[发明专利]一种提高管式加热炉热效率同时降低排烟中氮氧化物的方法

说明书

本发明属于一种提高管式加热炉热效率同时降低排烟氮氧化物(N0x)的方法。 

管式加热炉是化学工业中常用的加热设备，用于加热各类工业介质到特定的温度，通常加热炉的能量消耗占各类化工装置总能耗的60％以上，特殊装置如炼油工业中的常减压装置加热炉能量消耗占装置总能耗的80％以上，所以提高管式加热炉热效率对于化工装置节能降耗有着非同寻常的意义。 

通常管式加热炉辐射室辐射传热占总传热量的70％以上，相比而言，辐射室中对流传热则占较小比例。由于人们对辐射传热的研究已非常充分，通过再进一步提高管式加热炉辐射室辐射传热来提高综合热效率的空间已不大，反之，通过强化辐射室内对流传热来提高加热炉综合热效率则存有较大余地。 

为了提高辐射室对流传热强度，研究者们试验了很多办法，但这些办法多数是从燃烧器着手，如改变燃烧形式、火焰喷射角度及速度等，这些试验虽取得了一些成果，但未能取得突破性进展，而且实践证明仅从燃烧器着手强化辐射室对流传热存在负荷调节余地小、燃烧器喷嘴及火盆磨蚀严重等弊端。 

相比上述“被动型”强化辐射室对流传热，本发明提出了一种主动型强化辐射室对流传热的方法，即从管式加热炉对流段的烟气入口、中段或末段抽出一定量的烟气(通常为总烟气量的3～15％)，通过高温鼓风机增压，再根据炉型将增压后的烟气吹入加 热炉的底部、侧面、顶部等不同位置，从而使得辐射室内根据需要形成环流、旋流、局部回流等不同形式的流体场。针对具体项目进行设计时，应注意这些烟气的吹入不能使火焰直接接触到炉管而形成局部过热点，同时应计算好全炉烟气压降，使炉膛保持合适的真空度。 

虽然，这些较低温度的烟气吹入辐射室会使得辐射室局部温度及平均温度有所降低，从而对辐射室传热效率有减低的效应，但由于辐射室内流体湍流增加，对流传热强度大大增加，二者相权，辐射室内的总传热效率可以得到极大提高。而且，由于吹入的烟气量、烟气温度及吹入位置、角度、速度等都可以根据需要灵活调节，所以本发明对不同类型的管式加热炉及不同的工况条件都有广泛的适应性。 

同时，由于管式加热炉辐射室炉膛温度在800℃左右，特殊装置如石油化工中乙烯裂解炉炉膛温度达1100℃以上，在这样高的温度下，空气及燃料中的氮元素极易氧化生成造成大气污染的氮氧化物(NOx)，在合适的吹入点吹入前述比辐射室较低温度的烟气可以降低辐射室平均温度及燃料燃烧产生的超高温区的温度，从而大大降低氮氧化物的生成。 

本发明的目的在于提供一种提高管式加热炉热效率，同时降低排烟中氮氧化物的方法。其技术要点在于：(1)从管式加热炉对流段烟气入口、中段或末段抽出一定比例的烟气，经由高温鼓风机增压后吹入辐射室特定部位，改变辐射室内流体场分布状况，大幅度增加辐射室内对流传热以提高加热炉综合热效率。(2)由于辐射室内流体总量增加，为了使辐射室内流体场分布更趋合理， 在辐射室不同位置设置耐高温材料制成的折流挡板。(3)来自对流段的较低温度的烟气进入辐射段，使得辐射室的平均温度和燃烧器上方超高温区域的温度有所降低，从而减少了氮氧化物的生成。 

下面结合附图1对本发明作进一步的描述。 

如附图1所示，烟气可从对流段末段抽出口4、中段抽出口5、入口抽出口6抽出，根据不同工况条件，这些烟气的温度通常在150～650℃，经高温鼓风机7增压后，根据不同炉型、不同工况需要吹入管式加热炉辐射室1的底部吹入口8、侧面吹入口9、顶部吹入口10，吹入点宜选择在流体场自身存在涡流、旋流、回流之处，吹入方向的选择以能够加剧涡流、旋流、回流为宜，以达到用较小气流“撬动”大的流体场的“四两拨千斤”的作用，吹入的烟气不应吹向燃烧器3喷出的火焰以避免炉管局部过热，图示的烟气抽出口及吹入口可以独立使用或任意组合以达到最佳效果。根据需要，可以在辐射室内设置耐高温材料制成的配流/折流板。在以降低烟气中氮氧化物为目的的加热炉设计及改造中，吹入点宜朝向燃烧器3的上方1100℃以上的超高温区，以最大限度地减少氮氧化物的生成。 

附图说明：

附图1.管式加热炉烟气抽出及吹入示意图 

图中：1——管式加热炉辐射室 

      2——管式加热炉对流段 

      3——燃烧器 

      4——对流段末端烟气抽出口 

5——对流段中段烟气抽出口 

6——对流段入口烟气抽出口 

7——高温鼓风机 

8——管式加热炉底部烟气吹入口 

9——辐射室侧面烟气吹入口 

10——辐射室顶部烟气吹入口 

11——配流/折流板