摘要 通過對催化裂化裝置輔助燃燒爐點火失敗的原因分析，發現點火器設計上不合理之處，并提出改進方案。實踐表明，改造方案切實可行。
關鍵詞 催化裂化 輔助燃燒爐 點火器 改造
1前言
滄州分公司50萬噸/年催化裂化裝置輔助燃燒爐使用過程中發現其點火成功率非常低，每次裝置開工時，都要讓有經驗的操作人員重復十幾次，甚至數十次才能點火成功。而輔助燃燒爐在裝置開工過程中占有重要地位，只有點燃輔助燃燒爐，才能進行兩器升溫及開工的后續工作。針對這種情況，在詳細分析點火過程及點火失敗原因后，對點火方式進行大膽改進，取得了較好效果。
輔助燃燒爐設計采用圖1所示型式，可單獨燒瓦斯或輕柴油，或同時燃燒兩種燃料。

圖1 輔助燃燒室簡圖
2 原因分析
輔助燃燒爐點火原理是：首先在點火器導管內充滿空氣，之后引瓦斯進入導管，瓦斯與導管內空氣混合，在點火電嘴處的電火花作用下，瓦斯和空氣混合物被點燃。火焰在導管內傳播，并在導管出口處形成穩定火焰。從原理上看，此種點火方式比較簡便易行，但在實際操作中，受各種因素的制約，使用效果并不是很好。
輔助燃燒爐點火器的結構見圖2

圖2 點火器結構簡圖
2.1輔助燃燒爐點火步驟是：
2.1.1打開一次風吹掃爐膛3－5分鐘，然后關小至1～2扣，開
點火空氣閥門放空，使瓦斯導管內充滿空氣后，關閉點火空氣閥門。
2.1.2點火時，一人先按打火器按鈕，觀察是否產生電火花，待電打火器打火后，另一人同時打開瓦斯閥門，瓦斯燃燒后，關閉電打火。
2.1.3如果火未點著，立即關閉電打火器和瓦斯閥門，開一次風閥，吹掃爐膛3～5分鐘。再重復上述步驟直至點燃為止。
2.2 從點火器結構和點火方式方面分析，影響點火成功的原因有以下幾方面：
2.2.1點火變壓器或高壓電纜斷路或損壞，沒有高壓輸出。
2.2.1點火電極損壞，不能產生電火花。
2.2.3瓦斯壓力不穩或瓦斯帶水。
2.2.4一次風量太大，將火焰吹滅。
2.2.5點火槍氣路不暢通。
2.2.6點火時機把握不準，電火花發生于空氣環境或純瓦斯環境。
2.2.7點火瓦斯無法和空氣充分混合，瓦斯缺氧無法維持燃燒。
2.2.8電火花點燃瓦斯后，火焰在傳播過程中熄滅。
其中前5項原因可以在開工準備階段排除，既使點火過程中發生，也可以很快將問題解決。在排除了前5項可能因素后，焦點集中在了6、7、8三項。
點火前，開空氣放空閥，將導管內部瓦斯吹掃干凈后，關閉放空閥，此時導管內全部是空氣。開瓦斯閥后，瓦斯進入導管，由于導管管徑較小，內徑僅有15mm，瓦斯不易擴散，在狹小管路空間內與空氣一邊進行部分混合，一邊將空氣趕入爐膛。
為便于分析，假設瓦斯在導管內呈活塞流狀態運動，瓦斯和空氣混合物中瓦斯超過一定濃度時，混合物因缺氧無法燃燒，此時的瓦斯和空氣混合物視為純瓦斯；瓦斯濃度低于點火濃度時，瓦斯和空氣的混合物視為空氣。純瓦斯和純空氣均不能被點燃。
這樣就可以把瓦斯在導管內運動狀態分為三個階段：混合階段、點火階段、火焰傳播階段。A-B階段瓦斯和空氣進行混合，B-C階段電火花將瓦斯空氣混合物點燃后，進入C-D之間的火焰傳播階段，混合物在管路運動中燃燒，并產生CO2，而CO2有使燃燒熄滅的趨勢，隨后進入爐膛，整個過程如圖3所示。

圖3 導管內瓦斯運動過程
有關資料表明，管道直徑對火焰傳播速度有明顯影響，傳播速度隨管道直徑減少而減慢，當管徑小到某種程度時，火焰在管路中不能燃燒。下面數據可以提供參考，見表1。
表1 可燃氣體火焰在25.4mm管道中的燃燒速度
氣體名稱 含量/(%) *大火焰傳播速度/(m/s)
甲烷 9.8 0.67
乙烷 6.5 0.85
丙烷 4.6 0.82
丁烷 3.6 0.82

上表是火焰在管道中傳播速度的上限,為設計者提供的依據。本點火器火焰傳播距離為1.7m，按混合氣中火焰傳播速度*快的乙烷的傳播速度粗略計算，火焰在長1.7m 管徑為25.4mm的導管內完成傳播過程，至少需要2秒鐘，何況本燃燒器瓦斯導管內徑僅為15 mm，由此推斷，本燃燒器火焰傳播過程遠遠超過2秒鐘。
在火焰傳播過程中存在種種變化。點火瞬間，火焰在導管內傳播存在如下可能：
如果瓦斯閥前壓力高和瓦斯閥門開的太快，瓦斯在導管內流動速度快，經過A-B階段時間極短，瓦斯和空氣混合程度很小，形不成可燃氣體，就過了B-C點火階段，點火自然不能成功。如果瓦斯閥前壓力低或閥門開啟慢，瓦斯在導管內流動速度慢，A-B階段形成的可燃氣體被電火花點燃后，通過C-D火焰傳輸階段的時間較長，可燃氣體充分燃燒完畢后熄滅或者在燃燒產生的CO2作用下熄滅，二者均能造成點火失敗，如圖4所示。只有在火焰順利通過C-D傳播階段，進入爐膛，導管內混合氣后面的瓦斯才有機會和大量空氣混合，進而維持火焰燃燒。
火焰鋒

瓦斯 混合氣 燃燒生產物 空氣

圖4 火焰傳播示意圖

由此可以看出，點火器點火成功的條件是：既要使瓦斯和空氣有形成足夠可燃氣體的時間，又要保證火焰在傳播過程中不熄滅。而這僅靠手動控制閥門開度是不容易實現的。
此種型式點火器結構上決定了點火條件很苛刻，致使點火成功率低。因此，有必要對點火器結構進行改造。
3 改造方案
設想如果能將點火電嘴移至瓦斯導管尾部，去掉火焰傳播階段，排除了火焰在傳播階段熄滅的可能，同時導管出口有大量的空氣和瓦斯混合，產生可燃氣體比在導管內狹小空間內產生的可燃氣體多，有利于點火成功。由于點火電嘴已經固定，必須從其它方面想辦法。增加一個機構，使之能夠在點火器瓦斯導管出口附近產生電火花，依靠電火花把導管出口的瓦斯點燃。如果能成功，將是非常好的解決辦法。
4 方案實施
采用新型點火槍，該點火槍足夠長，能夠從燃燒爐筒體外插入爐膛內瓦斯噴嘴處。點火槍設計外有套管，內用磁環絕緣，經過變壓器調壓的電源被導入點火槍的點火電極處，在那里形成高壓，通過高壓放電產生電火花。通過調整點火槍的插入位置，就可以在瓦斯導管出口附近產生電火花。
為了安裝點火槍，裝置檢修時，在燃燒爐筒體和擋風罩上開孔，增設點火槍導管，見圖1。安裝點火槍時測定點火槍的伸入距離，使點火電極處于瓦斯進入爐膛的出口處，在點火槍上作出標記后，取出點火槍。為便于點火槍安裝和拆卸，在點火槍導管閥門后增設填料密封機構。需要點火時，將點火槍插入填料盒后面的導管后，適當壓緊填料盒盤根。開點火槍導管閥門，根據事先做的標記，將點火槍插入爐膛合適位置后按步驟點火，如圖5所示。為防止火焰燒損點火槍，點火成功后，需將點火槍取出。有了增設的填料密封機構，可以很方便的取出點火槍。

圖5 點火槍安裝簡圖
5 改造效果
經過改造的點火裝置投用后，點火成功率近乎100％。由于輔助燃燒爐點火一次成功，避免了在點火過程中浪費寶貴的時間和精力，為裝置開工的后續工作創造了條件，明顯縮短了催化裂化裝置開工時間。
6 存在問題
本次改造的缺陷是，由于點火槍伸入爐膛，為防止燒損，點火成功后，需要將點火槍從爐膛內取出。

參考文獻
1 石油化工安全技術.中國石化出版社
2 流化催化裂化.中國石化出版社

作者簡介：
袁文忠，工程師，1991年畢業于撫順石油學院化工機械專業，一直從事石油化工設備技術管理工作。