遼陽石化220萬噸/年重油催化裂化裝置煙機在線除垢對煙機效率的影響

于浩　李勃呈　劉毅

摘 要：煙機作為主風機組能量回收設備，是催化裂化裝置核心設備之一。遼陽石化220萬噸/年催化裂化裝置在檢修開工后開始出現煙機結垢現象，為消除煙機結垢結合裝置實際工況制定在線擾動方案。本文介紹遼陽石化220萬噸/年催化裂化裝置煙機在線除垢工作，記錄煙機擾動前后工況，通過對煙機擾動前后功率效率進行計算對比，實現核算煙機擾動對煙機效率的影響。結果表明，煙機在線擾動除垢使煙機效率由擾動前67.92%提升至76.62%，改善煙機的做功能力，并進一步實現煙機發電，實現裝置節能降耗。

關鍵詞：催化裂化;煙機在線除垢;長周期;效率計算

遼陽石化公司220萬噸/年重油催化裂化裝置于2019年6月進行裝置檢修開工后不久煙機做功逐漸下降，煙機開始出現結垢現象。為降低能耗，通過調研其他同類裝置，并結合本裝置實際運行工況，制定了煙機在線除垢的方案，通過在線除垢改善了煙機的做功能力。本文對煙機在線除垢前后機組的功率進行核算，論證煙機在線除垢前后煙機效率變化及調整方向。

在催化裝置，煙氣輪機的作用是利用再生煙氣中所具有的熱能和壓力能膨脹作功，轉化成機械能驅動主風機實現能量回收。當煙機負荷及壓縮比高時，回收的能量不僅可以帶動主風機，還能向電網送電。

本裝置設計煙機可在冬季發電3個月，但實際因煙機結垢效率下降導致主風機一直處于用電工況，裝置能耗也逐漸升高。本裝置煙機出現結垢現象時，主風機組電流由開工初期的180A逐漸增至最高400A，功率由1300kW增至最高5600kW。

煙機在線除垢就是利用催化劑垢層與煙機轉子的膨脹系數不同，通過煙氣流量的變化人為改變煙機輪盤溫度，使沉積物脫落，達到改善煙機效率的目的。2019年11月26日裝置進行煙機在線擾動除垢作業，并于11月27日進行主風機發電實驗取得進一步成功，發電時主風機組功率穩定在-1100kW。隨后機組于12月1日進入發電工況，煙機在線除垢后裝置能耗從52kgoe/t降至50.3kgoe/t。

1 煙機效率計算

為對煙機在線除垢效果進行判斷需要對煙機在線除垢前后效率變化進行計算分析。首先，將煙機在線除垢前后運行穩定工況的主要操作參數列表如下：

根據煙機分析結果可計算得煙風比：1.032

煙氣相對分子量：29.58

再生器出口煙氣量：4886.5Nm3/min（2019年11月25日），4929.86Nm3/min（2019年12月5日）

主風機出口質量流量：

G風=

經計算得：

G風=102.17kg/s（2019年11月25日），103.07kg/s（2019年12月5日）

再生器出口煙氣質量流量：

G煙=

經計算得：

G煙=107.54kg/s（2019年11月25日），108.5kg/s（2019年12月5日）

煙機功率計算公式為：

Ne=Nc+Ng+Np-Nm

式中：

Ne-煙機軸功率

Nc-主風機軸功率

Ng-齒輪箱耗功

Np-聯軸節耗功，取主風機功率1%

Nm-電機軸功率

其中電機軸功率Nm=，COSφ=0.9

經計算得，電機軸功率：

N=4520.65kW（2019年11月25日），-2509.74kW（2019年12月5日）

電機效率為97%，則：

Nm=N/0.97=4660.46kW（2019年11月25日），-2587.36kW

（2019年12月5日）

主風機功率：Nc=Ni+Nq+Nma

式中：

Ni-被壓縮氣體所接受的功率

Nq-殼體經輻射和對流傳出熱量的當量功率

Nma-軸承消耗的功率

Ni=G×Cp（TOK-TOH）

式中：

G-主風質量流量

Cp-定壓比熱容，Cp=0.311kcal/（Nm3.℃）=0.24kcal/（kg.K）

TOK、TOH-主風出、入口溫度，K

主風機效率約為89%，則：

Ni=20939.9kW（2019年11月25日），20228.95kW（2019年12月5日）

殼體經輻射和對流傳出熱量的當量功率：

Nq=α.A.（Tc-Te）

式中：

α-傳熱系數=14J/（m2.s.K）

A-傳熱面積

Tc、Te-風機外表溫度及環境溫度

Nq=116.48kW（2019年11月25日），122.85kW（2019年12月5日）

軸承消耗的功率：

Nma=ρ.Q.C.Δt

式中：

Q-軸承耗油量，m3/s

ρ-潤滑油密度，kg/m3

C-潤滑油比熱，J/（kg.K）

Δt-潤滑油溫升，K

Nma=74.92kW

主風機功率經上式計算可得：

Nc=21131.3kW（2019年11月25日），20426.73kW

（2019年12月5日）

齒輪箱耗功Ng=95kW

聯軸節耗功Np=193.5kW

則煙機軸功率：

Ne=Nc+Ng+Np-Nm=16905.2kW（2019年11月25日），23230.97kW（2019年12月5日）

雙動滑閥煙氣通過量計算：

雙動滑閥內徑為1400mm，全開面積為5500cm2

雙動滑閥開度對應流通面積為627.15cm2（2019年11月25日），211.04cm2（2019年12月5日）

Ge‘=AC0Y[（P1-P2）P1M/（T1Z）]1/2/（1.82×10-3）

式中：

Ge‘-雙動滑閥通過煙氣量，kg/s

A-雙動滑閥通道面積

C0-流量系數

Y-膨脹系數

P1-滑閥前絕壓，105Pa

P2-滑閥后絕壓，105Pa

M-煙氣平均相對分子量

T1-滑閥前煙氣溫度，K

Z-壓縮系數，在此等于1

經查表得C0=0.58，Y=0.86，M=29.58。

滑閥前絕壓3.85*105Pa，滑閥后絕壓1.18*105Pa

帶入可算得雙動滑閥通過煙氣量：

Ge‘=22.78kg/s（2019年11月25日），7.68kg/s（2019年12月5日）

煙機入口煙氣量：

Ge=77.73kg/s（2019年11月25日），93.79kg/s（2019年12月5日）

煙機效率計算：

式中：

ηe-煙機總效率;

Ne-煙機軸功率，kW

Ge-煙機入口流量，kg/s

Cpe-煙機盡出口煙氣平均定壓比熱，kJ/（kg.K）

Ti-入口煙氣溫度，K

Pe-煙氣出口壓力，kPa

Pi-煙氣入口壓力，kPa

K-煙氣絕熱指數，1.2872

煙機效率經上式計算可得：ηe=67.92（2019年11月25日），76.62%（2019年12月5日）

2 結論

經煙機功率計算可知：通過對煙機進行在線在線除垢，煙機效率由在線除垢前的67.92%提升至76.62%并實現煙機發電，改善了煙機的做功能力，實現裝置節能降耗，為裝置長周期平穩運行打下基礎。

參考文獻：

[1]王風敏，李樹成，鄭文永等.煙汽輪機除垢技術淺析[J].中國化工貿易，2012，38（6）：117-118.

[2]曹漢昌.催化裂化工藝計算與技術分析[M].北京：石油工業出版社，2000：449-485.

[3]張玉龍.催化裂化煙機發電的探索與實踐[J].企業導報，2013，250（18）：182-184.

[4]張亮.催化裂化裝置煙機效率分析[J].山東化工，2014，43 （7）：115-116+120.