脫硝、余熱鍋爐可研報告3

陜西延長石油集團永坪煉油廠50萬噸/年FCC再生煙氣脫硝改造項目、余熱鍋爐改造項目可行性研究報告2014.12主要內容項目背景與必要性項目設計基礎項目技術改造方案選擇結論和建議西安建業(yè)化工有限公司工業(yè)氧氣、二氧化碳、氮氣、氬氣分裝裝置項目安全設施設計專篇項目技術介紹主要設備選擇項目進度安排項目技術選擇資金計劃與資金籌措項目背景與必要性1.項目建設背景陜西延長石油（集團）有限責任公司永坪煉油廠為一個占地千余畝，擁有固定資產(chǎn)原值46.35億元，主要生產(chǎn)車用汽油、車用柴油和液化氣油氣8個品種15個規(guī)格石油產(chǎn)品的現(xiàn)代化中型石油煉制企業(yè)，目前常壓加工能力450萬噸/年，催化裂化加工能力170萬噸/年，催化重整加工能力15萬噸/年，柴油加氫-臨氫降凝加工能力160萬噸/年（140萬噸/年柴油加氫裝置正在開工試產(chǎn)），汽油精制裝置（S-Zorb）加工能力90萬噸/年，干氣脫硫及硫磺回收裝置為0.32萬噸/年、干氣制氫裝置為2.0萬標立/小時。50萬噸/年催化裂化裝置隸屬于煉油廠一催化車間，根據(jù)目前工業(yè)污染物排放最嚴格的《火電廠大氣污染物排放標準》，所有指標NOx,SO2,煙塵所有指標均不能滿足。截止2014年年底，一催50萬噸/年再生裝置出口煙氣采用動力波-吸收塔工藝脫除SO2，煙塵已經(jīng)設計完工，并已試用行。目前脫硝和余熱鍋爐改造尚未完成。故經(jīng)業(yè)主委托，現(xiàn)對一催50萬噸/年脫硝和余熱鍋爐改造項目的可行性進行說明。項目背景與必要性催化裂化裝置再生煙氣情況項目單位煙氣參數(shù)正常設計值煙氣量（濕基）Nm3/h5819058190煙氣量（干基，含水率10%）Nm3/h5237152371煙氣溫度℃175220煙氣二氧化硫濃度Nm3/h210～235600煙氣NOx濃度Nm3/h80～150300煙氣含塵濃度Nm3/h900～11001100煙氣壓力kPa7永坪煉油廠50萬噸/年催化裂化裝置，年操作時間：8000小時，其排放煙氣如下表表1：永坪煉油廠50萬噸/年催化裂化裝置煙氣參數(shù)項目建設的必要性和可行性本項目屬于環(huán)保治理，環(huán)境保護是我國的基本國策之一，三廢治理是全面建設小康社會、改善環(huán)境、保護生態(tài)的重要內容，作為大氣污染物排放的大戶，煉油廠催化裂化再生煙氣自然成為環(huán)保部門治理的對象，而且對煉油廠煙氣脫硝除塵脫硫的要求也一年比一年提高，為了實現(xiàn)“十二五”規(guī)劃中提到的氮氧化物，二氧化硫減排目標，現(xiàn)有大多數(shù)煉油廠都必須加裝脫硝、脫硫設備和除塵升級。隨著國家經(jīng)濟快速增長和我國加入WTO，環(huán)保必須與國際接軌，我國的煙氣排放標準會有逐年提高的趨勢，為了適應環(huán)保的新形勢和提高企業(yè)形象，該項目的實施也是有必要的。根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（二次征求意見稿）的最嚴要求，NOx新標準為：100mg/Nm3。而我們現(xiàn)有煉油裝置催化裂化延期NOx最不利排放濃度為：300mg/Nm3。已經(jīng)超過了當前國家石油煉制工業(yè)大氣污染物排放標準，且環(huán)保部門已經(jīng)對煉油廠提出限期整改。公司主要生產(chǎn)車用汽油、車用柴油和液化氣油氣8個品種15個規(guī)格石油產(chǎn)品的現(xiàn)代化中型石油煉制企業(yè)，為國家創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。如果因為其煙氣中污染物排放超標而停產(chǎn)，將造成不可估量的損失，因此提出對公司催化裂化原有煙氣進行脫硝脫硫除塵設計，是符合時代發(fā)展和國家環(huán)保要求的，項目的實施就更有必要。

項目設計范圍項目為永坪50萬噸催化裂化裝置再生煙氣脫硝，每套包括煙氣脫硝單元設計（反應器設計和氨區(qū)單元設計）以及余熱鍋爐改造2項目概況2.1建設建設地區(qū)條件

地理條件與區(qū)域條件：永坪煉油廠位于延安市寶塔區(qū)以北七十公里處的延川縣永坪鎮(zhèn)。建設場地：煙氣脫硝裝置建于永平煉油廠50萬噸/年催化裂化裝置余熱鍋爐與省煤器之間。交通條件永坪煉油廠位于延安市寶塔區(qū)以北七十公里處的延川縣永坪鎮(zhèn)，公路運輸交通便利。2.2項目設計條件2項目概況表2余熱鍋爐設計基礎參數(shù)序號參數(shù)名稱單位數(shù)值各注1主風流量Nm3/h550002煙風比/1.0583煙氣流量Nm3/h581904煙氣進口溫度℃6405再生煙氣成分(1)N280.23(2)CO214.64(3)CO%(4)O2%2.32(5)H2O%6排煙溫度℃1757外來飽和蒸汽流量t/h/8外來飽和蒸汽壓力MPa/9過熱蒸汽出口溫度℃25010過熱蒸汽出口壓力MPa1.2711給水溫度℃104現(xiàn)運行給水溫度為57℃12給水壓力MPa1.702項目概況配套裝置序號項目單位設計工況催化裂化裝置1煙氣流量Nm3/h（濕）58190Nm3/h（干）523712SO2含量mg/Nm3（濕基）6003NOx含量mg/Nm3（濕基）3004顆粒物（催化劑粉塵）mg/Nm3（濕基）1100表350萬噸/年催化裝置煙氣設計參數(shù)2.2輔助材料來源、用量及規(guī)格2項目概況本項目所耗用水、電、氣等公用工程，利用永坪煉油廠催化裂化裝置的相關設施，不足部分填平補齊。所需工藝用水、消防用水等均由鄰近的給水總管接出供應。脫硝設施消防設施由催化裂化裝置統(tǒng)一考慮。2.3項目設計條件3余熱、脫硝鍋爐方案選擇3.1裝置建設規(guī)模永坪煉油廠50萬催化裂化裝置余熱鍋爐煙氣量為58190Nm3/h（濕基），NOx設計濃度：300mg/Nm。經(jīng)過脫硝反應處理后，出口煙氣NOx濃度小于100mg/Nm3（干基），裝置操作彈性按60%~110%設計。3.2余熱鍋爐改造方案根據(jù)50萬噸/年催化裝置催化煙氣的成分和脫硝設置要求，對余熱鍋爐的改造應滿足溫度窗口要求，更新改造后的余熱鍋爐出口煙氣溫度處于脫硝高效溫度區(qū)350℃左右，經(jīng)脫硝反應裝置后進入省煤器，省煤器出口溫度控制在280℃左右，防止脫硝副產(chǎn)物硫酸銨對系統(tǒng)的影響。根據(jù)50萬噸/年催化裝置余熱鍋爐實際情況，本次鍋爐改造考慮以下方面：a、拆除現(xiàn)有余熱鍋爐，在原余熱鍋爐區(qū)域上余熱鍋爐、省煤器和脫硝裝置。b、余熱鍋爐煙氣側承壓全部按8kPa設計，保證鍋爐背壓增加后鍋爐的安全性。c、為了避免過熱器出口蒸汽超溫，本次改造過程中，可在過熱器的蒸汽出口管線上設置噴水減溫器，當過熱器出口蒸汽溫度過高時，可進行噴水降溫調節(jié)。在余熱鍋爐正常運行中，不投用噴水減溫器。3余熱、脫硝鍋爐方案選擇3.2余熱鍋爐改造方案根據(jù)50萬噸/年催化裝置催化煙氣的成分和脫硝設置要求，對余熱鍋爐的改造應滿足溫度窗口要求，更新改造后的余熱鍋爐出口煙氣溫度處于脫硝高效溫度區(qū)350℃左右，經(jīng)脫硝反應裝置后進入省煤器，省煤器出口溫度控制在280℃左右，防止脫硝副產(chǎn)物硫酸銨對系統(tǒng)的影響。根據(jù)50萬噸/年催化裝置余熱鍋爐實際情況，本次鍋爐改造考慮以下方面：a、拆除現(xiàn)有余熱鍋爐，在原余熱鍋爐區(qū)域上余熱鍋爐、省煤器和脫硝裝置。b、余熱鍋爐煙氣側承壓全部按8kPa設計，保證鍋爐背壓增加后鍋爐的安全性。c、為了避免過熱器出口蒸汽超溫，本次改造過程中，可在過熱器的蒸汽出口管線上設置噴水減溫器，當過熱器出口蒸汽溫度過高時，可進行噴水降溫調節(jié)。在余熱鍋爐正常運行中，不投用噴水減溫器3.3煙氣脫硝技術方案的選擇3余熱、脫硝鍋爐方案選擇現(xiàn)有的控制和脫除FCC再生煙氣中NOx技術主要包括：低NOx燒焦技術、添加助劑法和煙氣SCR/SNCR脫硝技術等。1.煙氣脫硝技術選擇原則（1）NOx排放濃度、排放量均能滿足國家、地方有關部門的環(huán)保排放標準要求。（2）技術成熟，運行可靠，有良好的運行業(yè)績。（3）脫硝劑有可靠穩(wěn)定的來源，貯存輸送方便、安全。（4）能源消耗少，資源消耗少，運行費用低。（5）脫硝過程不對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。（6）脫硝單元工藝簡單，布置合理，占地面積小，對余熱鍋爐裝置影響小。（7）脫硝的主要裝置和設備為國產(chǎn)化或能逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。3余熱、脫硝鍋爐方案選擇2.FCC煙氣幾種脫硝技術低NOx燒焦技術低NOx燒焦技術包括硬件設計和優(yōu)化操作。硬件設計主要對再生器構造進行優(yōu)化設計，以降低NOx的產(chǎn)生量和排放量。另一方面，研究和現(xiàn)場實際觀察表明，F(xiàn)CC再生器的NOx排放量，與燒焦方式，過剩氧量、CO濃度、密相床溫度、催化劑循環(huán)量、劑油比等參數(shù)有關，其中過剩氧量影響最大，應優(yōu)化設置；部分燃燒再生方式比完全燃燒再生方式的NOx排放量低。氧化吸收法FCC煙氣中的NOx以NO為主，由于NO難溶于水，直接通過堿法洗滌對FCC再生煙氣中的NOx脫除效果不明顯。利用強氧化劑將難溶于水的NO氧化為易溶于水的N2O3、N2O5的高價態(tài)的氮氧化物并通過洗滌塔吸收溶解。其中最有代表的是臭氧法脫除。而LOTOxTM工藝就是最具代表性的臭氧氧化脫硝技術。LOTOxTM是通過把氧化反應器利用氧化劑臭氧將NOx氧化生成N2O5，煙氣通過EDV洗漆塔并溶于水生成HNO3，HNO3再與吸收液生成硝酸鹽，最后排出處理從而達到脫銷的目的。3余熱、脫硝鍋爐方案選擇圖1LOTOxTM工藝流程圖選擇性催化還原法（SCR）3余熱、脫硝鍋爐方案選擇擇性催化還原法（SCR）是指在催化劑的作用下，利用還原劑（如NH3或尿素）“有選擇性”地與煙氣中的NOx反應并生成無毒無污染的N2和H2O。選擇性催化還原系統(tǒng)中，一般由氨的儲存系統(tǒng)、氨和空氣的混和系統(tǒng)、氨噴入系統(tǒng)、反應器系統(tǒng)及監(jiān)測控制系統(tǒng)等組成。圖2SCR技術示意圖催化劑如下圖：3余熱、脫硝鍋爐方案選擇圖2SCR催化劑非選擇性催化還原法（SNCR）3余熱鍋爐、脫硝方案選擇該技術是用NH3、尿素等還原劑噴入爐內與NOx進行選擇性反應，不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850～1100℃的區(qū)域，該還原劑（尿素）迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOx進行SNCR反應生成N2，該方法是以爐膛為反應器。SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術是把SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術同SCR工藝利用逃逸氨進行催化反應的技術結合起來，進一步脫除NOx。它是把SNCR工藝的低費用特點同SCR工藝的高效率及低的氨逃逸率進行有效結合。3余熱鍋爐、脫硝方案選擇幾種典型脫硝方法的比較由于LOTOxTM工藝在國外已進入工業(yè)化應用階段,但運行成本較高,臭氧的制備費用較高,臭氧發(fā)生器效率低、電耗大、占地大,成本限制LOTOxTM技術推廣的主要因素。目前應用比較普遍的技術是SCR和SNCR。3余熱鍋爐、脫硝方案選擇項目SCRSNCR/SCR混合型SNCR還原劑以NH3為主可使用NH3或尿素用NH3或尿素反應溫度320一400℃前段:850-1100℃后段:320-400℃850-1100℃催化劑成份主要為TiO2，

V2O5WO3后段加裝少量催化劑(成份主要為TiO2，V2O5WO3)不使用催化劑脫硝效率70％～90％40％～70％25%～60%還原劑噴射位置多選擇于省煤器與SCR反應器間煙道內鍋爐負荷不同噴射位置也不同，通常位于一次過熱器或二次過熱器后端通常在爐膛內噴射，但需與鍋爐廠家配合SO2/SO3氧化會導致SO2/SO3氧化SO2/SO3氧化較SCR低不導致SO2/SO3氧化NH3逃逸3～5ppm5～l0ppm10～15ppm對空氣預熱器影響NH3與SO3易形成NH4HSO4造成堵塞或腐蝕SO2/SO3氧化率較SCR低，造成堵塞或腐蝕的機會較SCR低不導致SO2/SO3的氧化，造成堵塞或腐蝕的機會為三者最低系統(tǒng)壓力損失催化劑會造成壓力損失催化劑用量較SCR小，產(chǎn)生的壓力損失相對較低沒有壓力損失燃料的影響高灰分會磨耗催化劑，堿金屬氧化物會使催化劑鈍化影響與SCR相同無影響鍋爐的影響受省煤器出口煙氣溫度的影響受爐膛內煙氣流速及溫度分布的影響與SNCR/SCR混合系統(tǒng)影響相同煙氣脫硝技術設計參數(shù)比較本工程推薦的脫硝、余熱鍋爐改造工藝方案3余熱鍋爐、脫硝方案選擇1.余熱鍋爐：根據(jù)現(xiàn)場實際情況，推薦采用對原有的蒸發(fā)段和省煤器段進行更新改造，設置脫硝反應器段，脫硝反應器設置在蒸發(fā)段與省煤器之間。2.根據(jù)技術先進，工藝成熟，經(jīng)濟合理，有工業(yè)業(yè)績，脫硝效率高的原則，本煙氣脫硝工程可行性研究推薦采用SCR煙氣脫硝技術。但需對余熱鍋爐進行一定改造，以滿足SCR催化劑的活性溫度要求。4余熱鍋爐、脫硝技術本項目包括余熱鍋爐改造，脫硝兩部分。煙氣途徑如下：余熱鍋爐→煙道系統(tǒng)→脫硝系統(tǒng)→脫硫系統(tǒng)→煙囪本項目煙氣脫硝技術推薦采用SCR氨選擇性催化還原脫硝技術，需要溫度窗口為300~420℃，而蒸發(fā)段和省煤器之間的煙道溫度正好滿足此要求，同時考慮現(xiàn)場的實際情況，因而對蒸發(fā)段和省煤器段進行更新改造。重新優(yōu)化布置，使煙氣經(jīng)余熱鍋爐蒸發(fā)段后直接進入脫硝裝置（SCR），脫硝裝置煙氣出口與省煤器煙氣進口直接連接。余熱鍋爐改造技術余鍋工程改造內容4余熱鍋爐、脫硝技術1.新增在原余熱鍋爐平面區(qū)域位置，更新改造原余熱鍋爐。2.原鍋爐保留及界區(qū)范圍如下：a.進口、出口煙道:進入余熱鍋爐的進口煙道、余熱鍋爐出口煙道保留，更新改造的余熱鍋爐煙道需和保留煙道對接。b.蒸汽管道:余熱鍋爐外供低壓蒸汽管道保留。c.除氧給水管道:除氧器給水管道至鍋爐界區(qū)之前管線保留。d.蒸發(fā)管道:蒸發(fā)段進出口管道需和汽包管口對接。e.原余熱鍋爐所有輔助系統(tǒng)對接管線接口，如加藥、取樣、排污、凈化風、非凈化風、等輔助系統(tǒng)管線接口，若根據(jù)現(xiàn)場位置拆除后，需利舊恢復。

3.結構說明本方案改造后余熱鍋爐所有受熱面設備，滿足脫硫脫硝系統(tǒng)運行壓力要求。4余熱鍋爐、脫硝技術本項目煙氣脫硝技術推薦采用SCR氨選擇性催化還原脫硝技術，設計值按從300mg/Nm3（濕基）脫除至100mg/Nm3（干基）以下來考慮處理設施。SCR脫硝系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)所組成，SCR反應器及附屬系統(tǒng)、氨儲存處理和氨注入系統(tǒng)。SCR脫硝催化劑選型脫硝系統(tǒng)單元SCR脫硝催化劑一般主要有三種形式：蜂窩式、板式、波紋板式。三種催化劑在電廠、鍋爐、煉化，其中蜂窩式和板式較多，波紋板式較少。項目蜂窩式板式波紋板式結構形式加工工藝均勻擠出式覆涂式（鋼架構支撐）覆涂式（玻璃纖維構架支撐）比表面積大小中等同等條件下所需體積量100%153%-176%130%壓損1.2411.48抗中毒能力強中等中等安全性不助燃助燃不助燃價格中等高高全球SCR業(yè)績＞65%＜33%少量主要特點比表面積大，堆密度小，質量輕，適用范圍廣，為全催化劑，市場占有率高比表面積小，防堵灰能力強，模塊之間易積灰，催化劑易脫落，壽命短耐磨損能力差，模塊之間易積灰?guī)追NSCR催化劑參數(shù)比較4余熱鍋爐、脫硝技術SCR反應器系統(tǒng)SCR反應器：反應器采用固定床平行通道型式，采用兩層，另外預留一層作為未來觸媒，脫硝效率低于需要值時安裝使用，此作用為增強脫硝效率并延長有效觸媒的壽命。SCR觸媒(催化劑)催化劑是SCR系統(tǒng)中的主要部分，其成分組成、結構、壽命及相關參數(shù)直接影響SCR系統(tǒng)脫硝效率及運行狀況。要求SCR的催化劑：(1)具有較高的NOX選擇性；(2)在較低的溫度下和較寬的溫度范圍內，具有較高的催化活性；(3)具有較好的抗化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性；(4)費用較低。催化劑在使用過程中因各種原因而中毒、老化、活性降低、催化NOX還原效果變差，當排煙中氨的濃度升高到一定程度時，表明催化劑需要更換。4余熱鍋爐、脫硝技術液氨儲存及供應系統(tǒng)4余熱鍋爐、脫硝技術液氨儲存和供應系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機、液氨儲槽、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽及氨氣稀釋槽、廢水泵、廢水池等。液氨的供應由液氨槽車運送，利用液氨卸料壓縮機將液氨由槽車輸入液氨儲槽內，儲槽輸出的液氨在液氨蒸發(fā)槽內蒸發(fā)為氨氣，經(jīng)氨氣緩沖槽送達脫硝系統(tǒng)。脫硝技術指標4余熱鍋爐、脫硝技術序號項目單位結果1煙氣含NOxmg/Nm3300(設計值)2吸收

NOxmg/Nm32403排放NOxmg/Nm3604氨氮比-0.8-1.15氨氣逃逸ppm6脫硝效率%807SO2/SO3氧化率1%8溫度℃350-4004余熱鍋爐、脫硝技術工藝流程圖5主要設備選擇表50萬噸催化煙氣余熱鍋爐主要設備一覽表序號項

目

名

稱單

位數(shù)

據(jù)1余熱鍋爐額定蒸發(fā)量t/h10.7額定壓力Mpa1.27額定溫度℃254進口煙氣溫度℃640出口煙氣溫度℃350系統(tǒng)阻力Pa≤10002省煤器與余熱鍋爐配套進口水溫℃104出口水溫℃195流量t/h11.2進口煙氣溫度℃350出口煙氣溫度℃280余熱鍋爐改造單元5主要設備選擇SCR反應器單元氨區(qū)序號項

目

名

稱單

位數(shù)

據(jù)（一）氨區(qū)（1）卸料壓縮機型號往復式無油潤滑數(shù)量臺2排氣壓力MPa2.41卸料能力m3/h29功率kw11介質氨氣（2）儲氨罐型號臥式數(shù)量臺2有效容積m3/罐125設計壓力MPa2.2設計溫度℃50介質液氨材料16MnR5主要設備選擇（3）液氨蒸發(fā)槽型號電加熱數(shù)量臺2外形尺寸（內徑×筒體長度）mm蒸發(fā)能力kg/hr電耗kW設備質量/設備最大質量噸（4）氨氣稀釋槽型號數(shù)量臺1設計溫度℃80設計壓力MPa常壓介質稀氨水有效容積m36外形尺寸（內徑×筒體長度）mm材料Q235-B設備質量/設備最大質量噸約2/105主要設備選擇6電氣及自動化控制控制室：本項目依托催化裝置控制室（現(xiàn)有）。分散型控制系統(tǒng)DCS

煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）

儀表選型：根據(jù)催化裂化裝置的環(huán)境條件。儀表選型原則上與催化裂化裝置的儀表選型相一致，變送器及閥門定位器的信號4~20mA。

動力供應

由催化裝置儀表機柜間的UPS電源對DCS、CEMS供電，CEMS分析小屋的煙氣采樣管拌熱和空調、照明等使用（由電氣提供）。

儀表空氣來自儀表空氣管網(wǎng)，操作壓力為0.6MPaG

7.總圖、儲運及土建

總圖布置

布置原則

1.總平面布置應在工廠總體規(guī)劃的基礎上，根