加热炉排烟温度过高原因及解决方法

莫穆臣

一、现象及影响
加热炉排烟温度过高的问题表现状态通常包括以下几个方面：

烟囱出口温度升高：通过温度监测设备可以观察到烟囱出口的温度超过了正常运行时的设计温度；

加热效率降低：排烟温度过高通常意味着加热炉的热效率下降，因为更多的热量被携带出加热炉系统而不是被有效利用；

燃料消耗增加：随着排烟温度的升高，为了维持相同的介质工艺温度或装置产量，可能需要增加燃料的供给，不可避免的导致燃料消耗量增加；

运营成本上升：由于燃料消耗的增加和效率的降低，整体的运营成本也会随之上升；

对流段过热：长期在高排烟温度下运行可能大部分会伴随着加热炉的对流段过热，对流段的设计是为了从辐射段出口的热烟气中（桥墙温度650°C至1100°C）移除热量，并通过对流传热将热量从烟气传递给工艺介质及副产蒸汽等。对流段过热，热烟气导致碳钢加热器壳体和支撑对流段的结构钢过热，这可能会损坏管道、管道支撑和耐火材料，影响加热炉的整体运行；

二次燃烧风险：排烟温度过高及对流段的高温可能表明在对流段中发生了二次燃烧。二次燃烧可能是由于燃烧器喉口和炉膛内部缺乏过量氧气所导致的。空气泄漏到对流段，而烟气的温度足以在加热炉的对流段中引起燃烧反应的完成（二次燃烧）。二次燃烧将导致对流段管道翅片被破坏。管道翅片的损坏导致对流段的热传递损失。对流段内的二次燃烧最终可能导致管道故障；

加热炉体结构损坏：持续的高温可能导致加热炉结构材料的疲劳和损坏，尤其是对流段的区域，可能会发生变形或失效；

环境影响：排烟温度过高可能导致排放增加，对环境造成负面影响，包括增加温室气体排放和可能的NOx污染物排放；

维护需求增加：为了应对排烟温度过高带来的问题，可能需要更频繁的检查、清洁和维护工作，以防止设备损坏和性能下降；

解决排烟温度过高的问题通常需要对加热炉的操作参数、燃烧效率、设备维护状况以及可能的设计缺陷进行全面的评估和调整。

二、原因和措施
排烟温度过高和对流段超温可能是由共同的原因导致的，或者它们可能是不同原因导致的。一些较常见的原因如下：

2.1 过剩空气量。排烟温度过高最常见的原因是运行时过剩空气过多。如果工艺和对流段的温度在规定限值内，而只是排烟温度高，首先要检查的是烟气氧含量。如果过氧高于规定目标值，那么应采取措施减少通过燃烧器进入的空气。过量空气水平高导致排烟温度过高，是因为烟气质量流量增加降低了热传递效率。对流段的设计不能把更多的烟气流量至设计排烟温度。更高的空气和烟气流量通常也需要增加燃料量，以维持炉膛温度和加热炉的工艺要求；

2.2 辐射段顶部位置空气不足或正压；炉顶的正压可能导致烟囱温度和对流段温度都升高。如果烟囱的挡板关闭过多，会降低过剩空气并阻碍烟气流动。这导致在对流段形成“停滞”区域，使热烟气与对流管的接触时间延长。这可能导致管道金属温度、工艺温度过高，管道支撑失效和耐火材料失效；

2.3 对流管内部或外部结垢；外部结垢通常是由于燃烧过程中产生的烟气中含有的灰尘、盐类、硫化合物等沉积物积累在管道表面所致；管道内部工艺介质结焦、结垢或形成垢层，或翅片缺损，那么烟气温度将高于设计值；较高的烟气温度有助于烟气中颗粒物的沉积和结垢的形成，介质流速过低可能导致颗粒物在管道内沉积；

结垢影响：热传递效率降低：结垢层降低了管道的热传导率，使得热量不能有效地从烟气传递到工艺流体，导致烟气温度升高；压降增加：管道外的结垢会增加烟气的流动阻力，从而增加系统的压降，可能导致风机能耗增加。局部过热：结垢不均匀可能导致管道局部过热，增加管道损坏的风险。清洁和维护困难：结垢使得管道清洁和维护变得更加困难和成本高昂；
应该尽量选择低硫、低氯化物的清洁燃料，减少烟气中有害成分的含量；控制燃烧器烟气中的颗粒物；定期的管道清洁和维护；
2.4 烟气绕过对流管；热烟气将沿着到烟囱入口的最小阻力路径流动。这通常发生在对流段管道的末端，那里吸收热量的表面积最小。加热炉设计需要采取措施（例如折流体）减少这种绕过，避免大量热烟气在未向对流管传递足够热量的情况下到达烟囱；

2.5 燃烧器设计运行有问题；例如，因某种原因实际通过燃烧器进入炉膛的空气量是不足的，而加热炉整体操作氧含量运行在目标值；通过燃烧器喉口与燃料混合的燃烧反应不足，空气通过辐射段顶及过热段泄漏进加热炉，未燃尽的燃料在空气泄漏位置捕获空气，产生了二次燃烧；整体上看，本应该在辐射段中下部的热量上移到了辐射段顶部甚至到达过热段，而过热段设计不足以吸收过多的能量，造成对热及排烟温度过高；

其实，各种因素引起的燃烧器的火焰不稳定等问题一般都会极大概率带来二次燃烧。