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和水，产生的烟气经蒸汽过热器和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/h2、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N228.0183.2802氩Ar39.951.4103氧O2324.7704水H2O18.02605二氧化碳CO244.012.7806一氧化碳CO28.010.96126367乙烷C2H630.070.05635778丙烯C3H642.080.24864079丙烷C3H844.010.19102910甲醛CH2O30.030.061284111乙醛C2H4O44.050.024813012丙烯醛C3H4O56.060.116880313丙醛C3H6O58.080.027513014丙酮C3H6O58.080.017395615异丙酮C3H8O60.10.028070916醋酸C2H4O260.050.113512117丙烯酸C3H4O272.060.06570042.2废水参数1、废水处理量：4180Kg/h2、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H2O18.0295.502甲苯C7H892.140.31665763醋酸C2H4O260.054351214丙烯酸C3H4O272.060.2570042.3公用工程1、饱和蒸汽压力：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、《中华人民共和国环境保护法》（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：项目符号和编号3.2.1工艺技术要求带格式的：项目符号和编号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和自动控制。对焚烧处理设备中关键设备的运行状态、关键点的温度和压力加以监测。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和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和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焚烧工艺流程简图前催化反应器开工电加热室前催化反应器开工电加热室48041Nm3/h48041250℃40280Nm3/hNm3/h530℃高压饱和蒸汽高压锅热蒸汽蒸汽过热器250℃高压饱和蒸汽高压锅热蒸汽蒸汽过热器25000kg/h25000kg/h200℃428050Nm3/h250℃466℃后催化反应器后催化反应器48050Nm3/h空气+工艺尾气45526Nm3/h441℃空气+工艺尾气高温板式换热328℃高温板式换热2090 空气鼓风机kg/h45526Nm3/h142℃48050Nm3/h空气鼓风机95℃2090kg/h95℃43011Nm3/h270℃270℃低温板式换热丙烯酸废水低压饱和蒸汽 225℃9200Nm3/h20℃低温板式换热丙烯酸废水低压饱和蒸汽180kg/h 772kg/h43011Nm3/h95℃ 143℃50℃33811废水换热器Nm3/h废水换热器48050Nm3/h60℃丙烯酸废气烟囱丙烯酸废水蒸汽冷凝水180kg/h30℃ 772kg/h143℃120℃丙烯酸废气烟囱丙烯酸废水蒸汽冷凝水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和水排出系统。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/h41802丙烯酸废水进口温度℃303丙烯酸废水出口温度℃954低压蒸汽耗量Kg/h7725低压蒸汽进口压力Mpa0.3956低压蒸汽进口温度℃1437蒸汽冷凝水出口温度℃1438热量损失%29换热面积M284.2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和废气空气混合气，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h62丙烯酸废气进口温度℃603丙烯酸废气处理量Nm3/h33814补氧空气量Nm3/h92005预热温度℃2506开车电功率kw4004.3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和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℃2502出口烟气温度℃5303热量损失%14有机物转化率%805进口丙烯酸废气量Nm3/h338116补氧空气量Nm3/h92007进口丙烯酸废水量Nm3/h50308出口烟气量Nm3/h402809反应器气速m/s3.810催化反应器截面积m28.6711催化剂模块数行数×列数×层数5×5×24.4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℃饱和蒸汽被加热至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/h402802进口烟气温度℃5303出口烟气温度℃4664饱和蒸汽压力Mpa1.5725饱和蒸汽温度℃2006过热蒸汽温度℃2507热量损失%28锅热蒸汽量kg/h250009换热面积m27810设备外形尺寸长×宽×高mm3625×2755×15004.5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和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℃4662进口烟气量Nm3/h402803出口烟气温度℃4414出口烟气量Nm3/h480505热量损失%16反应器气速m/s47催化反应器截面积m28.678催化剂模块数行数×列数×层数5×5×24.5.3后催化反应器出口烟气成分序号成份含量Nm3/h含量Vol%1N23548173.84022CO214873.09533O224225.04144H2O866018.0231合计48050100.004.6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/h45562进口混合气温度℃1423出口混合气温度℃3284进口烟气量Nm3/h480505进口烟气温度℃4416出口烟气温度℃2707热量损失%18换热面积m29349设备外形尺寸长×宽×高mm3500×3600×31504.7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/h338112进口废气量℃603补氧空气量Nm3/h92004出口混合气温度℃2255进口烟气量Nm3/h480506进口烟气温度℃2707出口烟气温度℃1208热量损失%19换热面积m2182910设备外形尺寸长×宽×高mm6000×3010×31504.8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mm250002排放烟气量Nm3/h480503出口烟气流速m/s134烟囱直径mmΦ14004.9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：2900rpm5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和调节。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保护方式和保护接地系统安装停电保护、过