余熱鍋爐系統節能技術改造

王振興 曲弘民(青島安邦煉化有限公司 266111)

一、工程概況

某鍋爐為了對燃燒煙氣中的CO之后產生的化學能以及高溫余熱進行回收，在鍋爐系統設置了一臺專門的CO焚燒余熱鍋爐，主要功能在于發生過熱蒸汽。該鍋爐的汽水原則設計流程為：除氧水→省煤器斗取熱盤管以及鍋爐蒸汽發生區間→過熱段。煙氣發生原則為：再生煙氣→預燃室→過熱器→蒸發段→高溫省煤器→低溫省煤器→煙囪。

后來，因為該廠的催化裂化的工藝進行了革新，生產所使用的原料從之前的傳統重油改為了精煉蠟油。這時，CO焚燒余熱鍋爐從之前不完全再生方式改為了完全再生方式，即在整個生產催化過程中將不再生成CO。為了保證所設置的鍋爐系統依然能夠生產出達到對應標準的過熱蒸汽，需要對該焚燒鍋爐進行技術改造。即通過在鍋爐的絕熱預燃室中補充適當燃氣的方式來提高煙氣的整體溫度，這樣就能夠保證鍋爐過熱蒸汽溫度達到標準。

二、余熱鍋爐運行過程中存在的主要問題

1.過熱器傳熱面積不足

鍋爐系統設置的催化裂化裝置在完成了催化劑的再生之后，進入到焚燒鍋爐的煙氣溫度從改造前的1000℃下調至500℃。這時，通過過熱器前后蒸汽的傳熱溫差明顯下降，這使得鍋爐生產過熱蒸汽的整量下降。當前，焚燒余熱鍋爐每小時產生標準的3.5MPa蒸汽量僅為14t，通過催化裂化取熱盤管獲得的標準3.5MPa飽和蒸汽量為40t。但是，當前余熱鍋爐只具有每小時30t的過熱蒸汽產能，同時將不足產能采用產生1.0MPa蒸汽的方式進行生產。

2.省煤器傳熱面積偏小

當催化裂化裝置催化劑改成完全再生之后，取熱盤管的蒸汽產生量明顯下降，進入省煤器余熱的除氧水總量也明顯下降，造成了鍋爐實際運行過程中產生的煙氣溫度過高的問題。為了降低煙氣溫度，雖然在之前采用了停止使用除氧水給水預熱器的方式來降低除氧水溫度的方式，在一定程度上增大了換熱溫差，提高了熱傳動力，但是煙氣溫度宜人從185℃提高到了215℃，導致煙氣溫度中消耗了大量熱量。

3.省煤器泄漏問題嚴重

省煤器由于露點腐蝕而存在著較為嚴重的泄漏問題，其中2013年就出現了9次，直接影響到了余熱鍋爐的運行穩定性以及整體運行效率，必須對之進行改造。而導致煤器泄漏的主要原因是：在生產過程中，為了提高經濟效益，所用原料中的S含量持續增加，使得催化裂化裝置的進料中S含量同步增加，而再生煙氣當中的S含量自然隨之而升高。這造成了省煤器生產運行過程中容易出現較為嚴重的腐蝕問題。

三、余熱鍋爐系統節能技術改造措施

1.省煤器改造技術措施

為了增加省煤器的傳熱面積，將之前采用的三段面改成了四段面，其中(高、低溫各設置兩段)，將高溫省煤器上下傳熱面以及低溫省煤器設計制作成為了一個箱體模塊，并將之設置在之前蒸發段設備結構的下部。為了增加省煤器的傳熱面，在其結構設計過程中使用了翅片管結構，整體管路的管徑為42mm，且將其材質選擇為20G鋼。為了增加翅片的散熱速度，翅片的材質為ST12鋼。整體管束的布置方式為蛇形水平布置方式，且對彎頭使用了全氬弧焊焊接方法，并在箱體上部橫梁處設置了蛇形的受熱面。這些措施顯著增加了受熱面積，提高了熱效率。

同時，在設計工作中將低溫省煤器設計制作成為了一個相對獨立的功能模塊，并將該結構布置在水平煙道的中間部分，并通過鋼架將之進行支撐，保證了其穩定性。結構的傳熱面使用了翅片管結構形式，翅片管的基本管徑也是42mm，管束的布置方式為蛇形水平方式布置。為了避免因為低溫露點而導致的腐蝕問題，特意選擇ND鋼作為翅片管的基材，并使用ST12鋼作為翅片材質。

另外，為了避免煙氣泄露的問題，在所有穿墻管和外護板處都設置了金屬膨脹節密封環。整個系統模塊直接在生產過程中完成拼接與組裝工作，并做好水壓試驗，最后直接進行整體安裝，最后再進行整體的外保溫操作。

2.控制排煙溫度，提高鍋爐熱效率

在節能改造過程中，通過平衡尾部煙氣熱量、降低排煙溫度的方式是提高余熱鍋爐熱效率的重要途徑。在具體的改造實施過程中，將油漿蒸發器、外取熱器汽包給水以及余熱鍋爐給水同時送入到省煤器中余熱。考慮到油漿蒸發器與外取熱器介質屬于典型的飽和汽水混合物換熱，所以在其給水溫度上升之后只會增加油漿蒸發器以及外取熱器飽和蒸汽的總產量，而不會影響到油漿蒸發器與外取熱器的整體取熱能力。為了避免高溫省煤器出水沸騰度過高問題出現，將之前的低壓蒸汽一空氣加熱器位置處設置了水熱媒空氣換熱器，充分利用低溫省煤器的出口高溫水進行加熱，有利于熱效率的提高。在改造之后，風溫從之前的100℃提高到了170℃，同時還能夠對煙氣燃燒進行穩定。為了滿足裝置負荷的波動需求以及原料油質的變化，避免省煤器出現低溫露點腐蝕的問題，特意在系統中增加設置了給水預熱器，充分利用省煤器出口處的高溫水對省煤器進口的低溫水進行預熱，將省煤器進水溫度提高到了140℃，有效的解決了省煤器存在的露點腐蝕問題，保證了過熱的穩定運行。

3.其他改造措施

將完成技術個性之后的噴水減溫器設置在系統之前設置噴水減溫器的部位，并將減溫水調節閥門設置在減溫器管路當中，提高了調節響應速度。所采用的噴水減溫器是多級霧化噴嘴結構，其最大的噴水量達到了8t/h，且最大的減溫范圍達到了120℃。同時，增加設置了1臺流量在80-100t/h的除氧水給水泵，用作備用設備，為提高系統的穩定性起到了一定的作用。

四、節能改造效果

在對余熱鍋爐進行節能改造之后，該余熱鍋爐系統已經通過了8個月的穩定運行考研，在整個運行過程中表現出了良好的工況。當余熱鍋爐的入口煙氣流量以及溫度不發生明顯改變的情況下，經過節能改造之后的鍋爐蒸汽溫度能夠持續維持在400℃以上，能夠滿足生產需要。

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