苯乙烯装置蒸汽过热炉优化改造总结.pdf

苯乙烯装置蒸汽过热炉优化改造总结王乃志（中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 ）摘要：对苯乙烯装置蒸汽过热炉余热回收系统进行了 高效加热炉节能改造，改造后排烟温度从 降低至 以下，热效率由 提高至 ，排放质量浓度由 降低至 。装置改造后节能效果显著，降低了污染物 和 的排放，同时也从根本上解决了低排烟温度下空气预热设备及尾部烟道的露点腐蚀问题。改造后的各项指标满足设计要求并且具有可观的经济效益，为今后同类型装置或者其他加热炉节能改造采用此技术提供了全面的参考。关键词：苯乙烯装置蒸汽过热炉热效率烟气系统空气系统燃料气复合阻蚀系统低 燃烧中国石化海南炼油化工有限公司 苯乙烯装置蒸汽过热炉为立式箱型立管加热炉，辐射室采用单排双面辐射立管，由两个炉膛组成，共用一个对流室，主要工艺介质为过热蒸汽（加热至 以上）。燃烧器采用底烧附墙型燃烧器，炉膛温度 。原设计在地面设有一套余热回收系统，采用玻璃板空气预热器回收对流段出口烟气的余热以加热空气，加热后的空气进入燃烧器燃烧，排烟温度在 左右波动，加热炉热效率 。另外，由于辐射室炉膛温度高达 ，较常规管式加热炉高出很多，烟气 排放质量浓度高达 ，已超出企业排放限值。为了进一步提高加热炉操作和管理水平、优化工艺流程、降低排烟温度、提高热效率、解决 超标排放问题 ，对苯乙烯蒸汽过热炉采用“高效超净工业炉余热回收技术”进行 高效加热炉节能改造。工艺线路选择加热炉烟气余热回收系统的先进性是保证其热效率的主要因素。目前，国内加热炉余热回收系统基本都采用一段式，其特点为设置一段空气预热器，引风机位于空气预热器后端，引风机将对流段出口烟气引入空气预热器与空气进行换热，以降低排烟温度并对助燃空气进行预热 。排烟温度直接影响加热炉的热效率，同时更低的排烟温度可能发生硫酸露点腐蚀 ，且排烟温度低于 时，空气预热器烟气侧局部低温区可能产生冷凝水。由于烟气中含硫污染物的存在，冷凝水 值在 以下时，排放时需要加碱液进行中和，而低温烟气中的 无法中和，因此尾部烟道及烟囱存在腐蚀的可能 。受以上因素影响，一般加热炉的排烟温度在 以上，热效率在 以下，难以进一步降低温度及提高热效率。基于上述情况，苯乙烯蒸汽过热炉采用“高效超净工业炉余热回收技术”进行改造，其核心在于设置一套燃料气复合阻蚀系统，利用中压蒸汽对燃料气加热到适当温度后，送入燃料气精制器。在燃料气精制器中装填复合阻蚀剂，将燃料气中的有机硫、有机氮、有机氯等有害杂质转化为无机物，再进行吸附脱除后送入燃烧器洁净燃烧，在燃烧之前解决露点腐蚀和污染物的问题。预热器底部析出的冷凝水接近中性，不用另加碱液进行中和即可直接排放，使得在加热炉降低排烟温度时，空气预热器、引风机及尾部烟道和烟囱能够长期稳定运行。同时，经燃料气精制器精制处理后的燃料气不会在燃烧器金属软管处产生铵盐结晶体，避免收稿日期：；修改稿收到日期：。作者简介：王乃志，工程师，毕业于北京化工大学，主要从事石油炼制方面的工作。联系电话：，：。了管道堵塞 ，也避免了燃料气中的 以上常温液态组分带液不完全燃烧生成炭黑颗粒。另外，通过燃料气精制处理去除了燃料气中的含氮化合物，减少了燃料型 的生成，而且通过空气和燃料气双预热结合 （，计算流体力学）数值模拟对各工况下的燃烧情况进行了仿真优化设计，实现了在低氧含量情况下燃料气的完全燃烧，并使燃烧生成的高温烟气在炉膛内循环流动，减少了燃烧过程中产生的热力型 ，实现了降低 排放的目的。改造方案 工艺流程设计燃料气组成见表 ，余热回收介质特性见表 。主要流程包含烟气系统、空气系统、燃料气复合阻蚀系统，工艺流程见图 。表 燃料气组成 （），（），（），（），（），（），（），总硫（）表 余热回收介质物性 介质流量（）温度 压力 烟气 常压空气 常压燃料气 图 工艺流程 烟气系统：加热炉高温烟气出对流顶后，进入高温空气预热器与高温空气换热，然后经过低温空气预热器换热，将温度降低至 以下，最后由引风机引入烟囱排入大气。空气系统：加热炉燃烧空气经过鼓风机（利旧）后，依次经过低温空气预热器、高温空气预热器，与烟气换热后进入加热炉燃烧器参与燃烧。燃料气复合阻蚀系统：燃料气从分液罐引出后，进入燃料气 蒸汽管壳式换热器，与中压蒸汽换热后，燃料气温度升至 ，再进入燃料气精制器（内部装填复合阻蚀剂，复合阻蚀剂的使用寿命可满足一个操作周期的要求），对燃料气进行精制处理，经精制处理后的燃料气送往加热炉燃烧器进行洁净燃烧。低 燃烧及 数值模拟仿真苯乙烯蒸气过热炉炉膛温度高达 ，高于常规加热炉炉膛温度。炉膛温度越高，越容易生成 ，对低 燃烧器的要求更高。为确保燃烧性能和控制 的生成，对加热炉的燃烧器进行更换，并采用空气及燃料双预热和新型附墙低 燃烧器，对各工况进行了 数值模拟仿真。采用湍流 方程、非预混概率密度函数 模型模拟燃烧器在炉膛内的燃烧过程，辐射采用 模型，采用 算法处理速度与压力的耦合关系，压力采用一阶迎风格式，动量、能量、组分等方程采用二阶迎风格式进行离散。考虑热力型和快速型 的生成，采用后处理的方式。燃料气入口和空气入口采用质量入口和压力出口的边界条件，给定入口流量及温度，分别模拟不同燃烧器结构及内外两排燃料气枪不同混合比例的燃烧情况。以 体积分数 作为火焰峰面轮廓，对燃烧器的温度场和流场进行优化。并根据模拟的 排放结果调整燃烧器结构，同时在试验炉上按照 石油化工管式炉用燃烧器试验检测规程 进行燃烧试验，最终确定合理的燃烧器结构形式。燃烧器实体模型及网格划分见图 ，炉膛内 分布见图 ，炉膛内燃烧流场、温度场、分布分别见图 。根据分析结果，燃烧后火焰为附墙火焰，火焰长度较长且比较刚直，在炉膛内产生了较大的烟气产物内循环，从而进一步降低了火焰的温度，排放得以有效控制。图 燃烧器实体模型及网格划分 图 炉膛内 分布（两侧燃料气负荷 中间燃料气负荷）图 炉膛内燃烧流场分布 图 炉膛内燃烧温度场分布 图 炉膛内 分布 改造效果（）烟气排烟温度 ，满足改造要求（不高于 ）。（）排放质量浓度 （折算至干基氧体积分数为 的条件下），满足改造要求（不高于 ）。（）余热回收系统热效率 ，满足改造要求（不小于 ）。（）燃料气精制后的总硫为 ，满足要求。改造前后操作参数对比见表 。表 操作参数对比 项目改造前改造后（炉膛氧），炉膛温度 排烟温度 燃料气消耗量（）（）（）热效率，节能效果计算苯乙烯蒸气过热炉总热负荷为 ，改造后总节能量为 。按照标准天然气热值 、密度 、燃料气价格 元、年操作 计算，总节能量折算成天然气节约量为 。天然气节约费用为 万元 ，另外，复合阻蚀剂消耗费用 万元 ，总节约费用 万元 。本次改造总投资约为 万元，投资回收期 ，回收期适当，经济效益可观。总结苯乙烯蒸气过热炉采用 加热炉节能项目改造以后，节能及环保效益明显，排烟温度由原来的 降至 以下，蒸汽加热炉热效率由 提升至 ，同时大幅度减少了 、的排放，并且较常规技术消除了酸性冷凝水和酸露点腐蚀的不利影响，更加有利于加热炉长期稳定运行。改造投入运行后，目前各项指标满足设计要求并且具有可观的经济效益，为今后同类型装置或者其他加热炉节能改造采用此技术提供了全面的参考。参考文献 付安军 苯乙烯蒸汽过热炉节能环保改造 石油石化绿色低碳，（）：钱家麟 管式加热炉 版 北京：中国石化出版社，：李文辉 炼油装置加热炉节能途径与制约因素 中外能源，（）：崔琦，许崇涛，蔺柏平，等 燃气工业锅炉冷凝水的生成、危害及防治措施 工业锅炉，（）：管生洲，邓瑞珍 连续重整装置燃料气系统结盐堵塞原因及对策 炼油技术与工程，（）：成飞龙，张彤，王祥祥 苯乙烯装置蒸汽过热炉烟气氮氧化物达标升级改造 石油化工安全环保技术，（）：（编辑彭扬）（，）：，：，