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化工生产节能降耗环保小改造分析

2020/09/25 阅读:

摘要:针对化工生产中装置运行存在问题,进行了几项小改造,达到了优化操作、节能降耗、环保目的。主要有熔硫釜改造、锅炉省煤器改造、刮板输灰及蒸发式冷凝器应用等改造原因、改造效果情况。

关键词:熔硫釜;省煤器;刮板输灰;蒸发式冷凝器

历来化工化肥是高耗能、高风险、高污染行业,近几年随着安全、环保规范制度的不断出台,安全红线、环保底线、能耗限额等“紧箍咒”迫使企业必须不断进行安全环保及节能降耗挖潜改造,才能使企业得以生存。山西兰花清洁能源有限责任公司是山西兰花科技创业股份有限公司下属子公司,该公司建设规模为年产200kt甲醇、100kt二甲醚,是一家现代化的煤化工企业。该企业结合生产实际情况,不断进行节能降耗小改小革,挖潜增效,消除安全环保隐患,为企业持续发展提供动力源。

1气体净化系统熔硫釜小改造

1.1改造原因

该公司净化硫回收装置采用常温板框压滤间歇熔硫工艺处理硫泡沫,副产硫磺。因压滤机下方的滤饼斗为偏心斗,且东面坡度小,在每次卸硫膏时,大量硫膏落到料斗东侧板黏在斗壁上,不便于清理,平时操作时只能用水进行冲洗,冲洗后的水直接流入熔硫釜中与硫膏一起熔硫,导致熔硫后的残液量较多,难回收,且熔硫釜熔硫效率不高,经常出现熔不透及堵的现象,这样就造成硫回收现场环境卫生差,给现场环保检查造成压力。为了彻底解决压滤机卸硫膏操作问题,并提高熔硫釜熔硫效率,改善现场环境,在系统大修期间对熔硫系统进行改造。

1.2改造方案

结合现场位置情况,经多次进行现场位置测量,在减小投资,不改变现有熔硫釜及压滤机整体框架及操作平台的前提下,充分利用框架垂直高度,对现有装置进行改造:(1)根据压滤机卸硫膏情况,对现有压滤机东西吊转方向,确保大量硫膏滤饼从料斗坡面角度大的一面落入釜中,根据落料口位置改动熔硫釜位置,并适当提高压滤机安装高度,方便工人清理黏附在料斗上的少量硫膏。(2)结熔硫操作经验,新制作1台熔硫釜,更换旧熔硫釜;与熔硫釜设计制造单位多次沟通,结合改造前旧熔硫釜运行存在问题,在保持现有熔硫釜安装操作高度不变的情况下,合理设计、优化熔硫釜结构。关键点为:①结合现场位置高度,加长熔硫釜夹套高度,增加换热面积,新釜较旧釜筒体夹套高度增加781mm。②在熔硫釜下端锥体内部增加换热盘管,使釜内硫膏在下落至底部时,里外受热熔硫,更利于熔融硫磺的排出。③为了防止压滤机卸硫膏时,硫膏下落砸坏盘管,在换热盘管上方安装防撞装置。④在放硫口处增加小夹套锥体,确保放硫时,熔融态的硫磺在流动过程中因降温而堵塞放硫口。⑤加热盘管、防撞格栅及小锥体夹套为一个整体,便于拆卸检修。(3)重新配制熔硫系统内的蒸汽管及冷凝液管。新熔硫釜下部结构如图1所示。

1.3改造效果

2019年6月大修项目改造完工投运后,达到预期效果:(1)压滤机卸下的滤饼基本能完全顺利进入熔硫釜内,有效解决了改造前卸硫膏时大量黏附在料斗侧壁上的现象,大大减少了冲洗硫膏造成残液量的增多。(2)熔硫釜内部温度分布更合理,釜内熔硫温度比改造前提高了5℃,能熔透硫膏,熔硫效果较好。特别是熔硫后所排残渣颜色变黑,含硫量明显降低。(3)熔硫效率提高,不堵釜,系统运行正常。同等气量情况下,出硫磺数量增加,7月统计总共出硫磺约32t,平均每天约1t。(4)熔硫系统残液明显减少,有效改善了现场操作环境,为环保绿色评估奠定基础。

2流化床锅炉省煤器改造

2.1改造原因

该公司有两台35t/h流化床锅炉,由于排烟温度偏高(1#锅炉空预器出口温度180~190℃,2#锅炉空预器出口温度160~170℃),电除尘器运行中粉尘不易荷电,造成除尘效率下降,影响烟尘排放指标。为了降低电除尘进口烟温,结合锅炉设备及现场位置情况,对省煤器进行改造。

2.2改造方案

结合锅炉现有省煤器位置情况,在方便日常检修且对设备结构不做较大调整的情况下,将下级省煤器及集箱下移,并在下级省煤器上方增加换热管束。通过改造技术核算,在原下级省煤器增加12根管束(6个管圈),增加换热面积约390m2,省煤器进口烟温为630℃时,经换热,空预器出口烟温≤140℃。改造后下级省煤器与空预器间距为1445mm,上级省煤器与下级省煤器间距为1154mm,均满足省煤器及空预器日常检修距离要求。改造。如图2所示:

2.3改造效果

改造后,省煤器进口烟温为670℃左右,通过新省煤器换热降温后,省煤器出口烟温为200℃左右,空预器出口排烟温度均≤140℃,电除尘进口烟温为120~135℃,达到了电除尘进口烟温≤140℃目的,确保粉尘合适的比电阻,使粉尘颗粒更容易荷电,提高电除尘器除尘效率;且经过锅炉整体运行温度热量核算,改造后,有效回收了烟气热量,降低排烟温度,锅炉热效率提高约2%,燃煤消耗至少降低100~120kg/h,每天节约燃料煤约2.4t,改造效果达到预期目的。

3三废炉刮板输灰改造

3.1改造原因

该公司有两台35t/h三废混燃炉,回收造气吹风气及提氢驰放气,并配比一定比例的煤、渣等作为燃料,副产3.82MPa450℃的蒸汽供生产使用。组合除尘器为水封冲洗式定期排灰,经常堵塞,排灰不畅;余热锅炉(高、低过热器)、省煤器、空预器卸灰为人工定期卸灰,每4h,对8个下灰口卸灰一遍,由于卸灰口密封不严,造成漏风进冷空气现象,这样使空气走了短路,加大了引风机负荷,且造成了炉膛正压,偏离指标(炉膛压力-1000~0Pa),给三废炉长周期稳定运行带来隐患;同时,卸灰口不时地向外漏灰,造成现场环境差。针对此运行问题,在系统大修时,对组合除尘器及后序所有排灰口进行改造,增加刮板输灰装置。

3.2改造方案

(1)根据单台三废炉下灰量及日常操作意见,每班下灰量为1.6~1.8t,选择GBC—6B型号的上回程双边链刮板输机两组。拆除组合除尘器下方水泥槽,安装刮板输灰机;余热锅炉及后序排灰口下方安装总长度约27m,钢槽宽为606mm,槽深700mm的输灰机,刮板输灰机电机为变频电机,可根据灰量情况,调节输灰量。(2)将余热锅炉底部8根DN200下灰口外焊接DN350管道,加长伸入刮板输灰机水槽中,由于余热锅炉正常运行时均为负压(最低负压为-300Pa),槽内水位淹住下灰管口即可,考虑锅炉运行不正常正压情况,管道伸入水面下200mm。为确保三废炉正常运行,配合引风机风叶改造后,炉内负压增加,则输灰机水槽液面以上直管段不小于0.1m(按负压1kPa考虑),以免水进入灰仓内,造成结块堵塞。

3.3改造效果

该项目投运后,可连续稳定除去分离的灰渣8~9t/d,消除了原下灰口漏风进气、人工下灰不及时等造成炉内积灰磨损设备及漏灰问题,提高了引风机进口负压度,1#炉由改造前的-1.5kPa提高到-3.1kPa,2#炉由改造前的-2.7kPa提高到-2.9kPa,优化炉内引风操作,满足炉膛负压指标,同时可降低静电除尘器的负荷,确保三废锅炉长周期稳定运行,且有效改善了现场扬尘环境。

4二甲醚精馏冷凝器改造

4.1改造原因

该公司二甲醚装置设计能力为100kt/a,最大生产能力为设计能力的120%,即年产达到120kt。在生产过程中,作为DME精馏冷凝分离的主要设备,二甲醚精馏冷凝器为列管式换热器,通过循环水进行降温,原设计该设备利用甲醇循环水降温,由于甲醇循环水温度过高,降温效果差,严重影响二甲醚产量,在生产运行中,对该设备单独配制了600m3/h循环水冷却塔进行降温,运行效果好转,但在夏季高温时期,循环水温度还是偏高,依然影响二甲醚冷凝分离,且二甲醚精馏冷凝器换热管多次出现漏点,堵管现象,影响换热效果,进一步影响二甲醚产量。因此,经多次考察,结合二甲醚气液冷凝性质及系统压力,选择合适的冷凝器对原冷凝器进行更新改造。

4.2改造方案

4.2.1改造流程简述结合二甲醚装置运行情况,对二甲醚精馏冷凝器进行更新改造,更换为高效节能蒸发式冷凝器。即在二甲醚装置框架三层顶现精馏冷凝器东边空闲位置安装蒸发冷凝器,替换现有的列管式精馏冷凝器,并配制介质进出口管道。4.2.2蒸发式冷凝器原理蒸发式冷凝器以水和空气作为冷却剂,为了满足换热效果,节能降耗,选择填料蒸发式冷凝器。蒸发式冷凝器工作时,冷却水由水泵送到冷凝排管上部的喷嘴,均匀地喷淋在冷凝器外表面,形成一层很薄的水膜,高温工艺介质从冷凝排管上部进入,被冷凝后的液体从下部流出,喷淋到冷凝排管上的水吸收了高温工艺介质的热量后,一部分蒸发变成水蒸气,其余落在下部集水盘内,供水泵循环使用。风机强制空气与喷淋水同向通过冷凝排管,使冷却水最大限度与盘管接触,使排管低部不易形成干点和结垢,促进水膜蒸发,强化冷凝管外放热,并使吸热后的水滴在落下过程中在填料层中被空气冷却;蒸发过程中未被气化的水滴,经上部挡水板后回落到下部水箱中,以减少水的消耗;补水为浮球自动补水装置。4.2.3设备选型二甲醚装置原设计二甲醚精馏冷凝器介质进出口工作温度为41.8/40℃,工作压力0.84MPa,设计压力1.0MPa;循环水进出口工作温度32.3/39℃,工作压力0.25MPa,设计压力0.7MPa。根据二甲醚装置实际运行情况,在夏季高温时期冷凝温度常高于40℃,部分二甲醚气体不能冷却分离,造成二甲醚精馏回流槽压力超过0.9MPa,回流泵流量增大(27t/h),塔后放空量增大,二甲醚产量降低(每小时产量小于17t,日产量低于420t),消耗偏高。当二甲醚冷凝温度低于40℃,二甲醚精馏回流槽压力低于0.9MPa,冷凝温度越低,二甲醚分离越好,采出量越高,不凝气放空夹带二甲醚减少,消耗降低。装置原设计二甲醚精馏冷凝器进口介质流量29251kg/h,经降温冷却后出口液相介质流量27835kg/h,不凝气流量1416kg/h,冷凝热量为3292kW(含10%余量)。也可通过现运行循环水温差及流量初略反算二甲醚冷凝所需冷量,即:Q=cmΔt循环水比热取30~40℃平均比热4.174kJ/(kg.℃),循环水泵流量按500m3/h计,温差6℃1kW=860kcal/h,得出:Q=cmΔt/4.1886/860=4.174kJ/(kg.℃)×500m3/h×1000kg/m3×6℃÷4.1886kJ/kcal÷860kcal/h=3476kW结合运行状况,二甲醚精馏蒸发冷凝器设备设计参数确定如下:①介质温差:二甲醚精馏冷凝器进出口温差按10℃考虑,即进口44℃,经蒸发冷凝器换热降温后为34℃(此时采出瞬时流量为18.75t,班产达到150t);②介质流量:班产140t时,回流泵流量为26~27t/h,考虑10%富余量,则流量按30t/h设计。经蒸发冷相关设计单位核算,选择总排热量为3500kW的蒸发式冷凝器,即:2台长约4m,宽约4m,高约5m的蒸发冷凝器(304不锈钢换热管),满足二甲醚精馏冷凝提产要求,总用电负荷约52kW。电机选用防爆电机,防爆等级为dⅡCT4,单台设备重量约7t,运行重量约12t,补水量为5t/h。

4.3改造效果

从表1看,蒸发式冷凝器投运后,降温效果显著,能将自二甲醚精馏塔顶出来的产品介质彻底冷却分离,且降低系统压力,为二甲醚装置挖潜产能提供了有利条件,使二甲醚产量得到大幅提高。自项目投运后,系统运行平稳,且气温低时,蒸发式冷凝器冷量稍有富余,二甲醚最高日产540t,班产较改造前增加40多t。

5结语

综上所述,结合生产运行中存在的不同问题,对症下药,选择合适的解决措施,不断挖掘装置潜能,小改造见效益,积少成多,使生产装置更合理、节能、环保,高效运行。

作者:李志红 单位:山西兰花清洁能源有限责任公司

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