YL-16000型煙機(jī)發(fā)電實踐分析

孫立峰 趙志飛（華北石化公司）

YL-16000型煙機(jī)發(fā)電實踐分析

孫立峰 趙志飛（華北石化公司）

通過介紹YL-16000型煙氣能量回收機(jī)組性能指標(biāo)及操作參數(shù)，計算比較煙機(jī)組實際運行情況與設(shè)計工況，分析了機(jī)組在實際運行中存在的主要問題，有針對性地實施了處理措施，改變操作習(xí)慣，提高了煙機(jī)效率，最終實現(xiàn)煙機(jī)發(fā)電，取得了顯著的節(jié)能效果。

煙機(jī) 功率平衡 發(fā)電

催化裂化裝置是煉油行業(yè)的核心裝置，而煙氣能量回收機(jī)組（簡稱煙機(jī)組）是催化裂化裝置的核心設(shè)備。煙機(jī)是利用再生煙氣所含有的壓力能和熱能膨脹作功，驅(qū)動主風(fēng)機(jī)為再生器輸送燒焦用風(fēng)以滿足生產(chǎn)需要，功率不足或剩余部分由異步電動機(jī)/發(fā)電機(jī)平衡，從而達(dá)到回收能量降低催化裂化裝置電耗目的。

本裝置煙機(jī)組采用煙機(jī)、主風(fēng)機(jī)、齒輪箱和電機(jī)/發(fā)電動機(jī)組成的三機(jī)組配置。煙機(jī)組技術(shù)性能參數(shù)見表1。

表1 煙機(jī)組技術(shù)性能參數(shù)

從表1數(shù)據(jù)看，機(jī)組在設(shè)計條件下具備一定的發(fā)電能力，但煙機(jī)組在前幾個運行周期中均沒有實現(xiàn)發(fā)電，電動機(jī)耗電功率約1000kW，煙機(jī)能量回收率（煙機(jī)功率/主風(fēng)機(jī)功率）約為93%，與設(shè)計相差較大。

1 煙機(jī)組功率平衡及分析

1.1 數(shù)據(jù)核算

取2011年1月4日和2月2日機(jī)組運行數(shù)據(jù)對該機(jī)組進(jìn)行核算，數(shù)據(jù)見表2。

表2 機(jī)組運行數(shù)據(jù)

主風(fēng)機(jī)軸功率：

式中：

Ne——主風(fēng)機(jī)功率，kW；

V1——主風(fēng)入口流量，m3/min；

P1、P2——主風(fēng)入口、出口壓力，105Pa；T1、T2——主風(fēng)入口、出口溫度，K；

K——絕熱指數(shù)：取K=1.4；

M——多變指數(shù)；

ηpol——主風(fēng)機(jī)多變效率；

η機(jī)——為主風(fēng)機(jī)機(jī)械效率，取98%；

煙機(jī)功率的計算公式：

式中：

Ne——煙機(jī)功率，kW；

V1——煙機(jī)入口流量，m3/min；

P1、P2——煙機(jī)入口、出口壓力，105Pa；

T1、T2——煙機(jī)入口、出口溫度，K；

K——絕熱指數(shù)：取K=1.308；

ηpol——煙機(jī)絕熱效率；

η機(jī)——煙機(jī)機(jī)械效率，取98%；

電動機(jī)/發(fā)電機(jī)功耗：

電動機(jī)輸入到機(jī)組系統(tǒng)功率：功率表讀數(shù)為96.81%。機(jī)組系統(tǒng)輸入發(fā)電機(jī)功率：功率表讀數(shù)為96.81%。

由式(1)～(5)[1][2]計算結(jié)果匯總到表2，2009年余熱鍋爐進(jìn)行改造，煙機(jī)背壓由10kPa（表）降到5 kPa（表），對煙機(jī)回收功率有利。該工況下主風(fēng)機(jī)多變效率為88.0%，煙機(jī)絕熱效率為67.2%，煙機(jī)功率回收率為95%。從計算結(jié)果看，主風(fēng)機(jī)多變效率接近設(shè)計要求，但因進(jìn)入煙機(jī)煙氣比例、煙機(jī)絕熱效率均較設(shè)計值要低，造成煙機(jī)功率回收率比設(shè)計值低。

1.2 煙機(jī)功率回收率低原因分析

1）煙氣量的損失。與設(shè)計值比較，經(jīng)過煙機(jī)的煙氣比例偏低。2010年多次進(jìn)行煙機(jī)發(fā)電試驗，在雙動滑閥全關(guān)情況下煙機(jī)仍無法在發(fā)電工況穩(wěn)定運行，為避開臨界工況不得不開大雙動滑閥，讓部分煙氣走旁路。

2）煙機(jī)效率偏低。因煙道噴水，煙機(jī)輪盤冷卻蒸汽偏大及煙機(jī)葉片磨損等因素，煙機(jī)效率偏低。

3）操作習(xí)慣使得機(jī)組沒在最佳工況運行。以前通過控制煙氣氧含量來控制主風(fēng)量，煙機(jī)做功與風(fēng)機(jī)耗功沒有在最佳匹配點運行，造成整個煙機(jī)組系統(tǒng)電耗較高。

2 優(yōu)化操作條件實現(xiàn)煙機(jī)發(fā)電

2011年根據(jù)生產(chǎn)計劃裝置全年負(fù)荷率在95%以上，給實現(xiàn)煙機(jī)發(fā)電提供了可能，因此工區(qū)在2011年4月份檢修時就做了部分工作，力爭實現(xiàn)煙機(jī)發(fā)電。

2.1 減少煙氣旁路跑損

減少煙氣旁路跑損就是要減少經(jīng)過雙動滑閥及臨界噴嘴的煙氣量。減少經(jīng)過雙動滑閥的煙氣量，就必須解決雙動滑閥定零點問題。一般認(rèn)為檢修調(diào)校雙動滑閥時處于冷態(tài)，為防止溫度升高后卡澀，兩閥板之間會留有2cm間隙，但具資料報道當(dāng)溫度升高導(dǎo)致設(shè)備、管線膨脹，閥板零點時會在原有基礎(chǔ)上增加0.4～0.6cm間隙〔3〕，而造成更多的煙氣量損失。針對這一情況，本次檢修調(diào)校時兩閥板之間留有1cm間隙，等正常生產(chǎn)時將雙動滑閥投入室內(nèi)手動控制，每次0.2個閥位關(guān)閉滑閥，直至滑閥關(guān)不動后，再后退0.5個閥位，做為滑閥實際控制零點。目前雙動滑閥工藝上按0～0.5%控制，總計減少泄露煙氣量60～80Nm3/min。另外本裝置安裝有兩個臨界噴嘴，孔板直徑90mm，在本次檢修中對其中一個進(jìn)行了整體更換，將孔板直徑改為65 mm。裝置開工后通過與90mm噴嘴切換比較，再生壓力增加5kPa，電動機(jī)功耗降低100kW，通過計算經(jīng)臨界噴嘴跑損煙氣量減少約50Nm3/min，煙氣泄露率由2.8%降到1.5%。一般資料報道要求三旋煙氣泄露量為3%~5%，但也有部分資料報道在泄露率1%~5%范圍內(nèi)三旋效率變化不大[2]，實際上不同類型三旋及裝置最佳泄露率是不同的。通過比較切換前后在線監(jiān)測煙氣催化劑顆粒濃度其值變化不大，仍小于160mg/m3，說明本裝置三旋在此泄露率下工作正常。

2.2 通過監(jiān)測煙氣顆粒濃度保持煙機(jī)熱效率

前幾個運行周期中均出現(xiàn)外取熱蒸發(fā)管泄露情況，泄露初期因參數(shù)變化不明顯無法及時發(fā)現(xiàn)，但其對煙氣中催化劑濃度增加影響較大，等確認(rèn)管束泄露及采取措施時，其對煙機(jī)造成的影響已無法挽回。從前煙機(jī)檢修時發(fā)現(xiàn)煙機(jī)動葉頂存在磨損現(xiàn)象，最深達(dá)1.5mm，而減少煙機(jī)入口催化劑粉塵濃度是解決動葉磨損最好的辦法。

2.3 減少煙風(fēng)系統(tǒng)溫降、壓降

由于裝置布局原因，從除氧器來的放空蒸汽冬天在主風(fēng)機(jī)過濾器上結(jié)霜，增加了主風(fēng)入口過濾器壓降，主風(fēng)機(jī)功耗增加，本次檢修把除氧器放空蒸汽引至系統(tǒng)回收使用，既解決了結(jié)霜問題也回收了乏汽。通過比較，改造前后過濾器壓差降低了0.14 kPa，降低了主風(fēng)機(jī)功耗。

本裝置煙氣的溫度降為40～50℃，較大（國內(nèi)平均為25.7℃）[4]。因小型加劑原因，造成再生器稀相溫度波動較大，無法徹底避免煙道噴水，噴汽。本周期嚴(yán)格考核在滿足煙機(jī)入口溫度的前提下，使用煙道噴汽、噴水情況，以減少再生煙氣的溫降損失，同時也減少煙機(jī)積垢和后路的露點腐蝕問題。另外對三旋出口至煙機(jī)入口的煙道保溫進(jìn)行了更換。采取以上措施后，煙氣溫降降至30℃，增加了煙機(jī)回收功率。

2.4 通過改變操作習(xí)慣探索煙機(jī)做功與風(fēng)機(jī)耗功的最佳匹配點

煙機(jī)能量回收率與煙機(jī)回收功率和主風(fēng)機(jī)消耗功率有關(guān)，以前為了降低主風(fēng)機(jī)電耗，操作上控制煙氣氧含量≯2，雖然主風(fēng)機(jī)耗功減少了，但煙機(jī)回收功同樣降低。通過比較機(jī)組性能曲線，軸流主風(fēng)機(jī)效率約為90%，在較寬工作范圍內(nèi)效率變化不大，而煙機(jī)在一定范圍內(nèi)隨煙氣流量與入口壓力增加增長較快，但煙機(jī)從單位煙氣中所能回收功率有一最大值，而主風(fēng)機(jī)所需功率則隨再生壓力增高而持續(xù)增大[5]。因此，理論上必然存在一個最佳的配合點，使煙機(jī)功率回收率最大。

在滿足燒焦用風(fēng)與設(shè)備安全前提下，直接對電動機(jī)功率進(jìn)行控制，是找出最佳匹配點的方法。因為本裝置為完全再生，在主風(fēng)量調(diào)整上方便了很多，將雙動滑閥關(guān)至最小，使煙氣盡可能多f通過煙機(jī)從而做功，緩慢提升主風(fēng)量，開大煙機(jī)碟閥，等碟閥全開后隨主風(fēng)量提高再生壓力隨之提高，在調(diào)節(jié)過程中觀察電動機(jī)電流有功，若電動機(jī)有功一直走高則反向調(diào)節(jié)，降低主風(fēng)量來查找最佳運行點，通過以上方法可以找出使煙機(jī)功率回收率最大點。機(jī)組運行最佳匹配點隨氣溫、濕度、裝置負(fù)荷率等因素變化而變化。裝置負(fù)荷率在95%時在不同溫度下電動機(jī)功率-主風(fēng)量關(guān)系見圖1。在外界條件變化時，需要重新尋找主風(fēng)機(jī)-煙機(jī)運行的最佳匹配點。

圖1 不同溫度下主風(fēng)機(jī)流量與電動機(jī)功率關(guān)系

經(jīng)過努力,裝置煙機(jī)組在2011年12月實現(xiàn)發(fā)電。取2012年2月14日的運行數(shù)據(jù)對其進(jìn)行功率平衡，可以看出流經(jīng)煙機(jī)的煙氣流量增加了4%，煙機(jī)絕熱效率增加到72%，煙機(jī)功率回收率由95%增加到111%。2011年12月-2012年4月煙機(jī)最大發(fā)電功率達(dá)2000kW，平均為830kW煙機(jī)，共持續(xù)發(fā)電230×104kWh，按工業(yè)用電0.8元/kWh，整個冬季煙機(jī)節(jié)能增加效益184萬元，若考與之前為用電狀態(tài)相比，則增加效益更為明顯。

3 結(jié)論及展望

通過計算為煙機(jī)回收功率優(yōu)化找出方向，在檢修中做出實施，在管理中注意細(xì)節(jié)，改變操作思路，不斷優(yōu)化工藝參數(shù)，摸索出機(jī)組的最佳操作性能區(qū)間，最終實現(xiàn)煙機(jī)持續(xù)發(fā)電，取得了顯著節(jié)電效果。今后,裝置在適當(dāng)降低煙機(jī)流通面積來提高再生系統(tǒng)壓力及煙機(jī)絕熱效率，改進(jìn)小型加劑以杜絕煙道噴水，進(jìn)一步降低煙機(jī)輪盤冷卻蒸汽量等方面還有待于進(jìn)一步的優(yōu)化,以實現(xiàn)更高水平的煙機(jī)功率回收率。

[1]曹漢昌,郝希仁,張韓.催化裂化工藝計算與技術(shù)分析[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000(10):470-480.

[2]西安交通大學(xué)透平壓縮機(jī)教研室,離心式壓縮機(jī)原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1980:30-32.

[3]王伯亮,方明,夏樹人,等,影響催化煙機(jī)能量回收的因素分析與應(yīng)對措施[J].通用機(jī)械,2005(8):84.

[4]催化裂化裝置優(yōu)化運行調(diào)研組,化裂化裝置優(yōu)化運行調(diào)研報告[R],2006(3):136.

[5]石油工業(yè)部第二煉油設(shè)計研究院,催化裂化工藝設(shè)計（1版）[M].北京:石油工業(yè)出版社,1983:964-998.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.019

2012-05-12）

孫立峰，工程師，畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)（化學(xué)工程與工藝專業(yè)），從事催化裂化裝置技術(shù)管理工作，E-mail：hb_slf@petrochina. con.cn，地址：河北省任丘市華北石化公司，062552。