催化裝置余熱改造路徑研究

孫松華 董偉鋼 王韜懿

1 浙江省紹興生態環境監測中心 2 紹興市柯橋區環境保護監測站

1 改造項目與石化裝置

1.1 項目概況

本文以某煉油化工廠進行的80萬t/a催化裂化裝置優化改造項目為例進行研究。該催化裂化裝置設置2臺L型余熱鍋爐，型號為BQ131/580-64.8-3.82/450，設備本體由國外采購并于2010年組裝使用。在設備改造前對其進行運行指標檢測，得到進入設備的催化再生煙氣流量約為131000m3/h，煙氣溫度可達580℃，運行過程中鍋爐共輸出3.82MPa，溫度在450℃的過熱蒸汽量約為64.8t/h，其中由鍋爐運行過程所產生的蒸汽量可達9.8t/h，引入主裝置的飽和蒸汽量約為55t/h，余熱鍋爐排煙口處的溫度約為150℃，催化裂化裝置的低溫省煤器水溫為121℃。該改造設備的中壓過熱蒸汽系統主要由油漿蒸發器、余熱鍋爐以及取熱器所組成。而該系統下的余熱鍋爐則由高低溫省煤器、燃燒室、入口煙道、過熱器以及對流蒸發器等功能件組成。

1.2 設備問題

設備的受熱面存在積灰問題。由于該設備每層僅布置4臺吹灰器，同時，受設備組裝框架的影響，在吹灰器正常工作時，絕大多數能量均會被吊梁所截取，因此設備正常工作狀態下無法達到額定吹灰效果，進而造成積灰無法吹散，造成余熱鍋爐過熱蒸汽溫度的偏低問題。

余熱鍋爐集箱罩密封泄漏情況。案例設備在運行過程中存在明顯的煙氣泄漏問題，泄漏區域主要集中在集箱密封罩殼、蒸發器以及過熱器等位置。并且因其密封出現問題，導致泄漏區域附近設備已出現腐蝕和損壞，因此煙氣實際泄漏情況逐漸增加。

鍋爐的受熱面通風梁存在膨脹節腐蝕嚴重的問題。造成該問題的主要原因在于多數設備裸露在設備外面，而壁面的實際溫度偏低，從而造成煙氣冷凝腐蝕設備通風梁膨脹節。

鍋爐尾部的局部護板存在低溫腐蝕問題。因鍋爐尾部的煙道護板設計為內襯型的結構，因此護板的壁溫相對較低，受溫差問題影響襯里會不可避免的出現裂紋，進而造成護板內壁與煙氣接觸部分會出現煙氣冷凝現象。催化裝置產生煙氣經過冷凝后將會形成酸液腐蝕護板，并且會順著護板結構向下流動，最后流動到煙道底部導致尾部護板和局部煙道的低溫腐蝕。

2 節能環保改造方案

2.1 設備改為三組省煤器

將設備原為二組省煤器改為三組省煤器，以此方式增加設備的受熱面積并降低排煙的溫度。替換省煤器均使用蛇形翅片管的設計結構，其管束將使用順列布置，并實現與翅片密度的合理設計。因催化裝置運行過程中所排出的高溫煙氣中存在一定量的催化劑粉塵，因此可通過配合鍋爐定期吹灰的方式解決管束積灰的問題。

2.2 在原臥式省煤器區域新增鋼構

通過在原臥式省煤器區域新增鋼構設計將煙氣從蒸發器出口處引出，然后引導其進入新立鋼構。在鋼構處由下至上安裝三組省煤器以及兩個SCR煙氣脫硝設備，最后引導煙氣進入除塵單元。同時將該設備的省煤器改為垂直狀態后，入口煙氣可實現由上至下流動，可降低管束積灰的增長速率，即從結構上解決安裝方式不合理造成的積灰問題。

2.3 增加設備給水預熱器的受熱面積

增加設備給水預熱器的受熱面積，提升省煤器進水溫度（提高至135℃），以消除冷凝腐蝕隱患，同時應當使溫度點煙氣含硫量而上下調整，以期確保鍋爐的熱效率。

2.4 確保不會發生煙氣泄露問題

當在原設備基礎上增加除塵單元與脫硝設備后，其煙氣的引流阻力將升高至2kPa，經過試運行的計算得出原補燃風機的功率可滿足阻力升高后的相關要求。但為保障煙氣流通的效率，將對原燃燒室、蒸發器以及煙道等功能區進行改造，即使用圓形標準法蘭結構替換所有方形檢查門孔。

2.5 使用膨脹波密封焊接結構

使用膨脹波密封焊接結構實現對對流蒸發器管口以及上下汽包的密封，以期提高設備余熱鍋爐的使用壽命。

2.6 更換燃燒室頂部防爆門

使用水封式防爆門將燃燒室頂部的重力式防爆門進行替換。該方案的設計原因在于水封式結構與重力式結構相比具有更高的安全性和密封性，產生動作后可實現自動復位，更貼合正壓鍋爐的工作需要。

2.7 更換激波吹灰器

更換激波吹灰器，在催化裝置的吹灰系統中設置反吹風系統，防止在吹灰器出現故障停止工作時，還能繼續保持吹灰器管路的微正壓狀態，同時防止催化煙氣出現倒灌而產生的冷凝腐蝕吹灰系統的現象。

3 改造效果

經過改造的催化裝置余熱鍋爐，在試運行過程中余熱鍋爐的中壓過熱蒸汽出口溫度約為410℃（蒸汽量280t/h），與改造前相比提高30℃，改造后催化裝置的余熱鍋爐運行參數如表1所示。

表1 檢修后余熱鍋爐運行參數

因過熱蒸汽的品質得到提升，所以改造后的背壓汽輪機組對蒸汽的需求量將下降約5%左右，由此每年可減少367.82萬元的節能經費。同時，因改造前設備存在較為嚴重的積灰問題，每臺CO余熱鍋爐每年都需要停爐進行清灰工作，在此期間約100t/h的中壓飽和蒸汽需要存儲在低壓蒸汽管網中，并需要放空約48%的CO煙氣，所以會浪費中壓過熱蒸汽約為40t/h，經過上述設計改造后的吹灰器系統可避免停機維護問題，由此可避免停爐帶來的經濟損失。

另外，改造后催化設備余熱鍋爐的排煙溫度可下降15～20℃，每臺余熱鍋爐可多產過熱蒸汽約3.8t/h，每年可產生經濟效益為1331.42萬元。

綜上，案例企業本次催化設備余熱鍋爐的改造項目完成后，可實現每年節約經費1995.84萬元，產生的投資回報率高達207.8%。

4 結語

本文借助實際案例對石油化工企業的催化裝置余熱鍋爐進行改造設計，通過調整設備安裝方向、增加設備以及加固設備等方式，解決案例設備常見的使用問題。從試運行設備所表現出的改造結果可知，本次改造方案設計具有較高的實用性與科學性，能夠在解決設備能耗與損耗問題的同時，提高產能與經濟效益，達到節能降耗的目的。