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

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 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%，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。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压力管控，确保燃料气性质稳定，燃烧热值稳定；（4)控制长明灯的燃气量和火焰高度，以刚出火盆砖为宜。通过采取以上措施，并逐一对加热炉3 2 台燃烧器火焰高度进行调整，使其均匀保持在0.8 1.0m，烟气NO排放量由6.4 kg/d降至5.4 kg/d。2.4.2配风量低氮燃烧器是通过弱化燃烧、提高风速来引射燃料，燃烧器配风量的大小可控制炉膛氧体积分数。当燃烧器火焰为淡蓝通透，不明亮，不发飘时，配风量为最佳值4 自2 0 2 2 年9 月2 2 日，在各火嘴火焰高度均匀的情况下，将加热炉3 2 台燃烧器二次风门开度由4 0%调至2 0%，在减少配风量的同时提高了风速，防止了主燃烧器出现富氧燃烧，烟气NOx排放量由5.6 kg/d降至4.2 kg/d。3结论a.燃料气中氮气体积分数、炉膛氧体积分数、加热炉负荷、各主燃烧器火焰高度、各燃烧器配风量均对加热炉烟气NO.排放量有影响。b.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。1解慧敏.烟气环保排放下实施催化裂化降碳减排对策J.当代化工,2 0 2 2,5 1(10)：2 4 2 5-2 4 2 9.2牛继光，金宏伟，刘荣博，等.9 5+高效超净加热炉节能技术J.石化技术与应用，2 0 2 0,3 8(3）：17 8-18 1.3霍爱玺，于海龙，王奕雅，等.双旋流撞击式超低氮气体燃烧器低氮燃烧实验研究J.热能动力工程，2 0 2 1,3 6（1)：8 0-8 6.4何泾渭，黎亚洲，徐洪涛，等.不同氧气浓度下CH旋流燃烧器燃烧特性的数值模拟J.热能动力工程,2 0 18,3 3(1)：10 5-111.相关文献链接：1刘劲松，史家亮，张炎，等.柴油加氢装置开工问题分析与对策J.炼油技术与工程，2 0 2 2,5 2(5）：2 4-2 8.2】应汶静，崔钟续.渣油加氢加热炉运行中存在的问题及优化改造J.云南化工,2 0 2 2,4 9（8)：12 8-13 0.3安家乐.降低汽油加氢装置加热炉氮氧化物的方法J.石油石化物资采购，2 0 2 1(3 1)：13-15.【4 苗广发.某化工企业加氢装置动力锅炉烟气脱硫脱硝减排提升研究J.山东化工，2 0 2 0,4 9（15）：2 5 3-2 5 4.5杨轶男，邵志才，吕庐峰.加氢原料对催化裂化烟气SO,排放影响的中试研究J.石油炼制与化工，2 0 19,5 0（4）：4 9-5 2.6袁成志.加热炉烟气NO,防治J.石油化工设备技术，2 0 18,3 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corresponding improvement measures wereput forward.The results showed that the volumefraction of nitrogen in the fuel gas,the volume frac-tion of oxygen in the furnace,the furnace load,theflame height of each main burner,and the air distri-bution volume of each burner had influence on theNO,emission of the furnace flue gas.By reducing thevolume fraction of nitrogen in the fuel gas,the vol-ume fraction of oxygen in the furnace and the load ofthe heating furnace,adjusting and optimizing theflame height and air distribution volume of eachmain burner,the NO,emission of flue gas would bereduced from 11.90 kg/d to 4.20 kg/d.Key words:diesel hydrogenation;heating fur-nace;flue gas;NO.;low nitrogen burner;fuel gas;load霍尼韦尔公司成立中国烯烃技术中心2023年5 月18 日，霍尼韦尔（UOP)公司在贵阳举办的“创新转型型赢在当下2023霍尼韦尔UOP石油炼化大会”上宣布成立UOP中国烯烃技术中心。该技术中心将专注于以创新技术及成熟的解决方案推动烯烃产业的降本增效与数字化转型，通过进一步加大在中国烯烃领域的服务投人，助力客户的可持续发展与中国“碳达峰”及“碳中和”目标的实现UOP中国烯烃技术中心的服务范围贯穿炼化装置全生命周期，其中包括最新催化剂的研发和应用，工业化数字互联技术的研发及服务，现有烯烃装置的升级与改造，线上及线下工艺技术培训，以及烯烃技术专家对装置的全面技术支持。该技术中心旨在提高行业使用UOP专利烯烃技术的整体生产运行指标，实现烯烃装置数字化升级，使烯烃装置在丙烷脱氢和甲醇制烯烃工艺的应用中，在运营性能、生产成本和碳排放等关键指标上保持行业领先水平，满足当前石化产业可持续转型的新目标和要求，为中国的可持续发展作出贡献。在本届石油炼化大会上，UOP公司与江苏盛虹石化产业集团有限公司签署战略合作备忘录，为其位于江苏连云港石化产业基地的炼化一体化项目提供石脑油加氢裂化（NEP)等先进工艺技术，推动智能、低碳、可持续的一体化生产体系建设，助力盛虹石化全面推进产业升级。（上海陈佩薇供稿）