催化余热锅炉改造与长周期运行

催化余热锅炉改造与长周期运行摘要：催化裂化装置余热锅炉回收大量高温再生烟气的热能并产生 3.9MPa蒸汽。炼油厂对余热锅炉进行了技术改造，改造后发汽量增加，余锅本体的阻力降低，烟机效率提高，节约了装置能耗，达到了改造的目的。关键词催化裂化余热锅炉过热段烟机效率催化裂化装置是扬子石油化工股份公司炼油厂的关键工艺装置，其能耗对全厂能耗影响较大。余热锅炉是催化裂化装置的节能设施，它能回收高温再生烟气的热能并产生蒸汽。余热锅炉排烟温度每降低50C，可降低装置能耗47MJ/t（以生焦率5%计）。可见其长周期、高效运行十分重要。炼油厂催化裂化装置设计加工能力0.8Mt/年，采用前置烧焦罐完全再生技术，装置1996年9月建成投产。自投产以来其烟气余热回收部分出现了一系列问题，炉管泄漏及积灰情况严重，余热锅炉效能较低，无法达到设计要求，装置能耗一直居高不下。为了彻底解决这一问题，有效降低能耗，1999年对该锅炉进行了技术改造。改造后，锅炉发汽量由25.7t/h增加到53.8t/h；烟机背压由30KPa降至10KPa主风机电流也因此由120A降至90A,装置能耗（以单位原料油所消耗的标油计，下同）从84.9kg/t降至66.9kg/t，取得了显著的节能效果及经济效益。1．余热锅炉概况及工艺流程1．1余热锅炉概况余热锅炉型号为Q108/510-42-3.82/410，是1台利用烟气轮机尾气的中温中压强制循环型锅炉，设计能力为中压过热蒸汽42t/h。总体结构是由过热器、蒸发段和省煤器组成。锅炉受热面分为过热器受热面、蒸发受热面及省煤器受热面。蒸发受热面回收油浆及再生器热量完成蒸发吸热，过热器受热面及省煤器受热面吸收烟气轮机尾气的热量。过热器及省煤器均为对流受热面，采用蛇形管，顺列布置在烟气对流竖井中，烟气横向逆流冲刷受热面。过热器分为两级，在一、二级过热器之间设置了表面式减温器，用来调节过热蒸汽温度。省煤器分为低温级省煤器与高温级省煤器。2工艺流程2.1烟气流程再生器来的700C左右高温烟气经烟气管道进入三级旋风分离器脱除少量的催化剂，净化后的烟气送至烟气轮机做功，做功后的 510C烟气由烟机出口进入余热锅炉，经过热器、省煤器换热后，温度降到 180C左右排入烟囱放空。1.2.2汽水流程自热力除氧器V-702来的105C的除氧水一路进入省煤器段与烟气换热后送至外取热器T-103，另一路去油浆蒸汽发生器E-208A/B，此两路循环水换热后皆返回汽包V-701，其上部出来的饱和高压蒸汽去余热锅炉B-701过热器段，通过和高温烟气换热，产生3.8MPa的过热蒸汽并入蒸汽管网。锅炉运行工况余热锅炉系统随装置建成并投入运行以来 ，由于自身存在着设计欠缺，一直处于低效运行状态，1996年〜1999年余热锅炉各项主要操作参数说明了这一问题。具体运行工况见表1:表1余热锅炉运行工况项目设计值主要操作参数1996年1997年1998年1999年烟气流量/ （m•h1）10680076752784357862481120锅炉入口烟气温度/c510521519520517排烟温度/c180251.3298.4326.7341过热蒸汽温度/c410394.2390.9387.5385过热蒸汽流量/（t•h1）4235.730.226.425.7省煤器上水温度/c105101129.7112.999运行中存在的主要问题及原因分析省煤器泄漏运行中由于省煤器区域水的总体流向与烟气流向相反，因此省煤器进水部位是烟气温度最低的部位，在锅炉上水温度为设计值105C时，省煤器进水部位钢管壁温总在135C左右，正好处在烟气露点腐蚀的壁温范围（装置核定烟气露点温度为140C）,导致省煤器低温级炉管露点腐蚀严重，炉管频繁泄漏，致使省煤器低温级炉管长期不能投用。炉管积灰严重进入余热锅炉的再生烟气中夹带0.6〜1.0g/m3微球硅酸铝催化剂，粒度在4〜20丽这些微小催化剂颗粒被高速的烟气携带冲刷受热面钢管时，会粘附在钢管外壁。由于原设计中没有除尘设施，因此不能及时除去钢管外壁的催化剂，同时由于省煤器炉管泄漏，漏进的水更使得钢管外壁粘附的微小催化剂颗粒越积越厚，甚至结成硬块，无法除去。造成锅炉受热面吸热效率下降，烟气余热回收率降低，导致产汽量低，仅为设计值的61%排烟温度在330E以上，大量余热浪费；锅炉本体烟气阻力升高，烟机出口压力升高，一部分压力能损失，烟机机组耗电量增加。技术改造措施针对该余热锅炉在运行中暴露出的问题，炼油厂决定将该台余热锅炉的过热器及省煤器系统改造，全部更换过热器及省煤器受热面，包括过热器及省煤器集箱，重新设计过热器及省煤器，由南京锅炉厂重新设计并负责制造及施工，在1999年装置大修期间，对该锅炉实施了技术改造，主要从几个方面进行了改造。4.1改进布局结构对余热锅炉的本体结构进行改造，更换省煤器、过热器受热面，包括水联箱和蒸汽联箱，过热器及省煤器受热面分别由原来的 1266.22m2和1179.42m2扩大为1668斥和2676吊，降低余热锅炉整体压降，提高换热能力。省煤器炉管管束由原来的顺列布置改为错列布置， 在省煤器管束四周装设烟气挡板，并减小省煤器蛇形管束横向节距，将高温级S=82mm低温级S=92mm改造为高温级S=65mr，低温级S=57mm提高烟气流速，减轻炉管积灰现象。将低温级省煤器的低温组设计为整体结构，便于出现泄漏时能够将泄漏炉管切出维修与更换，避免在检修时将余热锅炉整体停炉检修的被动局面。改变原炉管排列结构及炉管型式，过热器由蛇形管双绕改造为高温级过热器采用蛇形管双绕，低温级过热器为蛇形管单绕；高低温级省煤器均采用蛇形管单绕,省煤器使用螺旋翅片管，使烟气热量合理的分布在过热器及省煤器，提高省煤器炉管壁温。采用4个声波吹灰器，分别布置在高低温级省煤器的两组之间及高低温级过热器的两组之间，以清除受热面上的积灰。提高材质等级高温级过热器15CrMo合金钢炉管改为最高使用壁温达580C的12Cr1MoV(GB5310合金钢管，低温级过热器全部采用20G高压锅炉管，提高炉管的抗高温性能，避免高温对过热器炉管造成的破坏。省煤器炉管全部更换为耐腐蚀的DN钢材质管，增强炉管的耐腐蚀性。改进工艺流程低温级省煤器两组之间增设给水旁路，一旦低温组省煤器出现泄漏，可将低温组给水切断，直接向高温组给水，保证锅炉运行正常，待检修期再修复损坏的省煤器。5．改造后运行情况及对比分析余热锅炉改造后，在1999年8月6日随着装置的开工，余热锅炉系统投入正常运行，经过一年多的运行，余热锅炉运行工况一直保持良好，在余热锅炉入口烟气流量及温度未发生明显变化的情况下，锅炉发汽量达到了 55t/h，其排烟温度始终控制在设计要求的＜2000，同时余热锅炉的设备阻力降得到有效降低，烟机背压降至8〜10KPa基本达到了设计工况8KPa的标准。余热锅炉改造前后的主要设计及操作参数对比情况见表2。表表2余热锅炉改造前后的主要设计及操作参数项目设计值操作值改造前改造后改造前改造后烟气流量/(mbh1)1068001168008112074880锅炉入口烟气温度/C510510517515排烟温度/c180180341195过热蒸汽压力/MPa3.823.823.83.94过热蒸汽温度/c410410385398过热蒸汽流量/(t•h1)425525.753.8省煤器上水温度/c10515099123.52000年装置的大修，在对余热锅炉的检查中，锅炉过热器及省煤器炉管均完好无损，无一处泄漏及变形，与1999年大修中有13根炉管泄漏且多处变形的状况相比有了彻底的改变。在对炉管积灰情况进行的检查中，发现炉管表面只是轻微积灰，管壁上仅仅粘附一层疏松的催化剂颗粒，极易清除，而 1999年检修中管壁上则是厚厚一层较为坚硬的催化剂硬壳，说明由于积灰严重影响锅炉运行的问题已得到了较为彻底得解决，改造后锅炉运行中排烟温度由 341C降至195C也说明这一点。余热锅炉改造前后炉管泄漏、积灰及运行周期对比参见表 3。表3余热锅炉改造前后炉管泄漏、积灰及运行周期对比炉管泄漏炉管积灰运行周期改造前13 根3〜5mm3个月改造后无表面浮灰18个月无检修余热锅炉不能长周期、满负荷运行是催化裂化装置能耗长期居高不下的重要原因。余热锅炉改造投产后运行良好，各项参数基本达到设计指标，改变了1996〜1999年以来随着余热锅炉工况的恶化导致产汽量逐步下降的情况， 2000年产汽量创历史最好记录53.8t/h，装置每小时可以外送中压蒸汽20t，余锅本体的阻力降得到降低。烟机工况得到优化，提高了烟机的效率，烟机机组电机电流降低。装置能耗创投产4年以来的新低，达到66.9kg/t，装置能耗首次达标，可见余热锅炉改造取得了较为显著的节能效果。 余热锅炉改造前后烟机工况对比情况见表4。表4余热锅炉改造前后烟机工况对比烟机背压设计值/kpa烟机背压实际值/kpa电机电流/a改造前820〜30 110〜120改造后88〜1080〜90通过余热锅炉系统改造，提高了烟气余热利用率，与改造前相比，改造后余热锅炉系统每小时可多产3.8MPa蒸汽约25t，烟机机组耗电量降低。在装置负荷不变的情况下，仅多产蒸汽一项每年可直接增加经济效益折合人民币约1800万元/年（25t/hX90元/tX8000t/年=1800万元/年）。同时，余热锅炉的良好运行，有利于反再系统的热平衡，满足多掺炼渣油的生产工艺需要，还可进一步提高装置运行的经济效益，由此可见，本次余热锅炉的改造效益十分显著。6.结论本次余热锅炉的技术改造是成功的，节能效果显著，经济效益良好。其中主要在以下几个方面取得了较好的效果。改造后的余热锅炉本体布局结构合理，使得烟气热量得到合理分布，有效的提高了烟气余热的回收利用。炉管材质选择得当，DN钢是近几年研制出的一种具有良好抗低温腐蚀的材质，它是通过控制钢的成分，尤其是加入少量CuCr来达到抗腐蚀能力的。本次余热锅炉改造中省煤器低温段炉管采用的新型材料 DN钢的应用成功证明了其抗含硫烟气的低温腐蚀方面性能较好。省煤器使用螺旋翅片管，在锅炉上水温度仅为123.5C,并未达到设计要求的150C的情况下，长周期运行仍未出现炉管泄漏，说明螺旋翅片管的换热能力较强，能够保持较高的管壁温