30萬噸PDH項目典型設(shè)備設(shè)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(shè)備之一，四臺徑向移動床反應(yīng)器與四臺立式圓筒加熱爐串聯(lián)，Pt/Sn催化劑在移動床反應(yīng)器中連續(xù)再生，允許在催化劑上結(jié)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(yīng)器壓降設(shè)計值為0.4bar，而物料要連續(xù)通過4臺反應(yīng)器進行反應(yīng)（如圖7-1），因此對加熱爐的壓降提出了嚴(yán)格要求，爐型選擇必須和這種工藝特點相匹配。圖7-1反應(yīng)器加熱爐組合形式隨著現(xiàn)代工業(yè)與工藝的進步，傳統(tǒng)的四路串聯(lián)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(shù)有許多相似之處，為使廠區(qū)結(jié)構(gòu)緊湊，減少占地面積，本項目加熱爐設(shè)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(lián)，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?zé)煔夤餐M入一個公用的對流室，在對流室產(chǎn)生裝置所需要的中壓蒸汽。煙囪設(shè)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(yīng)加熱爐的典型設(shè)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(lián)。一般設(shè)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?zé)煔膺M入一個公用的對流室，在對流室產(chǎn)生裝置所需的中壓蒸汽。燃燒器則根據(jù)爐管的排列特點進行特殊布置，有的在爐底，有的在側(cè)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(nèi)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(nèi)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(cè)燒時，宜燒氣；2) 集合管位于輻射室頂部，管內(nèi)的滯留雜物不容易清出；3) 爐管采用急彎彎管相連，管內(nèi)壓降較大；4) 爐管排列緊湊，爐體占地面積較小；5) 鋼結(jié)構(gòu)投資較小。圖7-3輻射管Y型排列四合一重整反應(yīng)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?shù)纂p側(cè)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(nèi)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(nèi)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(shè)計、施工較復(fù)雜；7) 占地較大；8) 建設(shè)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(cè)燒氣體燃燒器；2) 燃燒器設(shè)置在加熱爐側(cè)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(nèi)相連，管內(nèi)壓降較小。但管內(nèi)的滯留雜物不易清出；5) 占地較大；6) 建設(shè)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(yīng)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(nèi)滯留雜物容易清出；3) 管系由大曲率半徑的彎管在爐內(nèi)連接，管內(nèi)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(jié)構(gòu)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(wěn)，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(jié)合工程上的應(yīng)用情況，我們選擇倒U形排列爐管。7.3對流室的設(shè)計丙烷脫氫反應(yīng)加熱爐高溫?zé)煔獬鲚椛涫业臏囟韧ǔ?70℃上下。高溫?zé)煔庖爰訜釥t對流段的余熱鍋爐用于產(chǎn)生蒸汽。對于中大型丙烷脫氫反應(yīng)加熱爐，其余熱鍋爐的預(yù)熱段、蒸發(fā)段、過熱段，通常設(shè)在輻射室頂部的對流室（圖7-11），煙囪設(shè)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(fēng)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(fā)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(jīng)濟合理的布置，為國內(nèi)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(yù)熱段、蒸發(fā)段、過熱段7.4燃料消耗計算本項目擬將副產(chǎn)的C2燃料氣、變壓吸附裝置副產(chǎn)的燃料氣作為燃料，不夠的用副產(chǎn)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(chǔ)數(shù)據(jù)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(zhì)流量/(cum/h)48242.6141569198556308266表7-2煉廠瓦斯參數(shù)組分H2SH2CH4C2H6C2H4C3H8C3H6C4H10C4H8體積分率4.209.5028.0111.092.129.659.464.397.25低發(fā)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(shù)總量組分H2CH4C2H6C2H42.05萬噸/年體積分率（%）16.328.2935.8639.52低發(fā)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(chǎn)燃料氣參數(shù)總量組分C3H8C3H6CH4C2H41.13萬噸/年體積分率（%）10.67.168.214低發(fā)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(shù)總量組分C3H8C3H6C4H10C4H822.39萬噸/年體積分率（%）0.490.1072.4914.59低發(fā)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(fā)熱量計算式中，—混合氣體燃料氣體的低位發(fā)熱量，kJ/m3；—各組分體積分?jǐn)?shù)；—組分燃料氣體的低位發(fā)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(zhǔn)：計算結(jié)果列于下表表7-5煙氣生成量（以1m3燃料氣為基準(zhǔn)）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