制氫裝置能耗分析及節能措施的探討

【摘 ?要】本文分析了制氫裝置的能耗構成及影響能耗的主要因素，從裝置的技術特點出發，對制氫裝置的節能減排進行探討，明確了提高裝置利用率、降低燃料氣、電的消耗是降低能耗的主攻方向。通過采用一系列的節能措施，如給鼓引風機增設變頻器并投用功率較小的壓縮機代替原來功率較大的壓縮機，大大降低了電的消耗;對轉化爐的內壁進行噴涂紅外反輻射涂料，余熱回收系統更換熱管，提高了裝置的利用率，降低了燃料氣的消耗。工業運行結果表明：改進后的方案能保證系統安全平穩運行，經濟效益顯著。

【關鍵詞】制氫裝置;轉化爐;余熱回收系統;能耗;節能

1.制氫裝置技術特點

裝置采用烴類水蒸氣轉化法造氣和變壓吸附法提純氫氣的工藝，以天然氣和RDS裝置提供的PSA尾氣為原料，當PSA尾氣及天然氣供給量不足時可以以罐區提供的液態烴及石腦油為補充原料，產品氫氣純度可達99.99%，副產品為變壓吸附尾氣，全部用作轉化爐燃料。裝置不設原料預熱爐，原料用過熱蒸汽預熱，并采用三合一產汽流程（即煙道氣、轉化氣、中變氣的產氣系統共用一臺汽水分離器）以及轉化爐煙氣多段換熱系統等諸多措施盡可能回收轉化爐的余熱，提高了轉化爐的利用率。

2.制氫裝置的節能措施

針對制氫裝置的用能分析，將從提高轉化爐熱效率、提高余熱回收系統利用率及降低電能消耗3個方面進行優化改造 。

2.1提高轉化爐熱效率

轉化爐是制氫裝置的關鍵設備之一，也是主要的耗能設備，其運行水平的高低直接影響到裝置能耗水平和經濟效益。因此降低轉化爐能耗，提高其熱效率對裝置的節能減排意義重大。在轉化爐運行時，轉化爐爐墻、金屬構架及其汽水管道、煙風道等的表面溫度都比周圍空氣溫度高，就不可避免的其部分熱量散失于大氣中。其大小主要取決于鍋爐散熱表面積的大小、表面溫度和周圍空氣溫度等因素，同時還與水冷壁和鍋爐墻的結構，保溫層的性能和厚度有關。可以說，這種損失是不可避免的。要降低轉化爐能耗，只能通過提高轉化爐的熱效率來盡可能的降低能耗。

（1）轉化爐內壁噴涂紅外反輻射涂料。對制氫轉化爐爐膛內襯里表面進行紅外反輻射節能涂料的噴涂。這種涂料的原理在于其以高的吸收率將爐膛內燃料燃燒產生的紅外輻射能量轉化為涂層的熱效應，再以高的發射率將熱量以紅外輻射的形式發射回爐膛。使未能被工件直接及時吸收的輻射熱量可以通過爐窯襯體表面的紅外輻射涂料再次傳遞給工件，從而達到節能目的。

（2）修復轉化爐部件。由于轉化爐長時間運行，爐頂穿墻管處有超溫現象，爐頂燃料氣軟管部分穿孔，使轉化爐效率降低，也帶來了極大的安全隱患。爐底煙道拱形磚斷裂并且看火門、防爆門門襯縫隙大，使轉化爐內熱量大量泄漏。針對此問題，在大檢修時，對爐頂穿墻管處做塞陶纖處理;更換爐頂燃料氣軟管及看火門、防爆門塞（5套）。更換40塊爐底煙道拱形磚斷裂，有效防止煙氣外竄，使煙道蓋板磚兩側煙氣均勻，改善蓋板磚的煙氣環境，提高了煙氣的利用率，從而提高了轉化爐熱效率。

2.2提高余熱回收系統利用率

例如制氫裝置轉化爐煙氣出口溫度從2008年的160℃左右逐漸上升到198℃左右，這是由于爐內熱管有部分由于氫蝕及局部長時間超溫發生高溫蠕變而導致熱管換熱效率降低、失效等現象。并且過高的煙氣溫度又加速了熱管失效，造成余熱回收利用效率低，煙氣出口溫度超標。煙氣溫度上升不僅造成大量熱損失，使瓦斯耗量偏大，轉化爐效率下降，裝置能耗費用增加，而且過高的煙氣溫度會影響引風機的正常運行，也帶來了極大的安全隱患。

針對此問題，裝置大修期間修復及更換了404根熱管，并對其他熱管進行清灰。投用后轉化爐的排煙溫度降至開工初期時的160度左右，并且轉化爐余熱回收系統各段進出口溫差也變大，證明更換熱管后各段回收余熱能力加強。轉化爐的燃料氣的消耗雖然與大修前持平，但是脫附氣的消耗大大降低，這樣即節約了部分燃料消耗，轉化爐的熱效率也有所提高。

2.3降低電能消耗

（1）投用鼓引風機變頻器降低電能消耗。在通風系統中，風機的功率都是根據最大流量來選擇的，但實際使用中流量隨各種因素而變化（如季節、溫度、工藝、產量等等），往往比最大流量小的多。要減少流量時，通常情況下只能通過關小和開大擋板的開度來調節風量。這種控制法的實質是通過改變煙道阻力大小來改變流量。當所需風量減少時，電機不能在滿負荷下運行，此時除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，由于其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板的截流過程中造成電能的浪費。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。鼓引風機加變頻器最大的作用是調速節能，并可以實現軟啟動保護電機和設備啟動時降低對系統的沖擊，還可以對風量和轉化爐壓力進行精度的控制。

若按每度電0.6元，一年運行300天計算，年節約電費

N=（224.33-31.5）×24×300×0.6+（291-126.5）×24×300×0.6

=83.4+71=154.4萬元。加裝變頻器后電機的運轉速度和運行負荷有了明顯的降低，同時節能降耗的經濟效益可觀。

（2）投用功率較小的設備降低電能消耗。由于制氫裝置負荷比較低，因此將制氫原料壓縮機1101-K-101（506 KW/h）切換至功率小的壓縮機1101-K-104（208 KW/h）運行，節約電能298 KW/h，年節電250萬度，年節約電費N=250×0.6=150萬元。并且由于制氫進料管網壓力較高可以滿足制氫系統的反應所需壓力，致使壓縮機的出口壓力與入口壓力的差值較小，壓縮比較低，這樣不僅使制氫能耗居高不下，而且不利于壓縮機的運行。因此計劃在壓縮機處增加一條跨線。當進料壓力可以滿足系統所需壓力時可以實現停運壓縮機，預計年節電174.72萬度，年節約電費約N=174.72×0.6=104.8萬元。

2.4優化操作

（1）在加熱爐管理上，裝置操作人員克服了裝置負荷低，加熱爐難于調節的困難，積極優化加熱爐控制，降低排煙溫度，降低爐膛氧含量，加熱爐熱效率提高0.5%。

（2）利用先進控制系統實現裝置操作精細化，制氫裝置先進控制系統結合了制氫裝置主體操作控制系統，對裝置的原料、水碳比、轉化率實現系統、精細控制。先進控制系統的應用，使裝置能耗大大降低。

（3）為解0.3 MPa蒸汽過剩的問題，將 0.3 MPa 蒸汽作為除氧蒸汽引至除氧器。在保證加氫裂化裝置小透平安全運轉及冬防安全的基礎上，優先使用0.3 MPa蒸汽，降低1.0 MPa蒸汽消耗。

（4）加強對轉化爐的調解，嚴格控制爐膛氧含量、爐膛負壓控制盡量低，為此將轉化爐底燒火嘴的風門、爐膛看火孔、火嘴的看火孔等可能漏風的地方全部用毛氈包起來，調節爐膛負壓控制閥、供風量，降低爐膛氧含量，從而提高瓦斯利用率，降低瓦斯消耗。

3.結論

通過對制氫裝置存在的一些高能耗的現象的分析，指出影響能耗變化的關鍵因素。采取噴涂紅外反輻射涂料，修復轉化爐部件的方法來提高轉化爐的熱效率，降低裝置能耗;采用更換熱管等方法余熱回收系統利用率，降低燃料氣消耗;利用增設引風機變頻器及投用功率較小的壓縮機代替原來功率較大的壓縮機的手段，降低了電能消耗，以此達到降低裝置能耗的目的。

作者簡介：吳坷眩，女，（1988.02.--），新疆巴州地區庫爾勒市。