勝利煉油廠重油催化裝置余熱鍋爐改造設計

孫進斌(上海寧松鍋爐設備有限公司,上海201605)

勝利煉油廠重油催化裝置余熱鍋爐改造設計

孫進斌
(上海寧松鍋爐設備有限公司,上海201605)

近幾年來，隨著空氣質量逐漸惡化，霧霾天氣現象的出現頻率越來越高。霧霾主要由SO2、氮氧化物和可吸入顆粒物這三項組成。減少污染源、削減大氣污染物是解決霧霾的根本之道。我國“十二五”規劃綱要提出：單位國內生產總值能源消耗降低16%，單位國內生產總值CO2排放降低17%。SO2排放減少8%，氮氧化物排放減少10%；國家環境保護部最新制定的《石油煉制工業污染物排放標準》中規定煉油企業大氣污染物排放限值，有機廢氣收集處理排放口的SO2、氮氧化物和顆粒物含量，分別不能大于100mg/m3、100mg/m3和50mg/m3。煙道式余熱鍋爐系指那些利用各種廢氣、廢料、廢液中的顯熱或（ 和）可燃物質作為熱源（可加補燃），且熱源呈常壓、負壓或微正壓的鍋爐。余熱鍋爐的應用對提高工業企業熱能有效利用，節約燃料，降低生產成本，減少大氣污染等方面起著十分重要的作用。

裝置;改造;特點

勝利煉油廠80萬噸/年重油催化裝置余熱鍋爐與裝置外取熱器和油漿蒸發器組成一套中壓蒸汽發生、過熱系統。該余熱鍋爐除過熱自產少量中壓飽和蒸汽外，主要過熱外取熱器和油漿蒸汽發生器產生的中壓飽和蒸汽，該余熱鍋爐除預熱自身鍋爐汽包上水外，還預熱外取熱器和油漿蒸發器汽包上水。2006年4月，因為省煤器換熱管發生腐蝕穿孔，導致停爐搶修。由我公司對省煤器進行了改造，通過增設給水預熱器等措施，使省煤器實際進水溫度提高至150℃，消除了省煤器低溫露點腐蝕。排煙溫度一直穩定在185℃左右，節能效果良好。

隨裝置操作工藝條件變化，裝置外取熱器、油漿蒸發器中壓飽和蒸汽產量增加，加上原設計余熱鍋爐過熱器結構不合理，過熱能力不足，導致過熱器出口過熱蒸汽溫度低于380℃，蒸汽品質偏低；隨環保要求提高，該裝置擬增設再生煙氣脫硫單元，余熱鍋爐煙氣出口背壓將由目前的微負壓變為4KPa左右，原余熱鍋爐對流蒸發器為上下鍋筒對流管束結構，煙氣密封困難，目前煙氣泄漏已經很嚴重，一旦余熱鍋爐出口煙氣壓力提高至4KPa，余熱鍋爐爐體壓力將達到7KPa左右，煙氣泄漏將更為嚴重。鑒于以上原因，為了提高余熱鍋爐過熱蒸汽出口溫度，提升余熱鍋爐爐體耐壓能力和煙氣密封性能，需要對該余熱鍋爐過熱器及對流蒸發器進行節能改造。

1 改造內容

1.1 改造基礎數據

序號　名稱　單位正常工況　備注1再生煙氣量　Nm3/h　126260 2　余熱鍋爐進口煙氣溫度　℃　465 3　中壓蒸汽總產量　t/h　65 4　中壓飽和蒸汽壓力　MPa　4.22 5　中壓過熱蒸汽出口壓力　MPa　3.82 6　中壓過熱蒸汽出口溫度　℃　415 7　余熱鍋爐爐體耐壓　KPa　10 8煙氣成分V%　CO2:13.11 /N2:74.18/ H2O:9.11 O2:3.6

1.2 改造目的及措施

本次余熱鍋爐節能改造主要達到4個目的:（1）提高余熱鍋爐過熱能力，確保過熱蒸汽溫度。（2）采用強制循環蒸發器，取消原對流管束及上、下鍋筒結構，提高余熱鍋爐爐體耐壓能力，避免煙氣泄漏，確保煙氣脫硫后余熱鍋爐長周期安全運行。（3）降低排煙溫度，提高鍋爐效率，降低后續脫硫單元水耗。（4）完善吹灰措施，確保余熱鍋爐長周期高效運行。改造措施如下:（1）拆除原四組過熱器受熱面，在該空間位置布置新設計的三個模塊式翅片管過熱器（其中高溫過熱器一組，低溫過熱器兩組），換熱元件由光管改為翅片管，順排布置，增加換熱面積，強化換熱，提高余熱鍋爐蒸汽過熱能力。(2)拆除原上、下鍋筒、對流蒸發管束及爐墻護板，在該空間位置布置新設計的一個模塊式強制循環蒸發器和一個模塊式翅片管高溫省煤器，改造后的余熱鍋爐不設鍋筒，操作簡單。(3)原三個省煤器模塊改為低溫省煤器，并對該三個省煤器箱體、人孔及鍋爐煙道等進行改造加固，使改造后的余熱鍋爐爐體耐壓達到10KPa，確保煙氣密封良好不泄漏，滿足新增煙氣脫硫單元要求。(4)原給水預熱器利舊，利用低溫省煤器出口高溫水加熱低溫省煤器進口低溫水，使省煤器實際進水溫度提高至140℃左右，提高省煤器最低管壁溫度，徹底消除省煤器低溫露點腐蝕。(5)本次余熱鍋爐改造基礎不動，主體鋼架利舊并進行局部加固。改造后余熱鍋爐總圖見下圖。

1.3 改造后余熱鍋爐工藝流程說明

（1）煙氣流程。余熱鍋爐煙氣流程基本不變。煙機出口排出的再生煙氣，經水封罐后分兩路進余熱鍋爐，一路為主路，經主路蝶閥從頂部進入余熱鍋爐高溫過熱器；另一路為旁路，經旁路蝶閥繞過過熱器進入余熱鍋爐，與余熱鍋爐過熱器出口的主路煙氣相混，再一起進入余熱鍋爐強制循環蒸發器、高溫省煤器和低溫省煤器，最后進后續脫硫單元。（2）中壓蒸汽流程。余熱鍋爐自產飽和蒸汽、裝置外取熱器和油漿蒸發器產中壓飽和蒸汽一起進余熱鍋爐過熱器進行過熱。高溫過熱器出口噴水減溫器利舊，與旁路煙道蝶閥一起，控制余熱鍋爐過熱蒸汽出口溫度在設定值415℃左右。（3）中壓除氧水流程。鍋爐給水進給水預熱器管程預熱，溫度升至140℃后依次進余熱鍋爐低溫省煤器（三組，利舊）取熱，低溫省煤器出口高溫水進給水預熱器殼程，然后進高溫省煤器取熱，高溫省煤器出口高溫水經調節閥進裝置外取熱器和油漿蒸發器汽包上水。（4）強制循環蒸發器汽水流程。由于目前余熱鍋爐自產飽和蒸汽量僅為2t/h左右，加上熱水循環泵具有一定裕量，因此本次改造取消余熱鍋爐鍋筒，從熱水循環泵出口分出一路（DN150，75t/h）進余熱鍋爐強制循環蒸發器；強制循環蒸發器出口的汽水混合物與外取熱器出口汽水混合物一起進外取熱器汽包。取消余熱鍋爐鍋筒后，余熱鍋爐無液位控制、排污、爐水控制等，操作十分方便。

1.4 改造后余熱鍋爐性能參數

表1 改造后余熱鍋爐熱力計算結果匯總

表2 給水預熱器（利舊）性能參數

1.5 激波吹灰器改造與完善

目前余熱鍋爐省煤器和過熱器設置了激波吹灰系統（以乙炔為動力源），其中：原省煤器布置了12臺，過熱器布置了9臺。本次改造后仍采用激波吹灰。其中：高溫過熱器布置6臺，低溫過熱器（二模塊）、強制循環蒸發器、高溫省煤器和低溫省煤器（三個模塊）每個模塊布置4臺，一共布置34臺激波吹灰器。本次改造原21臺激波吹灰器移位利舊，新增13臺激波吹灰器，另外原吹灰系統吹灰器噴管與爐墻連接處煙氣密封較差，存在煙氣泄漏。需要對其進行密封改造。

1.6 鍋爐加固密封改造

考慮煙氣脫硫單元，余熱鍋爐爐出口煙氣背壓將提高至4kPa以上，為了確保爐體煙氣耐壓能力，需要對余熱鍋爐爐體和煙氣密封結構進行加固改造。加固改造的具體內容有：（1）自鍋爐煙氣入口至鍋爐煙氣出口整臺鍋爐爐墻未更新的每個面（包括爐頂和爐底）的外護板上型鋼圍成的所有方框結構，都需要加固加強。（2）低溫省煤器至鍋爐出口煙道之間的箱體、煙道需整體加強以滿足爐體煙氣耐壓及密封需要。該部分用角鋼加強。

1.7 余熱鍋爐改造前后數據比較

表3 余熱鍋爐改造前后數據比較

2 改造特點

（1）本次改造的所有受熱面均采用模塊化箱體結構，全部受壓元件的組焊均在鍋爐廠完成，現場組裝，實現工廠化制造，確保產品質量，縮短現場安裝工期；

（2）所有受熱面均采用優化設計的螺旋翅片管作為換熱元件，增加了受熱面積，降低了流動阻力，同時配以特制的小R180?彎頭，減小了余熱鍋爐各段體積，換熱效果好。確保余熱鍋爐過熱能力提高至65t/h，過熱蒸汽溫度提高至415℃；

（3）所有受熱面的換熱管均采用順排結構，便于清灰和降低煙氣流動阻力；

（4）取消余熱鍋爐鍋筒，采取強制循環蒸發器替代原雙鍋筒對流蒸發器，既提高爐體耐壓能力，又有效解決對流蒸發管束積灰問題；

（5）利舊原給水預熱器，利用低溫省煤器出口高溫水加熱低溫省煤器進口低溫水，使省煤器實際進水溫度提高至140℃左右，提高省煤器最低管壁溫度，徹底消除省煤器低溫露點腐蝕；

（6）改造后除高溫過熱器模塊采用內保溫外，其余低溫過熱器、強制循環蒸發器、高溫省煤器模塊均采用外保溫，便于安裝、檢修和避免爐壁腐蝕；

（7）所有受熱面均布置脈沖激波吹灰器，有效防止催化劑粉塵靜電吸附在余熱鍋爐受熱面，確保余熱鍋爐長周期高效運行，吹灰器采用PLC控制，定期吹灰。

3 結論

重催裝置余熱鍋爐通過對過熱器及蒸發器進行改造后，運行一年多來, 能夠連續、穩定、高效運行，為企業節能降耗、環保做出了較大貢獻，受到了用戶的好評。余熱鍋爐作為化工生產中一個重要的工藝環節，同時還兼作生產中的動力裝置，其運行的安全和可靠性直接影響著整個裝置的生產周期。設計及改造時必須要保證余熱鍋爐能安全、穩定、長周期運行。

[1]古大田,方子風等.廢熱鍋爐[M].化學工業出版社,2002.

[2]趙欽新,周屈蘭,譚厚章.余熱鍋爐研究與設計[M].中國標準出版社,2010.

[3]陳學俊,陳聽寬.鍋爐原理[M].機械工業出版社,1990.

[4]林宗虎,徐通模.實用鍋爐手冊[M].化學工業出版社,1999.