重油催化裝置CO余熱鍋爐節能技術改造分析

梁建偉

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

中國石油寧夏石化分公司60萬噸/年重油催化裝置配有一臺CO余熱鍋爐（型號：CG-BQ70/480-60-3.82/420），主要利用再生煙氣的余熱，再加上助燃瓦斯，提供催化裝置氣壓機透平及生產工藝所需蒸汽。該余熱鍋爐不僅過熱自產蒸汽，同時還過熱外取熱器、油漿蒸發器產生的中壓飽和蒸汽。

CO余熱鍋爐，給公司帶來良好的經濟效益，但CO余熱鍋爐運行中尚存在一些問題：

（1）煙氣流通阻力偏大，導致爐膛壓力偏高，為控制爐膛壓力，只好將部分CO煙氣直接從煙囪排放，造成大量化學能和高溫余熱損失，影響裝置運行經濟效益，同時也對環境造成污染；

（2）因再生煙氣中含有催化劑粉塵，長期運行后會吸附在爐管上，再加上原有吹灰器使用效果不理想，吹灰效果逐漸下降，影響爐管換熱；

（3）省煤器爐管因老化、露點腐蝕等原因開始陸續發生泄漏，每次運行3月到6月后，都會因爐管泄漏被迫停爐搶修，最短停爐搶修間隔時間不到一個月。

2007年重油催化裝置擴容，裝置主風由1 290 m3/min提高至1 622 m3/min，再生煙氣量隨之增加（裝置再生煙氣量提高至99 747 m3/h，提高約26%），為了提高CO余熱鍋爐的煙氣處理能力，增加CO余熱鍋爐蒸汽產量，同時提高余熱鍋爐抗低溫露點腐蝕能力，對CO余熱鍋爐進行了節能改造。

1 改造目的與原則

（1）降低煙氣流動阻力，降低爐膛壓力，提高CO余熱鍋爐再生煙氣處理能力；（2）防止省煤器積灰與腐蝕，確保省煤器安全運行、高效運行；（3）完善吹灰措施，確保CO鍋爐長周期高效運行。

2 設計計算基礎數據

2.1 CO余熱鍋爐改造設計依據（見表1）

表1 CO余熱鍋爐改造設計依據

3 改造內容

本次余熱鍋爐節能改造具體有：

（1）為保證全部再生煙氣進CO余熱鍋爐，對原省煤器進行了改造。拆除原省煤器，將CO余熱鍋爐省煤器采用翅片管替代光管為傳熱元件，增加傳熱面積，強化換熱，同時降低鍋爐尾部煙氣流動阻力，降低爐膛壓力，提高余熱鍋爐再生煙氣處理能力，滿足裝置滿負荷運行下余熱回收要求，換熱管順排布置，便于清灰；結構形式全部采用模塊化箱體結構，并采用脈沖激波吹灰器進行吹灰，保證換熱效果。

（2）為平衡尾部煙氣熱量，降低排煙溫度，提高余熱鍋爐效率，將油漿蒸發器、外取熱器汽包給水和余熱鍋爐給水同時一起進省煤器進行預熱（由于油漿蒸發器和外取熱器介質是與飽和汽水混合物換熱，故油漿蒸發器和外取熱器汽包給水溫度提高后只是增加油漿蒸發器和外取熱器飽和蒸汽產量，不影響油漿蒸發器和外取熱器的取熱能力）。

（3）為平衡尾部煙氣熱量，防止高溫省煤器出水沸騰度過高，取消原低壓蒸汽-空氣加熱器，在該位置增設水熱媒空氣換熱器，利用低溫省煤器出口高溫水（～200℃）加熱助燃空氣，將助燃空氣溫度提高至170℃，可進一步改善、穩定CO煙氣燃燒。

（4）省煤器改造后可以在以下幾個方面改善余熱鍋爐運行狀況：①增加換熱面積，強化換熱。在相同的空間內，換熱面積增加3倍以上，使省煤器吸熱能力增加，降低排煙溫度，提高CO余熱鍋爐效率；②降低煙氣流通阻力、爐膛壓力，提高再生煙氣處理能力，保證余熱鍋爐長周期安全運行。

（5）為適應裝置負荷變化和原料油變化，防止省煤器低溫露點腐蝕，增設給水預熱器，利用省煤器出口的高溫水加熱省煤器進口的104℃低溫水，將省煤器實際進水溫度提高到140℃（可設定），高于露點溫度，從而徹底消除省煤器露點腐蝕隱患，確保余熱鍋爐安全運行。

（6）CO余熱鍋爐過熱器原蒸汽吹灰器（左右各一臺）存在蒸汽易內漏、故障率高、維護工作量大、能耗高等缺陷。在冬天蒸汽吹灰器需要進行疏水、排凝等防凍操作，一旦發生蒸汽和凝結水內漏進鍋爐，可能腐蝕爐管。由于過熱器爐墻為膜式水冷壁，僅預留了兩個Φ120的吹灰孔，故本次改造將過熱器原蒸汽吹灰器拆除，采用左右各安裝一臺戴蒙德伸縮式旋轉蒸汽吹灰器，該吹灰器工作時可通過Φ120的吹灰孔，將吹掃頭自動送入爐內，吹灰結束后吹掃頭自動退出，克服了原蒸汽吹灰器缺陷，確保CO鍋爐過熱蒸汽溫度保持在410℃左右。

（7）將對流管束、低溫過熱器原蒸汽吹灰器拆除，安裝5臺脈沖激波吹灰器，同時在改造后的四組省煤器上布置16臺脈沖激波吹灰器。21臺脈沖激波吹灰器全部采用PLC控制，自動吹灰，有效防止催化劑粉塵靜電吸附在余熱鍋爐尾部受熱面，確保CO鍋爐受熱面長周期高效運行。

（8）全部新增控制、顯示參數進原裝置DCS系統。

（9）設備設計與布置如下：①全部省煤器和空氣換熱器采用模塊化設計，共分5個模塊，在制造廠制造，可確保質量，模塊還具有安裝工期短、安裝費低等優點。伸縮式旋轉蒸汽吹灰器在過熱器左右兩側各布置一臺，脈沖激波吹灰器一共布置21個，其中對流管束3個，低溫過熱器2個和省煤器16個；②給水預熱器安裝在鍋爐省煤器旁，改造后的水熱媒空氣及給水換熱器性能參數（見表2）。

表2 改造后新增水熱媒空氣預熱器設計性能參數

4 技術特點

本次改造在原省煤器空間上布置了高溫省煤器（一組）、中溫省煤器（一組）和低溫省煤器（二組），共四個模塊，每個模塊之間自身護板連接，支撐在爐體鋼結構承重梁上，全部重力小于原省煤器帶爐墻重力，原爐體鋼結構無需加強，改造工作量小，并具有以下特點：

（1）省煤器均采用模塊化設計，設計上將承壓部件的所有焊縫均安排在夾層內，預置吹灰器的接口，現場安裝時只需將各模塊之間加焊連接鋼板，然后進行外保溫，節省人力并可大大縮短現場安裝工期，節約安裝費用。

（2）空氣換熱器也采用模塊化設計，布置在原低壓蒸汽－空氣加熱器位置。

（3）無論裝置負荷如何變化，均能自動將煙氣換熱器和省煤器入口水溫保持在避開露點腐蝕的給定值（本次改造為140℃），確保設備的安全運行。

（4）主要設備采用模塊化箱式結構，所有受壓元件的焊接、整體水壓試驗全部在制造廠完成，現場只需用護板將各模塊連接起來保溫即可。施工難度小、周期短，質量可得到有效保證。

5 運行效果

5.1 節能改造后技術指標

（1）全部再生煙氣進余熱鍋爐進行能量回收，余熱鍋爐爐膛壓力顯著降低，爐膛壓力2.5 kPa；（2）外取熱器、油漿蒸發器和CO余熱鍋爐自產的中壓飽和蒸汽全部進余熱鍋爐進行過熱，過熱蒸汽溫度410±10℃；（3）CO余熱鍋爐最大連續過熱能力≥68.6 t/h，且過熱蒸汽溫度410±10℃；（4）CO余熱鍋爐排煙溫度185±10 ℃；（5）省煤器實際進口水140±5 ℃；（6）CO 余熱鍋爐改造后的設備連續運行1 000 d以上。

5.2 經濟效益指標

（1）原放空的25%CO左右再生煙氣的化學能和高溫物理顯熱得到了有效回收，可多回收8 050 kW能量，多產10.2 t/h中壓過熱蒸汽，每年可新增經濟效益816萬元；（2）滿足裝置長周期運行要求。徹底消除省煤器腐蝕隱患，避免CO余熱鍋爐停爐搶修，每年檢修費用降低50萬元。

6 小結

CO余熱鍋爐節能改造后，爐膛壓力大大降低，CO再生煙氣處理能力得到了提高，保證了全部CO煙氣進鍋爐進行能量回收，CO鍋爐各受熱面吹灰措施得到了完善，同時也較好地解決了省煤器露點腐蝕問題，有力地確保CO鍋爐長周期安全、穩定和高效運行，各項工藝技術指標以及設備性能參數均達到了設計要求，節能效果顯著。

［1］中華人民共和國勞動部.蒸汽鍋爐安全技術監督規程［M］.北京：勞動出版社，1996.

［2］樊泉桂主編.鍋爐原理［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［3］李中元.燃油燃氣鍋爐房系統安全設計［J］.甘肅科技，2004，20（6）：29-30.