30萬噸PDH項目典型設備設計計算書.加熱爐7.1爐型選擇管式加熱爐爐型主要為：圓筒爐，箱式爐和大型方爐。本項目選用UOP的Oleflex丙烷脫氫工藝。加熱爐是其重要設備之一，四臺徑向移動床反應器與四臺立式圓筒加熱爐串聯，Pt/Sn催化劑在移動床反應器中連續再生，允許在催化劑上結焦，裝置在低氫油比，常壓，高溫下運行。由于裝置的操作壓力較低，各反應器壓降設計值為0.4bar，而物料要連續通過4臺反應器進行反應（如圖7-1），因此對加熱爐的壓降提出了嚴格要求，爐型選擇必須和這種工藝特點相匹配。圖7-1反應器加熱爐組合形式隨著現代工業與工藝的進步，傳統的四路串聯占地面積大，材料耗資高，同時，丙烷脫氫項目和UOP催化重整技術有許多相似之處，為使廠區結構緊湊，減少占地面積，本項目加熱爐設計為將四臺圓筒加熱爐合并為一臺大型的箱式加熱爐（如圖7-2），中間用火墻隔出四間輻射室，以避免溫度相互干擾，每間的爐管為多路并聯，各支管的出入口與爐外的大型集合管相連，所有工藝物流全部由輻射室加熱，輻射室的高溫煙氣共同進入一個公用的對流室，在對流室產生裝置所需要的中壓蒸汽。煙囪設在對流室的頂部。圖7-2箱形加熱爐7.2爐管排列選擇大型丙烷脫氫反應加熱爐的典型設計是將三臺或四臺加熱爐合并為一臺大型的箱式加熱爐，中間用火墻隔出三間或四間輻射室，以避免溫度相互干擾。每間的爐管為多路并聯。一般設計20~45路支管甚至更多。各支管的出入口與爐外的大型集合管相連。輻射室的高溫煙氣進入一個公用的對流室，在對流室產生裝置所需的中壓蒸汽。燃燒器則根據爐管的排列特點進行特殊布置，有的在爐底，有的在側墻布置。這種爐型適用于大處理量（400kt/a以上）的丙烷脫氫裝置。輻射室內的爐管，可按Y型，豎琴式，正U型和倒U型排列。不同爐管具有不同的特點。Y型排列輻射室內的爐管按Y型排列（如圖7-3和7-4），此種爐管的排列特點為：1) 燃燒器底燒時，可燒油也可燒氣；燃燒器側燒時，宜燒氣；2) 集合管位于輻射室頂部，管內的滯留雜物不容易清出；3) 爐管采用急彎彎管相連，管內壓降較大；4) 爐管排列緊湊，爐體占地面積較小；5) 鋼結構投資較小。圖7-3輻射管Y型排列四合一重整反應加熱爐圖7-4輻射管Y型排列豎琴式排列爐管按豎琴式排列-頂底雙側集合管（圖7-5和圖7-6）此種爐管排列的特點為：1) 適用底燒，可用于油、氣混燒；2) 集合管位于輻射室頂部和底部，管內的滯留雜物易清出，可通過爐底集合管排放；3) 爐管為豎琴式連接，管內壓降較小；4) 適用于較大的裝置；5) 集合管由輻射室頂部的彈簧吊掛，易于吸收管系的膨脹；6) 由于有上下兩組集合管，管系設計、施工較復雜；7) 占地較大；8) 建設投資較大。圖7-5輻射室爐管豎琴式排列三合一重整加熱爐圖7-6輻射管呈豎琴式排列布置正U型排列爐管按正U型排列（圖7-7和7-8）此種爐管排列的特點為：1) 適宜于側燒氣體燃燒器；2) 燃燒器設置在加熱爐側墻上，沿加熱爐高度方向多層布置，爐管表面熱強度較均勻。適合高大的爐膛；3) 集合管位于輻射室頂部，管系由集合管頂部的彈簧吊掛，爐頂鋼框架承受力較大；4) 管系由大曲率半徑的彎管在爐內相連，管內壓降較小。但管內的滯留雜物不易清出；5) 占地較大；6) 建設投資較大；7) 適合大型丙烷脫氫裝置。圖7-7正U型爐管排列四合一重整反應加熱爐圖7-8輻射管正U型排列倒U型排列爐管按倒U型排列（圖7-9和圖7-10），此種爐管的排列特點為：1) 適用于底燒，可油氣混燒；2) 集合管位于輻射室底部，管內滯留雜物容易清出；3) 管系由大曲率半徑的彎管在爐內連接，管內壓降小；4) 集合管在爐底，爐管位于集合管上，且為爐外單獨支承，鋼結構投資較正U型爐省；5) 燃燒器安裝在底部，爐管表面熱強度的分布不如正U型均勻；6) 爐管不宜太高，太高容易失穩，且固定困難；7) 適用于大中型丙烷脫氫裝置。圖7-9四合一重整加熱爐圖7-10輻射管呈倒U型排列布置圖結合工程上的應用情況，我們選擇倒U形排列爐管。7.3對流室的設計丙烷脫氫反應加熱爐高溫煙氣出輻射室的溫度通常為770℃上下。高溫煙氣引入加熱爐對流段的余熱鍋爐用于產生蒸汽。對于中大型丙烷脫氫反應加熱爐，其余熱鍋爐的預熱段、蒸發段、過熱段，通常設在輻射室頂部的對流室（圖7-11），煙囪設在對流室頂部，這種布置與煙氣的流動方向一致，利用煙囪的抽力將煙氣排出，可不用煙氣引風機，而且充分利用輻射室頂部的空間，布置緊湊，占地面積小。所發生蒸汽供給本裝置壓縮機使用。這種布置鋼材總耗量少，裝置能量利用合理，是最為經濟合理的布置，為國內外同類裝置普遍采用，加熱爐的排煙溫度小于190℃，加熱爐熱效率可達90%以上。圖7-11余熱鍋爐的預熱段、蒸發段、過熱段7.4燃料消耗計算本項目擬將副產的C2燃料氣、變壓吸附裝置副產的燃料氣作為燃料，不夠的用副產的C4液化氣作為補充。提取Aspen模擬加熱爐工藝物流信息如下表：表7-1基礎數據一段加熱爐二段加熱爐三段加熱爐四段加熱爐操作壓力/bar2.5222熱負荷/kW310875189.514124.413955.3進口溫度/℃180538.5551.3553.4出口溫度/℃600600600600介質流量/(cum/h)48242.6141569198556308266表7-2煉廠瓦斯參數組分H2SH2CH4C2H6C2H4C3H8C3H6C4H10C4H8體積分率4.209.5028.0111.092.129.659.464.397.25低發熱量kJ/m3236901076035710637505906091250860201186511352完全燃燒需要空氣理論值/m37.142.3814.2816.6621.4223.8028.5630.9435.70表7-3C2燃料氣參數總量組分H2CH4C2H6C2H42.05萬噸/年體積分率（%）16.328.2935.8639.52低發熱量kJ/m310760357106375059060完全燃燒需要空氣理論值/m32.3814.2816.6621.42表7-4PSA副產燃料氣參數總量組分C3H8C3H6CH4C2H41.13萬噸/年體積分率（%）10.67.168.214低發熱量kJ/m391250860203571059060完全燃燒需要空氣理論值/m323.8028.5614.2821.42

表7-5C4液化氣氣參數總量組分C3H8C3H6C4H10C4H822.39萬噸/年體積分率（%）0.490.1072.4914.59低發熱量kJ/m391250860201186511352完全燃燒需要空氣理論值/m323.8028.5630.9435.70（1）燃料氣體發熱量計算式中，—混合氣體燃料氣體的低位發熱量，kJ/m3；—各組分體積分數；—組分燃料氣體的低位發熱量，kJ/m3。若完全燃燒瓦斯，以年開工8000小時計，消耗瓦斯量：本項目燃料方案為燃燒所有C2燃料氣、PSA燃料氣，不夠用C4液化氣補充。（1）C2燃料氣可提供能量：（2）PSA燃料氣可提供能量：（3）額外消耗C4液化氣量：C4液化氣密度固年消耗C4液化氣量7.4煙氣生成計算（1）氣體燃燒需要空氣量（）分別計算出各燃料氣需要空氣量：（2）燃燒煙氣生成量計算以1m3燃料氣為基準：計算結果列于下表表7-5煙氣生成量（以1m3燃料氣為基準）消耗量（萬噸/年）PSA燃料氣1.131.492.2816.3320.11C2燃料氣2.051.672.1115.1219.91C4液化氣3.53.504.2326.25