CN106500515A - 一种加热炉的节能环保加热方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加热炉的节能环保加热方法及系统。一种加热炉的节能环保加热方法，包括以下步骤：对燃料进行脱硫，直至燃料中的硫含量在10μL/L以下；将所述脱硫后的燃料输入加热炉燃烧，排出高温烟气；使所述高温烟气经过换热直至温度降至100℃以下，然后将其通入光反应器中，与微藻生物作用，完成净化。本发明解决了加热效率低、耗能高、烟气腐蚀、烟气污染环境等问题。

Description

一种加热炉的节能环保加热方法及系统

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其是涉及一种加热炉的节能环保加热方法及系统。

背景技术

随着社会的发展，追求绿色低碳发展，做好节能减排是每个能源化工企业应有的责任。长期以来，炼油装置加热炉烟气中硫化物所引起的酸露点腐蚀严重，影响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的酸腐蚀。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，提出烟气和冷凝水再利用方法，不仅是炼油厂加热炉减少设备损害，提高加热炉热效率的重大课题，也是进一步推动炼厂绿色低碳节能环保的新要求。

面对节能减排、保护环境的巨大压力，我国炼油行业必须大力发展循环经济，走绿色低碳发展之路，实现可持续发展。炼油企业优先发展安全、环保改善型的投资，努力实现节能降耗，提高资源综合利用效率。

加热炉的燃料消耗占炼油厂全厂能耗的比例约为40％，提高加热炉热效率措施有：降低排烟温度，降低过剩空气系数，完全燃烧，减小散热损失。其中采用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(炼厂气或天然气)，都含有一部分的H₂S气体，但实际生产操作中燃料气的硫含量检测值为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，目前气体脱硫是很成熟的工业技术，国内少数加热炉厂家针对该工艺的特点，申请了燃料气深度脱硫节能的专利。但是目前暂没有对脱硫之后的热能和烟气再综合利用的报道。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种加热炉的节能环保加热方法，所述的方法解决了耗能高、加热效率低、烟气腐蚀、烟气污染环境等问题。

本发明的第二目的在于提供一种加热炉的节能环保加热系统，所述的系统整合优化了现有的加热方式，实现了节能减耗、对设备腐蚀小、环保排放的加热方式。

为了达到以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种加热炉的节能环保加热方法，包括以下步骤：

对燃料进行脱硫，直至燃料中的硫含量在10μL/L以下；

将所述脱硫后的燃料输入加热炉燃烧，排出高温烟气；

使所述高温烟气经过换热直至温度降至100℃以下，然后将其通入光反应器中，与微藻生物作用，完成净化。

与现有技术相比，本发明不只是单调脱硫，而是将脱硫、换热、生物脱碳创新组合在一起，大幅度地提升了加热炉节能环保特性。

其中，燃料(包括固体、液体、气体三类)经过脱硫至后10μL/L，可使烟气换热后的排烟温度降低到100℃左右，加热炉效率可达到94％以上。燃料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。燃料燃烧产生的烟气经过换热，一方面解决了热量浪费的问题，一方面可以综合利用热量用于燃料的预热，以脱硫或燃烧。同时换热时循环水也可以回收利用用于其它流程。烟气经过换热之后进入光反应器，其中的二氧化碳被微藻等微生物固定利用，从而可以友好排放。同时扩增的微藻等微生物可用于其它领域。由此可见，本发明的方法不仅可以实现高效节能，又可以转化部分污染物，是一种节能环保加热方法。

此外，本发明的方法流程不会对现有的生产工艺产生结构性破坏，即若将现有工艺改为本发明的工艺，则对设备等硬件方面的要求较低。具体地，因为本发明是在现有工艺的起始端和末端进行改造，因此，只需要在现有工艺基础上增加旁路，即可完成改造。

当然，上述方案只是本发明的基本宗旨，在此基础上，还可以进一步改进，例如：

优选地，所述换热为：使所述高温烟气与脱硫之前的所述燃料换热，然后将换热后的所述燃料进行脱硫或者继续加热后进行脱硫。

此方案将加热流程中的各个环节循环组合起来，这样可以降低回收利用热量的成本，又可以降低脱硫反应的成本。

优选地，所述换热分为高温度、低温段和冷凝段。

为了更好地控制烟气温度与露点温度的差异，优选将其降温过程分为以上三段。

优选地，所述加热炉中的燃烧方式为：低氮燃烧或者超低氮燃烧；所述光反应器优选为浆态床光反应器。

低氮燃烧或者超低氮燃烧一方面保证高强度的燃烧反应，另一方面避免高强度燃烧带来的热力型氮氧化物的产生。

优选地，所述脱硫为湿法脱硫；湿法脱硫效率高，但也存在其它问题，实际应用中可酌情选择。

优选地，将所述换热产生的冷凝水回收利用于湿法脱硫或所述光反应器。

优选地，所述脱硫的方法为：催化加氢脱硫，所用的催化剂优选为Co-Mo/Al₂O₃或Ni-Mo/Al₂O₃，反应条件优选为300～350℃、5～10MPa。

催化加氢脱硫率高，而且若选用以上催化剂及反应条件，则脱硫率和脱硫效率更高。

本发明的方法更适用于燃气。

与上文所述的方法相对应的加热炉的节能环保加热系统如下：

包括依次管线连接的脱硫反应器、加热炉、换热器、光反应器。

其工作原理为：

燃料首先进入到换热器或者其它预热装置，预热到300-350℃，如果预热温度达不到300-350℃，则可以通过管线输入到加热炉内辅助加热到300-350℃，也可以将燃料脱硫反应器增大，提高催化剂装填量。随后，燃料经过脱硫反应器，在脱硫反应器内发生脱硫反应，将燃料中的硫含量降低到不大于10μL/L，反应后燃料温度一般在300-350℃，此时，燃料成为超低硫高温燃料，最后超低硫高温燃料气进入加热炉。在加热炉发生燃烧反应，由于燃料温度高，在加热炉内发生剧烈的燃烧，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；同时根据加热炉炉型，优选适合炉型的第四代或第五代超低氮氧化物燃烧器，将烟气中氮氧化物的含量降到30mg/Nm³以下。

产生的烟气进入换热器，由于烟气中硫化物和氮氧化物的含量较低，烟气温度可以降为100℃附近，冷凝段将有大量的冷凝水，将冷凝水进行过滤回收利用，一方面可以抽提后作为锅炉用水，一方面可以泵入光反应器内部，充分实现节能节水。

低温烟气进床光反应器，充分利用烟气中CO₂，通过微藻光合作用固定烟气中CO₂达到10％-40％，产生一部分可以作为生物质利用的油藻，同时进一步净化烟气，实现低碳环保。

为了提高热量利用率、脱硫脱碳率以及生产效率，各设备优选为：

所述脱硫反应器与所述换热器通过另一管线连接；如上文所述，将烟气余热用于加热燃料；

所述加热炉为管式加热炉；

所述加热炉内优选设有低氮燃烧器；

所述光反应器优选为浆态床光反应器；

所述换热器优选为组合式板式换热器，设有高温段、低温段和冷凝段三段。

综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

(1)本发明的方法与现有工艺的适应性高：

整个工艺流程完善且简单，围绕加热炉进燃料气和排烟这条主线，多个单元设备组合使用，节能节水环保，同时资源化利用CO2，在现有工艺流程上改动较小，不存在技术风险；

(2)大大降低了烟气对设备的腐蚀，提高了热量利用率：

燃料气经过深度脱硫后，燃烧后的烟气中SO3含量极低，同时采用低氮燃烧器，氮氧化物含量较低，因此露点温度降低，大大降低了对排烟设备的腐蚀，设备寿命至少可以延长至原来(指烟气不经任何处理的工艺)的1.5倍。同时采用组合板式换热器，分设高温段、低温段和冷凝段多级换热，从而可以大幅度降低排烟温度，加热炉整体的热效率大大提高，同时回收部分冷凝水；

(3)降低了烟气中的CO2含量：

低温烟气进封闭式浆态床光反应器，直接利用烟气中CO2，通过微藻光合作用固定烟气中CO2，同时产生油藻，实现CO2的资源化利用，且能耗较低，绿色环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的加热炉的节能环保加热系统的示意图。

附图标记：

1-组合式板式换热器；2-脱硫反应器；3-低氮燃烧器；4-加热炉；5-浆态床光反应器。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的主要宗旨是将脱硫、换热、生物脱碳创新组合，具体的工艺流程及系统为：

一种加热炉的节能环保加热方法，包括以下步骤：

首先燃料预热后或不预热进入脱硫反应器，进行脱硫，直至燃料中的硫含量在10μL/L以下；

然后将脱硫后的燃料输入加热炉燃烧，其中加热炉中可优选设置低氮燃烧器，以避免高强度燃烧带来的热力型氮氧化物的产生，排出氮氧化物含量超低的高温烟气；

之后高温烟气进入换热器，回收利用烟气的热量，该热量可以用于燃料的预热或者脱硫反应、燃烧反应，该换热一般是将烟气的温度降至100℃以下；

最后将低温烟气通入光反应器中，被微藻光合作用固定，完成净化。

以上方法的涉及的系统为：脱硫反应器、加热炉、换热器、光反应器依次通过管线连接形成系统。

在以上方案的基础上，列举以下实施例。

实施例1

一种加热炉的节能环保加热方法

其采用的系统如下：

如图1所示，由管线连接在一起的脱硫反应器2、管式加热炉4、组合式板式换热器1、浆态床光反应器5，管式加热炉内设有低氮燃烧器3。

工艺流程如下：

燃料气经过燃料气管路首先进入到组合式板式换热器1，通过高温烟气预热到300-350℃，如果预热温度达不到300-350℃，则可以通过管线输入到加热炉内辅助加热到300-350℃，也可以将燃料气脱硫反应器2增大，提高催化剂装填量。随后，燃料气经过燃料气脱硫反应器2，在燃料气脱硫反应器2内发生脱硫反应(催化加氢脱硫，催化剂Co-Mo/Al₂O₃，反应条件为300～350℃、5～8MPa)，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300-350℃，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低氮燃烧器3。

超低硫高温燃料气通过低氮燃烧器3进入到管式加热炉4发生燃烧反应，由于燃料气是高温气体，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；同时根据加热炉炉型，优选适合炉型的第四代或第五代超低氮氧化物燃烧器，将烟气中氮氧化物的含量降到30mg/Nm³以下。

烟气余热回收系统可以采用组合式板式换热器1，分为高温段、低温段和冷凝段。由于烟气中硫化物和氮氧化物的含量较低，烟气温度可以降为100℃附近，冷凝段将有大量的冷凝水，将冷凝水进行过滤回收利用，一方面可以抽提后作为锅炉用水，一方面可以泵入浆态床光反应器5内部，充分实现节能节水。

低温烟气进封闭式浆态床光反应器5，充分利用烟气中CO₂，通过微藻光合作用固定烟气中CO2达到10％-40％，产生一部分可以作为生物质利用的油藻，同时进一步净化烟气，实现低碳环保。

工艺效果：

加热炉的效率达到95％，加热炉排烟烟囱的寿命可延长到原来的1.5-2倍。

实施例2本实施例所用的系统同实施例1，工艺流程为：

燃料气经过燃料气管路首先进入到组合式板式换热器1，通过高温烟气预热到300-350℃，如果预热温度达不到300-350℃，则可以通过管线输入到加热炉内辅助加热到300-350℃，也可以将燃料气脱硫反应器2增大，提高催化剂装填量。随后，燃料气经过燃料气脱硫反应器2，在燃料气脱硫反应器2内发生脱硫反应(催化脱硫，催化剂Ni-Mo/Al₂O₃，反应条件优选为300～350℃、5～10MPa)，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300-350℃，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低氮燃烧器3。

超低硫高温燃料气通过低氮燃烧器3进入到管式加热炉4发生燃烧反应，由于燃料气是高温气体，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；同时根据加热炉炉型，优选适合炉型的第四代或第五代超低氮氧化物燃烧器，将烟气中氮氧化物的含量降到30mg/Nm³以下。

烟气余热回收系统可以采用组合式板式换热器1，分为高温段、低温段和冷凝段。由于烟气中硫化物和氮氧化物的含量较低，烟气温度可以降为100℃附近，冷凝段将有大量的冷凝水，将冷凝水进行过滤回收利用，一方面可以抽提后作为锅炉用水，一方面可以泵入浆态床光反应器5内部，充分实现节能节水。

低温烟气进封闭式浆态床光反应器5，充分利用烟气中CO₂，通过微藻光合作用固定烟气中CO2达到10％-40％，产生一部分可以作为生物质利用的油藻，同时进一步净化烟气，实现低碳环保。

工艺效果：

加热炉的效率达到97％，加热炉排烟烟囱的寿命可延长到原来的1.5-2倍。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种加热炉的节能环保加热方法，其特征在于，包括以下步骤：

对燃料进行脱硫，直至燃料中的硫含量在10μL/L以下；

将所述脱硫后的燃料输入加热炉燃烧，排出高温烟气；

使所述高温烟气经过换热直至温度降至100℃以下，然后将其通入光反应器中，与微藻生物作用，完成净化。

2.根据权利要求1所述的加热炉的节能环保加热方法，其特征在于，所述换热为：使所述高温烟气与脱硫之前的所述燃料换热，然后将换热后的所述燃料进行脱硫或者继续加热后进行脱硫。

3.根据权利要求1所述的加热炉的节能环保加热方法，其特征在于，所述换热分为高温度、低温段和冷凝段。

4.根据权利要求1所述的加热炉的节能环保加热方法，其特征在于，所述加热炉中的燃烧方式为：低氮燃烧；所述光反应器优选为浆态床光反应器。

5.根据权利要求1所述的加热炉的节能环保加热方法，其特征在于，所述脱硫为湿法脱硫；

优选地，将所述换热产生的冷凝水回收利用于湿法脱硫或所述光反应器。

6.根据权利要求1所述的加热炉的节能环保加热方法，其特征在于，所述脱硫的方法为：催化加氢脱硫，所用的催化剂优选为Co-Mo/Al₂O₃或Ni-Mo/Al₂O₃，反应条件优选为300～350℃、5～10MPa。

7.根据权利要求1-6任一项所述的加热炉的节能环保加热方法，其特征在于，所述燃料为燃气。

8.一种加热炉的节能环保加热系统，其特征在于，包括依次通过管线连接的脱硫反应器、加热炉、换热器、光反应器。

9.根据权利要求8所述的加热炉的节能环保加热系统，其特征在于，所述脱硫反应器与所述换热器通过另一管线连接。

10.根据权利要求8所述的加热炉的节能环保加热系统，其特征在于，所述加热炉为管式加热炉，所述加热炉内优选设有低氮燃烧器；所述光反应器优选为浆态床光反应器，所述换热器优选为组合式板式换热器，设有高温段、低温段和冷凝段三段。