柴油加氢装置加热炉烟气NO_%28x%29排放量大的原因分析及改进措施.pdf
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1、业技术(3 0 7 3 10)Petrochemical Technology&ApplicationJuly20232023年7 月石应与No.4Vol.41术用技化第4 期第4 1卷D0I:10.19909/ki.ISSN1009-0045.2023.04.0307柴油加氢装置加热炉烟气NO.排放量大的原因分析及改进措施高青松(中国石油庆阳石化公司生产技术处,甘肃庆阳7 4 5 0 0 0)摘要:为解决柴油加氢装置加热炉运行末期烟气中NO.排放量升高的问题,对加热炉烟气NO.排放量的影响因素进行了分析,并提出了相应的改进措施。结果表明:燃料气中氮气体积分数、炉膛氧体积分数、加热炉负荷、各主
2、燃烧器火焰高度、各燃烧器配风量均对加热炉烟气NO.排放量有影响;通过采取降低燃料气氮气体积分数,炉膛氧体积分数和加热炉负荷,调整优化各主燃烧器火焰高度及配风量后,将烟气NO,排放量由优化前的11.9 kg/d逐月降至4.2 kg/d。关键词:柴油加氢;加热炉;烟气;NO;低氮燃烧器;燃料气;负荷中图分类号:TE966文献标志码:B文章编号:10 0 9-0 0 4 5(2 0 2 3)0 4-0 3 0 7-0 4中国石油庆阳石化公司(以下简称庆阳石化)120万t/a柴油加氢装置始建于2 0 10 年10 月,反应加热炉为辐射-对流卧管方箱炉,分南北炉膛,共3 2 只主燃烧器,总热负荷为112
3、 10 kW。2017年11月,庆阳石化对各主火嘴低氮燃烧器进行了改造。随着环保要求的日益严苛,庆阳石化NO.全年排放指标也逐年递减,但由于加氢固定床催化剂随运行周期延长,反应苟刻度提高,加热炉负荷增大导致烟气中的NO排放量逐渐增大,已成为影响企业完成年度环保指标的瓶颈1。2 0 2 1年6月一2 0 2 2 年2 月,庆阳石化柴油加氢装置烟气NO,日排放量在8.16 14.7 6 kg之间,始终高于指标要求(5.9 1kg/d)。为解决该问题,本工作对加热炉烟气NO.排放量的影响因素进行了分析,并提出了相应的改进措施,可为国内同类装置提供借鉴。1烟气NO.排放量的影响因素分析1.1燃料气中氮
4、气体积分数由图1可见,燃料气中氮气体积分数越高,烟气中NO质量浓度也越高。1.2炉膛中氧体积分数由图2 可见,随着炉膛氧体积分数升高,烟气中NO质量浓度升高。炉膛氧体积分数过高,2824201612891011121314151617燃料气中氮气体积分数/%图1燃料气中氮气体积分数对烟气中NO.质量浓度的影响450(.S/UON375300225150750135791113 15氧体积分数/%图2炉膛中氧体积分数对烟气中NO.质量浓度的影响收稿日期:2 0 2 2-11-2 9;修回日期:2 0 2 3-0 3-13作者简介:高青松(19 7 8 一),男,甘肃酒泉人,学士,高级工程师。主要
5、从事石油化工领域生产管理工作,已发表论文6 篇。石308应与术用技化第4 1卷会降低加热炉热负荷,增大燃料气消耗,烟气流量增大,造成烟气中NO质量浓度增大,装置能耗上升2 。氧体积分数过低时,虽然烟气中NO.质量浓度会下降,但因燃料气不能与氧气充分接触燃烧,烟气中SO2含量会大幅升高,严重时会造成炉膛闪爆。1.3加热炉负荷NO的生成有3 种:快速或直接转化型;燃料转化型;热力型或热转化型。当温度足够高时,热力型NO,的生成量占NO总量的9 0%以上,温度高于13 0 0 时,温度每升高10 0,NO反应速率成倍增大3 。随着装置运行周期延长,固定床反应器需提高反应苛刻度以保持催化剂活性,升高反
6、应温度后,加热炉负荷增大,一方面燃料气消耗量增大,另一方面炉膛温度持续升高,热力型NO.生成量也大幅升高。由图3 可见,随着燃料气消耗量的增大,烟气中NO.质量浓度显著增高。6045301513579111315燃料气消耗量mh)图3燃料气消耗量对烟气中NO.质量浓度的影响2降低烟气NO,排放量的主要措施2.1控制燃料气中氮气体积分数生产过程中,燃料气中氮气主要来源为:(1)控制压力的氮气。由于部分装置罐、塔顶使用氮气控制压力,压力下降后,需向设备补人氮气,压力高时,向火炬系统排放氮气。(2)填料密封用氮气。由于动设备机组填料密封需使用氮气,这部分氮气会通过连续排放进入火炬系统。(3)吹扫设备
7、的氮气。装置的过滤器、辅材加注罐需定期进行氮气吹扫置换,这部分也会进人火炬系统。庆阳石化火炬系统气体经螺杆压缩机升压后,并人燃料气系统循环使用,燃料气系统氮气体积分数长期维持在5%10%。装置开、停工过程中,存在装置氮气置换进入火炬的情况,造成进加热炉燃料气中氮气体积分数大幅升高,最高可达14.8%,导致烟气中NO.排放量明显升高。为了控制燃料气中氮气体积分数,自2 0 2 2 年5月10 日,进行以下优化调整:(1)在设备进行氮气置换过程中,达到现场排放标准时,及时将氮气改至现场排放,防止过多氮气进人火炬系统,造成燃料气中氮气体积分数大幅升高;(2)严格控制燃料气系统中氮气体积分数不大于8%
8、,并通过定期分析燃料气管网组成,跟踪氮气体积分数变化情况。由表1可见,优化调整后,随着燃料气中氮气体积分数的降低,烟气NO.排放量下降明显。表1调整燃料气中氮气体积分数对加热炉烟气NO排放量的影响调整前调整后燃料气中氮气烟气NO.排放燃料气中氮气烟气NO,排放体积分数/%量/(kgd-)体积分数/%量/(kgd-l)12.710.57.38.312.110.17.88.712.810.16.58.111.79.57.18.411.910.17.38.62.2降低炉膛氧体积分数为了降低炉膛氧体积分数,自2 0 2 2 年5 月22日,采取了以下措施:(1)控制炉膛氧体积分数为2.5%3.5%,炉
9、膛负压为-2 5 4 5 kPa,确保加热炉参数稳定;(2)对加热炉风道及烟道气密性检查,封堵漏风点,防止空气直接进人烟道。由表2 可见,在稳定燃料气组成及氮气体积分数的前提下,降低炉膛氧体积分数后,烟气NOx排放量明显减少。表2调整炉膛氧体积分数对加热炉烟气NO.排放量的影响调整前调整后炉膛氧体积烟气NO.排放炉膛氧体积烟气NO.排放分数/%量/(kgdl)分数/%量/(kgd-)4.78.52.97.34.58.33.37.74.68.52.67.14.58.73.17.54.68.43.27.62.3降低加热炉负荷为了降低加热炉负荷,减少燃料气消耗量,参考文献:309高青松.柴油加氢装置
10、加热炉烟气NO,排放量大的原因分析及改进措施第4 期自2 0 2 2 年8 月起,采取了以下措施:1)优化调整原料配比及组成,降低混合柴油9 5%馏程,稳定催化柴油比例,确保原料量及原料组分稳定;(2)根据产品质量,优先调整反应苛刻度,通过降低反应加热炉出口温度,降低加热炉负荷;(3)优化调整换热网络,提高混合进料温度,关闭冷油旁路,以减少高压换热器取热,充分利用反应热提高反应加热炉入口温度,降低加热炉负荷;(4)对加热炉炉管及高压换热器进行清洗,降低清洗后炉管及换热器污垢热阻,提高换热效率。通过采用以上措施,加热炉负荷由9 2%降至83%,烟气NO排放量由7.6 kg/d降至6.3 kg/d
11、。2.4主燃烧器2.4.1火焰高度单台燃烧器火焰过高时,对应炉墙发红高度较高,说明该燃烧器燃料气流量偏大,火嘴燃烧过程中释放热量增多,热力型NO.的生成量随着火焰中心温度同步升高。自2 0 2 2 年9 月3 日起,对加热炉火嘴进行优化,主要措施为:(1)及时调整反应加热炉各火嘴,根据各火嘴火焰高度及炉墙发红高度来判断火嘴燃料气用量,通过对比微调火嘴手阀,使各火嘴火焰高度及炉墙发红高度保持一致,确保南北炉膛各火嘴均匀、充分燃烧;(2)通过控制主火嘴燃料气现场手阀,确保燃烧器处燃料气压力为0.0 5 0.2 0 MPa,并定期对燃烧器进行清理,防止枪头结焦影响燃烧效果;(3)加强燃料气组成及管网
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