提高催化裂化CO煙氣余熱鍋爐效率探討

摘要：文章通過對(duì)140萬噸/年催化裂化CO煙氣余熱鍋爐效率的實(shí)例計(jì)算分析，評(píng)估計(jì)算的不確定因素和準(zhǔn)確度，提出節(jié)能優(yōu)化措施及長(zhǎng)周期安全運(yùn)行方案。

關(guān)鍵詞：余熱鍋爐；CO煙氣；節(jié)能降耗；熱效率；催化裂化 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK229 文章編號(hào)：1009-2374（2015）13-0031-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.016

在煉廠余熱鍋爐日常運(yùn)行管理中，除了確保鍋爐安全長(zhǎng)周期運(yùn)行，節(jié)能降耗尤為重要，而且鍋爐作為耗能大戶，也直接影響著經(jīng)濟(jì)效益，因此，如何有效提高鍋爐熱效率是鍋爐管理的重要職責(zé)，同時(shí)余熱鍋爐檢查評(píng)比過程中，效率測(cè)算也是重要考核指標(biāo)，但如何正確計(jì)算和評(píng)價(jià)余熱鍋爐效率卻極為不易。本文以兩臺(tái)典型75t/h催化裂化CO煙氣余熱鍋爐為例，通過對(duì)效率的計(jì)算分析，期望提出余熱鍋爐運(yùn)行優(yōu)化方案進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本裝置于1999年建成投產(chǎn)，額定蒸發(fā)量75t/h，設(shè)計(jì)工況下燃料為催化再生CO煙氣和煉廠干氣，當(dāng)催化裂化裝置停運(yùn)時(shí)燃用燃料油，由于公司內(nèi)沒有其他動(dòng)力鍋爐，此兩臺(tái)鍋爐承擔(dān)著催化裂化CO煙氣的余熱回收功能，同時(shí)也作為動(dòng)力鍋爐保證全公司系統(tǒng)管網(wǎng)用汽。

1 鍋爐熱效率基本概念

1.1 鍋爐熱平衡

在穩(wěn)定工況下，鍋爐輸入熱量與輸出熱量及各項(xiàng)熱損失之間的熱量平衡。以1kg固體或液體燃料或0℃、0.1MPa的1m3氣體燃料為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。熱平衡方程為：

Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6kJ/kg

式中：Qr為鍋爐輸入熱量；Q1為鍋爐有效利用熱量；Q2為排煙熱損失；Q3為氣體不完全燃燒熱損失；Q4為固體不完全燃燒熱損失；Q5為鍋爐散熱損失；Q6為其他熱損失。

1.2 鍋爐熱效率

正平衡法：鍋爐有效利用熱與鍋爐送入熱量之比：

η=（Q1/Q2）×100%。

反平衡法：求出各項(xiàng)熱損失后，用下式求得鍋爐的熱效率：

η=100-（q2+q3+q4+q5+q6）%。

優(yōu)缺點(diǎn)：鍋爐正平衡法簡(jiǎn)單易行，用于熱效率較低的工業(yè)鍋爐（η<80%）時(shí)比較準(zhǔn)確；反平衡法較復(fù)雜，但通過各項(xiàng)熱損失的測(cè)定和分析，可以找出提高鍋爐經(jīng)濟(jì)性的途徑。

1.3 鍋爐凈效率

鍋爐熱效率扣除鍋爐機(jī)組自用電耗折算的熱損失和鍋爐本身消耗的熱能之后的效率，即：

ηj=η-△η（%）

式中：△η為自用汽水及電能折算成熱量后占輸入鍋爐熱量的百分?jǐn)?shù)；η為鍋爐熱效率；ηj為鍋爐凈效率。

2 實(shí)例裝置設(shè)計(jì)熱力計(jì)算參數(shù)

第一，設(shè)計(jì)燃料：再生CO煙氣、燃料油、煉廠干氣。

第二，設(shè)計(jì)煙氣成分（體積百分比）：O2=0.17；N2=69.78；CO=4.26；CO2=11.87；SO2=0.07；H2O=13.86；再生CO煙氣溫度：500℃；壓力：5kPa；流量：144000m3/h。

第三，設(shè)計(jì)熱效率：設(shè)計(jì)工況：（55+20）t/h，98%CO+2%干氣，效率82%。校核工況A：50t/h，燃料油，效率92.98%。校核工況B：75t/h，燃料油，效率92.46%。校核工況C：（49+16）t/h，98%CO+2%干氣，效率81.68%。

3 實(shí)例裝置運(yùn)行參數(shù)熱力計(jì)算

3.1 煉廠干氣熱值計(jì)算

選取煉廠內(nèi)LIMS網(wǎng)上3月11日數(shù)據(jù)，干氣成分及其發(fā)熱值如下：

H2：25.19%，10794kJ/m3；CH4：28.2%，35906kJ/m3；C2H4：10.35%，59482kJ/m3；C2H6：12.79%，64397kJ/m3；C3H6：0.37%，87667kJ/m3；C3H8：0.11%，93244kJ/m3；C4H8：0.24%，117695kJ/m3；C4H10：0.1%，123649kJ/m3；C5H12：0.06%，156733kJ/m3；CO：2.66%，12644kJ/m3；CO2：1.66%；N2：18.27%。

據(jù)以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出干氣體積熱值為28500.69kJ/m3，質(zhì)量熱值為33722.84kJ/m3。

3.2 鍋爐正平衡熱效率

根據(jù)運(yùn)行記錄，接班干氣累計(jì)5539，交班干氣累計(jì)5616，當(dāng)天干氣消耗77t。

接班蒸汽累計(jì)53599（A）57590（B），交班蒸汽累計(jì)54482（A）58504（B），當(dāng)天總發(fā)汽量1797t。

催化總煙氣量144000m3/h，顯熱493.4kJ/m3，CO放熱302.1kJ/m3，可計(jì)算出煙氣總熱量114552kJ/h。

查表得：420℃、3.5MPa蒸汽焓：3267.5kJ/kg；127℃、5.4MPa給水焓：535kJ/kg；3.6MPa爐水焓：1047.3kJ/kg；據(jù)公式可計(jì)算出正平衡效率92.02%。

3.3 鍋爐反平衡熱效率

根據(jù)干氣和CO煙氣數(shù)據(jù)：

第一，可計(jì)算得理論空氣量為7.1869m3/m3；二氧化物容量0.819m3/m3；理論氮?dú)馊萘?.8603m3/m3；理論水蒸氣容量1.5560m3/m3；從而算得理論煙氣量8.2353m3/m3。

第二，取煙氣氧含量為2.5%，則過剩空氣系數(shù)1.13513；則實(shí)際煙氣量9.22220m3/m3。

第三，取排煙溫度168℃，查表：CO2焓值297.16kJ/m3；氮?dú)忪手?18.4kJ/m3；水蒸氣焓值255.04kJ/m3；空氣焓值26.4kJ/m3。從而可計(jì)算出理論煙氣焓1920.120kJ/m3；實(shí)際煙氣焓1945.759kJ/m3。endprint

第四，則計(jì)算可得鍋爐排煙熱損失0.060713m3/m3。

第五，取煙氣中CO含量0.1%，可得出化學(xué)不完全燃燒熱損失0.003632m3/m3。

第六，根據(jù)燃油燃?xì)忮仩t經(jīng)驗(yàn)，選取排煙熱損失為0.008m3/m3，機(jī)械損失為零。

第七，綜合以上數(shù)據(jù)，可得出反平衡熱效率92.77%。

鍋爐效率只有一個(gè)，通常正、反平衡熱效率差值小于4%即符合要求，以上計(jì)算結(jié)果符合規(guī)定；因此我們選取正、反平衡的均值92.4%作為鍋爐熱效率。

為了更好地監(jiān)測(cè)鍋爐運(yùn)行情況，采用便攜式煙氣分析儀定期進(jìn)行測(cè)量，分析儀測(cè)出當(dāng)天鍋爐熱效率為91.7%，與上述計(jì)算結(jié)果一致。

3.4 鍋爐凈效率

選取兩臺(tái)鍋爐主要能耗數(shù)據(jù)：當(dāng)天耗電11833.5kWh，當(dāng)天耗汽132.6t，電力（等價(jià)）為11826kJ/kWh，從而可算出鍋爐凈效率82.6%。

3.5 引入經(jīng)驗(yàn)公式

由于CO鍋爐有其特性，其效率計(jì)算沒有非常準(zhǔn)確的方法，資料顯示，石家莊煉化曾做過CO鍋爐效率分析，提出經(jīng)驗(yàn)公式：

η=95.7-0.091D-0.26O2-0.048T+0.00042G

式中：D為鍋爐蒸發(fā)量；O2為煙氣含氧量；T為排煙溫度；G為干氣流量。

根據(jù)實(shí)例煉廠數(shù)據(jù)，D=68，O2=2.5，T=166，G=3796.8，則η=83.5%。

4 計(jì)算過程中不確定因素

（1）75t/h鍋爐原設(shè)計(jì)為催化裂化余熱鍋爐，因此其熱效率計(jì)算按照電站鍋爐反平衡算法，會(huì)存在效率偏高現(xiàn)象；（2）利用正平衡算法過程中，由于對(duì)CO煙氣沒有完全的成分分析，而煙氣量也為估計(jì)值，因此煙氣熱值計(jì)算會(huì)有一定的誤差；（3）鍋爐凈效率計(jì)算中，對(duì)于整個(gè)鍋爐系統(tǒng)，仍有其他消耗未精確計(jì)算在內(nèi)，實(shí)際凈效率應(yīng)該比這個(gè)結(jié)果偏小；（4）該計(jì)算中所用部分?jǐn)?shù)據(jù)為兩臺(tái)鍋爐共用數(shù)據(jù)，由于鍋爐負(fù)荷較低，其效率也會(huì)比以上計(jì)算結(jié)果偏低；（5）熱效率計(jì)算過程本身存在不確定因素較多，以上計(jì)算中選取的數(shù)據(jù)波動(dòng)對(duì)計(jì)算結(jié)果有一定影響。

5 建議優(yōu)化運(yùn)行方案

通過以上計(jì)算分析，可知實(shí)例鍋爐熱效率為92.4%，與便攜式分析儀測(cè)量結(jié)果存在很小偏差，能夠反映鍋爐運(yùn)行實(shí)際情況，而鍋爐實(shí)際凈效率為82.6%，與同類經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果相差較小，也進(jìn)一步印證了以上計(jì)算的準(zhǔn)確性，但是上述結(jié)果與同類企業(yè)的運(yùn)行數(shù)據(jù)相比仍有一定差距，說明該余熱鍋爐存在挖潛增效點(diǎn)，建議實(shí)施以下運(yùn)行優(yōu)化方案：（1）充分利用CO煙氣，提高給水預(yù)熱器出水溫度，在確保不發(fā)生露點(diǎn)腐蝕的情況，適當(dāng)降低排煙溫度；（2）充分利用現(xiàn)有設(shè)備，加大余熱資源的利用，減少鍋爐自耗蒸汽量；（3）根據(jù)氣溫變化和汽量增減，及時(shí)切換大小風(fēng)機(jī)和水泵等設(shè)備，減少電能消耗；（4）合理配風(fēng)，加強(qiáng)低負(fù)荷下的燃燒調(diào)整，減少不完全燃燒熱損失；（5）加強(qiáng)鍋爐和蒸汽系統(tǒng)的保溫管理，減少不必要的散熱損失；（6）合理控制排污，加強(qiáng)泄漏檢查和處理，減少各種泄漏損失。

6 結(jié)語

節(jié)能降耗、綠色低碳是當(dāng)今社會(huì)的主題，更是鍋爐運(yùn)行的核心，如何充分利用有效的熱能，是值得深思的課題。最后也希望所有用汽人員使用蒸汽的過程中力求做到“合理使用、用有所值”，真正實(shí)現(xiàn)碧水藍(lán)天、和諧生活。

參考文獻(xiàn)

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[3] 車德福，等.鍋爐[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：張賀強(qiáng)（1978-），男，河南遂平人，青島石油化工有限責(zé)任公司工程師，在職研究生，研究方向：熱能工程與煙氣脫硫脫硝、鍋爐及汽輪機(jī)運(yùn)行管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）endprint