遼陽石化220萬噸/年重油催化裂化裝置煙機在線除垢對煙機效率的影響

于浩　李勃呈　劉毅

摘 要：煙機作為主風(fēng)機組能量回收設(shè)備，是催化裂化裝置核心設(shè)備之一。遼陽石化220萬噸/年催化裂化裝置在檢修開工后開始出現(xiàn)煙機結(jié)垢現(xiàn)象，為消除煙機結(jié)垢結(jié)合裝置實際工況制定在線擾動方案。本文介紹遼陽石化220萬噸/年催化裂化裝置煙機在線除垢工作，記錄煙機擾動前后工況，通過對煙機擾動前后功率效率進行計算對比，實現(xiàn)核算煙機擾動對煙機效率的影響。結(jié)果表明，煙機在線擾動除垢使煙機效率由擾動前67.92%提升至76.62%，改善煙機的做功能力，并進一步實現(xiàn)煙機發(fā)電，實現(xiàn)裝置節(jié)能降耗。

關(guān)鍵詞：催化裂化;煙機在線除垢;長周期;效率計算

遼陽石化公司220萬噸/年重油催化裂化裝置于2019年6月進行裝置檢修開工后不久煙機做功逐漸下降，煙機開始出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。為降低能耗，通過調(diào)研其他同類裝置，并結(jié)合本裝置實際運行工況，制定了煙機在線除垢的方案，通過在線除垢改善了煙機的做功能力。本文對煙機在線除垢前后機組的功率進行核算，論證煙機在線除垢前后煙機效率變化及調(diào)整方向。

在催化裝置，煙氣輪機的作用是利用再生煙氣中所具有的熱能和壓力能膨脹作功，轉(zhuǎn)化成機械能驅(qū)動主風(fēng)機實現(xiàn)能量回收。當煙機負荷及壓縮比高時，回收的能量不僅可以帶動主風(fēng)機，還能向電網(wǎng)送電。

本裝置設(shè)計煙機可在冬季發(fā)電3個月，但實際因煙機結(jié)垢效率下降導(dǎo)致主風(fēng)機一直處于用電工況，裝置能耗也逐漸升高。本裝置煙機出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象時，主風(fēng)機組電流由開工初期的180A逐漸增至最高400A，功率由1300kW增至最高5600kW。

煙機在線除垢就是利用催化劑垢層與煙機轉(zhuǎn)子的膨脹系數(shù)不同，通過煙氣流量的變化人為改變煙機輪盤溫度，使沉積物脫落，達到改善煙機效率的目的。2019年11月26日裝置進行煙機在線擾動除垢作業(yè)，并于11月27日進行主風(fēng)機發(fā)電實驗取得進一步成功，發(fā)電時主風(fēng)機組功率穩(wěn)定在-1100kW。隨后機組于12月1日進入發(fā)電工況，煙機在線除垢后裝置能耗從52kgoe/t降至50.3kgoe/t。

1 煙機效率計算

為對煙機在線除垢效果進行判斷需要對煙機在線除垢前后效率變化進行計算分析。首先，將煙機在線除垢前后運行穩(wěn)定工況的主要操作參數(shù)列表如下：

根據(jù)煙機分析結(jié)果可計算得煙風(fēng)比：1.032

煙氣相對分子量：29.58

再生器出口煙氣量：4886.5Nm3/min（2019年11月25日），4929.86Nm3/min（2019年12月5日）

主風(fēng)機出口質(zhì)量流量：

G風(fēng)=

經(jīng)計算得：

G風(fēng)=102.17kg/s（2019年11月25日），103.07kg/s（2019年12月5日）

再生器出口煙氣質(zhì)量流量：

G煙=

經(jīng)計算得：

G煙=107.54kg/s（2019年11月25日），108.5kg/s（2019年12月5日）

煙機功率計算公式為：

Ne=Nc+Ng+Np-Nm

式中：

Ne-煙機軸功率

Nc-主風(fēng)機軸功率

Ng-齒輪箱耗功

Np-聯(lián)軸節(jié)耗功，取主風(fēng)機功率1%

Nm-電機軸功率

其中電機軸功率Nm=，COSφ=0.9

經(jīng)計算得，電機軸功率：

N=4520.65kW（2019年11月25日），-2509.74kW（2019年12月5日）

電機效率為97%，則：

Nm=N/0.97=4660.46kW（2019年11月25日），-2587.36kW

（2019年12月5日）

主風(fēng)機功率：Nc=Ni+Nq+Nma

式中：

Ni-被壓縮氣體所接受的功率

Nq-殼體經(jīng)輻射和對流傳出熱量的當量功率

Nma-軸承消耗的功率

Ni=G×Cp（TOK-TOH）

式中：

G-主風(fēng)質(zhì)量流量

Cp-定壓比熱容，Cp=0.311kcal/（Nm3.℃）=0.24kcal/（kg.K）

TOK、TOH-主風(fēng)出、入口溫度，K

主風(fēng)機效率約為89%，則：

Ni=20939.9kW（2019年11月25日），20228.95kW（2019年12月5日）

殼體經(jīng)輻射和對流傳出熱量的當量功率：

Nq=α.A.（Tc-Te）

式中：

α-傳熱系數(shù)=14J/（m2.s.K）

A-傳熱面積

Tc、Te-風(fēng)機外表溫度及環(huán)境溫度

Nq=116.48kW（2019年11月25日），122.85kW（2019年12月5日）

軸承消耗的功率：

Nma=ρ.Q.C.Δt

式中：

Q-軸承耗油量，m3/s

ρ-潤滑油密度，kg/m3

C-潤滑油比熱，J/（kg.K）

Δt-潤滑油溫升，K

Nma=74.92kW

主風(fēng)機功率經(jīng)上式計算可得：

Nc=21131.3kW（2019年11月25日），20426.73kW

（2019年12月5日）

齒輪箱耗功Ng=95kW

聯(lián)軸節(jié)耗功Np=193.5kW

則煙機軸功率：

Ne=Nc+Ng+Np-Nm=16905.2kW（2019年11月25日），23230.97kW（2019年12月5日）

雙動滑閥煙氣通過量計算：

雙動滑閥內(nèi)徑為1400mm，全開面積為5500cm2

雙動滑閥開度對應(yīng)流通面積為627.15cm2（2019年11月25日），211.04cm2（2019年12月5日）

Ge‘=AC0Y[（P1-P2）P1M/（T1Z）]1/2/（1.82×10-3）

式中：

Ge‘-雙動滑閥通過煙氣量，kg/s

A-雙動滑閥通道面積

C0-流量系數(shù)

Y-膨脹系數(shù)

P1-滑閥前絕壓，105Pa

P2-滑閥后絕壓，105Pa

M-煙氣平均相對分子量

T1-滑閥前煙氣溫度，K

Z-壓縮系數(shù)，在此等于1

經(jīng)查表得C0=0.58，Y=0.86，M=29.58。

滑閥前絕壓3.85*105Pa，滑閥后絕壓1.18*105Pa

帶入可算得雙動滑閥通過煙氣量：

Ge‘=22.78kg/s（2019年11月25日），7.68kg/s（2019年12月5日）

煙機入口煙氣量：

Ge=77.73kg/s（2019年11月25日），93.79kg/s（2019年12月5日）

煙機效率計算：

式中：

ηe-煙機總效率;

Ne-煙機軸功率，kW

Ge-煙機入口流量，kg/s

Cpe-煙機盡出口煙氣平均定壓比熱，kJ/（kg.K）

Ti-入口煙氣溫度，K

Pe-煙氣出口壓力，kPa

Pi-煙氣入口壓力，kPa

K-煙氣絕熱指數(shù)，1.2872

煙機效率經(jīng)上式計算可得：ηe=67.92（2019年11月25日），76.62%（2019年12月5日）

2 結(jié)論

經(jīng)煙機功率計算可知：通過對煙機進行在線在線除垢，煙機效率由在線除垢前的67.92%提升至76.62%并實現(xiàn)煙機發(fā)電，改善了煙機的做功能力，實現(xiàn)裝置節(jié)能降耗，為裝置長周期平穩(wěn)運行打下基礎(chǔ)。

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