CN104964304B - 一种管式加热炉深度节能工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管式加热炉深度节能工艺，主要采用了燃料气深度脱硫的节能理念，通过增加燃料气预热器和气体脱硫反应器，完善双预热燃烧器的功能，可以降低烟气中的露点温度，降低烟气的排烟温度，提高系统的热效率，同时可以实现高强度燃烧，能量利用率高，节省燃料，工艺流程简单，兼有良好的环保功能，运行过程中可靠性和安全性高。与现有技术相比，本发明的使用范围广，运行周期长，可靠性和安全性高，工程投资省，为管式加热炉的节能提供了一种完善方法。
Description
技术领域
本发明属于管式加热炉领域，尤其是涉及一种管式加热炉深度节能工艺。
背景技术
长期以来，烟气中硫化物所引起的酸露点腐蚀严重，影响炼油装置加热炉设备的长周期安全运行。为了保护设备，往往需要提高烟气最终排放温度，使冷表面的温度高于露点温度，从而防止或减少结露产生酸腐蚀。随着炼油厂对节能降耗的要求越来越高，烟气酸露点腐蚀成为降低管式炉排烟温度、提高热效率的主要障碍，给炼油厂带来巨大困扰。探求减缓和防止烟气酸露点腐蚀的方法，不仅是炼油厂加热炉减少设备损害的重大课题，也是进一步提高加热炉热效率的要求。
为了解决加热炉及换热器低温腐蚀与积灰间题，以允许降低排烟温度，提高加热炉效率，理论上可以采取的措施有：(1)加强燃料的深度脱硫处理；(2)采用高效换热技术；(3)协调好烟气侧放热系数与空气侧吸热系数的关系，控制金属壁温；(4)发展涂料耐磨性、耐热耐酸性技术及钢材的耐腐蚀能力，改善材料的性能。
目前有关措施(2)(3)(4)的专利和文献有很多，提出了很多工艺方法和设备。由于目前炼油厂管式加热炉大多使用燃料气(炼厂气、天然气或液化石油气)，都含有相当数量的H2S气体，但实际生产操作中燃料气硫含量检测值常常为100～300μL/L，有时甚至更高，导致排烟温度很高，热效率难以达到设计预期水平。从根本上讲，要减少腐蚀必须先脱除燃料中的硫或硫化氢，但是目前已公开的专利和文献中基本没有燃料气深度脱硫的工艺或设备。但是对于第一点，加强燃料的深度脱硫处理，目前尚未有文献或专利报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种新的管式加热炉深度节能方法，使用该管式加热炉深度节能方法，新增气体脱硫反应器，使燃料气中的硫含量不大于10μL/L左右，从而可以降低管式加热炉烟气的露点温度和管式加热炉的排烟温度，避免了换热器的露点腐蚀，同时可以提高管式加热炉的燃烧强度，节省燃料气，大大提高管式加热炉的热效率。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种管式加热炉深度节能工艺，可用于石油化工领域的管式加热炉的深度节能，提高加热炉的热效率，具体采用以下步骤：
(1)在燃料气管路上游设置燃料气预热器，使燃料气，一般为常温的炼厂气、天然气或液化石油气，预热到脱硫反应所需的最佳工艺温度；
(2)在燃料气管路下游设置气体脱硫反应器，对预热的燃料气进行深度脱硫；
(3)在空气管路上设置空气预热器，对空气进行预热；
(4)在管式加热炉的进口设置双预热燃烧器，深度脱硫的燃料气与预热的空气经双预热燃烧器进入到管式加热炉中，燃料和空气同时预热后，热强度高，燃烧放热反应剧烈，从而能够充分进行燃烧，能量利用率高，节约燃料气，实现节能的效果。
优选地，料气经燃料气预热器预热至100-500℃，然后进入气体脱硫反应器。
优选地，燃料气经燃料气预热器预热后仍然达不到气体脱硫反应器所需的反应温度，再经过管式加热炉辅助加热至100-500℃，然后进入气体脱硫反应器。
优选地，燃料气进行深度脱硫后，其中的硫含量不大于10μL/L，燃料气由于硫含量极低，从根本上降低了烟气的露点温度，从而可以降低排烟温度，提高加热炉效率。
优选地，空气经空气预热器加热至100-500℃。
优选地，双预热燃烧器为增加热强度，均化管式加热炉内流场，避免生成高温氮氧化物的燃烧器。
更加优选地，高温氮氧化物的含量不大于50μL/L。
除此之外，燃料气还可以不经预热直接通过燃料气管路通入到气体脱硫反应器进行深度脱硫，采用常规低氮氧化物燃烧器即可。
当加热炉采用燃料气时，对燃料气进行深度脱硫，使燃料气中硫含量小于30μL/L，则可使露点温度减低至100～110℃，烟气换热后的排烟温度可降低到140℃以下。如果能将燃料气中硫含量降低到10μL/L左右，则可使烟气换热后的排烟温度可降低到100℃左右，加热炉效率可达到94％。
燃料气脱硫可以从根本上降低露点温度，减少加热炉及余热回收系统的烟气酸露点腐蚀，降低排烟温度，提高热效率。同时燃料气脱硫还可减少随烟气排放到大气的硫化物，减轻对环境的污染，解决加热炉露点腐蚀的问题。
本发明通过对目前石油化工管式加热炉进料流程进行优化改进，新增气体脱硫反应器，使燃料气中的硫含量不大于10μL/L，降低加热炉的排烟温度，充分保证整个加热炉装置的热效率，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)燃料气经过深度脱硫后，燃烧后的烟气中SO3含量极低，露点温度降低，避免了换热器低温段传热元件的露点腐蚀，从而进一步可以降低排烟温度，加热炉整体的热效率大大提高；
(2)燃料气主要采用高温烟气进行预热，同时可以采用加热炉辅助加热，工艺流程完善且简单；
(3)燃料气和空气同时预热后进入双预热燃烧器，燃烧强度高，能量利用率高，可以节约燃料。
(4)燃料气深度脱硫后烟气中SO3极低，采用双预热燃烧器后NOx极低，环保效果好。
(5)本发明工艺流程简单，投资费用较低，可以保证整体流程设备长周期运行。
附图说明
图1为实施例1中本工艺的示意图；
图2位实施例2中本工艺的示意图。
图中，1为燃料气管路，11为燃料气预热器，12为气体脱硫反应器，2为空气管路，21为空气预热器，3为双预热燃烧器，4为管式加热炉，5为烟气管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种管式加热炉深度节能工艺，其工艺如图1所示，管式加热炉燃烧系统主要由燃料气和空气两部分组成，本发明方法中燃料气经过燃料气预热器11和气体脱硫反应器12，空气经过空气预热器21，都加热后进入到双预热燃烧器3，然后在管式加热炉4内发生燃烧。
燃料气一般为炼厂气、天然气或液化石油气，其中硫含量一般都在100～300μL/L，温度一般为常温。燃料气经过燃料气管路1首先进入到燃料气预热器11，通过高温烟气预热到100℃。随后，燃料气经过气体脱硫反应器12，在气体脱硫反应器12内发生脱硫反应，将燃料气中的硫含量降低到不大于10μL/L，反应后燃料气温度一般在100℃，此时，燃料气成为超低硫高温燃料气，最后超低硫高温燃料气进入双预热燃烧器3。
空气为助燃空气，一般为常温。空气经过空气管路2首先进入到空气预热器21，通过高温烟气预热到100℃，此时空气为高温空气，最后高温空气进入双预热燃烧器3。
超低硫高温燃料气和高温空气通过双预热燃烧器3进入到管式加热炉4发生燃烧反应，由于燃料气和空气都是高温气体，在管式加热炉4内发生剧烈的燃烧，热强度相对较高，传热效果好，可以提高能量利用率，节省燃料。
在管式加热炉4内燃烧后的高温烟气通过烟气管路5进入换热器的烟气侧。高温烟气的温度一般在300-400℃，由于高温烟气中的硫含量降低，露点温度低，完全可以通过换热器将排烟温度降底到不大于100℃，将加热炉的热效率提高到94％以上。
高强度燃烧时，燃料的能量利用率可以提高2％-10％，同时排烟温度大大降低，在充分保证余热回收系统安全可靠性的前提下，降低余热回收系统一次投资5％-20％，整个工艺的环保性进一步增强，烟气中硫含量相比现有工艺降低50％-95％和氮氧化物含量相比现有工艺降低30％-80％。
实施例2
一种管式加热炉深度节能工艺，其工艺如图2所示，大体与实施例1相同，不同之处在于，由于燃料气经燃料气预热器11预热后仍然达不到气体脱硫反应器12所需的反应温度，需要经过管式加热炉3辅助加热至500℃，然后进入气体脱硫反应器12进行深度脱硫处理。空气为助燃空气，一般为常温。空气经过空气管路2首先进入到空气预热器21，通过高温烟气预热到500℃，此时空气为高温空气，最后高温空气进入双预热燃烧器3。
实施例3
管式加热炉深度节能工艺，也可以采用燃料气不预热，直接以40℃左右的工况脱硫后进加热炉燃料器，采用常规低氮氧化物燃烧器即可，适当增加气体脱硫反应器内部的催化剂，延长脱硫时间，同时提高脱硫反应器的效率。
Claims (5)
1.一种管式加热炉深度节能工艺，其特征在于，该工艺采用以下步骤：
a. 在燃料气管路上游设置燃料气预热器，使燃料气预热到脱硫反应所需的工艺温度，燃料气经燃料气预热器预热至100-500℃，然后进入气体脱硫反应器；
b. 在燃料气管路下游设置气体脱硫反应器，对预热的燃料气进行深度脱硫，燃料气进行深度脱硫后，其中的硫含量不大于10μL/L；
c. 在空气管路上设置空气预热器，对空气进行预热；
d. 在管式加热炉的进口设置双预热燃烧器，深度脱硫的燃料气与预热的空气经双预热燃烧器进入到管式加热炉中，充分进行燃烧，能量利用率高，节约燃料气。
2.根据权利要求1所述的一种管式加热炉深度节能工艺，其特征在于，所述的燃料气经燃料气预热器预热后，如果温度达不到100-500℃，需要再经过管式加热炉辅助加热至100-500℃，然后进入气体脱硫反应器。
3.根据权利要求1所述的一种管式加热炉深度节能工艺，其特征在于，所述的空气经空气预热器加热至100-500℃。
4.根据权利要求1所述的一种管式加热炉深度节能工艺，其特征在于，所述的燃料气不经预热直接通过燃料气管路通入到气体脱硫反应器进行深度脱硫，采用常规低氮氧化物燃烧器即可。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种管式加热炉深度节能工艺，其特征在于，所述的燃料气为石油化工厂使用的气体燃料，包括常温的炼厂气、天然气或液化石油气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yan Guanghao Inventor after: Ma Lei Inventor after: Zhang Minghui Inventor before: Ma Lei Inventor before: Zhang Minghui |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20161223 Address after: Zuchongzhi road Pudong Zhangjiang High Tech Park of Shanghai city Pudong New Area 201203 Lane 887, room 307 No. 83-84 Applicant after: SHANGHAI XTEK FURNACE CO.,LTD. Applicant after: SHANGHAI HOTO ENGINEERING Inc. Address before: Zuchongzhi road Pudong Zhangjiang High Tech Park of Shanghai city Pudong New Area 201203 Lane 887, room 307 No. 83-84 Applicant before: SHANGHAI XTEK FURNACE CO.,LTD. |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170731 Address after: Zuchongzhi road Pudong Zhangjiang High Tech Park of Shanghai city Pudong New Area 201203 Lane 887, room 307 No. 83-84 Applicant after: SHANGHAI XTEK FURNACE CO.,LTD. Applicant after: SHANGHAI HAOYONG ENERGY SAVING ENGINEERING CO.,LTD. Address before: Zuchongzhi road Pudong Zhangjiang High Tech Park of Shanghai city Pudong New Area 201203 Lane 887, room 307 No. 83-84 Applicant before: SHANGHAI XTEK FURNACE CO.,LTD. Applicant before: Shanghai Hoto Engineering Inc. |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20180725 Address after: 201203 room 307, 887 lane, 887 Chong lane, Zhangjiang hi tech park, Pudong, Pudong New Area, Shanghai. Applicant after: SHANGHAI XTEK FURNACE CO.,LTD. Address before: 201203 room 307, 887 lane, 887 Chong lane, Zhangjiang hi tech park, Pudong, Pudong New Area, Shanghai. Applicant before: SHANGHAI XTEK FURNACE CO.,LTD. Applicant before: SHANGHAI HAOYONG ENERGY SAVING ENGINEERING CO.,LTD. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Deep Energy Saving Process for Tubular Heating Furnace Effective date of registration: 20230918 Granted publication date: 20181123 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Shanghai Minhang branch Pledgor: SHANGHAI XTEK FURNACE CO.,LTD. Registration number: Y2023310000559 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |