化工工程设计方案.pdf

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1、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 废气参数 1、废气处理量：41864kg/h 即 3381Nm3/h 2、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 N2 0 2 氩 Ar 0 3 氧 O2 32 0 4 水 H2O 6 0

2、5 二氧化碳 CO2 0 6 一氧化碳 CO 12636 7 乙烷 C2H6 63577 8 丙烯 C3H6 86407 9 丙烷 C3H8 91029 10 甲醛 CH2O 12841 11 乙醛 C2H4O 48130 12 丙烯醛 C3H4O 68803 13 丙醛 C3H6O 75130 14 丙酮 C3H6O 73956 15 异丙酮 C3H8O 80709 16 醋酸 C2H4O2 35121 17 丙烯酸 C3H4O2 57004 废水参数 1、废水处理量：4180Kg/h 2、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

3、Wt%热值（kJ/Nm3）1 水 H2O 0 2 甲苯 C7H8 166576 3 醋酸 C2H4O2 4 35121 4 丙烯酸 C3H4O2 57004 公用工程 1、饱和蒸汽 压力：温度：200 2、低压蒸汽 压力：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：温度：常温 3 焚烧系统设计工艺要求及装置组成 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）

4、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 设计工艺要求 3.2.1 工艺技术要求 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。带格式的：项目符号和编 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，过热蒸汽（200过热到 250）

5、。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 dBT4，控制系统的防爆等级 ExiaBT4,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

6、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。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 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

7、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）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

8、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 48041Nm3/h 48041 250 40280Nm3/h Nm3/h 530 开工电加热室 前催化反应器 250 25000kg/h 25000kg/h 200 428050Nm3/h 250 466 48050Nm3/h 45526Nm3/h 441 328 2090 kg/h 45526Nm3/h142 48050Nm3/h 95 2090 kg/h95 43011Nm3/h 270 270 225 9200Nm3/h 20 180kg/h 772kg/h

9、43011Nm3/h 95 143 50 33811 Nm3/h 48050 Nm3/h 60 180kg/h30 772kg/h 143 120 高压锅热蒸汽 高压饱和蒸汽 蒸汽过热器 后催化反应器 空气+工艺尾气 空气鼓风机 高温板式换热 低压饱和蒸丙烯酸废水 低温板式换热 废水换热器 蒸汽冷凝水 烟囱 丙烯酸废气 丙烯酸废水 4 主要设备说明 废水换热器 4.1.1 废水换热器功能，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

10、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/h 4180 2 丙烯酸废水进口温度 30 3 丙烯酸废水出口温度 95 4 低压蒸汽耗量 Kg/h 772 5 低压蒸汽进口压力 Mpa 6 低压蒸汽进口温度 143 7 蒸汽冷凝水出口温度 143 8 热量损失%2 9 换热面积 M2 8 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

11、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 43011 Nm3/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 h 6 2 丙烯酸废气进口温度 60 3 丙烯酸废气处理量 Nm3/h 3381 4 补氧空气量 Nm3/h 9200 5 预热温度 250 6 开车电功率 kw 400 催化反应器 4.3.1

12、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 250 2 出口烟气温度 530 3 热量损失%1 4 有机物转化率%80 5 进口丙烯酸废气量 Nm3/h 33811 6 补氧空气量 Nm3/h 9200 7 进口丙烯酸废水量 Nm3/h 5030 8 出口烟气量 Nm3/h 40280 9 反应器气速

13、 m/s 10 催化反应器截面积 m2 11 催化剂模块数 行数列数层数 552 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、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38的蛇形管，材料为12Cr1MoV，在过热器系统中，、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/h 40280 2 进口烟气温度 530 3 出口烟气温度 466 4 饱和蒸汽压力 Mpa 5 饱和蒸汽温度 200 6 过热蒸汽温度 250 7

14、 热量损失%2 8 锅热蒸汽量 kg/h 25000 9 换热面积 m2 78 10 设备外形尺寸 长宽高 mm 362527551500 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 466 2 进口烟气量 Nm3/h 40280 3 出口烟气温度 441 4 出口烟气量 Nm3/h 48050 5 热量损失%1 6 反应器气速 m/s 4 7 催化反应器截面积 m2 8 催化剂模块数 行数列数层数 552

15、 4.5.3 后催化反应器出口烟气成分 序号 成份 含量 Nm3/h 含量 Vol%1 N2 35481 2 CO2 1487 3 O2 2422 4 H2O 8660 合计 48050 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/h 4556 2 进口混合气温度 142 3 出口混合气温度 328 4 进口烟气量

16、 Nm3/h 48050 5 进口烟气温度 441 6 出口烟气温度 270 7 热量损失%1 8 换热面积 m2 934 9 设备外形尺寸 长宽高 mm 350036003150 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/h 33811

17、2 进口废气量 60 3 补氧空气量 Nm3/h 9200 4 出口混合气温度 225 5 进口烟气量 Nm3/h 48050 6 进口烟气温度 270 7 出口烟气温度 120 8 热量损失%1 9 换热面积 m2 1829 10 设备外形尺寸 长宽高 mm 600030103150 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 4.4.8.1 烟囱设计理论参数 序号 项目 单位 数据 1 烟囱离地面高度 mm 25000 2 排放烟气量 Nm3/h 48050 3 出口烟气流速 m/s 13 4 烟囱直

18、径 mm 1400 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：流量：122921463m3/h 压力：1242712078pa 电机功率：75kw 转速：2900rpm 5 电气控制系统 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“

19、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。保护方式和保护接地 系统安装停电保护、过载保护、线路故障保护和误操作等安全装置，所在电气设备

20、均可靠接地，保证系统在特殊状态下的安全性（在相对湿度 80%，电气回路绝缘电阻不小于 24兆欧），电气连线外有金属软管保护。作业线设备大功率电机变频控制，启动时不会对供电系统造成冲击。控制系统的接地分为两部分：保护地（交流地）和屏蔽地（直流地）。控制系统接地的目的就是为了当进入控制系统的信号、供电电源或设备本身出现问题时，有效地接地系统可承受过载电流，并迅速将其导入大地，为系统提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，为整个控制系统提供公共信号参考点。有效地接地系统的保护有两方面：人员保护和设备保护。当接地系统发生问题时，可造成人员的触电伤害，设备着火损失。系统自动控制 本系统自动控制系统完全遵循“工艺必

21、需、先进实用、维护简便”的原则，进行设计和实施；选择国外品牌企业的产品，保障设备连续运行的可靠性。本自动化控制系统可以满足废气处理工艺运行的要求，保证生产的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，实现处理过程的现代化生产管理。系统检测项目 序号 测点或参数名称 就地 控制盘 指示 指示 记录 积算 信号 一 压力 1 丙烯酸废气压力 2 空气鼓风机前后压力 3 饱和蒸汽压力 4 过热蒸汽压力 5 催化反应器进出口压力 二 温度部分 1 丙烯酸废气温度 2 空气温度 3 丙烯酸废气空气混合温度 4 丙烯酸废水预热后温度 5 饱和蒸汽温度 6 过热蒸汽温度 7 过热器管壁温度 8 催化反应器进出口温度 9 开工电加热器炉膛温度 10 各烟道烟气温度 11 排烟温度 12 风机轴承温度 三 1 2 3 4