苯乙烯裝置蒸汽過(guò)熱爐節(jié)能減排技術(shù)研究及應(yīng)用

文_林亞祥 中海石油寧波大榭石化有限公司

苯乙烯主要用作合成樹脂、離子交換樹脂及合成橡膠等的重要單體，也可用于制藥、染料、農(nóng)藥以及選礦等行業(yè)，應(yīng)用十分廣泛。目前，國(guó)內(nèi)苯乙烯主要是采用乙苯絕熱脫氫技術(shù)生產(chǎn)，其產(chǎn)品成本除原料價(jià)格影響之外，能耗占比較大。為此，節(jié)能技術(shù)的開發(fā)利用可提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)創(chuàng)造更大效益。

1 技術(shù)改造內(nèi)容

1.1 苯乙烯蒸汽過(guò)熱爐本體改造

苯乙烯蒸汽過(guò)熱爐是采用“A”“B”室雙輻射爐膛共用一個(gè)對(duì)流段的立式方箱爐，是為乙苯脫氫反應(yīng)器提供熱源的關(guān)鍵設(shè)備，爐管位于爐膛中央，爐管兩側(cè)布置多種燃料混燒的聯(lián)合燃燒器，燃燒器共有24臺(tái)套。其改造分為兩部分。

1.1 更換燃燒器

將24臺(tái)套燃燒器全部更換為低氮燃燒器，降低氮氧化物排放。采用了行業(yè)領(lǐng)先的燃料分級(jí)燃燒及煙氣內(nèi)循環(huán)的原理，通過(guò)分級(jí)燃燒的形式降低火焰中心溫度，使得熱力型NOx大幅降低，同時(shí)通過(guò)噴嘴高速射流在爐膛內(nèi)形成煙氣內(nèi)循環(huán)，把靠近爐膛外壁的溫度較低的煙氣引到燃燒區(qū)，使得火焰燃燒區(qū)的溫度和氧含量濃度進(jìn)一步降低，從而NOx值可以進(jìn)一步降低。燃燒器及低氮燃燒技術(shù)見(jiàn)圖1。

圖1 燃燒器及低氮燃燒技術(shù)示意圖

NOx形成機(jī)理為快速或直接轉(zhuǎn)化型、燃料轉(zhuǎn)化型、熱力型或熱轉(zhuǎn)化型。在火焰高溫區(qū)空氣中的N2和O2在高溫條件下反應(yīng)生成，分子式為：

熱力學(xué)NOx的生成量和燃燒溫度關(guān)系很大，在溫度足夠高時(shí)，熱力NOx的生成量可占到NOx總量的90%，隨著反應(yīng)溫度的升高，其反應(yīng)速率按指數(shù)規(guī)律增加。

當(dāng)溫度＜1300℃時(shí)，NOx的生產(chǎn)量不大，當(dāng)溫度＞1300℃時(shí)，每增加100℃，NOx反應(yīng)速率增大6～7倍。

1.2 增加對(duì)流段翅片換熱管

對(duì)蒸汽過(guò)熱爐對(duì)流段進(jìn)行改造，利用底部翅片管空間，增加40根15m長(zhǎng)，直徑141mm的翅片管及彎頭箱，增加換熱面積，有效利用煙氣余熱，降低排煙溫度。

1.3 新增凝液熱交換器

在工藝水汽提塔進(jìn)料管線上增加一臺(tái)換熱器E317，優(yōu)化裝置低低壓凝液余熱利用。利用裝置自產(chǎn)的低低壓凝液對(duì)進(jìn)塔工藝水進(jìn)行加熱，減少原進(jìn)料預(yù)熱器SP3024的0.25MPa蒸汽耗量，換熱后的蒸汽凝液溫度由109℃左右降低至80℃，送至苯乙烯蒸汽過(guò)熱爐對(duì)流段進(jìn)行取熱，進(jìn)一步降低排煙溫度。

2 技術(shù)應(yīng)用效果

裝置利用2021年4月大檢修期間實(shí)施技術(shù)改造，該項(xiàng)目于5月正式投用，經(jīng)過(guò)運(yùn)行優(yōu)化，取得了理想效果。

2.1 蒸汽過(guò)熱爐熱效率

苯乙烯蒸汽過(guò)熱爐煙氣排放溫度降低，熱效率提高，項(xiàng)目實(shí)施前后蒸汽過(guò)熱爐熱效率變化詳見(jiàn)圖2。

圖2 改造前后苯乙烯蒸汽過(guò)熱爐熱效率

改造前，加熱爐排煙溫度在160℃左右，通過(guò)增加凝液熱交換后，低低壓凝液進(jìn)蒸汽過(guò)熱爐對(duì)流段前溫度由109℃降低至80℃，同時(shí)對(duì)流段翅片管的增加，加大了凝液與煙氣換熱的面積，使排煙溫度降低至105℃左右，熱效率由91.4%提高至目前93.5%，效率提升明顯。

2.2 蒸汽過(guò)熱爐煙氣氮氧化物含量

煙氣排放中氮氧化物含量明顯降低，詳見(jiàn)表1。

表1 蒸汽過(guò)熱爐煙氣檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總表

改造前， 苯乙烯蒸汽過(guò)熱爐煙氣排放中氮氧化物含量在95～105mg/m3之間，有時(shí)超過(guò)了地方排放標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目實(shí)施后，不同負(fù)荷下煙氣中氮氧化物含量均控制在65mg/m3以下，大大低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 汽提塔預(yù)熱蒸汽消耗

未增加凝液熱交換器E317之前，工藝水溫度為50℃，需要經(jīng)過(guò)0.25MPa蒸汽加熱至71℃后再進(jìn)入汽提塔。增加E317回收低低壓凝液余熱后，該項(xiàng)目于2021年5月15日正式投用，通過(guò)逐步關(guān)閉E317三通閥旁路，將凝液全部并入熱交換器進(jìn)行換熱，最大限度回收凝液余熱，工藝水加熱后溫度由50℃提高至65℃，經(jīng)過(guò)熱量衡算，可節(jié)約汽提塔進(jìn)料0.25MPa預(yù)熱蒸汽2.65t/h，詳見(jiàn)表2。

表2 改造前后汽提塔進(jìn)料和預(yù)熱蒸汽消耗

3 結(jié)語(yǔ)

①通過(guò)節(jié)能減排技術(shù)的研究及應(yīng)用，加熱爐熱效率由91.4%提高至93.5%，節(jié)約了0.25MPa蒸汽2.65t/h，有效降低了裝置的能耗和碳排放量，達(dá)到了節(jié)能降碳目的。

②加熱爐煙氣排放中氮氧化物含量降低30%以上，達(dá)65mg/m3以下，完全滿足國(guó)家最嚴(yán)地方標(biāo)準(zhǔn)小于100mg/m3排放要求。

③該技術(shù)在煉油化工裝置上有很大的推廣價(jià)值，對(duì)加熱爐實(shí)施技術(shù)改造提供了借鑒思路。