西北某石化公司1.6Mt/a催化裂化装置余热锅炉设计

2022-09-11

0 引言

西北某石化公司1.6Mt/a催化裂化炼油装置加工原料为长庆原油, 重油催化裂化装置加工原料为常压渣油大于375℃馏分, 原料中氮元素含量约2700ppm, 运行方案为汽油方案, 采用中国石油大学两段提升管催化裂化 (TSRFCC) 技术, 两器运行方式为并列式, 再生方式采用完全再生方式, 无补燃。

1 改造方案

1.1 热平衡核算

对装置进行整体的热量平衡计算, 确定合理的上水温度, 算出装置外来的中压饱和蒸汽量, 完全再生烟气除了过热装置外来的中压饱和蒸汽量之外, 通过加热装置的给水, 让排烟温度降低到160℃左右。

通过核算, 外取热和油浆蒸发器 (外来中压饱和蒸汽来源) 的热负荷为67729k W,

也就是每小时115t温度从160℃水变为中压饱和蒸汽吸收的热量, 而炼油厂的工艺运行参数都很平稳, 变化不大。再加上224940Nm3/h高温完全再生烟气从488℃降到160℃释放出的热量, 去除掉散热损失, 就是余热锅炉和装置产最大量中压蒸汽时吸收的热量。

核算后的参数如下:

1.2 受热面参数计算

由于烟气中含有0.01%的SO2, 8.84%水蒸气, SO2转化SO2转化率按3%计算, 按照荷兰A.G.okkes方程计算得出, 酸露点温度为122℃, 为了防止酸露点腐蚀低温省煤器, 低温省煤器采用自预热式省煤器, 将给水温度从104℃提高到135℃, 彻底避免低温区省煤器受热面管子露点腐蚀, 由于管子壁温是和传热系数大的接触流体温度相近, 而水的传热系数远远的大于烟气。

1.3 结构布置

余热锅炉各受热面均采用翅片蛇行管结构, 顺排布置, 用翅片管做换热元件, 大量增加了受热面积, 从而减小了过热器和省煤器的体积, 降低流动阻力。由于脱硝工艺采用SCR脱硝方式, 要求进SCR脱硝反应器的烟气温度在300~400℃范围内, 此温度恰好在低温过热器 (上) 和低温过热器 (下) 模块之间, 因此脱硝喷氨设备安装于此位置。

为了安装方便, 保证设备质量, 设备采用模块化结构。各受热面换热管束与集箱的焊接、拍片及水压试验均在制造厂组装完成, 运至安装现场吊装就位 (支撑在余热锅炉钢结构上) 后, 只需用烟道将其连接。其中高温过热器 (一个模块) 采用内保温, 衬里结构;低温过热器 (上) (一个模块) 、喷氨模块、脱硝反应器 (两个模块) 、低温过热器 (下) (一个模块) 、低压过热器与高温省煤器 (共一个模块) 和低温省煤器 (二个模块) 采用外保温。

脱硫和除尘采用WGS技术, 布置在余热锅炉尾部, 160℃排烟温度经过脱硫和除尘后经烟囱排放, 脱硫装置分为湿法洗涤和废液处理 (PTU) 两部分, 其中湿法洗涤部分, 利用洗涤液将催化烟气中的硫化物脱除, 同时洗涤催化烟气中的粉尘颗粒, 废液处理部分将催化剂颗粒经压滤脱出, 并将废液氧化, 保证外排烟气中硫化物和粉尘各项指标合格。

1.4 吹灰器布置

锅炉积灰是影响锅炉性能的重要原因之一, 所以用吹灰器清灰是保证锅炉正常高效运行重要措施之一。根据本公司七十余套催化装置新建或改造余热锅炉成功经验, 结合本次改造后余热锅炉结构特点, 高温过热器和低温过热器 (上) 采用并联式脉冲激波吹灰器进行吹灰, 其中高温过热器布置8台激波吹灰器, 低温过热器 (上) 布置6台激波吹灰器, 脱硝反应器采用耙式蒸汽吹灰器和声波吹灰器混合吹灰, 每个脱硝反应模块布置2台耙式蒸汽吹灰器和4台声波吹灰器, 脱硝反应器以下模块采用脉冲激波配合耙式蒸汽吹灰器。低温过热器 (下) 和省煤器每个受热面模块各布置2台耙式吹灰器和6台激波吹灰器。

本次改造余热锅炉一共布置38台激波吹灰器, 12台耙式蒸汽吹灰器, 8台声波吹灰器。12台耙式蒸汽吹灰器共用一套就地控制柜, 定期吹灰。8台声波吹灰器共用一套就地控制柜, 定期吹灰。38台激波吹灰器采用一套就地控制柜PLC控制, 定时吹灰。三种吹灰器相互协作, 各自定期吹灰, 确保有效清除受热面表面灰垢。

2 改造效果

在2014年大检修期间对新增余热锅炉进行了安装, 施工周期2个月, 在催化裂化装置正常开车, 新增余热锅炉投运后, 催化裂化装置产生的中压饱和蒸汽全部进入余热锅炉过热, 催化裂化装置完全再生烟气 (约224940Nm3/h) 全部经过余热锅炉放热, 催化裂化装置产1.25MPa低压饱和蒸汽 (10t/h) 进新增余热锅炉低压过热器过热。改造后装置上水温度提高到180℃, 催化裂化装置比原来多产5.7t/h中压饱和蒸汽, 中压过热蒸汽按250元/t计算, 一年8400h可产生经济效益1197万元。10t/h低压过热蒸汽按180元/t计算, 一年8400h可产生经济效益1512万元。综上所述, 年产生经济效益2709万元。

3 结语

该石化公司对催化裂化装置尾部余热回收进行改造后, 将排烟温度由240℃降到160℃, 提高了装置效率, 为催化裂化装置增设烟气脱硝脱硫、脱颗粒物的设施提供了条件。烟气脱硝脱硫、脱颗粒物的设施投运后重油催化裂化外排烟气中二氧化硫、氮氧化物、颗粒物的浓度分别降至200mg/Nm3 (dry) 、200mg/Nm3 (dry) 和50mg/Nm3 (dry) 以下, 每年减少二氧化硫排放约510吨, 氮氧化物排放约275吨, 减少颗粒物排放量约220吨, 催化裂化装置烟气中各污染物达标排放。不仅解决了长期困扰公司环境污染治理的难题, 使主要污染物实现稳定达标排放, 为改善当地的空气质量, 增进企地关系和谐发展有着十分重要的意义, 具有良好的社会效益。

摘要：针对西北某石化公司1.6Mt/a催化裂化装置尾部烟气污染物排放超标, 给环境带来严重的危害, 余热锅炉排烟温度240℃, 高温烟气的排放导致装置能耗偏高, 影响装置经济效益, 同时影响尾部布置脱硫工程。随着国家环保要求进一步提高, 2014年该厂为节能减排及烟气排放达标, 新增烟气脱硫、脱硝装置。由于脱硝工艺要求进脱硝反应器的烟气温度在300400℃范围内, 布置脱硝装置需要较大空间, 而现锅炉周边无足够的场地, 故设计新的余热锅炉以布置脱硝装置, 同时降低排烟温度。新设计时对余热锅炉受热面进行模块式设计, 将再生高温烟气全部经过余热锅炉回收, 排烟温度降到160℃以下, 提高装置效率。同时满足脱硝装置的布置, 降低NOx的排放。

关键词：余热锅炉,模块化,节能减排 (NOx、SOx及颗粒物减排)