本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域,尤其是涉及一種加熱爐的節(jié)能環(huán)保加熱方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
隨著社會(huì)的發(fā)展,追求綠色低碳發(fā)展,做好節(jié)能減排是每個(gè)能源化工企業(yè)應(yīng)有的責(zé)任。長(zhǎng)期以來(lái),煉油裝置加熱爐煙氣中硫化物所引起的酸露點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重,影響加熱爐設(shè)備的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。為了保護(hù)設(shè)備,往往需要提高煙氣最終排放溫度,使冷表面的溫度高于露點(diǎn)溫度,從而防止或減少結(jié)露產(chǎn)生的酸腐蝕。隨著煉油廠(chǎng)對(duì)節(jié)能降耗的要求越來(lái)越高,煙氣酸露點(diǎn)腐蝕成為降低管式爐排煙溫度、提高熱效率的主要障礙,給煉油廠(chǎng)帶來(lái)巨大困擾。探求減緩和防止煙氣酸露點(diǎn)腐蝕的方法,提出煙氣和冷凝水再利用方法,不僅是煉油廠(chǎng)加熱爐減少設(shè)備損害,提高加熱爐熱效率的重大課題,也是進(jìn)一步推動(dòng)煉廠(chǎng)綠色低碳節(jié)能環(huán)保的新要求。
面對(duì)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的巨大壓力,我國(guó)煉油行業(yè)必須大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),走綠色低碳發(fā)展之路,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。煉油企業(yè)優(yōu)先發(fā)展安全、環(huán)保改善型的投資,努力實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,提高資源綜合利用效率。
加熱爐的燃料消耗占煉油廠(chǎng)全廠(chǎng)能耗的比例約為40%,提高加熱爐熱效率措施有:降低排煙溫度,降低過(guò)??諝庀禂?shù),完全燃燒,減小散熱損失。其中采用降低排煙溫度提高加熱爐效率,理論上可以采取的措施有:(1)加強(qiáng)燃料的深度脫硫處理;(2)采用高效換熱技術(shù);(3)協(xié)調(diào)好煙氣側(cè)放熱系數(shù)與空氣側(cè)吸熱系數(shù)的關(guān)系,控制金屬壁溫;(4)發(fā)展涂料耐磨性、耐熱耐酸性技術(shù)及鋼材的耐腐蝕能力,改善材料的性能。
目前有關(guān)措施(2)、(3)、(4)的專(zhuān)利和文獻(xiàn)有很多,提出了很多工藝方法和設(shè)備。由于目前煉油廠(chǎng)管式加熱爐大多使用燃料氣(煉廠(chǎng)氣或天然氣),都含有一部分的H2S氣體,但實(shí)際生產(chǎn)操作中燃料氣的硫含量檢測(cè)值為100~300μL/L,有時(shí)甚至更高,導(dǎo)致排煙溫度很高,熱效率難以達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期水平。從根本上講,要減少腐蝕必須先脫除燃料中的硫或硫化氫,目前氣體脫硫是很成熟的工業(yè)技術(shù),國(guó)內(nèi)少數(shù)加熱爐廠(chǎng)家針對(duì)該工藝的特點(diǎn),申請(qǐng)了燃料氣深度脫硫節(jié)能的專(zhuān)利。但是目前暫沒(méi)有對(duì)脫硫之后的熱能和煙氣再綜合利用的報(bào)道。
有鑒于此,特提出本發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的第一目的在于提供一種加熱爐的節(jié)能環(huán)保加熱方法,所述的方法解決了耗能高、加熱效率低、煙氣腐蝕、煙氣污染環(huán)境等問(wèn)題。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種加熱爐的節(jié)能環(huán)保加熱系統(tǒng),所述的系統(tǒng)整合優(yōu)化了現(xiàn)有的加熱方式,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減耗、對(duì)設(shè)備腐蝕小、環(huán)保排放的加熱方式。
為了達(dá)到以上目的,本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
一種加熱爐的節(jié)能環(huán)保加熱方法,包括以下步驟:
對(duì)燃料進(jìn)行脫硫,直至燃料中的硫含量在10μL/L以下;
將所述脫硫后的燃料輸入加熱爐燃燒,排出高溫?zé)煔猓?/p>
使所述高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)換熱直至溫度降至100℃以下,然后將其通入光反應(yīng)器中,與微藻生物作用,完成凈化。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明不只是單調(diào)脫硫,而是將脫硫、換熱、生物脫碳創(chuàng)新組合在一起,大幅度地提升了加熱爐節(jié)能環(huán)保特性。
其中,燃料(包括固體、液體、氣體三類(lèi))經(jīng)過(guò)脫硫至后10μL/L,可使煙氣換熱后的排煙溫度降低到100℃左右,加熱爐效率可達(dá)到94%以上。燃料脫硫可以從根本上降低露點(diǎn)溫度,減少加熱爐及余熱回收系統(tǒng)的煙氣酸露點(diǎn)腐蝕,降低排煙溫度,提高熱效率。同時(shí)燃料脫硫還可減少隨煙氣排放到大氣的硫化物,減輕對(duì)環(huán)境的污染。燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過(guò)換熱,一方面解決了熱量浪費(fèi)的問(wèn)題,一方面可以綜合利用熱量用于燃料的預(yù)熱,以脫硫或燃燒。同時(shí)換熱時(shí)循環(huán)水也可以回收利用用于其它流程。煙氣經(jīng)過(guò)換熱之后進(jìn)入光反應(yīng)器,其中的二氧化碳被微藻等微生物固定利用,從而可以友好排放。同時(shí)擴(kuò)增的微藻等微生物可用于其它領(lǐng)域。由此可見(jiàn),本發(fā)明的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能,又可以轉(zhuǎn)化部分污染物,是一種節(jié)能環(huán)保加熱方法。
此外,本發(fā)明的方法流程不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞,即若將現(xiàn)有工藝改為本發(fā)明的工藝,則對(duì)設(shè)備等硬件方面的要求較低。具體地,因?yàn)楸景l(fā)明是在現(xiàn)有工藝的起始端和末端進(jìn)行改造,因此,只需要在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上增加旁路,即可完成改造。
當(dāng)然,上述方案只是本發(fā)明的基本宗旨,在此基礎(chǔ)上,還可以進(jìn)一步改進(jìn),例如:
優(yōu)選地,所述換熱為:使所述高溫?zé)煔馀c脫硫之前的所述燃料換熱,然后將換熱后的所述燃料進(jìn)行脫硫或者繼續(xù)加熱后進(jìn)行脫硫。
此方案將加熱流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)循環(huán)組合起來(lái),這樣可以降低回收利用熱量的成本,又可以降低脫硫反應(yīng)的成本。
優(yōu)選地,所述換熱分為高溫度、低溫段和冷凝段。
為了更好地控制煙氣溫度與露點(diǎn)溫度的差異,優(yōu)選將其降溫過(guò)程分為以上三段。
優(yōu)選地,所述加熱爐中的燃燒方式為:低氮燃燒或者超低氮燃燒;所述光反應(yīng)器優(yōu)選為漿態(tài)床光反應(yīng)器。
低氮燃燒或者超低氮燃燒一方面保證高強(qiáng)度的燃燒反應(yīng),另一方面避免高強(qiáng)度燃燒帶來(lái)的熱力型氮氧化物的產(chǎn)生。
優(yōu)選地,所述脫硫?yàn)闈穹摿颍粷穹摿蛐矢?,但也存在其它?wèn)題,實(shí)際應(yīng)用中可酌情選擇。
優(yōu)選地,將所述換熱產(chǎn)生的冷凝水回收利用于濕法脫硫或所述光反應(yīng)器。
優(yōu)選地,所述脫硫的方法為:催化加氫脫硫,所用的催化劑優(yōu)選為Co-Mo/Al2O3或Ni-Mo/Al2O3,反應(yīng)條件優(yōu)選為300~350℃、5~10MPa。
催化加氫脫硫率高,而且若選用以上催化劑及反應(yīng)條件,則脫硫率和脫硫效率更高。
本發(fā)明的方法更適用于燃?xì)狻?/p>
與上文所述的方法相對(duì)應(yīng)的加熱爐的節(jié)能環(huán)保加熱系統(tǒng)如下:
包括依次管線(xiàn)連接的脫硫反應(yīng)器、加熱爐、換熱器、光反應(yīng)器。
其工作原理為:
燃料首先進(jìn)入到換熱器或者其它預(yù)熱裝置,預(yù)熱到300-350℃,如果預(yù)熱溫度達(dá)不到300-350℃,則可以通過(guò)管線(xiàn)輸入到加熱爐內(nèi)輔助加熱到300-350℃,也可以將燃料脫硫反應(yīng)器增大,提高催化劑裝填量。隨后,燃料經(jīng)過(guò)脫硫反應(yīng)器,在脫硫反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生脫硫反應(yīng),將燃料中的硫含量降低到不大于10μL/L,反應(yīng)后燃料溫度一般在300-350℃,此時(shí),燃料成為超低硫高溫燃料,最后超低硫高溫燃料氣進(jìn)入加熱爐。在加熱爐發(fā)生燃燒反應(yīng),由于燃料溫度高,在加熱爐內(nèi)發(fā)生劇烈的燃燒,熱強(qiáng)度相對(duì)較高,傳熱效果好,可以提高能量利用率,節(jié)省燃料;同時(shí)根據(jù)加熱爐爐型,優(yōu)選適合爐型的第四代或第五代超低氮氧化物燃燒器,將煙氣中氮氧化物的含量降到30mg/Nm3以下。
產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入換熱器,由于煙氣中硫化物和氮氧化物的含量較低,煙氣溫度可以降為100℃附近,冷凝段將有大量的冷凝水,將冷凝水進(jìn)行過(guò)濾回收利用,一方面可以抽提后作為鍋爐用水,一方面可以泵入光反應(yīng)器內(nèi)部,充分實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水。
低溫?zé)煔膺M(jìn)床光反應(yīng)器,充分利用煙氣中CO2,通過(guò)微藻光合作用固定煙氣中CO2達(dá)到10%-40%,產(chǎn)生一部分可以作為生物質(zhì)利用的油藻,同時(shí)進(jìn)一步凈化煙氣,實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保。
為了提高熱量利用率、脫硫脫碳率以及生產(chǎn)效率,各設(shè)備優(yōu)選為:
所述脫硫反應(yīng)器與所述換熱器通過(guò)另一管線(xiàn)連接;如上文所述,將煙氣余熱用于加熱燃料;
所述加熱爐為管式加熱爐;
所述加熱爐內(nèi)優(yōu)選設(shè)有低氮燃燒器;
所述光反應(yīng)器優(yōu)選為漿態(tài)床光反應(yīng)器;
所述換熱器優(yōu)選為組合式板式換熱器,設(shè)有高溫段、低溫段和冷凝段三段。
綜上,與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明達(dá)到了以下技術(shù)效果:
(1)本發(fā)明的方法與現(xiàn)有工藝的適應(yīng)性高:
整個(gè)工藝流程完善且簡(jiǎn)單,圍繞加熱爐進(jìn)燃料氣和排煙這條主線(xiàn),多個(gè)單元設(shè)備組合使用,節(jié)能節(jié)水環(huán)保,同時(shí)資源化利用CO2,在現(xiàn)有工藝流程上改動(dòng)較小,不存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn);
(2)大大降低了煙氣對(duì)設(shè)備的腐蝕,提高了熱量利用率:
燃料氣經(jīng)過(guò)深度脫硫后,燃燒后的煙氣中SO3含量極低,同時(shí)采用低氮燃燒器,氮氧化物含量較低,因此露點(diǎn)溫度降低,大大降低了對(duì)排煙設(shè)備的腐蝕,設(shè)備壽命至少可以延長(zhǎng)至原來(lái)(指煙氣不經(jīng)任何處理的工藝)的1.5倍。同時(shí)采用組合板式換熱器,分設(shè)高溫段、低溫段和冷凝段多級(jí)換熱,從而可以大幅度降低排煙溫度,加熱爐整體的熱效率大大提高,同時(shí)回收部分冷凝水;
(3)降低了煙氣中的CO2含量:
低溫?zé)煔膺M(jìn)封閉式漿態(tài)床光反應(yīng)器,直接利用煙氣中CO2,通過(guò)微藻光合作用固定煙氣中CO2,同時(shí)產(chǎn)生油藻,實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用,且能耗較低,綠色環(huán)保。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見(jiàn)地,下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的加熱爐的節(jié)能環(huán)保加熱系統(tǒng)的示意圖。
附圖標(biāo)記:
1-組合式板式換熱器;2-脫硫反應(yīng)器;3-低氮燃燒器;4-加熱爐;5-漿態(tài)床光反應(yīng)器。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解,下列所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例,僅用于說(shuō)明本發(fā)明,而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者,按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠(chǎng)商者,均為可以通過(guò)市售購(gòu)買(mǎi)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
在本發(fā)明的描述中,需要說(shuō)明的是,術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系,僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作,因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外,術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
在本發(fā)明的描述中,需要說(shuō)明的是,除非另有明確的規(guī)定和限定,術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或一體地連接;可以是機(jī)械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過(guò)中間媒介間接相連,可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言,可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
本發(fā)明的主要宗旨是將脫硫、換熱、生物脫碳創(chuàng)新組合,具體的工藝流程及系統(tǒng)為:
一種加熱爐的節(jié)能環(huán)保加熱方法,包括以下步驟:
首先燃料預(yù)熱后或不預(yù)熱進(jìn)入脫硫反應(yīng)器,進(jìn)行脫硫,直至燃料中的硫含量在10μL/L以下;
然后將脫硫后的燃料輸入加熱爐燃燒,其中加熱爐中可優(yōu)選設(shè)置低氮燃燒器,以避免高強(qiáng)度燃燒帶來(lái)的熱力型氮氧化物的產(chǎn)生,排出氮氧化物含量超低的高溫?zé)煔猓?/p>
之后高溫?zé)煔膺M(jìn)入換熱器,回收利用煙氣的熱量,該熱量可以用于燃料的預(yù)熱或者脫硫反應(yīng)、燃燒反應(yīng),該換熱一般是將煙氣的溫度降至100℃以下;
最后將低溫?zé)煔馔ㄈ牍夥磻?yīng)器中,被微藻光合作用固定,完成凈化。
以上方法的涉及的系統(tǒng)為:脫硫反應(yīng)器、加熱爐、換熱器、光反應(yīng)器依次通過(guò)管線(xiàn)連接形成系統(tǒng)。
在以上方案的基礎(chǔ)上,列舉以下實(shí)施例。
實(shí)施例1
一種加熱爐的節(jié)能環(huán)保加熱方法
其采用的系統(tǒng)如下:
如圖1所示,由管線(xiàn)連接在一起的脫硫反應(yīng)器2、管式加熱爐4、組合式板式換熱器1、漿態(tài)床光反應(yīng)器5,管式加熱爐內(nèi)設(shè)有低氮燃燒器3。
工藝流程如下:
燃料氣經(jīng)過(guò)燃料氣管路首先進(jìn)入到組合式板式換熱器1,通過(guò)高溫?zé)煔忸A(yù)熱到300-350℃,如果預(yù)熱溫度達(dá)不到300-350℃,則可以通過(guò)管線(xiàn)輸入到加熱爐內(nèi)輔助加熱到300-350℃,也可以將燃料氣脫硫反應(yīng)器2增大,提高催化劑裝填量。隨后,燃料氣經(jīng)過(guò)燃料氣脫硫反應(yīng)器2,在燃料氣脫硫反應(yīng)器2內(nèi)發(fā)生脫硫反應(yīng)(催化加氫脫硫,催化劑Co-Mo/Al2O3,反應(yīng)條件為300~350℃、5~8MPa),將燃料氣中的硫含量降低到不大于10μL/L,反應(yīng)后燃料氣溫度一般在300-350℃,此時(shí),燃料氣成為超低硫高溫燃料氣,最后超低硫高溫燃料氣進(jìn)入低氮燃燒器3。
超低硫高溫燃料氣通過(guò)低氮燃燒器3進(jìn)入到管式加熱爐4發(fā)生燃燒反應(yīng),由于燃料氣是高溫氣體,在管式加熱爐4內(nèi)發(fā)生劇烈的燃燒,熱強(qiáng)度相對(duì)較高,傳熱效果好,可以提高能量利用率,節(jié)省燃料;同時(shí)根據(jù)加熱爐爐型,優(yōu)選適合爐型的第四代或第五代超低氮氧化物燃燒器,將煙氣中氮氧化物的含量降到30mg/Nm3以下。
煙氣余熱回收系統(tǒng)可以采用組合式板式換熱器1,分為高溫段、低溫段和冷凝段。由于煙氣中硫化物和氮氧化物的含量較低,煙氣溫度可以降為100℃附近,冷凝段將有大量的冷凝水,將冷凝水進(jìn)行過(guò)濾回收利用,一方面可以抽提后作為鍋爐用水,一方面可以泵入漿態(tài)床光反應(yīng)器5內(nèi)部,充分實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水。
低溫?zé)煔膺M(jìn)封閉式漿態(tài)床光反應(yīng)器5,充分利用煙氣中CO2,通過(guò)微藻光合作用固定煙氣中CO2達(dá)到10%-40%,產(chǎn)生一部分可以作為生物質(zhì)利用的油藻,同時(shí)進(jìn)一步凈化煙氣,實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保。
工藝效果:
加熱爐的效率達(dá)到95%,加熱爐排煙煙囪的壽命可延長(zhǎng)到原來(lái)的1.5-2倍。
實(shí)施例2本實(shí)施例所用的系統(tǒng)同實(shí)施例1,工藝流程為:
燃料氣經(jīng)過(guò)燃料氣管路首先進(jìn)入到組合式板式換熱器1,通過(guò)高溫?zé)煔忸A(yù)熱到300-350℃,如果預(yù)熱溫度達(dá)不到300-350℃,則可以通過(guò)管線(xiàn)輸入到加熱爐內(nèi)輔助加熱到300-350℃,也可以將燃料氣脫硫反應(yīng)器2增大,提高催化劑裝填量。隨后,燃料氣經(jīng)過(guò)燃料氣脫硫反應(yīng)器2,在燃料氣脫硫反應(yīng)器2內(nèi)發(fā)生脫硫反應(yīng)(催化脫硫,催化劑Ni-Mo/Al2O3,反應(yīng)條件優(yōu)選為300~350℃、5~10MPa),將燃料氣中的硫含量降低到不大于10μL/L,反應(yīng)后燃料氣溫度一般在300-350℃,此時(shí),燃料氣成為超低硫高溫燃料氣,最后超低硫高溫燃料氣進(jìn)入低氮燃燒器3。
超低硫高溫燃料氣通過(guò)低氮燃燒器3進(jìn)入到管式加熱爐4發(fā)生燃燒反應(yīng),由于燃料氣是高溫氣體,在管式加熱爐4內(nèi)發(fā)生劇烈的燃燒,熱強(qiáng)度相對(duì)較高,傳熱效果好,可以提高能量利用率,節(jié)省燃料;同時(shí)根據(jù)加熱爐爐型,優(yōu)選適合爐型的第四代或第五代超低氮氧化物燃燒器,將煙氣中氮氧化物的含量降到30mg/Nm3以下。
煙氣余熱回收系統(tǒng)可以采用組合式板式換熱器1,分為高溫段、低溫段和冷凝段。由于煙氣中硫化物和氮氧化物的含量較低,煙氣溫度可以降為100℃附近,冷凝段將有大量的冷凝水,將冷凝水進(jìn)行過(guò)濾回收利用,一方面可以抽提后作為鍋爐用水,一方面可以泵入漿態(tài)床光反應(yīng)器5內(nèi)部,充分實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水。
低溫?zé)煔膺M(jìn)封閉式漿態(tài)床光反應(yīng)器5,充分利用煙氣中CO2,通過(guò)微藻光合作用固定煙氣中CO2達(dá)到10%-40%,產(chǎn)生一部分可以作為生物質(zhì)利用的油藻,同時(shí)進(jìn)一步凈化煙氣,實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保。
工藝效果:
加熱爐的效率達(dá)到97%,加熱爐排煙煙囪的壽命可延長(zhǎng)到原來(lái)的1.5-2倍。
最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對(duì)其限制;盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。