我们是工艺加热器燃烧控制领域的专家。

工艺加热器播客文字稿

MH：
欢迎大家收听新一期 Servomex 播客。今天我们将讨论工艺加热器。我是 Servomex 的应用开发经理 Matt Halsey。今天与我一同参与的是负责欧洲、中东、非洲和印度地区的业务发展经理 Stephen Firth。你好，Stephen。

SF：
下午好。

MH：
那么，Stephen，什么是工艺加热器呢？

SF：
从最基本的形式来看，工艺加热器就是一种使用燃料，通过燃烧产生热量的设备，这些热量被用来加热某种流体。它们的形式和规模多种多样，从通常用于产生蒸汽或供热的小型成套锅炉，到用于将乙烷转化为乙烯等产品的大型热裂解炉、乙烯裂解炉。中间还有各种各样的应用，但本质上都是通过燃烧燃料来产生热量，用于加热介质或驱动工艺过程。

MH：
是的，这些工艺加热器几乎无处不在。绝大多数化工厂和石化厂都会在某个环节使用到工艺加热器，可能是一台，也可能是多台。

SF：
没错。通常会有一两台大型的加热炉，高度可达 10、20 甚至 30 米。同时，在一个典型的炼油厂、化工厂、聚合物或塑料工厂中，还会有几十台较小的工艺加热器，可能只有 2、3、4 或 5 米高。这些设备形式多样，应用广泛，遍布各种化工工艺中。

MH：
可以说几乎到处都有。它们是为日常运行中的各种反应和工艺提供所需热量的最佳方式之一。同时，它们也是装置中最大的污染源之一。这些设备燃烧燃料、氧化燃料，会产生大量二氧化碳以及其他排放物。因此，在清洁空气这个话题上，工艺加热器对我们来说尤为重要。正如我们在上一期关于火力发电的播客中讨论的那样，我们希望通过更好地控制燃烧，提高燃烧效率，减少不必要的气体生成，并最终对排放到大气中的气体进行监测。

工艺加热器操作人员面临的最大挑战之一，可能就是分析仪器的选择，而这在很大程度上取决于所使用的燃料类型。工艺加热器可以使用多种燃料，从天然气、合成气、燃料气，到较老设备中使用的油类，甚至是废气。废气几乎可以是任何东西，凡是装置中产生且需要处理掉的气体，都有可能被用作燃料。

那么，Stephen，我们来进一步聊聊这些燃料。天然气是一端，而废气则是另一端。能否给我们讲讲这些燃料所带来的挑战？

SF：
最简单来说，当前市场趋势下，天然气是最清洁的燃料之一。当然，现在我们也看到使用氢气作为燃料的趋势，从这个角度看它更清洁。这些燃料中几乎没有杂质，燃烧非常干净，不产生粉尘，只生成二氧化碳和水。这有助于提高效率并减少排放。

但如果转向另一端，例如在中东地区仍大量使用的重油燃料，其中含有较高的硫。燃烧后会产生大量二氧化硫和颗粒物。再进一步是固体燃料，比如煤。在西欧使用较少，但在亚洲、印尼和中国仍然被广泛使用。煤本身主要是碳，会生成二氧化碳，但同时伴随大量灰尘和杂质。

这些都会增加测量难度。使用清洁的气体燃料时测量相对简单。但燃料越“脏”，杂质和化学成分越多，产生的腐蚀性物质、粉尘和颗粒也越多，从而使取样和测量更加困难。例如，在燃煤电站中，粉尘非常具有磨蚀性，会对探头和过滤器造成严重损坏，需要频繁更换。

MH：
确实如此。这也自然引出了我们对分析仪的讨论。燃烧控制不仅对效率和燃料节省至关重要，同时也关系到排放控制和安全。燃料过量、氧气不足的富燃料燃烧状态非常危险，尤其是在燃烧天然气甚至氢气的锅炉中。如果这些活泼、易爆的气体积聚而未被及时监测，就会造成严重后果。

在燃烧控制方面，我们主要使用两类产品。一类是基于氧化锆技术的传统近端抽取式 FluegasExact 2700。另一类是我们的 Laser 3 Plus 可调谐二极管激光（TDL）产品。它们在功能上类似，都能测量氧气或一氧化碳，但技术路线截然不同。

Stephen，你能否介绍一下这两种产品的背景，以及它们的相同点和差异？

SF：
氧化锆技术可以说是传统技术，起源于上世纪 70 年代。它通过比较工艺气体与周围空气中的氧含量来进行测量，需要抽取样气并将其送至传感器。这种技术成熟可靠，适用于高温抽取气体测量，并已使用多年。我们还可以在此基础上增加可燃气体传感器，用于测量一氧化碳、甲烷、氢气等，从而反映工艺中过量燃料的情况。

这种系统需要一定的辅助设施，例如仪表空气，用于抽取样气。分析仪通常通过标准法兰安装在工艺设备侧面，并配合不同材质的探头，以适应不同温度和腐蚀条件，非常灵活。

激光技术则主要在过去 10 到 15 年中得到应用。它通过让激光束穿过工艺气体，直接测量氧气或一氧化碳。这种方式可以更靠近火焰，响应速度也更快。但它需要在炉体两侧分别安装发射器和接收器，并进行精确对准。

因此，两者的一个主要区别在于测量方式。氧化锆是在局部点位抽取样气，而激光是跨整个炉膛进行路径平均测量。这使得激光在大尺度炉体中更具优势，而氧化锆可能需要多个探头来覆盖同样的范围。

MH：
确实如此。在较长的炉体中，常常需要每隔几米安装一个氧化锆探头，然后取平均值来代表整体氧含量。但这种方式并不总是理想。激光可以一次性跨越整个路径，提供真正的平均测量，有助于避免分层或局部气体聚集等问题。

当然，氧化锆技术已经深深扎根于行业，现场技术人员非常熟悉其维护和维修。而激光技术则带来了更低的维护需求和非接触式测量优势，同时具备更先进的诊断功能。

SF：
没错。不过，氧化锆之所以能够长期存在，是因为它确实非常可靠。对于长度在四到五米以内的小型加热器，仅测量氧气时，两种技术在测量质量上的差别并不大。

氧化锆的一大优势在于校准非常方便。无需拆卸设备，就可以在现场通入校准气体快速验证其性能。而激光要进行真正的校准，则需要将设备从工艺中拆下，放入校准池中，这通常一年进行一次，虽然流程并不复杂，但需要更多时间。

MH：
这也涉及到规模效应。在小型炉体中，使用一两台氧化锆是显而易见的选择。但在 25 到 30 米的大型炉体中，可能需要八台氧化锆分析仪，这时使用一到两台激光分析仪在安装和整体成本上可能更合理。

在实际应用中，我们也常看到两种技术的互补使用。例如，用氧化锆进行传统的氧测量，同时用激光替代传统的 COe 可燃气体测量，实现更快、更具选择性的 CO 测量，从而提升安全性。

SF：
这种组合方案正变得越来越常见。氧化锆用于将氧含量控制在 1% 或 1.5% 左右，以实现最高效率。而激光则用于安全相关的一氧化碳测量，其响应速度更快，有助于控制和安全系统更早作出反应。

MH：
此外，Servomex 的 CO 激光还可以同时测量甲烷，这对安全至关重要。在燃烧器熄火或点火失败时，甲烷可能在炉内积聚，引发安全风险。激光的甲烷测量能够及时报警，帮助操作人员采取措施，避免爆炸事故。

接下来我们谈谈安装位置。无论是 2700 氧化锆分析仪还是 Laser 3 Plus，通常会安装在公共烟道。但具体位置取决于工艺。氧化锆可通过不同探头靠近火焰安装，而激光由于非接触特性，可以更靠近燃烧区，从而获得更直接、更有效的控制信号。

SF：
当然，安装时还需要考虑内部管束和其他设备，避免激光路径被遮挡。同时，设备通常安装在走道附近，以便于维护。虽然这有时不是分析上的最佳位置，但在实际运行中更为可行。

MH：
这些环境非常恶劣，温度极高。因此，安装位置不仅要满足测量需求，也要确保人员安全。设备通常设计在最高 60 至 70 摄氏度环境下运行，在中东或休斯敦等地区，环境温度可能更高，因此冷却措施非常重要。

SF：
这也是 2700 的优势之一。我们可以将传感器头远程安装，从而延长电子部件的使用寿命。这种设计在中东和海湾地区得到了广泛应用。

MH：
接下来我们简单谈谈排放监测。4900 Multigas 是我们的多组分 CEMS 排放分析仪，可测量多达四种气体成分，采用顺磁、气体滤波相关红外等多种技术。由于它是抽取式测量，需要完整的取样系统来提供干燥、清洁的样气。

SF：
典型系统包括取样探头、加热取样管线、冷却器、泵以及流量控制。排放法规通常要求在干基条件下进行测量，因此必须除去水分并测量氧含量，以满足法规要求。

MH：
排放监测在当今严格监管环境下至关重要。4900 提供高精度、低量程测量，并能轻松与数据采集系统集成，帮助用户合规运行。

此外，我们还提供便携式分析仪，如 5200 和 5100 系列，适用于现场抽检和移动测量。

燃料类型始终是选择分析技术时的关键因素。废气和油类燃料中含有多种杂质，可能影响传统传感器的性能。激光技术在面对未知或复杂废气成分时，通常更具优势。

SF：
确实如此。在炼油厂中充分利用废气是一门“艺术”。这些废气通常含有氢气、一氧化碳、甲烷以及其他复杂成分。尤其是在高硫原油环境下，硫化物会造成严重腐蚀。激光的非接触式测量在这种环境下具有明显优势，能够显著延长设备寿命并减少维护。

MH：
这也体现了 Servomex 的优势。我们能够同时提供氧化锆和激光两种技术，为客户在不同应用中提供最合适的解决方案。

SF：
是的。氧化锆依然高效、可靠且成本相对较低，而激光在大型装置和高安全要求场合中表现突出。两种技术各有优势。

MH：
我们可以帮助客户在这两种技术之间作出最佳选择。Stephen，非常感谢你今天的分享。

SF：
不客气，谢谢你的邀请。

MH：
也感谢各位收听本期关于工艺加热器的播客。欢迎访问 servomex.com，了解更多工艺加热器解决方案。再次感谢大家的聆听。