后火嘴堵塞和CO的排放超标是比较突出的问题。
3 F101运行问题及原因分析
3.1 第一个运行周期
新装置于2016年建成投产，F101运行正常，但外排烟气NOx处于65～90mg/Nm3波动，存在部分时段数据超标的情况。通过现场仔细观察发现，现场燃烧器共计点火4个燃烧器，燃烧器的火焰发散，外围二级瓦斯气枪基本处于未点燃状态，与设计有差别，中心一级气枪无法点燃二级枪。