化工工程设计方案.docx

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化工工程设计方案

1工程概述

本系统采用氧化技术处理有机废气。

废气与补氧空气混合经尾气换热器预热后与废水换热后进入催化反应器,在反应器中进行催化氧化反应,将有害的挥发性有机物转化为二氧化碳与水,产生的烟气经蒸汽过热器与板式换热器回收热量后排入烟囱。

烟气排放标准按GB16297-1996《大气污染综合排放标准》实施。

2设计条件

2、1废气参数

1、废气处理量:

41864kg/h即3381Nm3/h

2、废气的绝热温升:

313℃

3、废气温度:

60℃

4、废气中污染物具体成分如下表:

序号

组成

分子式

分子量

Wt%

热值（kJ/Nm3）

1

氮

N2

28、01

83、28

0

2

氩

Ar

39、95

1、41

0

3

氧

O2

32

4、77

0

4

水

H2O

18、02

6

0

5

二氧化碳

CO2

44、01

2、78

0

6

一氧化碳

CO

28、01

0、96

12636

7

乙烷

C2H6

30、07

0、05

63577

8

丙烯

C3H6

42、08

0、24

86407

9

丙烷

C3H8

44、01

0、1

91029

10

甲醛

CH2O

30、03

0、06

12841

11

乙醛

C2H4O

44、05

0、02

48130

12

丙烯醛

C3H4O

56、06

0、11

68803

13

丙醛

C3H6O

58、08

0、02

75130

14

丙酮

C3H6O

58、08

0、01

73956

15

异丙酮

C3H8O

60、1

0、02

80709

16

醋酸

C2H4O2

60、05

0、11

35121

17

丙烯酸

C3H4O2

72、06

0、06

57004

2、2废水参数

1、废水处理量:

4180Kg/h

2、废水绝热温升:

377℃

3、废水温度:

30℃

4、废气中污染物具体成分如下表:

序号

组成

分子式

分子量

Wt%

热值（kJ/Nm3）

1

水

H2O

18、02

95、5

0

2

甲苯

C7H8

92、14

0、3

166576

3

醋酸

C2H4O2

60、05

4

35121

4

丙烯酸

C3H4O2

72、06

0、2

57004

2、3公用工程

1、饱与蒸汽

压力:

1、572Mpa温度:

200℃

2、低压蒸汽

压力:

0、395Mpa温度:

143℃

3、电气

电气:

380V,50Hz,3相仪表:

220V,5OHz,1相

4、仪表空气

压力:

0、7Mpa温度:

常温

3焚烧系统设计工艺要求及装置组成

3、1设计执行规范

1、《中华人民共与国环境保护法》（1989年）

2、《工业企业噪声控制设计规范》（GBJ87-1985）

3、《工业企业设计卫生标准》（TJ36-1979）

4、《大气污染物综合控制标准》（GB16297-1996）

5、《城市区域环境噪声标准》（GB3096-1993）

6、《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-2008）

7、《化工管道设计规范》

8、《设备及管道设计通则》

3、2设计工艺要求

带格式的:

项目符号与编号

3、2、1工艺技术要求

1、采用催化燃烧方式,进行无焰燃烧,正常焚烧过程中无需任何燃料。

2、利用废气压力直接将废气预热后送至炉内催化床焚烧,操作方便。

3、运行过程中,通过调节补氧风量,确保催化反应器的烟气温度稳定在设计范围内。

4、焚烧系统应满足所要求运行工况下能完全焚烧废气,并将废气中的C、H、O完全地转变为CO2、H2O等无害物质。

5、正常运行时产生25t/h,1、572Mpa过热蒸汽（200℃过热到250℃）。

6、采用PLC全自动运转控制设计,并可切换为手动,并预留信号输出接口至DCS中控,自动化程度高。

7、焚烧系统设备材料应具备耐高温、耐腐蚀性能,确保设备的正常使用寿命。

8、要按规定做好防雷击静电接地。

9、工作场所设备布置需满足《石油化工设计防火规范》的隔爆要求。

本系统按甲A类装置设计,电气的防爆等级为dⅡBT4,控制系统的防爆等级ExiaⅡBT4,电机防护等级为IP54。

3、2、2控技术要求

本焚烧系统采用PLC自动控制,系统负责对废气处理设施各动力设备实施供电与自动控制。

对焚烧处理设备中关键设备的运行状态、关键点的温度与压力加以监测。

为保证废气处理系统的正常运行,本设计通过采集与传输温度、压力的参数变化信号来达到自控焚烧与自控连锁的安全保护功能,并预留信号输出接口至DCS中控。

3、3装置组成

为满足上述工艺要求开工炉由以下主要设备组成:

开工电加热室、前催化反应器、蒸汽过热器、后催化反应器、高温板式换热器、低温板式换热器、废水换热器、空气鼓风机、空气过滤器、雾水分离器、烟囱

3、4焚烧处理工艺流程

3、4、1焚烧工艺流程简介

60℃丙烯酸废气与空气鼓风机送来的补氧空气及工艺尾气混合后进入低温板式换热器预热到225℃左右。

30℃废水经废水换热器与143℃低压蒸汽换热后达到95℃以上。

225℃左右的混合废气与2090kg/h,95℃以上的废水在管道内混合蒸发温度降低至142℃左右后进入高温板式换热器预热到328℃左右,328℃左右的混合废气与2090kg/h,95℃左右的废水在管道内混合蒸汽温度降低至250℃左右经开工电加热室进入前催化反应器进行催化燃烧,将废气及废水中的有机污染物氧化成无害的CO2与H2O。

催化焚烧产生的530℃左右烟气进入蒸汽过热器,产生25t/h（200℃-250℃）1、572Mpa过热蒸汽,烟气温度降低至466℃左右。

烟气接着进入后催化反应器进一步将剩余的有机污染物氧化成无害的CO2与H2O,产生的411℃左右的烟气进入高温板式换热器,烟气与混合废气换热后温度降低至270℃左右,然后烟气接着进入低温板式换热器预热废气为空气,降至120℃左右的烟气经烟囱达标排放。

运行过程中,通过调节空气量,废水流量分配比例,确保进入催化反应器的废水温度稳定在设计范围内。

3、4、2焚烧工艺流程简图

48041Nm3/h

48041250℃40280Nm3/h

Nm3/h530℃

250℃

25000kg/h25000kg/h

200℃428050Nm3/h250℃

466℃

48050Nm3/h

45526Nm3/h441℃

328℃

2090

kg/h45526Nm3/h142℃48050Nm3/h

95℃2090kg/h95℃43011Nm3/h270℃270℃

225℃9200Nm3/h20℃

180kg/h772kg/h43011Nm3/h

95℃143℃50℃33811

Nm3/h

48050Nm3/h60℃

180kg/h30℃772kg/h143℃120℃

4主要设备说明

4、1废水换热器

4、1、1废水换热器功能

0、395Mpa,143℃的低压蒸汽进入废水换热器与30℃丙烯酸废水换热,废水预热至95℃以上后分成两支路,一支路与低温板式换热器出来的225℃左右的丙烯酸废气及补氧空气混合蒸发为142℃左右的混合气后进入高温板式换热器;另一支路与高温板式换热器出来的混合气混合蒸发至250℃左右后进入开工电加热室,低压蒸汽冷凝为同压力下的饱与水排出系统。

废水换热器具有换热效率高、设备运行安全、可靠等优点。

4、1、2废水换热器参数设计参数

序号

项目

单位

数值

1

丙烯酸废水处理量

Kg/h

4180

2

丙烯酸废水进口温度

℃

30

3

丙烯酸废水出口温度

℃

95

4

低压蒸汽耗量

Kg/h

772

5

低压蒸汽进口压力

Mpa

0、395

6

低压蒸汽进口温度

℃

143

7

蒸汽冷凝水出口温度

℃

143

8

热量损失

%

2

9

换热面积

M2

8

4、2开工电加热室

4、2、1开工电加热室功能

为达到废气催化燃烧的起燃温度,在焚烧装置运行前需要对系统进行预热。

当焚烧设备的工况满足催化燃烧反应要求后,加热装置停止工作,完全依靠废气中的有机物放出的热量维持系统进行。

本方案采用电加热装置预热系统与废气空气混合气,使混合气温度维持在250℃左右。

在开车过程中,由于一定量的废气在预热并经催化燃烧后,通过换热器能预热等量的废气,因此电功率的消耗即为预热43011Nm3/h混合气所需的电量。

4、2、2开工电加热室设计参数

序号

项目

单位

数值

1

开车时间

h

6

2

丙烯酸废气进口温度

℃

60

3

丙烯酸废气处理量

Nm3/h

3381

4

补氧空气量

Nm3/h

9200

5

预热温度

℃

250

6

开车电功率

kw

400

4、3催化反应器

4、3、1前催化反应器功能

催化反应器用于装置已运行、废气焚烧时的工况。

开工电加热室出来的250℃左右的废气、补氧空气及废水混合气,进入催化反应器,废物中的80%左右有机成分完全分解成水与二氧化碳等无害气体。

通过调节补氧空气量使催化反应器出口烟气温度控制在530℃左右。

4、3、2前催化反应器设计参数

序号

项目

单位

数值

1

进口混合气体温度

℃

250

2

出口烟气温度

℃

530

3

热量损失

%

1

4

有机物转化率

%

80

5

进口丙烯酸废气量

Nm3/h

33811

6

补氧空气量

Nm3/h

9200

7

进口丙烯酸废水量

Nm3/h

5030

8

出口烟气量

Nm3/h

40280

9

反应器气速

m/s

3、8

10

催化反应器截面积

m2

8、67

11

催化剂模块数

行数×列数×层数

5×5×2

4、4蒸汽过热器

4、4、2蒸汽过热器功能

从催化反应器出来的烟气进入蒸汽过热器进行热能的回收利用。

本套装置产生1、572Mpa、250℃的过热蒸汽25000kg/h。

过热器工质与烟气为逆流换热,过热器整个受热面积为Φ38×3、5的蛇形管,材料为12Cr1MoV,在过热器系统中,1、572Mpa、200℃饱与蒸汽被加热至250℃的过热蒸汽。

4、2、2蒸汽过热器设计参数

序号

项目

单位

数值

1

烟气量

Nm3/h

40280

2

进口烟气温度

℃

530

3

出口烟气温度

℃

466

4

饱与蒸汽压力

Mpa

1、572

5

饱与蒸汽温度

℃

200

6

过热蒸汽温度

℃

250

7

热量损失

%

2

8

锅热蒸汽量

kg/h

25000

9

换热面积

m2

78

10

设备外形尺寸

长×宽×高mm

3625×2755×1500

4、5后催化反应器

4、5、1后催化反应器功能

蒸汽过热器出来的烟气接着进入后催化反应器,通过催化反应作用进一步将烟气中剩余有机成分分解成水与二氧化碳等无害气体。

4、5、2后催化反应器设计参数

序号

项目

单位

数值

1

进口烟气温度

℃

466

2

进口烟气量

Nm3/h

40280

3

出口烟气温度

℃

441

4

出口烟气量

Nm3/h

48050

5

热量损失

%

1

6

反应器气速

m/s

4

7

催化反应器截面积

m2

8、67

8

催化剂模块数

行数×列数×层数

5×5×2

4、5、3后催化反应器出口烟气成分

序号

成份

含量Nm3/h

含量Vol%

1

N2

35481

73、8402

2

CO2

1487

3、0953

3

O2

2422

5、0414

4

H2O

8660

18、0231

合计

48050

100、00

4、6高温板式换热器

4、6、1高温板式换热器功能

从后催化反应器出来的烟气进入高温板式换热器,与142℃的丙烯酸废气、空气、废水组成的混合气进行换热,换热后废弃温度为328℃。

为其换热器采用板式换热器,具有换热效率高、设备运行安全、可靠等优点。

4、6、2高温板式换热器设计参数

序号

项目

单位

数值

1

进口混合气量

Nm3/h

4556

2

进口混合气温度

℃

142

3

出口混合气温度

℃

328

4

进口烟气量

Nm3/h

48050

5

进口烟气温度

℃

441

6

出口烟气温度

℃

270

7

热量损失

%

1

8

换热面积

m2

934

9

设备外形尺寸

长×宽×高mm

3500×3600×3150

4、7低温板式换热器

4、7、1低温板式换热器功能

从高温板式换热器出来的烟气进入低温板式换热器。

50℃丙烯酸废气及空气鼓风机送来的补氧空气混合后进入低温板式换热器与烟气进行换热,换热后混合气温度达到225℃左右,烟气温度降至120℃左右由烟囱达标排放。

尾气换热器采用板式换热器,具有换热效率高、设备运行安全、可靠等优点。

4、7、2低温板式换热器设计参数

序号

项目

单位

数值

1

丙烯酸废气量

Nm3/h

33811

2

进口废气量

℃

60

3

补氧空气量

Nm3/h

9200

4

出口混合气温度

℃

225

5

进口烟气量

Nm3/h

48050

6

进口烟气温度

℃

270

7

出口烟气温度

℃

120

8

热量损失

%

1

9

换热面积

m2

1829

10

设备外形尺寸

长×宽×高mm

6000×3010×3150

4、8烟囱

烟囱排放按GB16297-1996《大气污染物综合控制标准》中二级排放执行。

烟囱顶部设置避雷针,与地面避雷装置相连,接地电阻小宇4Ω、

4、8、1烟囱设计理论参数

序号

项目

单位

数据

1

烟囱离地面高度

mm

25000

2

排放烟气量

Nm3/h

48050

3

出口烟气流速

m/s

13

4

烟囱直径

mm

Φ1400

4、9空气鼓风机

补氧风机将空气补充入废气中,从而使得催化反应器出口烟气温度控制在530℃左右。

同时为有机废气的催化燃烧提供足够的氧气。

空气鼓风机由卖方提供选型参数,买方购买,设备一用一备。

4、9、1鼓风机选型参数

型号:

9-26No、7、1D

流量:

12292~1463m3/h

压力:

12427~12078pa

电机功率:

75kw

转速:

2900rpm

5电气控制系统

5、1控制方式

本系统废气处理采用主装置DCS控制系统对催化氧化系统进行自动控制与调节。

对生产系统的主要用电设备根据工艺要求,采用现场手动控制、自动控制并具有远程控制系统。

控制级别由高到低为:

现场手动控制、远程控制、自动控制。

控制柜上的“自动/自动”开关选择“手动”方式时,通过控制柜上的按钮实现对设备的启/停、开/关操作,满足系统设备检修及维护的需要。

控制柜上的“自动/自动”开关选择“自动”方式,且现场控制站的“自动/遥控”设定为“自动”方式时,设备的安全由各DCS根据处理线的工况及生产要求来完成对设备的运行或开/关控制,而不需要人工干预。

最大限度的实现系统自动运行,减少人员配置,为系统经济运行提供保证。

控制柜上的“自动/自动”开关选择“自动”方式时。

操作人员通过操作面板或中控系统操作站的蓝控制面用鼠标对设备进行启/停、开/关操作。

5、2保护方式与保护接地

系统安装停电保护、过载保护、线路故障保护与误操作等安全装置,所在电气设备均可靠接地,保证系统在特殊状态下的安全性（在相对湿度80%,电气回路绝缘电阻不小于24兆欧）,电气连线外有金属软管保护。

作业线设备大功率电机变频控制,启动时不会对供电系统造成冲击。

控制系统的接地分为两部分:

保护地（交流地）与屏蔽地（直流地）。

控制系统接地的目的就就是为了当进入控制系统的信号、供电电源或设备本身出现问题时,有效地接地系统可承受过载电流,并迅速将其导入大地,为系统提供屏蔽层,消除电子噪声干扰,为整个控制系统提供公共信号参考点。

有效地接地系统的保护有两方面:

人员保护与设备保护。

当接地系统发生问题时,可造成人员的触电伤害,设备着火损失。

5、3系统自动控制

本系统自动控制系统完全遵循“工艺必需、先进实用、维护简便”的原则,进行设计与实施;选择国外品牌企业的产品,保障设备连续运行的可靠性。

本自动化控制系统可以满足废气处理工艺运行的要求,保证生产的稳定与高效,减轻劳动强度,改善操作环境,实现处理过程的现代化生产管理。

系统检测项目

序号

测点或参数名称

就地

控制盘

指示

指示

记录

积算

信号

一

压力

1

丙烯酸废气压力

√

2

空气鼓风机前后压力

√

3

饱与蒸汽压力

√

√

√

√

4

过热蒸汽压力

√

√

√

√

5

催化反应器进出口压力

√

√

二

温度部分

1

丙烯酸废气温度

√

2

空气温度

√

3

丙烯酸废气空气混合温度

√

√

4

丙烯酸废水预热后温度

5

饱与蒸汽温度

6

过热蒸汽温度

7

过热器管壁温度

8

催化反应器进出口温度

9

开工电加热器炉膛温度

10

各烟道烟气温度

11

排烟温度

12

风机轴承温度

三

1

2

3

4