催化裂化裝置焚燒式CO 余熱鍋爐節能技術改造

楊智 鄭培 于春海（中國石油寧夏石化分公司）

寧夏石化公司煉油廠2.6 Mt/a 催化裂化裝置配有2 臺燃燒式CO 余熱鍋爐，型號為Q153/496-120-3.82/450。其利用催化煙氣的物理熱，同時補充燃燒部分燃料氣，產生3.82 MPa、450 ℃的中壓過熱蒸汽，蒸汽除部分供裝置內氣壓機透平使用外，其余并入全廠中壓蒸汽管網。

除自產部分蒸汽外，鍋爐還預熱裝置外取熱器和油漿蒸發器的汽包給水和過熱外取熱器、油漿蒸發器產生的飽和蒸汽。

1 運行過程中存在的問題

余熱鍋爐燃燒組織不好，設計爐膛最高工作溫度為900 ℃，隨著催化再生高溫煙氣的并入，爐膛溫度就會出現超溫現象，再生煙氣不能全部進入鍋爐焚燒，直排煙囪蝶閥仍有4%開度；過熱蒸汽溫度偏低問題，在近一年的運行過程中，隨著負荷的增加，爐膛溫度處在指標上限甚至出現過超溫運行，但過熱器出口過熱蒸汽溫度仍長期運行在指標下限（400 ℃），影響汽輪機效率；鍋爐出口煙氣溫度高，對吹灰系統進行補充改造完善，每臺鍋爐共布置有17 組脈沖激波吹灰器，先后出現了多次故障，且該系統不能穩定運行，出口煙氣溫度在250 ℃以上，影響鍋爐效率；省煤器泄漏問題，在運行過程中，高溫省煤器出口聯箱與省煤器蛇形管根部焊縫、省煤器蛇形管已先后出現了多次泄漏，經聯系鍋爐廠家現場查看，確認為制造問題[1-3]。

2 余熱鍋爐工藝流程

2.1 改造前流程

催化裂化裝置第一再生器產生的高溫煙氣，首先進入煙氣輪機做功，然后大量煙氣進入2 臺燃燒式CO 余熱鍋爐回收煙氣余熱和CO 化學能，少量煙氣根據鍋爐負荷可直接通往煙囪放空。含約3.69%的CO 煙氣首先進入絕熱爐膛內加熱燃燒。燃燒后的高溫煙氣（800～900 ℃）依次通過水保護段、過熱器、蒸發段、省煤器和出口煙道，溫度降低后進入煙氣脫硫裝置處理。

自除氧器來的溫度為130 ℃（實際為115 ℃）的除氧水用泵升壓至6.0 MPa，進入余熱鍋爐的高低溫省煤器預熱到230 ℃（實際為185 ℃），然后分為兩路，一路進余熱鍋爐汽包，另一路分別至裝置的外取熱器及油漿蒸汽發生器的汽包，所產中壓飽和蒸汽全部進入余熱鍋爐過熱器。蒸汽過熱后送至蒸汽總管，改造前工藝流程如圖1。

2.2 改造后流程

煙氣流程未改變，給水流程改變為115 ℃鍋爐給水進新增給水預熱器管程預熱，溫度升至130 ℃后進低溫省煤器預熱，低溫省煤器出口的高溫水分成兩路，一路經鍋爐汽包給水調節閥進入空氣預熱器加熱空氣，然后進高溫省煤器取熱，最后進余熱鍋爐汽包；另一路，進新增給水預熱器殼程（與省煤器進口115 ℃除氧水換熱） 進裝置汽包給水母管，給裝置外取熱器、油漿蒸發器汽包上水。改造后工藝流程如圖1。

圖1 鍋爐改造前后流程

3 技術改造特點

3.1 爐膛燃燒器及燃燒條件技術改造

將原每臺鍋爐2 個大燃燒火嘴（每個火嘴負荷500～1 700 m3/h），改為6 個小燃燒火嘴（每個火嘴額定負荷為150～650 m3/h）；增設水熱媒空氣換熱器，利用省煤器出口高溫水加熱助燃空氣，提高助燃空氣溫度，改善鍋爐再生煙氣CO 燃燒條件，使之在爐膛中著火提前，燃燒穩定，燃燒速度加快，使爐膛燃燒均勻，從而使CO 煙氣在有限的空間內完全燃燒，提高燃燼率[4-5]。具體改造采取以下措施：

1）在CO 鍋爐焚燒爐爐膛四周布置6 臺高背壓瓦斯燃燒器。單臺燃燒器設計最大流量為800 m3/h（標況）；燃燒器采用高能點火器點火，并設有長明燈、火焰檢測器以及瓦斯系統及熄火保護裝置接口。

2）鼓風機出口的助燃空氣進新增空氣換熱器加熱至170 ℃左右，然后分別進改造后的6 個燃燒器風箱和再生煙氣空氣入口。空氣換熱器為一個模塊，布置鼓風機出口，空氣換熱器采用模塊式箱體結構，立式布置。箱體采用Q235 制作，受熱面均采用螺旋翅片管，管束錯列布置，翅片管基管均采用20G/GB5310，翅片材料為ST12，翅片管基管直徑為φ38×4 mm，進出口集箱為φ168×12 mm，材質為20G/GB5310。

3.2 省煤器技術改造

原設計省煤器上水溫度為130 ℃，但由于高壓除氧器及給水泵等方面原因，實際運行省煤器上水溫度僅115 ℃，存在露點腐蝕隱患。本次改造采用自預熱高效防腐省煤器專利技術，增設給水預熱器，利用省煤器出口高溫水加熱低溫省煤器進口除氧水，確保省煤器實際上水溫度達到130 ℃，消除省煤器露點腐蝕隱患[6-7]。

為了增加換熱面積、強化換熱，同時降低尾部煙氣阻力，改光管省煤器為模塊箱式翅片管省煤器，完善省煤器結構，提高省煤器換熱效率；省煤器分為高溫、低溫（上、下）省煤器三層，每層分左、右兩個模塊，省煤器采用模塊式箱體結構，均為臥式布置。箱體采用Q245R 制作，受熱面均采用螺旋翅片管，管束順列布置，翅片管基管均采用20G/GB5310，翅片材料為ST12，翅片管基管直徑為φ42×4 mm。進出口集箱為φ219×16 mm，材質為20G/GB5310。

3.3 蒸發器及過熱器技術改造

將原二組光管蒸發器改造為一組翅片管蒸發器，確保余熱鍋爐蒸發器出口煙氣溫度控制在370 ℃，滿足SCR 脫硝工藝要求，同時節約余熱鍋爐內部空間；對流蒸發器布置在原余鍋上級蒸發器位置，集箱密封采用新型密封結構[8-9]。受熱面均采用螺旋翅片管，管束順列布置，翅片管基管均采用20G/GB5310，翅片材料為06Cr11Ti。

低溫過熱器布置在原余鍋低溫過熱器位置，改造后進出口集箱位置不變，集箱密封采用新型密封結構。受熱面均采用螺旋翅片管，管束順列布置，翅片管基管均采用12Cr1MoVG/GB5310，翅片材料為06Cr11Ti。

3.4 吹灰器技術改造

完善余熱鍋爐各受熱面加強吹灰措施，確保余熱鍋爐各受熱面換熱效果。原每臺余熱鍋爐在各受熱面共設置了17 組（34 臺）激波吹灰器，數量偏少，且吹灰器布點及原吹灰器系統設計不合理，吹灰效果較差，導致余熱鍋爐排煙溫度逐漸升高（超過250 ℃）。結合新的受熱面布置形式及余熱鍋爐的結構特點，吹灰器系統改造采用伸縮式蒸汽吹灰器和脈沖激波吹灰器組合式吹灰系統[10]。具體改造采取以下措施：

1） 水保護段受熱面布置4 臺伸縮式蒸汽吹灰器（左右側各兩臺），高溫過熱器、低溫過熱器、蒸發器、稀釋風預熱模塊和三組省煤器模塊各布置8 臺激波吹灰器，每臺鍋爐一共布置4 臺伸縮式蒸汽吹灰器和56 臺脈沖激波吹灰器（對原34 臺激波吹灰器更新改造的基礎上，新增22 臺激波吹灰器），并對原激波吹灰器控制柜進行改造，改造后的激波吹灰器控制柜能對全部56 臺激波吹灰器操作進行控制，確保吹灰效果。

2）結合改造后余熱鍋爐現場條件、各受熱面結構形式和煙氣正壓特點，改造后余熱鍋爐吹灰器系統采用防爆型脈沖激波吹灰器吹灰。新增激波吹灰器為防爆型并聯式脈沖激波吹灰器（dⅡBT4，IP55），同時增設反吹風系統，在吹灰器停用時，通過反吹風防止煙氣在吹灰器脈沖罐內冷凝成酸液，確保吹灰器正常使用和延長壽命。

4 改造后熱力計算及效果

改造后熱力計算見表1。余熱鍋爐改造后，鍋爐運行平穩，操作參數控制良好，改造前后的操作參數見表2。再生煙氣全部進入余熱鍋爐進行熱量回收利用，提高了再生煙氣的處理能力。鍋爐排煙溫度由283 ℃降低至175 ℃，提高了鍋爐的熱效率；同時中壓過熱蒸汽溫度由400 ℃提高到430℃，過熱能力增強；鍋爐自產蒸汽量由29 t/h 漲至51 t/h，過熱蒸汽量由原來的97 t/h 提高到121 t/h；焚燒后煙氣溫度從895 ℃降至870 ℃，燃料氣用量由650 m3/h 降至180 m3/h；可降低裝置能耗2.3 kg/t（標油）（按照設計加工量260 t/h 計算），按多產中壓過熱蒸汽計算，每年可產生經濟效益2 000 萬元左右。

表1 CO 余熱鍋爐熱力計算匯總（單臺爐）

表2 余熱鍋爐改造前后的主要操作參數

5 結論

CO 余熱鍋爐改造保證裝置的安全平穩運行。改造后助燃空氣溫度提高，再生煙氣CO 燃燒條件得到改善，且改造后瓦斯燃燒器分布均勻，避免局部爐膛超溫，消除CO 鍋爐安全操作隱患；再生煙氣全部進入鍋爐，提高了高溫煙氣的利用率和鍋爐發汽量，降低了排煙溫度和裝置能耗，提高了裝置運行的經濟效益。