1.1. Анализ использоваішя топливно-энергетичаских ресурсов на ШЗ
1.2. Анализ состояния пэчного парка на ІШЗ, разработка теплового баланса трубчатых пѳчѳй и эффективность их работы
1.3. Технологические особѳнности трубчатых печей и проблемы их проектирования
1.4. Анализ состояния охраны воздушного бассэйна от врѳдных выбросов трубчатых печэй на НПЗ.
1.5. Анализ исслѳдований влияния консвд.чтивных парамет- ров топочно-горэлочных устройств на токсичность продуктов сгорания
1.6. Анализ систѳм комплексного контроля процѳсса горония топлива и вредных выбросов на ШІЗ
1.7. Основныэ научно-тѳхнические направлѳния повышѳния эффективности работы трубчатых печэй.
1.8. Разработка блок-схѳш рѳшения проблемы исследования.
Физико-химическиѳ основы образования оксидов азота и триоксида серы при сжигании углѳводородных топлив и теоретические обоснования методов их сокращѳния.
2.1. Мѳтодологический подход к изучению мэханизмов образования вредных вэществ при горении
2.2. Анализ механизмов образования оксидов азота
2.2.1. Механизм образования воздушного оксида азота....
2.2.2. Мѳханизм образования тошшвного оксида азота....
2.2.3. Механизм образования "быстрого" оксида азота....
2.3. Аналяз мѳханязмов образования триоксида соры
2.3,Іо Депнок механизм Ы.Н.Сомонова
2.3.2. Механизм образования 3 Од в гомогѳнной фазе...
2.3.3. Зональная схема образования ,9 О^
2.3.4„ Мѳханизм образования 3 0^ под воздэйсгвием
катализатора
2.4. Анализ механизма сѳрнокислотной низкотемпературной коррозии.
2.5. Теоретичэскиѳ обоснования разработки методов снижения выбросов оксидов азота и триоксида серы из трубчатых пѳчѳй.
2.5.1, Результаты исследований особенностей
образования оксидов азота в трубчатых печах при сжигании различных нефтезаводоких газов....
2„5.2. Теорэтичѳские обоснования метода рециркуляции части дымовых газов в топку трубчатой печи на образованиѳ Уо к 3 О^
2.5.3. Теоретическиѳ обоснования мѳтода двухступѳнча- того сжигания топлива в тхзубчатой печи на ток- сичность продуктов сгорания
2.5.4. Теорѳтичѳские обоснования мэтодов снижения выхода оксидов азота интѳнсификацией тѳплоот- вода от факела в топочной камере трубчатых пѳчей. о
2.5.4.1. Результаты исследований влияния конструк- ции двухсвѳтных экранов на образование оксидов азота
2.5.4.2. Рѳзультаты исследований влияния степени экранирования топки на выход оксидов азота.
2.6. В ы в о д ы
йсслѳдование экологической эффективности работы горелоч-
ных устройств трубчатых печей и разработка рекомэндаций
ло совэршенствованию их конструщкй ................»...
3.1. Дель и задачи исследований.
3.2. Описание методики и приборов дяя исслѳдований.
3.3. Краткоѳ описание экспѳриментов и характѳристика
опы тно~щ)ошшлѳнных объектов исследования
3.4. Рѳзультаты комплексных исследований влияния конст- руктивных параиэтров горелок на их теплообмѳнныѳ
и зкологичѳские характеристики...
3.4.1. Влияниѳ конструщии газовой горелки
3.4.2. Влияниѳ конструктивного параметра крутки воздуха
3.4.3. Влияниѳ компоновки газовых горелок
3.5. Примѳнѳние матѳматичѳского планирования эксперимѳн- та при исследовании экологичности газогорѳлочных устройств
3.5.1. Анализ выбора факторов и обоснованиѳ плана экспѳримѳнта
3.5.2. Анализ результатов экспѳримента.
3.6. Результаты исслѳдований влияния совмѳстного и раз- дельного сжигания нѳфтезаводских газов и мазута на загрязнѳние атмосфернбго воздуха
3.7. Разработка рекомэндаций по повышѳнию эффѳктивности совместного сжигания газа и мазута
3.8. Разработка рекомендаций по усовѳршѳнствованию кон- струкций газовых инжекционных горелок..
3.9. Разработка экологических паспортов горелок и их подбор по критэрию экологичности работы.
3.10. В ы в о д ы
Исследованиэ мэтодов умѳньшѳния оксидов азота и триоксида серы в продуктах сгорания трубчатых пѳчэй Киришского ШЗ
4.1. Дель и задачи исследования
402. Методика измерѳний, проведѳния экспѳримѳнта и харак- теристика опытно-прошшленных объѳктов
4.3. Изучѳниѳ влияния технологических особенностей труо- чатых пзчэй на образованиэ оксидов азота...
4.4, Изучениѳ влияния конструкции двухсветных экранов
печэй и степѳни экранирования топки на выход
оксидов азота 141
4.5. Результаты исслѳдования влияния рециркуляции ды?ловых газов на образование оксидов азота и триоксида сэры 144
406. Результаты исслэдования влияния двухступэнчатого сжигания тошшва в печи на выход оксидов азота и триоксида серы .146
4.7. Разработка нового способа двухступенчатого сжигания газомазутного топлива и рекомендаций по его исполь- зованию на Хабаровском и Ачинском НП.З. 147
4.8. Разработка рекомендаций по усовѳршѳнствованию газо- анализатора сѳрии МН для контроля топочного режима.,.149
4.9. Обоснование применѳния прибора для кошлексного контроля процѳсса горения топлива с учетом. ток-
сичности продуктов сгорания. .....152
4.10 о В ы в о д ы 155
Разработка методики расчет-а концентраций и выбросов оксидов азота с продуктами сгорания трубчатых печэй....... 157
5.1. Анализ основных мѳтодик расчета концѳнтраций оксидов азота в дымовых газах тѳхнологичѳских пѳчей
ГіПЗ 157
5.2. Принципы расчета концентраций оксидов азота на
выходе из трубчатых печей. 159
5.3. Разработка мѳтодики расчета концентраций и выбросов оксидов азота с дымовыми газами трубчатых печей......160
5.4. Оценка сходимости расчѳтных и опытных рѳзультатов....165
5.5. В ы в о д ы 166
йсслѳдование шумовых характеристик горелочных устройств при эксплуатации трубчатых пѳчей и разработка конструк- тивно-техничѳских решѳний по подавлению шума.............. 167
6.1. Анализ источников шума при работѳ горелок 1.67
6.4. Изученив влияния конструктизных парамѳтров и усло-
вий работы горелок на уровѳнь создаваѳмого шума.„...І77
6.5. Анализ конструкций малоіпумных горелок...............ІЬО
6.6. Разработка комплѳкса мѳроприятий по подавлѳнию
шума при эксплуатаідии горѳлок. 182
6.6.1. Мероприятия по снижениго шума в источникѳ В03НИКН0ВѲНИЯ . . . . о 182
6.6.2. Мероприятия по снижению шума по пути распространения. 184
6.6.3. Организационно-тѳхнические мэтоды защиты от
игума ...» 186
6.7. В ы в о д ы
Опытно-промышленныѳ исслѳдования эффѳктивности и
надежности работы тѳплоутилизационных устройств
трубчатых пѳчей Киришского ІШЗ 189
7.1. Методика экспериментальных исследований 189
7.2. Обработка результатов эксперимента при коррозионных исслѳдованиях
92
7.3. Тѳхническая характѳристика опытно-прошшленных объектов исследования. 194
7.3.1. Іарактѳристика котлов-утилизаторов КУ-І25. 194
7.3.2. Характеристика рѳкупѳративного воздухоподогре- вателя 197
7.3.3. Характэристика рѳгѳнѳративного вращающегося воздухоподогрѳватѳля 197
7.4. Результаты исследований эффѳктивности работы КУ-І25.200
7.5. Результаты исслѳдований эффективности работы рѳкупѳ- ративного и рэгѳнеративного вращающегося воздухопо- догреватѳлѳй. 203
7.6. Результаты исследований коррозии низкотемпѳратурных поверхностѳй нагрева 207
7.7. Разработка рекомѳндаций іто пошшѳнию надѳжности и эффѳктивяости работы теплоутилизациошшх у стройств 217
/ ф О Ф -і--' Х>і 0 Д І>[ • •0***««**«***««*0*»0#*0*«**«*«*00»**0'---'
8. Техшпсо-экономическая оценка внедрѳния мероприятий по
повышению эффѳктивности использования топлива и способов
сокращѳния врѳдных выбросов в атмосфэру 221
8.1. Зкономическая эффективность внѳдрѳния усовѳршенст- вованных горелок ГЭВК-500 в трубчатой печи уста- новки вторичной пѳрѳработки нѳфти Киришского ІШЗ....221
8.2. Экономическая эффективность внедрения перевода ра- боты трубчатых печей установки АТ-ТК Хабаровского
НПЗ на оптимальный топочный рѳжим 222
8.3. Экономическая эффѳктивность проѳктов утилизации тѳплоты уходяших газов технологичѳсішх печѳй установок АТ-б и битумного производства Киришского
НПЗ и установки АТ-ТК Хабаровского НПЗ. 223
8.4. Экономическая эффѳктивность использования способа сжигания газомазутного тсгплива в рѳжимѳ двухступен- чатого горения в технологической пѳчи каталитичес- кого риформинга Хабаровского ШЗ
8.5. Рэзультаты технико-экономического расчета применения разжчных теплоутилизационных устройств для исполь- зования тѳилоты уходящих дымовых газов трубчатой пе- чи установки первичной перѳработки нефти Ігиришского
ІІПЗ.
8.60 Разработка рекомендаций по утилизации тэпловых ВЭР технологичѳских установок Киришского и Хабаровского
227
3 А К Л Ю Ч Е II И Е 231
•Я и т э р а т у р а 234
П р и л о ж е н и я 255
ВВЕДЕНИЕ
Экономия топливно-энергѳтических рѳсурсов (ТЭР) в совре- мѳнных условиях является задачей государственной важности. Осо- бенно это касается нефтеперерабатывающѳй и нефтехимической про- мышленности, потрѳбляющей значительное количество топлива и тепловой энергии. По уровню потребления топлива она занимает 4-ѳ место, а тепловой энѳргии - І-е место среди других отраслѳй народного хозяйства.
В Указѳ Прѳзидента № 236 от 4.02.94 г. "0 государственной стратѳгии Российской Фѳдѳрации по охранѳ окружающѳй срѳды и обеспечению устойчивого развития" говорится о необходимости ра- дионального использования ТЭР и вовлѳчения в производство вто- ричных энэргэтических рѳсурсов (ВЭР) с учетом охраны окружающей среды. В соответствии с этим-правитѳльством страны предусмотрѳно достижѳние экономии энѳргорѳсурсов к 2000 году в размѳрѳ 200... 220 млн. т у.т. по отношѳнию к уровню 1990 г.
В связи с этим актуальной становится проблѳма повышѳния эф- фѳктивности использования топливных рѳсурсов на нефтеперѳрабаты- вающих заводах, на нужды которых затрачиваѳтся около 6-8 % топ- лива от общѳго количества пѳрерабатываемой нѳфти. Трубчатые печи являются головным оборудованием технологических установок НПЗ и основными потрѳбитѳлями топлива. На предприятиях отрасли эксплуа тируѳтся болеѳ 1500 технологичѳских печэй, значительная часть ко торых имеет теплотехническиѳ показатѳли работы нижѳ проектных значений, что объясняется нѳсовѳршенством методов сжигания топ- лива. Кроме того, в отрасли имеет место проблема охраны атмосфер ного воздуха от вредных выбросов с продуктами сгорания топлива,
3 А К Л 10 Ч Е Н И Е
В работо получѳны следующие основныѳ выводы и результаты.
1. Показано, что в современных условиях повышениѳ эффектив- ности использования топлива в трубчатых пѳчах НПЗ представляет собой комплексную научно-техничѳскую щ;облему, включающую эконо- мичность сжигания топлива, организацию теплообмѳна по тѳхнологиче- скому регламенту и охрану окружающей срѳды от загрязнэния вредны- ми выбросаш и от шумового воздѳйствия. ГІрѳдложен комплексный под- ход рѳшѳния проблеш, заключающийся в совѳршѳнствовании мѳтодов схіигания топлива, выборѳ э$)фективных способов утилизации тѳплоты уходящих газов с учетом охраны окружающей среды.
2. Впервые показано влияниѳ тѳхнологичэского назначѳния труб- чатых печѳй вертикально-цилиндрического типа на уровень выхода ок- сидов азота в продуктах сгорания и предложѳна классификация печѳй по степени нагрѳва нѳфтепродукта и характѳру образования оксидов езота.
3. Изучѳны и выявлены особѳнности образования оксидов азота при сжигании различных нефтѳзаводских газов в трубчатых иечах, за- ключающиеся в том, что при перѳводѳ горелок ГП с высококалорийных газов на низкокалорийныѳ (с содержанием Н^ до 81 %) процесс их го- рения и образования У<9Х протекаѳт более активно.
4. Учитывая, что дѳйствие оксидов азота и соры на чэловека суммируется, в работѳ тѳоретичѳски обоснованы и щзактически разра- ботаны теплотехническиѳ методы снижэния их выбросов с продуктами сгорания трубчатых пѳчѳй, трѳбующиѳ шнимальных затрат. К настоя- Щему врѳмѳни апробированы в заводских условиях и рекомендованы к внедрению рециркулящя части дымовых газов в дутьевой воздух и
ІЕ
Двухступэнчатое сжиганиэ топлива, позволяющиэ одноврѳмѳнно сокра-
тить выбросы оксидов азота и триоксида сѳры.
5. Разработана и прѳдложѳна к внѳдрѳнию на прэдприятиях от- расли принципиально новая экологизированная тѳхнология сжигания га За и мазута в трубчатых пѳчах в рѳжимѳ двухступенчатого горения, обеспечивающая сокращение выбросов как оксидов азота, так и три- оксі-ща серы, а также продуктов химичэского нэдожога топлива в ат- мосфэру.
6. Тѳоретичѳски и экспѳримэнтально обоснована возможность сни жения образования оксвдов азота в трубчатых пѳчах многокамерного типа с экранами двухстороннего облучения и вертикально-цилиндричес ких пѳчах с повышэнной степенью экранирования топки за счзт увели- чения тѳплоотвода от факэла. Эффэктивного охлаждѳния начального участка факѳла и сокращения выхода оксидов азота в последних пѳчах можно такжэ добиться путем примѳнѳния подовой компоновки горелок.
7. Зкспѳриментально доказано, что выбор рациональных конструк ций горэлочных устройств для трубчатых пѳчэй должен опрѳделяться не только тѳплотехническими ЕИ тѳхнологичѳскими факторши, но и со- ответствиѳм экологических парамѳтров работы с целью охраны окружа- ющѳй срэды. В качэствѳ критерия экологичности эксплуатации горѳлок прэдложэн показатѳль удельного выброса врѳдных вещѳств на ѳдиницу тепловой мощности горѳлки.
8. Исслѳдовано влияние конструкции горелочного устройства на образованиэ оксидов азота и оксида углерода; получены регрѳссион- ные уравнения для различных классов горѳлок. Установлено, что срѳ- Ди исслѳдованных горелок наимѳнылиѳ выбросы /І0Х имѳют диффузи- онныѳ гореліш типа ГП-І, которые обладают также сравнительно до- пустиміми шумовыми и тэплообмѳнными параметрами. Разработаны рѳ- комендации по усовершѳнствованию горѳлок типа ГйК-2 и ГЭВК-500 с Цѳлыо подавлѳния образования оксидов азота и повншения бѳзопаснос-
ти их эксплуатации.
9. Разработана методика расчэта концентраций и выбросов окси- дов азота в атмосферу из трубчатых печэй с учетом конструкции, ком- поновки и изменэния рѳжимных парамѳтров работы горѳлочных устройств,
10. Разработан для горелок трубчатых пѳчей комплѳкс конструк- тивно-техничэских решѳний по снижѳнию уровня шума в источникѳ ѳго возникновения и по пути распространѳния, а такжѳ организационные мероприятия, улучшающие условия труда обслуживающѳго пѳрсонала.
11. Показано, что независимо от выбора того или иного типа тѳм- лоутилизационного устройства для трубчатых пѳчей, основным факто- ром, влияющим на срок ѳго службы, являэтся низкотѳмпѳратурная сер- нокислотная коррозия. Для повышения надежности работы утилизацион- ных установок разработаны и предложены методы снижения скорости кор- розии: рециркуляция части дыгѵіовых газов, двухступенчатоѳ сжиганиѳ "топлііва и пѳрѳвод топок пѳчей на работу с малыми избытками воздуха.
12. Экспѳримѳнтально установлэна высокая эффѳктивность работц регэнѳративного вращающѳгося воздухоподогрѳватѳля. Тѳхнико-эконо- мичѳская оценка существующих на ШЗ методов утилизации теплоты продуктов сгорания трубчатых печей также выявила его преимущество со сроком окунаемости мэнѳе I года, что делаѳт перспэктивным для вновь проѳктируемых и рѳконструируѳмых печѳй.
13. Рѳзультаты исслэдований внѳдрэны в учебный процесс, в про- ектную практику и в производство. В результатѳ внэдрѳния достигну- гы экономичѳский и экологичѳский эффэкты. Научныэ положения и матѳ- Риалы диссертации включены в учебныэ пособия и мѳтодичѳскиѳ указа- ния по проѳктированию. Общий экономичэский эффект от внедрения ма- тѳрйалов диссѳртации на обследованных прѳдприятиях отрасли составил около 800 тыс. рублзй (в цэнах 1990 г.). бѳз учета экономии, свя- занной с уменьшением загрязнения окружающей среды и улучшением ус- Довий труда обслуживающего пѳрсонала.