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        低氮燃燒器在煉化一體化項(xiàng)目應(yīng)用及NOx減排效果分析

        2021-11-20 04:45:08莫新明焦文娟浙江石油化工有限公司浙江舟山316200
        化工管理 2021年29期
        關(guān)鍵詞:焚燒爐加熱爐燃燒器

        莫新明,焦文娟(浙江石油化工有限公司,浙江 舟山 316200)

        0 引言

        隨著科技的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們環(huán)保意識(shí)的提高,石油化工行業(yè)的安全、環(huán)保與健康備受關(guān)注,國家對石油化工污染物排放指標(biāo)控制日趨嚴(yán)格。浙石化4 000萬噸/年煉化一體化項(xiàng)目中,針對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求相當(dāng)嚴(yán)格,廢氣、廢水排放執(zhí)行的是國內(nèi)最嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),NOx減排就是其中難點(diǎn)之一。

        為了達(dá)到NOx排放總量,按照項(xiàng)目環(huán)評(píng),主要排放口的NOx排放濃度要大幅低于GB 31570—2015 《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB 31571—2015 《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中特別排放值,部分裝置要控制到45 mg/Nm3以下,十分嚴(yán)苛。浙石化認(rèn)真調(diào)查研究,大膽創(chuàng)新,在項(xiàng)目中廣泛采用低氮燃燒器、以超低氮燃燒器替代SCR進(jìn)行NOx減排。實(shí)際運(yùn)行來看,節(jié)約了投資減少了占地,運(yùn)行穩(wěn)定,排放達(dá)標(biāo)準(zhǔn)到要求,減排效果顯著。

        1 項(xiàng)目廢氣NOx減排措施

        1.1 降低NOx產(chǎn)生量的主要途徑

        在石油化工行業(yè),燃燒技術(shù)直接決定石油化工廠NOx產(chǎn)生量。一般燃料燃燒所生成的NO主要來自兩個(gè)方面:一是燃燒所用空氣(助燃空氣)中氮的氧化;二是燃料中所含氮化物在燃燒過程中熱分解再氧化[1]。

        燃燒器是工業(yè)燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t上面的重要設(shè)備,它保障燃料的穩(wěn)定著火燃燒和完全燃燒等過程,因此,要抑制NOx的生成量就必須從燃燒器入手。低氮燃燒器,是指燃料燃燒過程中NOx排放量低的燃燒器,通過調(diào)節(jié)燃燒空氣和燃燒頭,可以獲得最佳的燃燒參數(shù),控制NOx的產(chǎn)生量在一定水平[2]。

        NOx是由燃燒產(chǎn)生的,而燃燒方法和燃燒條件對NOx的生成有較大影響,因此可以通過改進(jìn)燃燒技術(shù)來降低NOx,其主要途徑如下:(1)選用N含量較低的燃料,包括燃料脫氮和轉(zhuǎn)變成低氮燃料;(2)降低空氣過剩系數(shù),組織過濃燃燒,來降低燃料周圍氧的濃度;(3)在過剩空氣少的情況下,降低溫度峰值以減少“熱反應(yīng)NO”;(4)在氧濃度較低情況下,增加可燃物在火焰前峰和反應(yīng)區(qū)中停留的時(shí)間。

        1.2 廢氣NOx減排措施優(yōu)化

        為降低項(xiàng)目NOx排放總量,最大化減少項(xiàng)目建設(shè)對周圍環(huán)境的影響,隨著項(xiàng)目專利商技術(shù)引進(jìn)談判的最終確定,以及詳細(xì)設(shè)計(jì)的深入及施工的開展,并對同行業(yè)企業(yè)進(jìn)行了走訪和調(diào)研,在生產(chǎn)工藝選擇和環(huán)保設(shè)施先進(jìn)性設(shè)計(jì)上吸取了大量的成熟、最新經(jīng)驗(yàn),并對一體化項(xiàng)目脫硝措施進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整,特別引進(jìn)了國外最先進(jìn)的超低氮燃燒器技術(shù)控制NOx產(chǎn)生,使一期項(xiàng)目生產(chǎn)工藝更合理,環(huán)保設(shè)計(jì)更符合實(shí)際、更具有針對性,更依托清潔生產(chǎn)和源頭控制。

        (1)采用專利商最新、最先進(jìn)的超低氮燃燒器(超藍(lán)燃燒器)技術(shù)取代部分加熱爐脫硝。原先環(huán)評(píng)中常減壓、連續(xù)重整及芳烴裝置基于當(dāng)時(shí)的國內(nèi)技術(shù)基礎(chǔ),認(rèn)為單獨(dú)的低氮燃燒能滿足特別排放限值要求,卻不能滿足本項(xiàng)目NOx總量控制要求,因此要求采用低氮燃燒+SCR脫硝方式強(qiáng)化處理。浙石化煉化一體化項(xiàng)目進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段后,通過與多家企業(yè)交流和試燒,最終選擇國外超低氮燃燒器進(jìn)行源頭控制,NOx排放保證值不變,從而消除了NH3逃逸排放和脫硝廢催化劑的產(chǎn)生。該燃燒器能夠滿足環(huán)評(píng)NOx濃度排放限值要求,還可以節(jié)省設(shè)備占地,簡短、優(yōu)化環(huán)保設(shè)施工藝流程,便于工藝控制和操作管理。前期組織進(jìn)行了超低氮燃燒器試燒,以合成氣為燃料,從試燒結(jié)果來看,加熱爐超低氮燃燒能滿足NOx≤40 mg/m3要求。

        (2)其他各加熱爐、裂解爐/轉(zhuǎn)化爐均采用低氮燃燒器。原先環(huán)評(píng)中柴油加氫、蠟渣油加氫等裝置,基于國內(nèi)技術(shù)基礎(chǔ),認(rèn)為單獨(dú)的低氮燃燒能滿足特別排放限值要求。

        (3)對于丙烯腈裝置廢氣及廢水焚燒爐,通過考察,丙烯腈廢水焚燒爐廢氣處理難度較低,尾氣實(shí)際不作脫硝處理也能滿足NOx濃度≤60 mg/m3的排放保證值要求,同行業(yè)中采用SNCR工藝即可滿足排放限值要求,故變更脫硝工藝,將NOx產(chǎn)生量小的廢水焚燒爐有SCR改為SNCR脫硝;丙烯腈裝置尾氣含大量的有機(jī)氮組分,廢氣焚燒爐廢氣處理難度較大,單純的低氮燃燒+SCR脫硝無法保證NOx濃度≤45 mg/m3的要求,為滿足排放限值要求,在SCR前端增設(shè)SNCR脫硝作為預(yù)處理,將脫硝工藝改為SNCR+SCR。

        (4)石腦油加氫裝置加熱爐煙氣采用美國凱勒特的超低氮燃燒器:經(jīng)調(diào)查,石腦油加氫裝置加熱爐也采用了國外超低氮燃燒器,但由于原先環(huán)評(píng)中未要求脫硝,因此專利商保證值相較原先要求SCR脫硝的加熱爐排放保證值寬松,NOx保證值為<50 mg/m3,本次優(yōu)化仍按照專利商保證值計(jì)算排放量。

        (5)SAR裝置:優(yōu)選專利商發(fā)生,根據(jù)專利商保證值,本次優(yōu)化后,再生余熱爐燃燒煙氣中NOx濃度≤70 mg/m3;

        項(xiàng)目環(huán)保設(shè)施配置及處理要求嚴(yán)格執(zhí)行GB 31570—2015和GB 31571—2015以及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

        NOx減排措施優(yōu)化調(diào)整詳細(xì)情況見表1。

        表1 NOx減排措施變化情況一覽表

        2 低氮燃燒器減排效果分析

        2.1 NOx實(shí)際排放情況

        一體化項(xiàng)目一期各加熱爐、裂解爐排放廢氣2020年1月—2021年5月NOx排放統(tǒng)計(jì)結(jié)果:

        (1)各種低氮燃燒器均可以確保加熱爐煙氣NOx連續(xù)穩(wěn)定達(dá)到GB 31570—2015特別排放100 mg/Nm3限值,濃度范圍在30~80 mg/Nm3范圍。

        (2)各種低氮燃燒器,除了石腦油加氫裝置、連續(xù)重整裝置外,其余均可以確保加熱爐煙氣NOx達(dá)到設(shè)計(jì)值。

        (3)乙烯裂解爐廢氣,采用低氮燃燒器時(shí),需要輔以SCR脫硝,尾氣NOx可以控制在40 mg/Nm3以下。

        (4)芳烴聯(lián)合裝置、常減壓裝置、連續(xù)重整裝置設(shè)計(jì)控制值為40 mg/Nm3,芳烴聯(lián)合裝置、常減壓裝置燃燒器分別采用國外技術(shù),燃料以合成氣為主,年均值可以達(dá)到40 mg/Nm3以下;連續(xù)重整裝置燃料為燃料氣,2套裝置年均值分別為41.9 mg/Nm3、43.5 mg/Nm3,較40mg/Nm3的設(shè)計(jì)控制值稍高。說明以合成氣為燃料,效果更佳。

        (5)國內(nèi)燃燒器,可以把NOx控制在50~65 mg/Nm3范圍。國外技術(shù),可以把NOx控制在30~65 mg/Nm3范圍,因燃燒器型號(hào)與加熱爐工況而異。

        (6)利用超低氮燃燒器,完全可以替代SCR,達(dá)到NOx低于40 mg/Nm3的超低排放。

        2.2 需要說明的問題

        (1)采用低氮或超低氮燃燒器的加熱爐煙氣NOx排放濃度,跟加熱爐負(fù)荷密切相關(guān)。通常當(dāng)負(fù)荷低于70%時(shí),NOx排放濃度會(huì)明顯升高,負(fù)荷越低濃度越高。

        (2)利用合成氣或燃料氣為燃料的加熱爐,需要采用獨(dú)立的進(jìn)氣系統(tǒng)(進(jìn)氣噴嘴),根據(jù)現(xiàn)場燃料氣工況采用雙槍在線切換運(yùn)行或者雙槍混合運(yùn)行。否則當(dāng)切換為燃料氣時(shí),由于不同燃料體積熱值相差很大,單一燃燒器噴嘴開口無法滿足不同燃料正常燃燒所需的燃料壓力,就犧牲了燃燒器的燃燒性能,燃燒的火焰尺寸變短,火焰發(fā)飄,會(huì)出現(xiàn)舔舐爐管的現(xiàn)象,不能達(dá)到加熱爐工藝要求的熱通量分布,燃燒性能的降低,會(huì)造成煙塵、NOx指標(biāo)會(huì)超標(biāo)。比如苯乙烯裝置利用燃料氣為燃料時(shí)煙塵超標(biāo),柴油加氫裝置利用燃料氣為燃料時(shí)NOx超標(biāo)。

        3 結(jié)語

        綜上,浙石化4000萬噸/年煉化一體化項(xiàng)目是首個(gè)廣泛采用低氮燃燒器進(jìn)行NOx減排的特大型石化項(xiàng)目,其NOx減排措施的選擇與優(yōu)化,值得借鑒與推廣。特別是優(yōu)化后通過廣泛采用超低氮燃燒器,能夠?qū)崿F(xiàn)NOx超低排放,達(dá)到加熱爐SCR脫硝效果。該工藝示范推廣將為國內(nèi)石化行業(yè)節(jié)約投資成本和運(yùn)行成本,提升NOx控制水平作出積極貢獻(xiàn)。

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