汪优华
天津石化项目管理部设计技术部工艺科三组 天津市 300271
摘要：本文根据中石化某炼化公司硫磺回收装置尾气焚烧炉VOCs治理的实际经验，发现炼化企业硫磺尾气VOCs超标问题的根源为尾气焚烧炉实际操作温度低，同时也发现了尾气焚烧炉设计没有实现本质安全并提出改进措施和建议，指导今后的装置改造或新建装置的设计工作。
关键词：尾气焚烧炉 VOCs 联锁
随着我国国民经济的快速增长，石油加工与天然气工业得到高速发展。在原油中硫含量不断升高，加工深度不断深化的同时，对含硫物质排放的环保控制标准却日趋严格。经济的增长与环保的严格控制使得相关的气体脱硫与硫磺回收技术日益重要。为此，必须不断完善现有以及新建硫磺回收装置，满足日益严格的环保要求。尤其是《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570-2015）和《工业企业挥发性有机物排放控制标准》（DB12/ 524-2014）正式实施后，使得硫磺回收装置尾气处理单元的设计缺陷凸显出来。
1 装置情况简介
1.1装置概况
中石化某炼化公司2#硫磺回收装置2009年建成投产，设计负荷20万吨/年，2016年10月完成降低烟气二氧化硫排放改造。装置采用意大利KTI技术，降低烟气二氧化硫排放采用齐鲁分公司（研究院）开发的“LS-DeGAS降低硫磺装置烟气二氧化硫排放浓度成套技术”。装置设计年操作时间为8400小时，装置生产的产品为液硫。
1.2存在问题
（1）目前，经过实际测量，20万吨/年硫磺回收装置尾气焚烧炉烟气VOCs在260mg/m3左右，不满足天津市地方标准《工业企业挥发性有机物排放控制标准》（DB12/ 524-2014）的要求（小于20mg/m3），因此需要进行改造。
（2）尾气焚烧炉操作温度低于设计温度。
2 原因分析
2.1运行参数对比及问题分析
2016年装置完成了降低烟气二氧化硫排放项目改造，并在2016年12月14-16日（72小时）进行了装置标定工作，以下表中数据均来自标定工况下实际数据。
表1 2#硫磺回收装置酸性气化验数据
备注：标定期间，SWS酸性气采样口堵死，无法采样。
表2 2#硫磺回收装置操作条件记录表-反应炉
ARU酸性气硫化氢含量平均73.49%v，设计为92%v；二氧化碳含量平均1.32%v，设计为0%v。SWS酸性气硫化氢含量设计为35.55%v，2010年标定期间酸性气浓度46.4%。
通过表1和表2的数据可以看出，I列酸性气负荷酸性气负荷97%，浓度比较设计值低18.5%，导致炉温低于设计值，中压蒸汽产量下降18.1%；II列没有SWS酸性气，酸性气负荷酸性气负荷81.3%，且浓度比较设计值低18.5%，导致炉温低于设计值，中压蒸汽产量下降27.3%。
表3 2#硫磺回收装置燃料气、氢气化验数据
标定期间，计算燃料气密度为0.82kg/m3，C3以上含量2.14%。氢气为管网混合氢气，纯度平均81.30%，C2以上含量约3%。
表4 2#硫磺回收装置操作条件记录表-尾气焚烧炉
通过表4数据可以看出，尾气焚烧炉（F-302）炉温、中压蒸汽过热器（E-304）入口温度都没有达到设计指标，标定期间E-304负荷率只有71.7%。E-304负荷率过低，为防止E-304炉管超温和中压蒸汽温度超指标（440℃），F-302只能降温操作。
另外，烟气进F-302的位置在配风的后侧，只考虑其中硫化物完全氧化设计的，而表3氢气中C2以上烃含量约3%，进入F-302后由于停留时间不足和炉温不足（烃类完全燃烧温度650-750℃），不能完全燃烧，贡献VOCs约70 mg/Nm3。
第三，F-302的设计温度范围650-700℃，而F-302的超温联锁值仅为700℃，操作范围很窄，燃料气或者烟气组分变化，都可能造成炉温超过700℃联锁，为了留出波动余量，F-302操作温度只能低于设计值操作。
2.2原因分析
（1）E-304负荷率低，蒸汽取热量不足，导致F-302在正常操作温度下炉管表面超温。
（2）受到E-304炉管材质耐温限制（480℃），F-302的超温联锁值也偏低，导致炉温很难按照设计值操作。
（3）以上两个方面问题导致F-302温度不足650℃，造成燃料气、氢气中的烃类和烟气中的硫化物都不能完全燃烧，最终导致烟气排放VOCs排放超标。
3 改造及新建装置解决方案
3.1改造装置解决方案
（1）氢气改为99.9%的高纯度氢气、燃料气改为天然气，根据设计院实际经验，可大大降低尾气VOCs排放值。
（2）经设计院计算，采用蒸汽过热器由逆流改为顺流方案后，可以满足焚烧炉温度提高到650℃的要求。
（3）通过以上二项改造后，2#硫磺回收装置的烟气中VOCs含量能达到小于20 mg/Nm3的要求。
（4）建议设计按照实际酸性气负荷，核减中压蒸汽过热器换热面积，同时在大修期间在E-304前增加设备超温注水保护措施。
3.2新建装置解决方案
（1）氢气改为99.9%的高纯度氢气，排除氢气带烃对VOCs指标的影响。
（2）尾气焚烧炉操作温度提高至750℃以上，联锁值充分考虑异常工况最高温度（提高至850℃以上），炉后锅炉建议增加保护段【1】，增加操作温度与联锁温度间的缓冲区间。
（3）建议设计院在尾气焚烧炉超温联锁时，利用保护段增加取热量，保护后面的中压蒸汽过热段材质不会应超温而损坏，实现本质安全，保障硫磺回收装置长周期运行。【2】
参考文献：
【1】经调研得知，普光天然气净化厂硫磺回收装置采用这种锅炉型式；保护段建议设置为可在线维修的形 式。
【2】炼油部1#硫磺回收装置中压蒸汽过热器在2010年7月，2#硫磺回收装置中压蒸汽过热器在2010年4月，都因尾气炉异常超温而损坏，说明硫磺回收装置尾气焚烧炉后余热回收段设计有缺陷，不能实现设备本质安全。
作者简介：汪优华，工程师，2004年7月毕业于西南石油大学，工科学士学位，现任天津石化项目管理部设计技术部工艺科三组组长，主要从事生产和技术管理工作。
论文作者:汪优华
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第25期
论文发表时间:2018/11/26
标签：装置论文; 硫磺论文; 尾气论文; 氢气论文; 酸性论文; 烟气论文; 温度论文; 《建筑模拟》2018年第25期论文;