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降低常减压蒸馏装置加热炉NOx排放的技术改造分析

2022-02-02 来源:我们爱旅游
第35卷第1期 2017年1月 化学工业 ・53・ CHEMICAL INDUSTRY 攮 鸶 降低常减压蒸馏装置加热炉NO 排放的技术改造分析 徐勤利,关庆林 (中国化工油气股份有限公司,北京 10 ̄80) 摘要:山东昌邑石化有限公司500万 a常减压蒸馏装置加热炉一直存在烟气中NOx浓度排放较高的问题,通 过采用超低氮燃烧技术,有效降低了烟气中NO 浓度,实现了达标排放。 关键词:常减压蒸馏;加热炉;超低氮燃烧器;降低NO 排放 文章编号:1673—9647(2017)O1—0053—05 中图分类号:TE624.2 文献标识码:A 山东昌邑石化有限公司500万t/a常减压蒸 馏装置常、减压加热炉采用方箱立管立式加热炉 设计,燃料为经脱硫脱氨净化处理的炼厂干气,常、 减压加热炉NO 排放折算质量浓度达183.3 m m。。 NO 作为主要的大气污染物之一,除一次污染物 按照投资少、工艺先进、操作方便等原则,进行 了技术改造,对相关技术进行对比,更换了常、 减压炉燃烧器,投用后效果良好。 1现状 常压炉目前在用燃烧器为SSC—Y/Q型高强燃 直接污染环境、对人体健康有害外,还会产生多 种二次污染。NO 是生成臭氧的重要前体物之一, 也是形成PM2.5和雾霾的重要原因。随着NO 污 染的日趋严重,国家加大了炼化企业NO 排放的 烧器,减压炉为RC—HHYQ200型高效燃烧器,燃 烧火焰温度均高达l 600 cc以上,局部燃烧火焰 温度高、燃烧中空气局部氧化是NO 生成的主要 来源,两种类型燃烧器均为燃料一级燃烧,燃烧 控制力度,国家标准《石油炼制工业污染物排放 标准》 (GB 31570--2015)要求,现有企业自 2017年7月1日起,工艺加热炉烟气NO 排放质 量浓度要求≤150 mg/m ,部分地区执行特别排放 过程直接与空气接触。常压炉燃烧器SSC—Y/Q型 高强燃烧器,此种燃烧器燃料与空气在火盆内部 接触燃烧,形成局部正压,火焰刚劲有力,经现 场测定,常压炉高强燃烧器高温生成NO 排放质 限值,要求≤100 mg/rn 。为此,严格控制工艺加 热炉NO 排放刻不容缓。山东昌邑石化有限公司 常、减压加热炉N0 生成方式主要为热力型NO , 量浓度达21 1 mg/m ;减压炉RC—HHYQ200型高 效燃烧器燃料与空气在火盆外部接触,火焰高达 炉膛高度的2/3,NO 排放浓度高达160 mg/m , 详细数据见表1、图l。 它是空气中的氮气在高温下氧化生成的,该公司 表1改造前烟气在线检测数据 通过表1可以看出,常压炉炉膛温度达797.4℃, 减压炉炉膛温度为714.5 cI=,常压炉NOx排放量 大于减压炉,主要原因为常压炉负荷较大,且常 收稿日期:2016—12—09 作者简介:徐勤利(1969一),男,山东省人,高级工程师,从事 技术管理工作。 压炉为高强燃烧器,火焰峰值温度较高所致。 化・学工业 2017年第35卷 54・ CHEMICAL INDUSTRY 1 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 观测值/(mg・m ) 图1 改造前常减压装置烟气NOx含量排放值 说明:数据取自国家环境自动检测监控系统。 通过图1可以看出改造前(2016年1月1日 至2016年4月30日),常减压装置烟气氮氧化物 加热炉炉膛过剩0:含量越高,生成NO 的速度越 快,控制炉膛过剩氧含量越少,可有效降低NOx 的生成。 含量均值为183.3 mg/m ,不能满足《石油炼制工 业污染物排放标准》≤150 mg/m。的要求,与≤ 100 mg/in 的特别排放限值差距较大,不能达标 排放。 燃料型NO ,是燃料中含有的氮化合物在燃 烧过程中热分解而又接着氧化而生成的,约占 NO 总量的5%。常减压蒸馏装置加热炉燃料为炼 2常减压蒸馏装置加热炉NOx 原因分析 厂净化干气,含氮成分极低,不是生成NOx的主 要因素。 常减压蒸馏装置加热炉燃料燃烧过程生成的 NO ,按其形成机理分为两种类型:热力型NO 和燃料型NO 。 因此,为降低N0 生成,最重要的控制点为 火焰燃烧区内的氧浓度及火焰温度、降低炉膛过 剩氧含量,三者是控制常减压蒸馏装置加热炉 NO 排放的主要手段。 热力型NO ,是空气中的氮气在高温下氧化 而生成的,常减压蒸馏装置加热炉燃料燃烧过程 生成的NO 类型主要为热力型NOx,燃烧温度对 温度热力型NO 生成有决定性的作用,当燃烧温 度低于l 350℃时,几乎没有NO 生成,燃烧低 3超低氮燃烧技术的应用 3.1更换超低氮燃烧器 常减压蒸馏装置加热炉共设置有36台燃烧 器,其中常压炉16台,减压炉2O台。此次改造 常压炉更换12台燃气燃烧器,4台油气混烧燃烧 于1 600℃,NO 量很少,但当温度高于1 600 oC 后,NO 量按指数规律迅速增加。燃烧过程中产 生氮氧化合物的生成类型主要为NO、NO:,其中 热力型NO 约占NO 总量的95%;燃烧过程中, 器;减压炉更换16台燃气燃烧器,4台油气混烧 燃烧器,燃烧器具体规格型号见表2。 表2燃烧器规格型号 第1期 徐勤利等:降低常减压蒸馏装置加热炉N 排放的技术改造分析 ・55・ 3.2低氮燃烧器技术特点 CUBL—W燃烧器采用了世界上最先进的超蓝 低氮燃烧技术,通过其特别的技术设计,降低燃 烧器的火焰峰值温度,实现低氮燃烧。CUBL燃 烧器结合了燃料分级和烟气再循环两方面技术优 势,降低燃烧过程中所产生的氮氧化物,该燃烧 器还有另外一个比较突出的技术优势,就是在燃 烧器本体上额外增加几支燃气喷嘴来满足更加苛 刻的NOx排放要求。CUBL燃烧器利用燃料分级 喷嘴的喷射动力将惰性烟气带入并掺和到燃烧区 域,从而实现冷却燃烧氧化反应并减少NO 的生 成量。 LE—CSGC—SA燃烧器结合了分级燃料和烟气 循环先进技术,该燃烧器利用一次燃料气高速射 流将惰性烟气引入到燃烧区域,对热氧化反应进 行冷却,实现较低的NO 排放。燃料气(掺和有 惰性烟气)相对垂直于助燃空气喷射方向进入燃 烧器喉口区域,并相互充分混合,实现燃烧过程 中NO 和CO同时低排放。 LE—CSGC—SA燃烧器最显著的优势是其较低 的火焰温度,这种低温火焰不仅在很大程度上降 低了NO 的生成,也降低了加热炉管的温度峰 值。这有助于减少装置停车检修的频率,延长设 备的运行周期,最大程度上提高装置投资的回报 和收益。 LE—CSGC—SA混烧型燃烧器设计应用于燃油 燃气混合燃烧,或两者的单独燃烧工况。该燃烧 器包含了一套位于喉口中心位置的油枪及燃油耐 火砖,装有适合燃料油的中心双套管油枪。 3.3低氮燃烧器技术原理 3.3.1燃料分级燃烧 低氮燃烧器把燃料分成多级供给,并把燃烧 器分成两个燃烧区,全部助燃空气进入一级燃烧 区,仅有一部分燃料(20%-40%)通过耐火砖孔 进入一级燃烧区,一级燃料气在大量的助燃空气 下充分燃烧。多余的空气冷却火焰,产生比常规 的燃烧器更低的火焰温度,更低的NO 。二级燃 料气喷口将剩余的燃料注入燃烧气体和空气流中, 从一级燃烧区来的过剩氧作为剩余燃料燃烧所需 要的氧,由于氧浓度大大降低,最高火焰温度不 会达到常规燃烧器火焰温度,二级燃料气增加到 80%时,NO 明显减少。燃料的分阶段燃烧有效 地降低了火焰区域的燃烧温度,抑制了热力学 NOx的形成。 3.3.2利用烟气再循环 低氮燃烧器采用烟气再循环技术,通过耐火 砖与燃料枪配合强化烟气回流。燃料喷射的高速 燃料射流使燃烧器耐火砖底部处形成较强的负压 区,炉内烟气在此负压的作用下,快速填充负压 区在炉内形成烟气卷吸,将烟气再循环引入到燃 烧气体中,惰性的烟气冷却火焰,降低氧分压; 燃料同时将烟气引入耐火砖内部增强烟气回流效 果,进一步减少NO 排放。烟气再循环率对X 排放的影响见图2。 、 、 , 烟气再循环率/% 图2烟气再循环率对NOx排放的影响 通过图2可以看出,烟气再循环率越高氮氧 化合物排放倍数越低。 3.4降低烟气中过剩氧含量 在加热炉运行过程中,随着烟气中过量氧的 减少,可以有效抑制NO 的生成。这是一种最简 单的降低NO 排放的方法。但如炉内氧浓度过低 (2%以下),会增加化学不完全燃烧热损失,引起 飞灰含碳量增加,使加热炉燃烧效率下降,CO含 量升高,实际生产中应尽量降低排放烟气中的CO 含量,一般应不大于100 I ̄g/g,保证燃烧完全。 因此,在加热炉运行时,应选取最合理的过量空 气系数,见表3。 表3降低烟气中过剩氧含量实验数据汇总 化・学工业 56・ CHEMICAL INDUSTRY 2017年第35卷 从表3数据可以看出,经试验控制测得炉膛 氧含量在2%左右,NO 排放量可控制在50 mg/m 以下。 过剩氧含量适合区间在2%一3%,炉膛过剩氧含量 3%以上时,NO 生成量迅速上升,炉膛过剩氧含 量2%以下时,NO 生成量下降,但CO浓度上 升,导致燃料燃烧不完全,会引发烟尘超标。 通过表5可以看出,改造前1—4月份NO 排放值平均为183-3 mg/m ,月排放总量平均为 8.48 t;改造后8—11月份NO 排放值平均为 42.85 mg/m ,月排放总量平均为2.32 t,通过排 4改造效果 表4为改造后烟气现场检测数据,通过表4 放均值测算,年减排氮氧化合物总量为73.92 t, 按照欧盟标准,每减排1 kg按7.3元计算,每年 可节省减排费用53.96万元。 可以看出,燃烧器更换后,常压炉炉膛负荷降低, 通过调整加热炉三门一板,控制加热炉炉膛过剩 表4改造后烟气现场检测数据 表5为改造后烟气现场均检测数据。 5存在的问题 减压炉CUBL—W型燃气燃烧器、LE—CSGC— 剩氧气浓度,装置在满负荷生产工况一F,NO 的 折算质量浓度平均排放值为42.85 mg/m ,低于 《石油炼制工业污染物排放新标准》(GB 31570— 2015)规定的,NO ≤100 mg/In 的特别限值排 SA型油气联合燃烧器均配有低压瓦斯气燃料火 嘴,燃料来自于减顶脱硫后瓦斯,低压瓦斯为非 低氮燃烧设计,燃烧器中心配有圆环型多孔火焰 再分配环,低压瓦斯燃料燃烧过程中因燃烧动力 不足(压力为10 KPa),燃烧过程中产生的灰分 在火焰分配器上积聚,产生焦状物。 放要求。该超低氮燃烧器采用独特耐火砖型,结 合燃气分级以及烟气内循环技术,在很大程度上 控制了炉膛内部高温燃烧区域氮氧化物的生成, 燃烧器现场操作简单方便,火焰刚直有力,燃烧 器性能指标达到设计要求,达到了低氮排放改造 的目的。 6结论 通过更换超低氮燃烧器及合理控制加热炉过 (下转第60页) 化・学工业 60・ CHEMICAL玎 DUSTRY 2017年第35卷 化学工业,2013,3l(1):36—38. 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WANG Jie—cai ,CHENG Xiang-lonf,GUO Jin-ju ,JIANG Wen。, DONG Wen—bo。,ZHA 0 Xiao-z (1.Yima coal group integrated Energy Company,YiMa 472300,China; 2.Coal gasiifcation in Henan province engineering technology research center,ZhengZhou 450001,China) Abstract:The speciifc methods of middle and small boiler coal to methanolbefore and after the transformati0n of economv and , environmental protection are analyzed.the results show that the middle and small boiler using methanol as fuel technology is feasi— ble,transformation process is simple,save 30%-45%investment than new boilerreformed greatly improved thermal efifciency, ,environmental protection benefit is obvious.Under the current price of methanolafter transforming the running cost is slightly higher ,than the coal as fue1.When the heating value of 4000 keal/kg(16.72 MJ/kg)coal 450 yuan/t,methanol is 1000 yuan/t,the boil— er operation cost is similar. Keywords:small and medium—sized boiler;coal to methanol;the thermal eficiency;economy;operatifng costs;environmental benefi ̄ .址.址 .S屯j‘.S (上接第56页) The Aanalysis of Technical Transformation of Reducing NOx emission in the Atmospheric and Vacuum Distillation Unit Heater XU Qin—li,GUAN Qing-lin (China chemical industry of oil and gas co.,LTD.,Beijing 100080,China) Abstract:Shandong Changyi Petrochemical CO.,LTD.5 million t/a heating furnace of atmospheric and vacuum distillation unit have been problems with higher concentration NOx in flue gas emissions,by adopting low nitrogen combustion technology,effee— tively reduce the concentration NOx in flue gas,realized the discharging standard emission. Keywords:atmospheric and vacuum distillation;the heating furnace;low nitrogen burner;reduce NO emissions 

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