KBR_乙烯裂解炉烧嘴

D. B. Spicer, G. Stephens ExxonMobil Chemical 2009年9月 乙烯裂解炉烧嘴（及其他乙烯裂解炉烧嘴（及其他SCSC--11技术发展）技术发展） KBR烯烃会议：北京，2009年9月 乙烯裂解炉烧嘴（及最新乙烯裂解炉烧嘴（及最新SCSC--11技术发展）技术发展）  乙烯裂解炉烧嘴要求 – 安全、工艺、环保、维护  ExxonMobil LN2-C烧嘴的开发 – 早期烧嘴 – 技术开发  LN2-C烧嘴的性能 – 在试验裂解炉中 – 在商用裂解炉中  SC-1裂解炉的持续开发 – 更大能力的裂解炉 本文所述性能反映了ExxonMobil Chemical在使用SC-1裂解炉时所获得的历史性数据，由KBR提供 给第三方SC-1裂解炉项目的性能预测及保证值将反映具体项目的操作条件。 乙烯裂解炉烧嘴要求：安全运行乙烯裂解炉烧嘴要求：安全运行  烧嘴稳定性在正常工况下通常表现良好 – 较高的乙烯裂解炉炉膛温度有助于稳定燃烧 – 典型的烯烃工厂尾气（10 - 70%（体积含量）H2）有助于稳定燃烧  裂解炉投用是一个特别重要的阶段 – 炉膛处于冷态且存在大量空气 – 炉膛负压可能高于正常情况（引风机未启动） – 燃料气压力可能波动  开车也要求具有稳定性 /备用燃料组分稳定 – 甲烷/天然气的火焰速度较低（不含氢） – 有时必须针对用乙烷或丙烷作为备用燃料的情况进行 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计  目标： – 在富含空气及冷态炉膛的条件下使用天然气燃烧开车的稳定性 – 随着在裂解炉升温在过氧含量状态下燃烧继续保持稳定 乙烯裂解炉烧嘴：工艺性能乙烯裂解炉烧嘴：工艺性能  传热曲线与炉管管壁温度曲线相吻合 – SC-1 炉管特别适合100% 炉底燃烧 – 工艺介质温度低/烟气温度高，在炉膛低部 – 工艺介质温度高/烟气温度低，在炉膛上部 – 结果：合理利用辐射炉管传热表面  强劲的火焰不受“低温”辐射管产生的向下气流影响 – 对炉膛尺寸的设计要求高 – 进入炉膛时更高的射流动量是一个明显的优点 – 火焰不稳会导致火焰飘移接触管壁，以致局部管壁温度过高  孔口结垢耐受性能相当重要 – 所有烯烃工厂的燃料气中都存在一定量的烯烃 – 最佳 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 ：采用大口径接管 – 受到直接热辐射的接管中，结垢速度更快  低NOx操作 – 乙烯裂解炉炉膛温度高则会容易产生NOx 乙烯裂解炉烧嘴：降低乙烯裂解炉烧嘴：降低 NONOxx的技术的技术  分段燃烧（分段注入燃料或者空气） – 一次燃烧区富含燃料-空气或者燃料......低火焰温度......在二次燃烧区之前一 些热量已通过辐射被释放 – 分段注入燃料，即有多个小孔径的孔板（通常受到辐射热） – 分段注入燃料即在正常燃烧条件下，一次燃烧区富含空气（尤其是在点火时 ）  烟气循环（FGR） – 稀释火焰，降低火焰温度 – 关键在维持低成本和高可靠性的同时提高烟气循环率  蒸汽注入 – 如果与燃料混合则非常高效（在燃烧方面的文献中常见的方法） – 如果与空气混合但未与燃料充分混合，则对NOx影响较小 – 烯烃工厂，特别是液体原料的烯烃厂中，通常可以低成本得到低压蒸汽 – 成功关键：将蒸汽与燃料气安全混合的方法 乙烯裂解炉烧嘴：底部燃烧的优势乙烯裂解炉烧嘴：底部燃烧的优势  操作方便 – 所有烧嘴调整和维护都可在地面上进行 – 在需要时烧嘴的调节更方便 – 启动点火时无需在炉子上部操作  设计灵活，成本效益高 – 降低了用于空气预热和燃气透平排气的管道成本 – 仅炉底有燃料气管道 – 可以使用大容量烧嘴......减少所需的烧嘴数量  满足 SC-1 炉管的低 NOx要求 – 所有烧嘴都处于相同的气流条件下......使所有烧嘴的空气流通量均匀一致 – 一次火焰面对辐射管的低温部分......火焰面对的”heat sink”温度越低，NOx生成 量越低  要求：烧嘴不应易出现火焰翻滚 LN2LN2--C C 烧嘴开发：起点（烧嘴开发：起点（LN1LN1--CC）） 参考：美国专利号5,092,761 美国专利号4,629,413 Primary Air Secondary Air Fuel Gas FGR Staged Air Secondary Combustion Primary Combustion Furnace Floor Primary Air Secondary Air Fuel Gas FGR Staged Air Secondary Combustion Primary Combustion Furnace Floor 二次燃烧 一次燃烧 分级 空气 裂解炉 底部 二次空气 一次空气 可选 蒸汽 燃料气 二次燃烧 一次燃烧 分级 空气 裂解炉 底部 二次 空气 一次空气 燃料气 LN2LN2--C C 烧嘴开发：起点（烧嘴开发：起点（LN1LN1--CC））  LN1-C烧嘴 – 分段注入空气、烟气循环烧嘴，可选择注入蒸汽 – 部分预混合设计：文丘里提供烟气循环的驱动力。 – 文丘里提供安全混合蒸汽与燃料的场所。 • 可使用低压蒸汽。  关键烧嘴属性 – 喷头的高动量（~ 300 ft/s，91 m/s）使火焰保持强劲、垂直 – 单独的大直径燃料接管，未暴露于辐射炉膛。 • 不易结垢 – 分段注入空气设计：一次燃烧区富含燃料 • 启动时趋近理论配比......烧嘴稳态起燃 – 便于维护。烧嘴部件可在裂解炉操作过程中脱离  NOx浓度： – 无蒸汽注入时，0.08 至 0.10 lb/MBtu（HHV）（140 至180 mg/Nm3） – 注入蒸汽时，低至 0.05 lb/MBtu（HHV）（90 mg/Nm3）  在大量 ExxonMobil 和 KBR SC-1 裂解炉中投用 LN2LN2--C C 烧嘴开发：新的烧嘴目标烧嘴开发：新的烧嘴目标 整体目标：保持 LN1-C 的优良性能并将 NOx降低 50% 为此，我们将重点放在了以下几方面：  提高烟气循环比 – 改善文丘里设计；优化流道 – 烟气循环率从约 8% 提高至16 – 20%  改进一次燃烧区中的空气-燃料比的控制 – 改进烧嘴头部结构 – 提高了烧嘴稳定性，同时降低了 NOx 排放  在烧嘴中的关键位置提供更好的混合效果 – 消除局部高O2浓度，避免局部产生大量的 NOx  防止炉膛循环中多余的O2进入一次火焰 – 因此烧嘴耐火砖周围使用耐火环 – 耐火环可进一步提高燃烧系统的稳定性，而且NOx不增加 LN2LN2--C C 烧嘴开发：结果烧嘴开发：结果 LN2LN2--C C 烧嘴开发：结果烧嘴开发：结果 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0 10 20 30 40 50 60 N O x（ lb /M Bt u H H V） 新烧嘴，试验裂解炉 -常温空气 新烧嘴，试验裂解炉 - 350F预热 空气 新烧嘴，商用乙烯裂解炉， 350F预热空气 上一代烧嘴，商用 乙烯裂解炉，常温空气 上一代SA/FGR 烧嘴 -商业数据，常温空气 新烧嘴 -商用 数据，350F空气预热 新烧嘴 -试验裂解炉 数据，350F空气预热 新烧嘴 -试验 裂解炉数据， 常温空气 脱硝蒸汽（lb/MBtu LHV） LN2LN2--C C 烧嘴开发：结果烧嘴开发：结果  在商用SC-1炉管中成功实现降低 NOx目标 – 验证数据：0.025 lb/MBtu（HHV）（45 mg/Nm3），使用常温空气并注入蒸汽 – 验证数据：0.035 lb/MBtu（HHV）（62 mg/Nm3），350 F空气预热并注入蒸汽  烧嘴稳定性比LN1-C更为优良或等同 – 达到降低NOx的目标，而且没有影响稳定性 – 烧嘴有配有长明灯和无长明灯两种  烧嘴噪音很低 – 在单独的烧嘴试验中，一个烧嘴1m距离测量的噪音< 80dBA  两种规格的烧嘴已实现商业化： – 最大 6.5 MBtu/hr（LHV）（1.9 MW） – 最大 8.5 MBtu/hr（LHV）（2.5 MW）......该烧嘴在试验中可达到10 MBtu/hr（2.9 MW）下试 验 – 已应用于 ExxonMobil 在新加坡及美国德州的多台 SC-1 裂解炉  获得大量美国专利，包括 6,877,980  KBR SCORE裂解炉技术是唯一授权设计此种烧嘴 SCSC--11裂解炉技术：持续开发裂解炉技术：持续开发  新型超大容量SC-1裂解炉最近已投产 – 燃烧负荷：525 MBtu/hr（LHV），154 MW – 64 个大容量 LN2-C 烧嘴 – 每台炉 8 组炉管，每组 40 根辐射管 forward, distribute, and/or photocopy this copyrighted document only if unaltered and complete, including all of its headers, footers, disclaimers, and other information. 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