某焦化廠上升管余熱環(huán)保改造研究

何志明， 劉 安

（青島特殊鋼鐵有限公司， 山東 青島 266409）

1 上升管余熱情況分析

洗苯：從終冷器來(lái)的煤氣依次進(jìn)入2 臺(tái)串聯(lián)的洗苯塔底部，在洗苯塔中與逆向流動(dòng)的洗油接觸，使煤氣中的苯族烴不斷地向洗油轉(zhuǎn)移，A 洗苯塔出來(lái)的煤氣經(jīng)油霧捕集器后送入用戶[1]。貧油通過(guò)貧油泵送到A 洗苯塔頂，洗苯后的半富油用半富油泵從塔底送到B 洗苯塔頂，繼續(xù)吸收煤氣中的苯后，從B 洗苯塔底排出的即為富油。

脫苯蒸餾：用富油泵將從B 洗苯塔來(lái)的富油連續(xù)地經(jīng)過(guò)二段和一段貧富油換熱器，再經(jīng)管式爐加熱到160～190 ℃后，進(jìn)入脫苯塔第16 塊塔板上。貧油冷卻器將貧油溫度冷卻到高出終冷后煤氣溫度2～6 ℃后，送到A 洗苯塔吸收煤氣中的苯。再生器底部殘?jiān)投ㄆ谂胖翚堅(jiān)郏ㄆ谟帽盟椭劣蛶?kù)焦油儲(chǔ)槽。

脫苯塔頂?shù)拇直秸羝?jīng)冷凝冷卻器冷卻后，經(jīng)汽液分離器分離，混合液經(jīng)粗苯油水分離器分離出油水后成為粗苯產(chǎn)品，流入粗苯回流槽，部分經(jīng)回流泵送回脫苯塔頂，調(diào)節(jié)塔頂溫度，其余進(jìn)入粗苯中間槽。分離出的油水進(jìn)入控制分離器分離出重油，并排入油放空槽，水進(jìn)入水放空槽[2]。汽液分離后的不凝氣經(jīng)真空泵抽出，送至終冷器前煤氣管道或混入管式爐入口煤氣管道，以作燃料使用。

從脫苯塔側(cè)線引出的精重苯流入精重苯槽。從脫苯塔側(cè)線引出苯油餾份，以降低貧油含萘量。引出的萘油餾份進(jìn)入殘?jiān)筒郏ㄆ谟帽盟椭劣蛶?kù)焦油儲(chǔ)慒。水放空槽內(nèi)的分離水經(jīng)液下泵送到冷凝單元，油放空槽內(nèi)的部分油經(jīng)液下泵可送到洗苯塔或者冷凝單元。用冷凝液泵從終冷器冷凝液槽送往終冷器噴灑，噴灑后的多余冷凝液送入冷凝單元。富油和蒸汽參數(shù)表如表1 所示。

表1 富油和蒸汽參數(shù)表

2 蒸氨工藝流程熱量分析

由焦油氨水分離單元送來(lái)的剩余氨水經(jīng)蒸氨廢水- 剩余氨水換熱器進(jìn)入蒸氨塔上部第二層塔盤(pán)，負(fù)壓在-70 kPa（絕壓）時(shí)，開(kāi)啟蒸氮塔頂部放散狀態(tài)進(jìn)行蒸餾，脫除游離氨及其他雜質(zhì)。在蒸氨塔第12～14層塔板加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32%的NaOH 堿液來(lái)分解剩余氨水中的固定銨。塔頂蒸出的氨汽經(jīng)分縮器（F42401）用循環(huán)水部分冷凝，冷凝后的液相進(jìn)行回流，汽相再經(jīng)氨冷凝冷卻器冷知為氣液混合物進(jìn)入分離器，進(jìn)行氣液分離。其中不凝性氣體用酸洗塔洗滌，硫酸槽中的硫酸通過(guò)定比例混合器混合后，經(jīng)酸洗液循環(huán)泵送至酸洗塔循環(huán)洗滌使用，生成的硫氨母液定期送回硫銨單元母液貯槽，其余尾氣用真空泵抽出，并送至脫硫前的煤氣管道，分離后的濃氨水去脫硫單元補(bǔ)充堿源。

在蒸氨塔底的一部分蒸氨廢水經(jīng)管式爐用煤氣加熱至110～130℃時(shí)（正壓條件下，負(fù)壓時(shí)為70～85℃），進(jìn)入蒸氨塔閃蒸，產(chǎn)生的蒸汽作為蒸氨塔汽源。蒸氨塔底另一部分蒸氨廢水經(jīng)蒸氨廢水- 剩余氨水換熱器、廢水冷卻器，用循環(huán)水和低溫水冷卻至40 ℃以下后，送去污水處理單元。將蒸氨塔底產(chǎn)生的瀝青定期排至瀝青槽，冷卻后取出，送至各煤?jiǎn)卧獌度肱涿骸r青坑排除的氨水流入放空槽，再由液下泵送至焦油氨水分離單元。循環(huán)廢水參數(shù)如下頁(yè)表2 所示。

表2 循環(huán)廢水參數(shù)（蒸氨管式爐數(shù)據(jù)）

3 余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1）除鹽水箱2 臺(tái)，體積為40 m3，材質(zhì)為不銹鋼，附液位計(jì)，進(jìn)水采用遠(yuǎn)程控制。除氧給水泵2 臺(tái)，出口流量實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2）除氧器1 臺(tái)，采用低壓旋膜式除氧器，流量為20 t/h，水箱容積10 m3，附液位計(jì)、溫度、壓力的現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)傳等，水位及溫度、壓力調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

3）汽包給水泵2 臺(tái)，采用變頻控制，出口流量調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。汽包2 臺(tái)，體積40 m3，材質(zhì)為19Mn6/Q345R，附2 套平衡容器，附現(xiàn)場(chǎng)雙色液位計(jì)，包括排污擴(kuò)容器（體積為1.5 m3的材質(zhì)碳鋼）。汽包蒸汽出口流量控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

4）強(qiáng)制循環(huán)泵3 臺(tái)，2 開(kāi)1 備，采用變頻控制。化產(chǎn)換熱器包括（但不限于）富油換熱器、蒸氨換熱器、再沸器各2 臺(tái)，實(shí)現(xiàn)1 開(kāi)1 備，采用316L 及以上材質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程切換。

5）備用過(guò)熱蒸汽用電加熱器需要滿足洗油再生及脫苯用蒸汽參數(shù)及用量，流量≥2t/h；壓力0.3～0.45MPa；溫度400～420 ℃。

6）上升管蒸發(fā)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備。水夾套形式的內(nèi)外壁厚度≥20 mm，材質(zhì)為20G 和非金屬涂層；盤(pán)管形式的內(nèi)外壁厚度≥15 mm，材質(zhì)耐熱溫度≥1 050 ℃，盤(pán)管壁厚≥3.5 m，材質(zhì)為20G；內(nèi)部需設(shè)置強(qiáng)化換熱翅片，厚度≥6 mm，耐熱溫度≥1 050 ℃；上升管外保溫采用304 不銹鋼，厚度≥3 mm，需要設(shè)置膨脹節(jié)；上升管過(guò)熱器的材質(zhì)需滿足高溫干燒等惡劣工況下的正常生產(chǎn)，上升管外壁溫度≤50 ℃。

7）流量控制點(diǎn)包括（但不限于）純水進(jìn)水量流量、除氧給水泵出口流量、鍋爐給水泵出口流量、強(qiáng)制循環(huán)量、除氧器蒸汽用量、汽包蒸汽出口流量、過(guò)熱蒸汽流量及低壓蒸汽管網(wǎng)流量[3]。聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)包括緊急放水系統(tǒng)、蒸汽切斷系統(tǒng)、泵聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)、上升管水汽系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4 余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 采用的工藝

通過(guò)焦?fàn)t上升管余熱回收系統(tǒng)（本系統(tǒng)）將焦?fàn)t荒煤氣熱量進(jìn)行回收，經(jīng)中間傳熱介質(zhì)，將熱量用于煤氣凈化過(guò)程中的富油加熱、脫苯、洗油再生及循環(huán)廢水加熱過(guò)程，取代脫苯和蒸氨2 座管式爐，多余蒸汽并入低壓蒸汽管網(wǎng)（接入點(diǎn)參數(shù)）。過(guò)熱蒸汽通過(guò)焦?fàn)t上升管經(jīng)過(guò)熱獲得，過(guò)熱蒸汽采用電加熱器來(lái)進(jìn)行加熱備用。

4.2 設(shè)計(jì)的工藝系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)方案設(shè)置上升管過(guò)熱器，由其引入余熱系統(tǒng)，產(chǎn)生2 t/h 的飽和蒸汽進(jìn)入7 根上升管，過(guò)熱器過(guò)熱至400～420℃，然后通過(guò)減壓裝置減壓至0.3～0.5MPa。400～420 ℃的過(guò)熱蒸汽通過(guò)蒸汽管道輸送至再生器和脫苯塔進(jìn)行洗油再生。采用電加熱器對(duì)過(guò)熱蒸汽進(jìn)行加熱備用。

本方案采用無(wú)管式加熱富油技術(shù)，余熱系統(tǒng)產(chǎn)生的1.6 MPa、204 ℃的飽和蒸汽（約17.28 t/h）優(yōu)先用于加熱富油，消耗飽和蒸汽約7.89 t/h，150 m3/h 的富油由135 ℃加熱到185 ℃后進(jìn)入脫苯塔，剩余蒸汽經(jīng)減壓至0.6～0.8 MPa 后進(jìn)入無(wú)管式間接蒸氨系統(tǒng)。

同時(shí)本方案采用無(wú)管式爐間接蒸氨技術(shù)，利用減壓后的飽和蒸汽（約7.19 t/h）加熱蒸氨廢水，230 m3/h蒸氨廢水由104 ℃加熱至120 ℃，剩余蒸汽（約0.19 t/h）在焦?fàn)t滿負(fù)荷后并入焦化廠蒸汽管網(wǎng)。如果焦?fàn)t限產(chǎn)，無(wú)管式間接蒸氨系統(tǒng)需要從管網(wǎng)引入適量蒸汽進(jìn)入蒸氨廢水換熱器。

加熱富油和蒸氨廢水的蒸汽變?yōu)橥瑝毫ο碌睦淠蠼?jīng)過(guò)疏水閥進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸罐閃蒸出的0.4 MPa 飽和蒸汽約1.1 t/h，用于除氧器。閃蒸凝結(jié)水（約14 t/h）通過(guò)凝結(jié)水泵打入荒煤氣上升管換熱系統(tǒng)汽包中。富油及蒸氨廢水換熱技術(shù)設(shè)備已完全替代管式爐，消除現(xiàn)有管式爐系統(tǒng)運(yùn)行隱患，節(jié)約煤氣，降低洗油消耗，實(shí)現(xiàn)化產(chǎn)車(chē)間無(wú)管式脫苯及間接蒸氨能源環(huán)保綜合收益。

5 余熱回收系統(tǒng)應(yīng)用效果

上升管余熱環(huán)保改造設(shè)計(jì)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)試車(chē)運(yùn)行，系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表3 所示。

表3 系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

6 結(jié)論

該焦化廠上升管設(shè)計(jì)應(yīng)用了余熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)到消除現(xiàn)有管式爐系統(tǒng)運(yùn)行隱患、節(jié)約煤氣、降低洗油消耗，實(shí)現(xiàn)化產(chǎn)車(chē)間無(wú)管式脫苯及間接蒸氨能源環(huán)保綜合收益的目的。