天然氣凈化裝置尾氣焚燒余熱鍋爐改造節(jié)能效果評估

孫亞琴 李桂青 江 一

（1.四川省達(dá)州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 達(dá)州 635000；2.中國石油化工股份有限公司中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷廠，河南 濮陽 457001；3.達(dá)州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，四川 達(dá)州 635000）

0 引言

某高含硫天然氣凈化廠尾氣處理單元的尾氣焚燒余熱鍋爐為煙道式余熱鍋爐，采用煙道式自然循環(huán)水管鍋爐，主要由過熱器、蒸發(fā)器、汽包、液包、煙道等部分組成。來自吸收塔頂經(jīng)處理后的尾氣流入焚燒爐，在焚燒爐中通過與過剩的氧及天然氣（閃蒸汽）燃燒，剩余的硫化物被氧化為SO2，焚燒爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生過熱蒸汽，從燃燒過程回收有用的能量，降溫后的低溫?zé)煔庵苯油ㄟ^煙囪排放大氣[1]，如圖1所示。

裝置自2008年運(yùn)行以來，不斷發(fā)生腐蝕泄漏現(xiàn)象，且存在排煙溫度過高，出現(xiàn)裝置能耗大幅度升高的現(xiàn)象，造成裝置環(huán)保不達(dá)標(biāo)，能源浪費(fèi)等問題。

針對上述問題通過技術(shù)攻關(guān)，完成了余熱回收系統(tǒng)改造，通過優(yōu)化過熱器系統(tǒng)流程（由原來的一、二級并聯(lián)結(jié)構(gòu)改為串聯(lián)結(jié)構(gòu)）、增加省煤器及給水預(yù)熱器，最大限度的利用高溫?zé)煔庥酂?，降低排煙恩度，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的，詳細(xì)工藝流程如圖2所示。

為進(jìn)一步對國產(chǎn)化改造后余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行工藝性能評估，運(yùn)用Aspen plus對國產(chǎn)化改造流程及進(jìn)口流程進(jìn)行理論仿真模擬，對比分析相同工況下進(jìn)口設(shè)備與國產(chǎn)化設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，驗證系統(tǒng)改造可行性。

1 基于Aspen plus建模與仿真計算

Aspen plus是基于穩(wěn)態(tài)化工模擬、優(yōu)化、靈敏度分析和經(jīng)濟(jì)評價的大型化工流程模擬軟件。在生產(chǎn)裝置調(diào)優(yōu)以及故障診斷的問題上，過程模擬起著不可替代的作用，通過流程模擬可尋求最佳工藝條件，從而達(dá)到節(jié)能、降耗、增效的目的；通過全系統(tǒng)的總體調(diào)優(yōu)，以經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)函數(shù)，可求得關(guān)鍵工藝參數(shù)的最佳匹配，革新了傳統(tǒng)觀念。

本文利用Aspen plus對克勞斯尾氣焚燒爐余熱鍋爐國產(chǎn)化改造系統(tǒng)流程進(jìn)行建模，采用RYield和RStoic模擬燃燒器，Heater模擬給水預(yù)熱器、省煤器和一、二、三級過熱器，Mixer模擬多股物流的混合，并結(jié)合裝置DCS顯示數(shù)據(jù)實施模擬。同時做出如下假設(shè)：（1）裝置DCS數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠；（2）煙氣中可能存在微量CxHy，忽略不計[3]。

模型中涉及的主要參數(shù)包括：天然氣組分（閃蒸汽組分）、燃料溫度、燃料流量、進(jìn)爐空氣溫度、進(jìn)爐空氣流量、煙氣入余熱鍋爐溫度、煙氣出余熱鍋爐溫度、給水溫度、三級過熱器出口蒸汽溫度及各換熱器進(jìn)出口壓力等。模擬系統(tǒng)流程如圖3所示。

通過對進(jìn)口設(shè)備與國產(chǎn)化設(shè)備進(jìn)行模擬分析，模擬結(jié)果如表1所示。通過對比，國產(chǎn)化設(shè)備較進(jìn)口設(shè)備排煙溫度降低30℃，多產(chǎn)過熱蒸汽1765kg/h。

表1 模擬分析結(jié)果對比表

表2 尾氣余熱鍋爐實測煙氣組分?jǐn)?shù)據(jù)

2 熱工性能測試

2.1 測試依據(jù)

依據(jù)GB/T 10863-2011《煙道式余熱鍋爐熱測試方法》[2]，采用反平衡方法計算余熱鍋爐熱效率。

2.2 測試參數(shù)

（1）煙氣成分測量：余熱鍋爐入口煙氣成分采用DCS數(shù)據(jù)或工藝數(shù)據(jù)，出口煙氣成分直接用煙氣分析儀測出；

（2）煙氣側(cè)溫度：通過DCS采集數(shù)據(jù)；

（3）水汽側(cè)溫度：部分通過DCS采集數(shù)據(jù)，部分通過熱量核算。

綜上所述，對比表3～表6可以發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)余熱鍋爐蒸發(fā)段、三級過熱器的換熱量相比于進(jìn)口余熱鍋爐要大，且其它參數(shù)差異不大；國產(chǎn)余熱鍋爐一級過熱器+二級過熱器在有效傳熱溫差、總傳熱系數(shù)、熱負(fù)荷等方面均明顯優(yōu)于進(jìn)口余熱鍋爐，故克勞斯尾氣焚燒爐余熱鍋爐在國產(chǎn)化后的熱力性能要優(yōu)于進(jìn)口余熱鍋爐。由表7可知，對比進(jìn)口余熱鍋爐熱效率，國產(chǎn)化后余熱鍋爐熱效率顯著提高了，高出2.84%。根據(jù)設(shè)計資料及實際運(yùn)行經(jīng)驗，一般排煙溫度需高于酸露點(diǎn)溫度30℃，而國產(chǎn)/進(jìn)口余熱鍋爐排煙溫度分別為235.1℃、257.8℃，故在此排煙溫度下國產(chǎn)/進(jìn)口余熱鍋爐產(chǎn)生酸露點(diǎn)腐蝕的可能性不大。

表3 余熱鍋爐運(yùn)行DCS數(shù)據(jù)

表3 （續(xù)）

表4 尾氣余熱鍋爐滿負(fù)荷工況蒸發(fā)段換熱性能

表5 尾氣余熱鍋爐滿負(fù)荷工況一級過熱器+二級過熱器換熱性能

表6 尾氣余熱鍋爐滿負(fù)荷工況三級過熱器換熱性能

表7 尾氣余熱鍋爐計算結(jié)果匯總表

3 結(jié)語

通過對國產(chǎn)余熱鍋爐和進(jìn)口余熱鍋爐進(jìn)行熱工性能測試、仿真模擬，可以發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)余熱鍋爐在經(jīng)濟(jì)性上明顯優(yōu)于進(jìn)口余熱鍋爐，改造效果顯著，熱效率提升了2%以上，充分利用了高溫?zé)煔庥酂釤崃?，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目的，具有很好的推廣應(yīng)用價值。