Минимизация выбросов отходящих газов от дымовой трубы технологических печей нефтеперерабатывающего завода



Чистый воздух — один из важнейших показателей качества окружающей среды, влияющий на здоровье человека, состояние зеленых насаждений, архитектурных сооружений, памятников. Неоспоримыми источниками загрязнения окружающей среды являются нефтеперерабатывающие заводы, которые выбрасывают в атмосферу свыше 1050 тыс. т загрязняющих веществ, при этом доля улова на фильтрах составляет только 47,5 %. Процессы сгорания топлива в трубчатых печах зачастую приводит к резкому увеличению содержания оксидов серы, азота, углерода в атмосфере. Это и обуславливает необходимость модернизации технологических печей.

Целью работы является рассмотреть способы минимизации выбросов отходящих газов технологических печей. В работе рассмотрена работа трубных печей на производстве ароматических углеводородов и вторичной переработки нефтепродуктов (КПА) нефтеперерабатывающего завода (НПЗ).

Производственный контроль за соблюдением нормативов ПДВ на дымовой трубе блока «А» КПА осуществляется один раз в квартал газоанализатором. Согласно данным мониторинга и производственного контроля от дымовой трубы блока «А» технологических печей производства ароматических углеводородов НПЗ (табл. 1) основными загрязнителями атмосферы являются диоксид серы, диоксид азота, оксид азота.

Таблица 1

Выбросы вредных веществ от дымовой трубы блока «А» КПА НПЗ по результатам производственного контроля

Наименование ЗВ	Выбросы ЗВ
	г/с	т/г
Диоксид азота	12,92	364,79
Оксид азота	2,1	59,28
Диоксид серы	30,33	855,74
Оксид углерода	7,43	218,6
Предельные углеводороды	0,0322	1,254
Мазутная зола	0,0002	0,007
Бенз(а)пирен	0,000006	0,00017

Для снижения вредных выбросов в атмосферу необходимо внедрение безотходных и малоотходных производств и технологических процессов, повышение экологической безопасности действующих технологических установок.

Повышение экологичности работы печей может быть достигнуто за счет комплексного подхода, который заключается в организации экономичного топочного процесса и подавлении образования вредных веществ непосредственно в топочном объеме печей [1]:

‒ перевод горелок на работу с оптимальным избытком воздуха;

‒ автоматический контроль процесса горения;

‒ утилизация отходящих газов;

‒ использование методов ступенчатого сжигания топлива;

‒ рециркуляция дымовых газов;

‒ внедрение малотоксичных горелок;

‒ впрыск пара в ядро факела.

Одним из способов снижения выбросов от технологических печей является перевод горелок на горелочные устройства с улучшенной системой распределения воздуха, уменьшением внутреннего сопротивления горелки и усовершенствованном многосекционном воздушном шибером. Рассматриваемое в работе горелочное устройство, представленное на рис.1, является новейшей разработкой ЗАО «НПЦЭО», в которой удалось в 1,5 раза уменьшить габаритные размеры, а также значительно снизить уровень шума при работе горелки. Горелка дольше сохраняет свой первоначальный вид за счет изготовления отдельных элементов из нержавеющей стали и отсутствия трущихся поверхностей.

Уровень NOx в продуктах сгорания горелок типа ГКВД составляет 80 мг/м³ при α=1,0 или «Ультра низкие NOx» до 50 мг/м³ при α=1,0.

Система подачи воздуха позволяет подавать воздух постепенно: по центральному каналу осуществляется подача первой части первичного воздуха на горение в зону выходных отверстий стволов для подачи газа и мазута, по среднему каналу осуществляется подача второй части первичного воздуха на горение в среднюю зону факела. Это приводит к тому, что процесс горения начинается в условиях недостатка воздуха с образованием сажистых частиц, обладающих хорошей излучательной способностью. Большее количество передачи тепла в камеру радиации осуществляется излучением, и, таким образом, не происходит перегрузка камеры конвекции [2].

Подача вторичного воздуха на горение осуществляется по периферийному каналу в верхнюю зону факела через отверстия в горелочном камне.

Такая система подачи воздуха на горение обеспечивает постепенный (дифференцированный) подвод воздуха на горение и, следовательно, снижение температуры факела, как на холодном, так и на горячем дутьевом воздухе, что обеспечивает уменьшение образования окислов азота [3].

Рис. 1. Горелочное устройство ГКВД (продольный разрез), состоящее из следующих элементов: 1- газовые стволы; 2 — выходные отверстия для подачи газа; 3 — форсунка; 4 — центровочная труба; 6 — центральный канал; 7 — средний канал; 8 — периферийный канал; 9 — внутренняя обечайка; 10 — средняя обечайка; 11 — наружная обечайка; 12 — цилиндрические отверстия; 13 — горелочный камень; 14, 16 — воздуховод; 15,17 — регулятор подачи воздуха; 18 — зона выходных отверстий 2;19 — окна; 20 — газовая камера;21 — газопроводящий патрубок; 22 — жиклер; 23 — эмульсатор.

Подача воздуха на горение в рассматриваемом устройстве осуществляется следующим образом.

Подача первой части первичного воздуха на горение из воздуховода 14 через центральный канал 6 в зону 18 выходных отверстий 2 для подачи газа осуществляется через окна 19 (всего 6 окон), выполненные в нижней части внутренней обечайки 9. Подача второй части первичного воздуха на горение из воздуховода 14 через средний канал 7 в среднюю зону факела осуществляется через зазор, образованный внутренней и средней обечайками. Подача вторичного воздуха на горение из воздуховода 16 через периферийный канал 8, соединенный с цилиндрическими отверстиями 12 в горелочном камне 13 в верхнюю зону факела, осуществляется через зазор, образованный средней и наружной обечайками.

При сжигании газового топлива его подача в газовую камеру 20 осуществляется через газопроводящий патрубок 21. Далее, газ через отверстия 2 в газовых стволах 1 истекает в объем печной амбразуры горелочного камня 13, где смешивается с первичным воздухом.

Из внутренней трубы мазут через отверстия 22 жиклера поступает на внутренние стенки эмульсатора 23, куда через три тангенциальных отверстия входит пар. Паровые струи, выходя со скоростью 120–200 м/с, образуют вихрь, дробят мазутную пленку с образованием парожидкостной эмульсии, которая, истекая из отверстий 5, распыляется, смешивается с первичным воздухом, воспламеняется и сгорает в огнеупорной амбразуре горелочного камня 13.

Для оценки экологического эффекта замены горелочного устройства, в работе приведены результаты расчетов максимально разовых и валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от технологических печей КПА НПЗ. Расчеты проводили согласно методике расчётавредных выбросов в атмосферуиз нефтехимического оборудования(РМ — 62–91–90). Результаты расчетов выбросов загрязняющих веществ от дымовой трубы КПА НПЗ до и после перевода существующих горелок на новые горелки в исполнении «Ультра низкое NOx» типа ГКВДпредставлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты расчета вредных веществ от дымовой трубы блока «А» КПА НПЗ до ипосле модернизации

Наименование ЗВ	Выбросы ЗВ до модернизации		Выбросы ЗВ после модернизации
	г/с	т/год	г/с	т/год
Серы диоксид	18,76	551,12	9,42	276,65
Метан	0,41	12,12	0,41	12,12
Азота диоксид	12,73	373,96	2,19	64,48
Азота оксид	2,49	73,09	0,43	12,60
Углерода оксид	4,13	121,21	4,13	121,21
Мазутная зола (в пересчете на ванадий)	0,04	1,12	0,04	1,12

Как видно из таблицы, после модернизации существующих горелок технологических печей выбросы диоксида серы сократятся в 2 раза, оксидов азота — в 6 раз. Наглядно результаты расчетов выбросов загрязняющих веществ до и после перевода существующих горелочных устройств на горелки типа ГКВД показаны на рисунке 2.

Рис. 2. Количество загрязняющих веществ в отходящих газах трубчатых печей КПА НПЗ до и после замены горелок технологических печей

Совершенствование технологических процессов и оборудования является важным фактором повышения уровня промышленной и экологической безопасности производств. Оптимизация режимов, увеличение КПД установок, снижение потребления топливно-энергетических ресурсов и воды в конечном итоге снижают экологическую напряженность и предотвращают аварийную ситуацию.

Литература:

1. Катин В. Д., Кравченко Е. А., Пайметов Н. Г. Нормирование и сокращение вредных выбросов в атмосферу нефтеперерабатывающих предприятий// Журнал «Наука и природа Дальнего Востока. Хабаровск. Вып.2, 2006. С. 107–113.
2. Шарихин В. В., Печников А. С. Газовая горелка, обеспечивающая снижение окислов азота в дымовых газах. // НТИС: Нефтепереработка и нефтехимия. М.: ЦНИИТЭ нефтехим, 2003, № 4. — С. 27–29.
3. http://www.npceo.ru/ryad_gkvd.htm