摘要 通过对催化裂化装置辅助燃烧炉点火失败的原因分析，发现点火器设计上不合理之处，并提出改进方案。实践表明，改造方案切实可行。
关键词 催化裂化 辅助燃烧炉 点火器 改造
1前言
沧州分公司50万吨/年催化裂化装置辅助燃烧炉使用过程中发现其点火成功率非常低，每次装置开工时，都要让有经验的操作人员重复十几次，甚至数十次才能点火成功。而辅助燃烧炉在装置开工过程中占有重要地位，只有点燃辅助燃烧炉，才能进行两器升温及开工的后续工作。针对这种情况，在详细分析点火过程及点火失败原因后，对点火方式进行大胆改进，取得了较好效果。
辅助燃烧炉设计采用图1所示型式，可单独烧瓦斯或轻柴油，或同时燃烧两种燃料。

图1 辅助燃烧室简图
2 原因分析
辅助燃烧炉点火原理是：首先在点火器导管内充满空气，之后引瓦斯进入导管，瓦斯与导管内空气混合，在点火电嘴处的电火花作用下，瓦斯和空气混合物被点燃。火焰在导管内传播，并在导管出口处形成稳定火焰。从原理上看，此种点火方式比较简便易行，但在实际操作中，受各种因素的制约，使用效果并不是很好。
辅助燃烧炉点火器的结构见图2

图2 点火器结构简图
2.1辅助燃烧炉点火步骤是：
2.1.1打开一次风吹扫炉膛3－5分钟，然后关小至1～2扣，开
点火空气阀门放空，使瓦斯导管内充满空气后，关闭点火空气阀门。
2.1.2点火时，一人先按打火器按钮，观察是否产生电火花，待电打火器打火后，另一人同时打开瓦斯阀门，瓦斯燃烧后，关闭电打火。
2.1.3如果火未点着，立即关闭电打火器和瓦斯阀门，开一次风阀，吹扫炉膛3～5分钟。再重复上述步骤直至点燃为止。
2.2 从点火器结构和点火方式方面分析，影响点火成功的原因有以下几方面：
2.2.1点火变压器或高压电缆断路或损坏，没有高压输出。
2.2.1点火电极损坏，不能产生电火花。
2.2.3瓦斯压力不稳或瓦斯带水。
2.2.4一次风量太大，将火焰吹灭。
2.2.5点火枪气路不畅通。
2.2.6点火时机把握不准，电火花发生于空气环境或纯瓦斯环境。
2.2.7点火瓦斯无法和空气充分混合，瓦斯缺氧无法维持燃烧。
2.2.8电火花点燃瓦斯后，火焰在传播过程中熄灭。
其中前5项原因可以在开工准备阶段排除，既使点火过程中发生，也可以很快将问题解决。在排除了前5项可能因素后，焦点集中在了6、7、8三项。
点火前，开空气放空阀，将导管内部瓦斯吹扫干净后，关闭放空阀，此时导管内全部是空气。开瓦斯阀后，瓦斯进入导管，由于导管管径较小，内径仅有15mm，瓦斯不易扩散，在狭小管路空间内与空气一边进行部分混合，一边将空气赶入炉膛。
为便于分析，假设瓦斯在导管内呈活塞流状态运动，瓦斯和空气混合物中瓦斯超过一定浓度时，混合物因缺氧无法燃烧，此时的瓦斯和空气混合物视为纯瓦斯；瓦斯浓度低于点火浓度时，瓦斯和空气的混合物视为空气。纯瓦斯和纯空气均不能被点燃。
这样就可以把瓦斯在导管内运动状态分为三个阶段：混合阶段、点火阶段、火焰传播阶段。A-B阶段瓦斯和空气进行混合，B-C阶段电火花将瓦斯空气混合物点燃后，进入C-D之间的火焰传播阶段，混合物在管路运动中燃烧，并产生CO2，而CO2有使燃烧熄灭的趋势，随后进入炉膛，整个过程如图3所示。

图3 导管内瓦斯运动过程
有关资料表明，管道直径对火焰传播速度有明显影响，传播速度随管道直径减少而减慢，当管径小到某种程度时，火焰在管路中不能燃烧。下面数据可以提供参考，见表1。
表1 可燃气体火焰在25.4mm管道中的燃烧速度
气体名称 含量/(%) *大火焰传播速度/(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传播速度的上限,为设计者提供的依据。本点火器火焰传播距离为1.7m，按混合气中火焰传播速度*快的乙烷的传播速度粗略计算，火焰在长1.7m 管径为25.4mm的导管内完成传播过程，至少需要2秒钟，何况本燃烧器瓦斯导管内径仅为15 mm，由此推断，本燃烧器火焰传播过程远远超过2秒钟。
在火焰传播过程中存在种种变化。点火瞬间，火焰在导管内传播存在如下可能：
如果瓦斯阀前压力高和瓦斯阀门开的太快，瓦斯在导管内流动速度快，经过A-B阶段时间极短，瓦斯和空气混合程度很小，形不成可燃气体，就过了B-C点火阶段，点火自然不能成功。如果瓦斯阀前压力低或阀门开启慢，瓦斯在导管内流动速度慢，A-B阶段形成的可燃气体被电火花点燃后，通过C-D火焰传输阶段的时间较长，可燃气体充分燃烧完毕后熄灭或者在燃烧产生的CO2作用下熄灭，二者均能造成点火失败，如图4所示。只有在火焰顺利通过C-D传播阶段，进入炉膛，导管内混合气后面的瓦斯才有机会和大量空气混合，进而维持火焰燃烧。
火焰锋

瓦斯 混合气 燃烧生产物 空气

图4 火焰传播示意图

由此可以看出，点火器点火成功的条件是：既要使瓦斯和空气有形成足够可燃气体的时间，又要保证火焰在传播过程中不熄灭。而这仅靠手动控制阀门开度是不容易实现的。
此种型式点火器结构上决定了点火条件很苛刻，致使点火成功率低。因此，有必要对点火器结构进行改造。
3 改造方案
设想如果能将点火电嘴移至瓦斯导管尾部，去掉火焰传播阶段，排除了火焰在传播阶段熄灭的可能，同时导管出口有大量的空气和瓦斯混合，产生可燃气体比在导管内狭小空间内产生的可燃气体多，有利于点火成功。由于点火电嘴已经固定，必须从其它方面想办法。增加一个机构，使之能够在点火器瓦斯导管出口附近产生电火花，依靠电火花把导管出口的瓦斯点燃。如果能成功，将是非常好的解决办法。
4 方案实施
采用新型点火枪，该点火枪足够长，能够从燃烧炉筒体外插入炉膛内瓦斯喷嘴处。点火枪设计外有套管，内用磁环绝缘，经过变压器调压的电源被导入点火枪的点火电极处，在那里形成高压，通过高压放电产生电火花。通过调整点火枪的插入位置，就可以在瓦斯导管出口附近产生电火花。
为了安装点火枪，装置检修时，在燃烧炉筒体和挡风罩上开孔，增设点火枪导管，见图1。安装点火枪时测定点火枪的伸入距离，使点火电极处于瓦斯进入炉膛的出口处，在点火枪上作出标记后，取出点火枪。为便于点火枪安装和拆卸，在点火枪导管阀门后增设填料密封机构。需要点火时，将点火枪插入填料盒后面的导管后，适当压紧填料盒盘根。开点火枪导管阀门，根据事先做的标记，将点火枪插入炉膛合适位置后按步骤点火，如图5所示。为防止火焰烧损点火枪，点火成功后，需将点火枪取出。有了增设的填料密封机构，可以很方便的取出点火枪。

图5 点火枪安装简图
5 改造效果
经过改造的点火装置投用后，点火成功率近乎100％。由于辅助燃烧炉点火一次成功，避免了在点火过程中浪费宝贵的时间和精力，为装置开工的后续工作创造了条件，明显缩短了催化裂化装置开工时间。
6 存在问题
本次改造的缺陷是，由于点火枪伸入炉膛，为防止烧损，点火成功后，需要将点火枪从炉膛内取出。

参考文献
1 石油化工安全技术.中国石化出版社
2 流化催化裂化.中国石化出版社

作者简介：
袁文忠，工程师，1991年毕业于抚顺石油学院化工机械专业，一直从事石油化工设备技术管理工作。