由于裂解炉的供热对于裂解炉的工艺性能有直接影响,燃烧器的布置方案以及燃烧器自身的设计均会对供热产生影响,从而影响裂解炉的工艺性能,尤其对裂解炉的运行周期和辐射炉管的使用寿命造成很大影响。为保证燃烧器的设计能够满足裂解炉的热量供给要求,一般要求燃烧器厂家在大批量制造之前进行燃烧器的热性能测试。测试在制造厂的特制测试炉上进行,测试炉的高度接近实际裂解炉的高度,以模拟测试燃烧器在实际操作环境中的燃烧情况。通常要求进行多个燃烧器的联合测试,以模拟实际裂解炉的燃烧情况,验证燃烧器的设计是否满足设计要求以及燃烧器之间是否存在火焰的相互干扰和热量重叠。详细试验要求、项目及步骤在AP I535及SH / T3602上有详细规定。
目前,国内已有多家乙烯装置在裂解炉底部燃烧器增加了空气预热器,采用乙烯装置余热来预热空气,达到了节能的目的。但需要注意的是,由于空气温度的提高,导致燃烧速度加快,底部燃烧器的火焰高度变短,炉膛的热量分布发生改变,高温点下移。另一方面,增加空气预热器同时增加了空气进入炉膛的压降,保持原有的膛负压通常会造成供风不足,也会影响到炉膛的热量分布,从而对裂解炉的工艺性能和运行周期造成影响。因此,在增加空气预热器时应当对燃烧器的实际情况进行评估,预热空气温度不要超过一定限度,防止由于增加空气预热器对裂解炉性能造成负面影响。
目前,大部分乙烯装置裂解炉都采用乙烯装置自产的甲烷尾气做燃料,燃料中不含重组分,正常燃烧时不易产生结垢堵塞喷嘴的现象,但当下游某些反应器催化剂再生时,有可能将部分颗粒带入燃料气系统导致燃烧器喷孔的堵塞。另一方面,大多数乙烯装置都采用了火炬气回收装置,回收的火炬气中可能含有的部分重组分尤其是双烯烃在燃烧时很容易造成在喷孔附近结焦,导致喷孔的堵塞。操作时应当注意观察,发现有燃烧器喷嘴堵塞的情况应及时清理,防止喷嘴因冷却不足而烧坏。具备条件的装置应在燃料气系统设置过滤器或聚结器并对燃料气管线进行伴热,防止燃料中的固体颗粒或重组分液体进入到燃烧器。由于裂解炉的实际操作工况十分复杂,燃烧器的供热问题会导致各种问题。如炉膛局部温度偏高,造成运行周期缩短甚至辐射炉管断裂损坏等情况。近年来随着计算机硬件及计算机模拟软件技术的进步,在燃烧器的设计以及实际供热问题的解决上大量使用计算流体力学 (CFD )模拟技术。通过CFD模拟,可以得到燃料的燃烧状况,烟气在炉膛内的流动分布情况以及辐射炉膛内的传热情况,甚至可以与辐射炉管内的裂解反应相结合,以了解传热对裂解反应的影响。
目前,CFD技术在燃烧器的设计以及裂解炉设计上应用十分广泛。燃烧器制造厂应用CFD技术对燃烧器的具体结构进行模拟计算,可以对燃烧器的火焰形状、燃烧状况以及NOx、CO的排放作出较为准确的预测,可以节省大量的实际燃烧试验的时间。裂解炉专利商应用CFD技术对辐射炉膛进行模拟计算,可为确定燃烧器的布置以及判断燃烧器的性能是否满足要求提供帮助,有助于解决实际生产中遇到的问题。同时通过模拟,了解炉膛内的烟气流动情况,可作为依据对炉膛的局部结构进行设计优化工作。
