DCC 裝置余熱鍋爐優化改造

周 朋

（弘潤石化（濰坊）有限公司維保中心，山東濰坊 262513）

1 概述

弘潤石化（濰坊）有限公司100 萬噸/年DCC 裝置配套的一臺余熱鍋爐，主要用于回收催化裂化生產過程中產生的高溫再生煙氣熱量來自產中壓飽和蒸汽，以降低整個系統能耗，做到能源的充分利用。該余熱鍋爐采用模塊式箱體結構疊落組裝，無補燃自然循環，微正壓露天布置結構，由高溫過熱器、一級低溫過熱器、二級低溫過熱器、蒸發段、高溫省煤器、一級低溫省煤器、二級低溫省煤器、汽包、給水預熱器、管道閥門等組成。設置獨立鋼構架，鍋爐的每個模塊支撐在鋼架上，模塊之間設有連接煙道，每個模塊可以單獨拆裝。

按照原設計，該余熱鍋爐與DCC 裝置外取熱器、油漿蒸發器等共同組成蒸汽發生和過熱系統。余熱鍋爐除過熱自產飽和蒸汽外，同時還有過熱裝置外取熱器和油漿蒸發器等產外來飽和蒸汽。由于裝置工藝調整，外取熱器在裝置正常運行時不產汽。余熱鍋爐運行時存在排煙溫度高、蒸發器積灰嚴重、新增煙氣脫硫后壓降增加導致余熱鍋爐煙氣泄漏、激波吹灰器年久失效等問題。

2 問題分析

該余熱鍋爐實際運行參數與原設計參數不匹配。裝置產汽量原設計工況為61.65 t/h，實際產汽量僅為37.86 t/h。激波吹灰器老化，吹灰效果不明顯，導致運行中存在以下問題：

（1）排煙溫度過高，煙氣熱量無法回收。排煙溫度高達295 ℃，已超過鍋爐設計要求的180～200 ℃（正常工況～最大工況），大量的熱能排放到大氣中，造成大量能量浪費，降低了鍋爐的熱效率。同時高溫煙氣進入煙氣脫硫系統，大大增加煙氣脫硫噴淋水的消耗。

（2）由于使用年限較長激波吹灰器吹灰效果不明顯，余熱鍋爐各受熱面積灰嚴重。在用激波吹灰器自2014 年投用，由于使用時間較長、功能下降，整個余熱鍋爐受熱面積灰無法有效清理，造成積灰嚴重、蒸汽產量降低，而且原吹灰器罐體及激波發射口存在腐蝕隱患。

（3）高溫省煤器出口水溫高達216 ℃，低溫省煤器進口水溫207 ℃，如果將低溫省煤器進口水溫降低，則高溫省煤器出口給水極易發生汽化，存在安全隱患。

3 改造方案

3.1 設計原則

根據實際運行參數對鍋爐進行整體熱力核算，設計基礎參數見表1、表2，實際運行工況時間為2020年8 月。3 臺過熱器及之間管道利舊不動，為確保煙機故障工況時過熱蒸汽不超溫，保留過熱器旁通煙道，需提高噴水減溫器減溫能力，整體更新減溫器。提高余熱鍋爐自產汽量，增加蒸發段換熱能力。省煤器及之間管道利舊不動，根據煙氣中S O2含量250～1000 m g/k g，重新確定低溫省煤器進口水溫≥135 ℃，確保省煤器不發生露點腐蝕。整體更新激波吹灰系統，確保吹灰性能，同時防止煙氣倒灌，引起管道腐蝕。余熱鍋爐整體構架利舊高度不變，針對其載荷增加，考慮加固措施。

表1 設計基礎參數（煙氣部分）

表2 設計基礎參數（汽水部分）

3.2 方案實施

改造后余熱鍋爐結構有汽包、高溫過熱器、一級低溫過熱器、二級低溫過熱器、蒸發段、高溫省煤器、低溫省煤器（二級），除蒸發段更新外其余設備利舊不動。

3.2.1 煙氣旁通和噴水減溫器

為確保煙機故障工況時過熱蒸汽不超溫，需保留煙氣旁通，設計工況及煙機故障工況運行時保持煙氣旁通量約為總煙氣量的25%（約33863 Nm3/h）和30%（約32130 Nm3/h）。為防止煙機故障時煙氣旁通進口煙道局部超溫，需對進口煙道增加內襯里。原噴水減溫器為2 個噴頭，最大噴水量為3.6 t/h，改造后增加減溫器噴水能力，最大噴水量達到5.2t/h。新減溫器設置3 個噴頭，采用多孔噴管減溫器，主管材料采用12Cr1MoVG，內套筒材料采用304#不銹鋼，蒸汽霧化效果好。

3.2.2 汽包

汽包整體進行更新，汽包筒體增加管口。

3.2.3 蒸發段

對余熱鍋爐重新進行熱力平衡和原余熱鍋爐受熱面結構核算后，原蒸發段換熱能力不滿足要求，需要增加蒸發段換熱能力。在原蒸發段過熱器、省煤器利舊不變的情況下新增1 臺蒸發段。

3.2.4 激波吹灰器整體更新

對原激波吹灰器系統進行整體更換，采用短噴管一拖一確保吹灰效果。改造后從工藝和材料兩方面防止露點腐蝕，具體措施如下：工藝方面采用獨立反吹風管路送風，每個反吹風管路設置閥門控制，通過調節風量，確保每個吹灰點反吹風流量均勻，從工藝上杜絕煙氣倒灌而引起管路腐蝕。吹灰器罐體采用20#鋼，與罐體出口連接的彎頭到噴管材料均為304#不銹鋼，吹灰管道采用304#不銹鋼，從材料上防止露點腐蝕。

（1）激波吹灰器通過制造可控制的燃料在激波發生器爆燃，產生一道強度可控的激波。激波發生裝置的部件有燃氣與空氣進氣管、燃氣與空氣的混合器、混合可燃氣體的點火裝置、火焰導管、激波發生器和激波發射噴口。可燃氣體（如乙炔、液化氣、天然氣、煉廠干氣等）和氧化劑（空氣或氧氣）以適當的比例充入混合器里，形成能夠產生爆燃的可燃混合氣體，充滿混合器、下游管道和激波發生器罐體。用高能點火裝置點燃混合氣，產生的爆燃火焰通過火焰導管迅速傳至激波發生器中，激波發生器中的可燃氣在罐體中產生微爆，在罐體中形成瞬時高壓并產生壓縮波。壓縮波在具有特殊內部結構的激波發生器中得到加強和調制，在發射器噴口處形成所需形狀和強度的激波。

（2）激波吹灰器裝置由主發生器部分、控制部分和工作部分組成，主發生器部分包括空氣和燃氣的混合器、混合器點火器、分配器以及控制進氣和分層的各種控制閥門和壓力、流量傳感器等；控制部分包括控制柜；工作部分包括激波發生器和激波噴口。

針對余熱鍋爐受熱面及各換熱模塊管束的清灰改造要求，依據激波發生器的性能指標，每個激波吹灰器單個運行的作用距離可在2～6 m 范圍內調節。激波吹灰器在爐體各側對稱布置，以達到最佳吹灰效果。根據余熱鍋爐積灰特點、爐膛尺寸、管束情況、積灰機理的要求，具體如下：采用短噴管專利技術產品，采用一拖一，燃料氣采用瓶裝乙炔，共設置30 臺吹灰器，利舊26 個罐（原罐上有反吹風的接口）及吹灰器管道，新增4 個罐（罐上需設置有反吹風的接口），控制柜采用P L C 控制柜獨立控制。利舊26 個吹灰點反吹風采用獨立反吹風管路送風，每個反吹風管路設置閥門控制調節風量，確保每個吹灰點反吹風流量均勻，從工藝上杜絕煙氣倒灌而引起管路腐蝕。乙炔、凈化空氣和壓縮空氣管路，依托原設施自母管引入。

3.2.5 管道改造

對過熱蒸汽出口閥門利舊移位，給水預熱器需調整位置，給水管道需要局部改造，其余利舊不動。減溫水管道增加一個噴頭，需新增一路支管將安全閥排氣管道引至高空安全位置。

4 改造效果

（1）余熱鍋爐改造前后標定條件下的運行數據對比見表3、表4。余熱鍋爐自產中壓蒸汽量，改造后每小時多產7t 蒸汽。煙氣經余熱鍋爐進脫硫塔的溫度降低45 ℃，煙氣脫硫塔的補水量由24.8 t/h 降至16.6t/h。過熱蒸汽溫度控制在426 ℃，達到設計要求。余熱鍋爐外供水溫由原來220 ℃左右降至203 ℃，避免了汽化。改造后鍋爐本體爐墻不再泄漏煙氣，煙氣阻力降實測值1000 Pa（標準要求小于2500 Pa）。

表3 改造前后標定條件下的運行數據對比（煙氣部分）

表4 改造前后標定條件下的運行數據對比（汽水部分）

（2）低溫省煤器進口水溫不低于135 ℃時排煙溫度≤175 ℃，實際排煙溫度只下降至205 ℃、達不到技術協議指標，分析其原因是高溫省煤器積灰比較嚴重。

（3）節能效果良好。改造后余熱鍋爐運行平穩，每小時可多產蒸汽量5.28 t。煙氣脫硫塔的補水量每小時可降低除鹽水7.58 t，運行2 個月可收回改造投資成本。

5 結束語

經過本次優化改造，解決了余熱鍋爐運行中出現的問題。在滿足設計運行條件或低煙氣負荷的運行工況下，余熱鍋爐的自產氣量、爐體泄漏煙氣、過熱蒸汽溫度、外供水溫及煙氣的阻力降等指標均符合要求，煙氣脫硫系統除鹽水消耗也大幅降低，節能效果明顯。