天然气净化装置尾气焚烧余热锅炉改造节能效果评估

孙亚琴 李桂青 江 一

（1.四川省达州生态环境监测中心站，四川 达州 635000；2.中国石油化工股份有限公司中原油田分公司天然气产销厂，河南 濮阳 457001；3.达州市特种设备监督检验所，四川 达州 635000）

0 引言

某高含硫天然气净化厂尾气处理单元的尾气焚烧余热锅炉为烟道式余热锅炉，采用烟道式自然循环水管锅炉，主要由过热器、蒸发器、汽包、液包、烟道等部分组成。来自吸收塔顶经处理后的尾气流入焚烧炉，在焚烧炉中通过与过剩的氧及天然气（闪蒸汽）燃烧，剩余的硫化物被氧化为SO2，焚烧炉产生的高温烟气通过余热锅炉系统产生过热蒸汽，从燃烧过程回收有用的能量，降温后的低温烟气直接通过烟囱排放大气[1]，如图1所示。

装置自2008年运行以来，不断发生腐蚀泄漏现象，且存在排烟温度过高，出现装置能耗大幅度升高的现象，造成装置环保不达标，能源浪费等问题。

针对上述问题通过技术攻关，完成了余热回收系统改造，通过优化过热器系统流程（由原来的一、二级并联结构改为串联结构）、增加省煤器及给水预热器，最大限度的利用高温烟气余热，降低排烟恩度，实现节能环保的目的，详细工艺流程如图2所示。

为进一步对国产化改造后余热回收系统进行工艺性能评估，运用Aspen plus对国产化改造流程及进口流程进行理论仿真模拟，对比分析相同工况下进口设备与国产化设备运行数据，验证系统改造可行性。

1 基于Aspen plus建模与仿真计算

Aspen plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件。在生产装置调优以及故障诊断的问题上，过程模拟起着不可替代的作用，通过流程模拟可寻求最佳工艺条件，从而达到节能、降耗、增效的目的；通过全系统的总体调优，以经济效益为目标函数，可求得关键工艺参数的最佳匹配，革新了传统观念。

本文利用Aspen plus对克劳斯尾气焚烧炉余热锅炉国产化改造系统流程进行建模，采用RYield和RStoic模拟燃烧器，Heater模拟给水预热器、省煤器和一、二、三级过热器，Mixer模拟多股物流的混合，并结合装置DCS显示数据实施模拟。同时做出如下假设：（1）装置DCS数据准确可靠；（2）烟气中可能存在微量CxHy，忽略不计[3]。

模型中涉及的主要参数包括：天然气组分（闪蒸汽组分）、燃料温度、燃料流量、进炉空气温度、进炉空气流量、烟气入余热锅炉温度、烟气出余热锅炉温度、给水温度、三级过热器出口蒸汽温度及各换热器进出口压力等。模拟系统流程如图3所示。

通过对进口设备与国产化设备进行模拟分析，模拟结果如表1所示。通过对比，国产化设备较进口设备排烟温度降低30℃，多产过热蒸汽1765kg/h。

表1 模拟分析结果对比表

表2 尾气余热锅炉实测烟气组分数据

2 热工性能测试

2.1 测试依据

依据GB/T 10863-2011《烟道式余热锅炉热测试方法》[2]，采用反平衡方法计算余热锅炉热效率。

2.2 测试参数

（1）烟气成分测量：余热锅炉入口烟气成分采用DCS数据或工艺数据，出口烟气成分直接用烟气分析仪测出；

（2）烟气侧温度：通过DCS采集数据；

（3）水汽侧温度：部分通过DCS采集数据，部分通过热量核算。

综上所述，对比表3～表6可以发现，国产余热锅炉蒸发段、三级过热器的换热量相比于进口余热锅炉要大，且其它参数差异不大；国产余热锅炉一级过热器+二级过热器在有效传热温差、总传热系数、热负荷等方面均明显优于进口余热锅炉，故克劳斯尾气焚烧炉余热锅炉在国产化后的热力性能要优于进口余热锅炉。由表7可知，对比进口余热锅炉热效率，国产化后余热锅炉热效率显著提高了，高出2.84%。根据设计资料及实际运行经验，一般排烟温度需高于酸露点温度30℃，而国产/进口余热锅炉排烟温度分别为235.1℃、257.8℃，故在此排烟温度下国产/进口余热锅炉产生酸露点腐蚀的可能性不大。

表3 余热锅炉运行DCS数据

表3 （续）

表4 尾气余热锅炉满负荷工况蒸发段换热性能

表5 尾气余热锅炉满负荷工况一级过热器+二级过热器换热性能

表6 尾气余热锅炉满负荷工况三级过热器换热性能

表7 尾气余热锅炉计算结果汇总表

3 结语

通过对国产余热锅炉和进口余热锅炉进行热工性能测试、仿真模拟，可以发现，国产余热锅炉在经济性上明显优于进口余热锅炉，改造效果显著，热效率提升了2%以上，充分利用了高温烟气余热热量，实现了节能环保的目的，具有很好的推广应用价值。