CN112577331A - 一种燃气工艺炉烟气低温热回收方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃气工艺炉烟气低温热回收方法及系统，包括燃料气脱硫预热装置、空气预热装置、燃气工艺炉、燃烧器、负压引风机和烟囱；所述燃料气脱硫预热装置燃料气侧包括依管道顺次连通的燃料气线、精脱硫罐、燃料气低温预热器燃料气侧和燃料气高温预热器燃料气侧；所述空气预热装置空气侧包括依管道顺次连通的鼓风机、空气低温预热器空气侧和空气高温预热器空气侧。本发明有益效果为，可将排烟温度降到70‑75℃，提高加热炉热效率，节约制氢原料气，经济效益显著；通过对燃料气超低脱硫至1ppm以下，避免酸露点低温腐蚀，并减少SO2排放量90%以上，环保效益显著；空气及燃料气均被预热，起始燃烧温度高，提高加热炉运行效能。

Description

一种燃气工艺炉烟气低温热回收方法及系统
技术领域
本发明属于节能与环保技术领域，具体涉及一种燃气工艺炉烟气低温热回收方法及系统。
背景技术
在石油化工工业，装置加热炉燃料消耗占总加工能耗的60%以上,提升加热炉技术，减少燃料消耗，实现节能减排空间大。
炼厂轻烃气（指催化干气、焦化干气及轻烃回收气）既是生产装置工艺炉（指对工艺物料流加热的加热炉）的首选燃料，同时也是宝贵的制氢原料，如何充分利用工艺炉排放烟气低温部分的热量，提高工艺炉的热效率，减少燃料气的消耗，关键是降低排烟温度，但排烟温度降低会发生低温下的硫腐蚀、露点腐蚀和积灰结垢现象，影响设备长周期运行，危及安全生产，因此，现有加热炉技术在排烟温度上一般控制在150℃以上。
尽管以燃料气（包括天然气）为燃料的加热炉，烟气中水蒸汽容积成分比较高，一般为15%-19%，若排烟温度低于水蒸汽的露点温度，过热水蒸汽就会释放出大量的潜热和部分显热，理论上，热效率可以提高10-15%，潜在的经济效益十分显著，但能量的品质低下，露点60℃温度下烟气的潜热回收存在问题：（1）烟气中不可避免存在飞灰，在气态水通过冷凝变成液态水，与飞灰结合形成粘性较强的粘稠物质，流动性能差，会造成烟道及空气余热器积灰结构，易堵塞换热器堵塞及酸腐蚀，对长周期运行造成困难；（2）尽管露点烟气的潜热相对而言大，但温位低，热能品质低，难以长期稳定地有效利用。因此，通过对空气和燃料气同时进行预热，充分利用烟气低温热是切实可行又具有经济价值的途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对燃气工艺加热炉烟气排放温度过高，导致热能损失大以及低温烟气能量回收时会产生低温露点腐蚀及积灰结构问题，提供一种燃气工艺炉烟气低温热回收系统及方法，通过对燃料气超低脱硫降低酸露点腐蚀温度，通过采用铸铁板式烟气预热器抑制露点腐蚀和积灰结构，以及通过预热燃料气和预热空气回收低温热，实现烟气低温热能的高质量利用和设备长周期运行。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种燃气工艺炉烟气低温热回收系统，包括燃料气脱硫预热装置、空气预热装置、燃气工艺炉、燃烧器、负压引风机和烟囱;所述燃料气脱硫预热装置烟气侧的出口和所述空气预热装置烟气侧的出口并列地与负压引风机入口通过管道连通，所述负压引风机出口和所述烟囱底部连通，所述烟囱顶端为烟气排放口；所述燃气工艺炉顶端出口分两路，一路连通所述空气预热装置烟气侧的入口，另一路连通所述燃料气脱硫预热装置烟气侧的入口；所述燃料气脱硫预热装置燃料气侧的出口和所述空气预热装置空气侧的出口并列地与燃烧器入口通过管道连通。
所述燃料气脱硫预热装置燃料气侧包括依管道顺次连通的燃料气线、精脱硫罐、燃料气低温预热器燃料气侧和燃料气高温预热器燃料气侧，所述精脱硫罐进口通过燃料气线连接厂区的燃料气管网，所述燃料气高温预热器燃料气侧的出口连通所述燃气工艺炉底部的燃烧器。
所述空气预热装置空气侧包括依管道顺次连通的鼓风机、空气低温预热器空气侧和空气高温预热器空气侧，所述鼓风机入口连通大气，所述空气高温预热器空气侧的出口与所述燃气工艺炉的燃烧器通过管道连通。
优选的，所述燃烧器由加热负荷确定的若干台组成，置于燃气工艺炉底部。
优选的，所述空气低温预热器和燃料气低温预热器均为抗露点腐蚀和积灰结构的低合金铸铁纯平板空气预热器，平板竖面布置。
优选的，所述精脱硫罐为吸附罐，所述吸附罐有大小相同的两台，并列设置，正常情况下，一台运行，另一台备用。
根据本发明的一个方面，本发明还提供一种燃气工艺加热炉烟气低温余热回收方法，包括以下步骤：
步骤一吸附脱硫，自燃料气管网来的燃料气经过装填脱硫剂的精脱硫罐，通过吸附脱除燃料气中的低分子硫化物，将含硫50 ppm以上的燃料气脱除至1ppm以下；
步骤二燃料气低温热预热，精脱硫后的燃料气经过燃料气低温预热器加热至100-120℃；
步骤三燃料气高温烟气预热，经过精脱硫后的燃料气与部分来自燃气工艺炉对流段的烟气通过燃料气高温预热器加热至210℃以上，根据燃烧器数量分成多路进入燃气工艺加热炉底部的燃烧器与经过空气高温预热器加热后的空气进行混合在炉膛燃烧；
步骤四空气预热，助燃空气经过过滤网由鼓风机导入空气低温预热器，通过来自空气高温预热器的烟气将空气预热到100-120℃，再通过空气高温预热器由燃气工艺炉顶部对流室出来的烟气加热至210℃以上，进入燃气工艺炉底部的燃烧器与来自燃料气高温预热器的燃料气混合在炉膛燃烧；
步骤五烟气通过烟囱排放，烟气从燃气工艺炉顶部对流室出来分两路，一路进空气高温预热器与来自空气低温预热器的空气换热，烟气温度降至100-120℃，而后进空气低温预热器与由鼓风机引出的空气换热，烟气温度降至70-75℃，另一路进燃料气高温预热器与来自燃料气低温预热器的燃料气换热，烟气温度降至100-120℃，而后进燃料气低温预热器与来自精脱硫罐的燃料气换热，烟气温度降70-75℃，两路烟气汇合，通过负压引风机接力引出，由烟囱底部进通过顶部烟气排放口放至大气。
其中，所述吸附脱硫采用高硫容脱硫剂进行深度脱硫，脱后含硫降至1ppm以下，烟气露点温度降低至60℃以下。
其中，所述吸附脱硫精脱硫罐装填的脱硫剂为活性碳负载高比表面碳材料，金属氧化物，不含铁、本质安全，高硫容大于30%。
其中，所述负压引风机降低烟气进空气低温预热器烟气侧和燃料气低温预热器烟气侧的压力为负压，以控制烟气中水汽凝结温度至60℃以下。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：（1）将排烟温度降到70-75℃，加热炉热效率由原来平均87.5%提高到92.5%以上，可节约大量制氢用的原料气，经济效益显著；（2）通过对燃料气超低精脱硫至1ppm以下，可大幅度降低排放烟气的露点温度，避免酸露点低温腐蚀，同时减少SO2排放量90%以上，环保效益显著；（3）空气及燃料气均被预热，起始燃烧温度高，可降低工艺炉燃烧负荷，提高加热炉的运行效能。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优先实施例的烟气余热回收系统的综合布置结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1.燃气工艺加热炉；2.精脱硫罐；3.燃料气高温预热器；4.燃料气低温预热器；5.空气低温预热器；6.空气高温预热器；7.负压引风机；8.鼓风机；9.烟囱；10.燃烧器；11.烟气排放口；12.燃料气线。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种燃气工艺炉烟气低温热回收系统，包括燃料气脱硫预热装置、空气预热装置、燃气工艺炉1、燃烧器2、负压引风机8和烟囱9；所述燃料气脱硫预热装置烟气侧的出口和所述空气预热装置烟气侧的出口并列地与负压引风机8入口通过管道连通，所述负压引风机8出口和所述烟囱9底部连通，所述烟囱9顶端为烟气排放口10；所述燃气工艺炉1顶端出口分两路，一路连通所述空气预热装置烟气侧的入口，另一路连通所述燃料气脱硫预热装置烟气侧的入口；所述燃料气脱硫预热装置燃料气侧的出口和所述空气预热装置空气侧的出口并列地与燃烧器2入口通过管道连通。
所述燃料气脱硫预热装置燃料气侧包括依管道顺次连通的燃料气线12、精脱硫罐11、燃料气低温预热器7燃料气侧和燃料气高温预热器3燃料气侧，所述精脱硫罐11进口通过燃料气线12连接厂区的燃料气管网，所述燃料气高温预热器3燃料气侧的出口连通所述燃气工艺炉1底部的燃烧器2。
所述空气预热装置空气侧包括依管道顺次连通的鼓风机6、空气低温预热器5空气侧和空气高温预热器4空气侧，所述鼓风机6入口连通大气，所述空气高温预热器4空气侧的出口与所述燃气工艺炉1的燃烧器2通过管道连通。
所述燃烧器2由加热负荷确定的若干台组成，置于燃气工艺炉1底部。
所述空气低温预热器5和燃料气低温预热器7均为抗露点腐蚀和积灰结构的低合金铸铁纯平板空气预热器，平板竖面布置。
所述精脱硫罐11为吸附罐，所述吸附罐有大小相同的两台，并列设置，正常情况下，一台运行，另一台备用。
根据本发明的一个方面，本发明还提供一种燃气工艺炉烟气低温热回收方法，包括以下步骤：
步骤一吸附脱硫，自燃料气管网来的燃料气经过装填脱硫剂的精脱硫罐11，通过吸附脱除燃料气中的低分子硫化物（主要是H2S、COS），将含硫50 ppm以上的燃料气脱除至1ppm以下；
精脱硫原理：
H2S + O2 → S↓ + H2O
COS + H2O → H2S + CO2
COS + H2O → H2S + CO
步骤二燃料气低温热预热，精脱硫后的燃料气（温度25℃，压力0.4MPa）经过燃料气低温预热器7加热至100-120℃；
步骤三燃料气高温烟气预热，经过精脱硫后的燃料气与部分来自燃气工艺炉1对流段290℃的烟气通过燃料气高温预热器3加热至210℃以上，根据燃烧器2数量分成多路进入燃气工艺加热炉1底部的燃烧器2与经过空气高温预热器4加热后的空气进行混合在炉膛燃烧；
步骤四空气预热，助燃空气经过过滤网由鼓风机6导入空气低温预热器5，通过来自空气高温预热器4的烟气将空气预热到100-120℃，再通过空气高温预热器4由燃气工艺炉1顶部对流室出来的烟气加热至210℃以上，进入燃气工艺炉1底部的燃烧器2与来自燃料气高温预热器3的燃料气混合在炉膛燃烧；
步骤五烟气通过烟囱排放，烟气从燃气工艺炉1顶部对流室出来分两路，一路进空气高温预热器4与来自空气低温预热器5的空气换热，烟气温度降至100-120℃，而后进空气低温预热器5与由鼓风机6引出的25-30℃空气换热，烟气温度降至70-75℃，另一路进燃料气高温预热器3与来自燃料气低温预热器7的燃料气换热，烟气温度降至100-120℃，而后进燃料气低温预热器7与来自精脱硫罐11的燃料气换热，烟气温度降70-75℃，两路烟气汇合，通过负压引风机8接力引出，由烟囱9底部进通过顶部烟气排放口10放至大气。
所述吸附脱硫采用高硫容脱硫剂进行深度脱硫，脱后含硫降至1ppm以下，烟气露点温度降低至60℃，使烟气低温余热回收温度远高于烟气酸露点温度，消除设备低温露点酸腐蚀。
所述吸附脱硫精脱硫罐11装填的脱硫剂为活性碳负载高比表面碳材料，金属氧化物，不含铁、本质安全；高硫容大于30%，硫容量是氧化锌的3倍、氧化铁的2倍。
所述负压引风机8降低烟气进空气低温预热器5烟气侧和燃料气低温预热器7烟气侧的压力为负压，以控制烟气中水汽凝结温度至60℃以下，避免在预热器中水析出发生积灰结垢和露点腐蚀。
工厂实践运行表明，将排烟温度降到70-75℃，加热炉热效率提高到92.5%以上，节约大量制氢用的原料气，经济效益显著；通过对燃料气超低精脱硫至1ppm以下，烟气露点温度60℃以下，既避免酸露点低温腐蚀，也减少SO2排放；同时，空气及燃料气均被预热，起始燃烧温度高，可降低工艺炉燃烧负荷，提高加热炉的运行效能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃气工艺炉烟气低温余热回收系统，其特征在于，包括燃料气脱硫预热装置、空气预热装置、燃气工艺炉、燃烧器、负压引风机和烟囱;所述燃料气脱硫预热装置烟气侧的出口和所述空气预热装置烟气侧的出口并列地与负压引风机入口通过管道连通，所述负压引风机出口和所述烟囱底部连通，所述烟囱顶端为烟气排放口；所述燃气工艺炉顶端出口分两路，一路连通所述空气预热装置烟气侧的入口，另一路连通所述燃料气脱硫预热装置烟气侧的入口；所述燃料气脱硫预热装置燃料气侧的出口和所述空气预热装置空气侧的出口并列地与燃烧器入口通过管道连通；所述燃料气脱硫预热装置燃料气侧包括依管道顺次连通的燃料气线、精脱硫罐、燃料气低温预热器燃料气侧和燃料气高温预热器燃料气侧，所述精脱硫罐进口通过燃料气线连接厂区的燃料气管网，所述燃料气高温预热器燃料气侧的出口连通所述燃气工艺炉底部的燃烧器；所述空气预热装置空气侧包括依管道顺次连通的鼓风机、空气低温预热器空气侧和空气高温预热器空气侧，所述鼓风机入口连通大气，所述空气高温预热器空气侧的出口与所述燃气工艺炉的燃烧器通过管道连通。
2.根据权利要求1所述的一种燃气工艺炉烟气低温热回收系统，其特征在于，所述燃烧器由加热负荷确定的若干台组成，置于燃气工艺炉底部。
3.根据权利要求1所述的一种燃气工艺炉烟气低温热回收系统，其特征在于，所述空气低温预热器和燃料气低温预热器均为抗露点腐蚀和积灰结构的低合金铸铁纯平板空气预热器，平板竖面布置。
4.根据权利要求1所述的一种燃气工艺炉烟气低温热回收系统，其特征在于，所述精脱硫罐为吸附罐，并列设置。
5.一种应用于权利要求1-4任一项所述燃气工艺炉烟气低温热回收系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一吸附脱硫，自燃料气管网来的燃料气经过装填脱硫剂的精脱硫罐，通过吸附脱除燃料气中的低分子硫化物，将含硫50 ppm以上的燃料气脱除至1ppm以下；
步骤二燃料气低温热预热，精脱硫后的燃料气经过燃料气低温预热器加热至100-120℃；
步骤三燃料气高温烟气预热，经过精脱硫后的燃料气与部分来自燃气工艺炉对流段的烟气通过燃料气高温预热器加热至210℃以上，根据燃烧器数量分成多路进入燃气工艺加热炉底部的燃烧器与经过空气高温预热器加热后的空气进行混合在炉膛燃烧；
步骤四空气预热，助燃空气经过过滤网由鼓风机导入空气低温预热器，通过来自空气高温预热器的烟气将空气预热到100-120℃，再通过空气高温预热器由燃气工艺炉顶部对流室出来的烟气加热至210℃以上，进入燃气工艺炉底部的燃烧器与来自燃料气高温预热器的燃料气混合在炉膛燃烧；
步骤五烟气通过烟囱排放，烟气从燃气工艺炉顶部对流室出来分两路，一路进空气高温预热器与来自空气低温预热器的空气换热，烟气温度降至100-120℃，而后进空气低温预热器与由鼓风机引出的空气换热，烟气温度降至70-75℃，另一路进燃料气高温预热器与来自燃料气低温预热器的燃料气换热，烟气温度降至100-120℃，而后进燃料气低温预热器与来自精脱硫罐的燃料气换热，烟气温度降70-75℃，两路烟气汇合，通过负压引风机接力引出，由烟囱底部进通过顶部烟气排放口放至大气。
6.根据权利要求5所述的一种应用于燃气工艺炉烟气低温热回收系统的方法，其特征在于，所述吸附脱硫采用高硫容脱硫剂进行深度脱硫，脱后含硫降至1ppm以下，烟气露点温度降低至60℃以下。
7.根据权利要求5所述的一种应用于燃气工艺炉烟气低温热回收系统的方法，其特征在于，所述吸附脱硫精脱硫罐装填的脱硫剂为活性碳负载高比表面碳材料，金属氧化物，不含铁、本质安全，高硫容大于30%。
8.根据权利要求5所述的一种应用于燃气工艺炉烟气低温热回收系统的方法，其特征在于，所述负压引风机降低烟气进空气低温预热器烟气侧和燃料气低温预热器烟气侧的压力为负压，以控制烟气中水汽凝结温度至60℃以下。
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