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        催化煙氣脫硝余熱鍋爐進(jìn)出口壓差控制方法的探討

        2019-01-24 02:22:58洋,欒
        石油化工應(yīng)用 2018年12期
        關(guān)鍵詞:吹灰蝶閥壓差

        汪 洋,欒 睿

        (中國石油慶陽石化公司,甘肅慶陽 745000)

        隨著近些年國家對(duì)石油石化行業(yè)安全環(huán)保的嚴(yán)格要求,煙氣脫硝技術(shù)已應(yīng)用在大多數(shù)石化企業(yè)。慶陽石化催化裂化煙氣SCR脫硝裝置成功長周期運(yùn)行,標(biāo)志著中國石油擁有了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套催化煙氣脫硝技術(shù)。但在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)該煙氣脫硝裝置的核心設(shè)備脫硝余熱鍋爐的壓差時(shí)有升高,基于這一原因,本文以工程實(shí)踐為基礎(chǔ)并通過CFX模擬出脫硝余熱鍋爐入口煙道以及煙氣蝶閥處流場,總結(jié)分析出控制脫硝余熱鍋爐壓差升高的幾種方法,為指導(dǎo)裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行提供了科學(xué)參考[1-4]。

        1 脫硝余熱鍋爐壓差分析

        SCR脫硝裝置主要由氨的儲(chǔ)存系統(tǒng)、氨和空氣的混合系統(tǒng)、氨噴入系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)及監(jiān)測控制系統(tǒng)等組成。其中SCR脫硝反應(yīng)系統(tǒng)包括噴氨格柵、吹灰器、反應(yīng)器均位于余熱鍋爐中部,溫度區(qū)間為320℃~400 ℃(見圖1)。

        圖1 SCR脫硝裝置

        SCR噴氨最低連續(xù)運(yùn)行溫度通常為300℃,受鍋爐煙氣SO3含量及SCR入口NOx濃度影響而變化。在最低設(shè)計(jì)運(yùn)行煙氣溫度下,噴入煙道內(nèi)的NH3易與SO3反應(yīng)生成硫酸銨鹽,氨鹽沉積在催化劑中會(huì)引起催化劑失活,且大量沒反應(yīng)的氨氣會(huì)造成低溫段嚴(yán)重積灰堵塞。

        隨著脫硝裝置長周期運(yùn)行,沉積結(jié)鹽的程度逐漸加深,脫硝余熱鍋爐內(nèi)的壓差即逐漸升高,嚴(yán)重時(shí)或引起催化裝置的非計(jì)劃停車。

        2 壓差升高控制方法

        經(jīng)過一段時(shí)間的工程實(shí)踐,探索出以下幾種控制脫硝余熱鍋爐壓差升高的方法。

        2.1 控制噴氨量

        減少噴氨量即可減少氨逃逸量的程度,從而減輕脫硝余熱鍋爐低溫段的結(jié)鹽情況,進(jìn)一步控制脫硝余熱鍋爐內(nèi)壓差升高的問題。但是為了達(dá)到環(huán)保減排的目的,噴氨量的多少往往取決于催化煙氣中氮氧化物的含量,并不可一味減少噴氨量。噴氨量的計(jì)算公式如式(1)所示:

        式中:Q氨氣-氨氣流量,m3/h;K-設(shè)置的調(diào)控參數(shù),由操作人員給出,范圍0.60~1.20,小數(shù)點(diǎn)保留兩位;C-氮氧化物(NOx)濃度,mg/m3;Q煙氣-煙氣流量,m3/h。

        調(diào)整K值目標(biāo):出口NOx小于等于100 mg/m3;氨逃逸小于等于2.5 mg/m3。

        2.2 加強(qiáng)脫硝余熱鍋爐吹灰

        SCR脫硝余熱鍋爐內(nèi)吹灰有三種形式:激波吹灰、蒸汽吹灰、聲波吹灰。

        在SCR注氨投運(yùn)后,要注意監(jiān)視反應(yīng)器進(jìn)出口壓損的變化。若反應(yīng)器的壓損增加較快,與注氨前比較增加較多,此時(shí)要加強(qiáng)催化劑的吹灰。為了大幅度改善SCR系統(tǒng)阻力,需要檢查蒸汽吹灰器耙的前進(jìn)位移是否能夠到達(dá)指定位置,同時(shí)蒸汽吹灰不可頻繁使用,否則吹灰器上的跑車齒輪疲勞磨損,導(dǎo)致蒸汽吹灰器失效。

        加強(qiáng)吹灰可以減少SCR反應(yīng)器、省煤器積灰,增加熱量回收效率,同時(shí)對(duì)低溫段結(jié)鹽進(jìn)行吹掃,是控制余熱鍋爐壓差升高的有效手段。

        2.3 控制進(jìn)口煙氣蝶閥開度

        因時(shí)代的局限性,在很長一段時(shí)間內(nèi),利用催化煙氣的余熱鍋爐并不具備脫硝功能,現(xiàn)有大部分脫硝余熱鍋爐均為新建裝置,因此,國內(nèi)煉油廠往往有兩臺(tái)余熱鍋爐(見圖2),其中脫硝余熱鍋爐的進(jìn)口煙氣蝶閥為1號(hào)DN3000蝶閥,余熱鍋爐的進(jìn)口煙氣蝶閥為2號(hào)DN3000蝶閥。

        圖2 煙道及余熱鍋爐示意圖

        以慶陽石化為例,通過關(guān)小一側(cè)余熱鍋爐進(jìn)口煙氣蝶閥開度的方式來減小脫硝余熱鍋爐內(nèi)壓差,用CFX 軟件模擬三種情況:(1)1號(hào)蝶閥開度 100°,2號(hào)蝶閥開度 72°;(2)1 號(hào)蝶閥開度 100°,2 號(hào)蝶閥開度70°;(3)1 號(hào)蝶閥開度 100°,2 號(hào)蝶閥開度 68°。對(duì)比不同開度下1號(hào)蝶閥出口處即脫硝余熱鍋爐進(jìn)口處煙氣流場的變化情況。

        2.3.1 建模及相關(guān)設(shè)置 使用Proe軟件進(jìn)行三維建模(見圖3),圖中左側(cè)管道為通道2、左側(cè)蝶閥為2號(hào)蝶閥,右側(cè)管道為通道1、右側(cè)蝶閥為1號(hào)蝶閥,蝶閥的通徑為DN3000。

        圖3 煙道及蝶閥三維模型

        流道模型(見圖4),網(wǎng)格劃分情況(見圖5),其中對(duì)蝶閥處以及管道拐角處網(wǎng)格進(jìn)行加密。

        圖4 流道模型

        邊界條件加載:流場分析采用CFX軟件,首先堵住管道出口2,計(jì)算1通道的流阻系數(shù);再堵上管道出口1,計(jì)算2通道的流阻系數(shù)。流阻系數(shù)與流量成正比,計(jì)算兩個(gè)通道各自流量。設(shè)置入口壓力參數(shù)7 kPa,兩側(cè)出口都給出流量參數(shù),得到中性面的壓力、流速等云圖,改變模型開度后,重復(fù)上述步驟。

        圖5 網(wǎng)格劃分

        2.3.2 模擬結(jié)果分析 1號(hào)蝶閥開度100°,2號(hào)蝶閥開度72°時(shí),流道內(nèi)壓力、速度、速度矢量云圖(見圖6)。

        圖6 2號(hào)蝶閥開度72°

        1號(hào)蝶閥開度100°,2號(hào)蝶閥開度70°時(shí),流道內(nèi)壓力、速度、速度矢量云圖(見圖7)。

        圖7 2號(hào)蝶閥開度70°

        1號(hào)蝶閥開度100°,2號(hào)蝶閥開度68°時(shí),流道內(nèi)壓力、速度、速度矢量云圖(見圖8)。

        圖7 2號(hào)蝶閥開度70°

        圖8 2號(hào)蝶閥開度68°

        從圖6中可以看出當(dāng)2號(hào)開度設(shè)置為72°時(shí),1號(hào)蝶閥流量為150 433.54 m3/h,1號(hào)蝶閥流量出口原點(diǎn)處壓力為7 074.63 Pa,出口原點(diǎn)處速度12.069 2 m/s。從圖7中可以看出當(dāng)2號(hào)蝶閥開度設(shè)置為70°時(shí),1號(hào)蝶閥流量為153 658.48 m3/h,1號(hào)蝶閥出口原點(diǎn)壓力為7 074.43 Pa,出口原點(diǎn)處速度12.084 8 m/s。從圖8中可以看出當(dāng)2號(hào)蝶閥開度設(shè)置為68°時(shí),1號(hào)蝶閥流量155 883.42 m3/h,1號(hào)蝶閥出口原點(diǎn)處壓力為7 074.22 Pa,出口原點(diǎn)處速度為12.112 4 m/s。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)關(guān)閉若干個(gè)閥位后蝶閥出口處壓力變化較小,但煙氣流量與速度都明顯增加,對(duì)脫硝余熱鍋爐進(jìn)行沖刷。同時(shí)速度矢量線在管道入口處都是平行的,表示管道入口處流動(dòng)都比較穩(wěn)定。當(dāng)流體進(jìn)入拐角處時(shí),流速都會(huì)明顯增高,直接沖擊管道,進(jìn)入蝶閥處后流體的流動(dòng)再次趨于平穩(wěn)。管道內(nèi)的流動(dòng)方向均未發(fā)生變化,所以關(guān)閉閥位并不會(huì)影響煙氣的流動(dòng)方向,不會(huì)形成局部回流現(xiàn)象??刂七M(jìn)口煙氣蝶閥開度將是一種行之有效的減小脫硝余熱鍋爐內(nèi)壓差的方法,通過關(guān)閉一側(cè)蝶閥閥位將增大脫硝余熱鍋爐入口處的煙氣流量、流速,此種方法相當(dāng)于自上而下的對(duì)脫硝余熱鍋爐進(jìn)行了吹灰。

        3 結(jié)論

        (1)控制脫硝余熱鍋爐內(nèi)的壓差升高的方法有:控制噴氨量、加強(qiáng)脫硝余熱鍋爐吹灰、控制進(jìn)口煙氣蝶閥開度。

        (2)實(shí)踐與分析說明調(diào)整煙氣蝶閥開度能有效的控制脫硝余熱鍋爐進(jìn)出口壓差。且調(diào)整進(jìn)口煙氣蝶閥開度時(shí)并不會(huì)影響煙氣的流動(dòng)方向,不會(huì)形成局部回流現(xiàn)象。

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