孫立峰 趙志飛（華北石化公司）

YL-16000型煙機(jī)發(fā)電實(shí)踐分析

孫立峰 趙志飛（華北石化公司）

通過(guò)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(jì)算比較煙機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況與設(shè)計(jì)工況，分析了機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題，有針對(duì)性地實(shí)施了處理措施，改變操作習(xí)慣，提高了煙機(jī)效率，最終實(shí)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(jiǎn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)組成的三機(jī)組配置。煙機(jī)組技術(shù)性能參數(shù)見(jiàn)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(jì)條件下具備一定的發(fā)電能力，但煙機(jī)組在前幾個(gè)運(yùn)行周期中均沒(méi)有實(shí)現(xiàn)發(fā)電，電動(dòng)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(jì)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(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)該機(jī)組進(jìn)行核算，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 機(jī)組運(yùn)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(jì)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(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)功耗：

電動(dòng)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(jì)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(duì)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(jì)算結(jié)果看，主風(fēng)機(jī)多變效率接近設(shè)計(jì)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(jì)值要低，造成煙機(jī)功率回收率比設(shè)計(jì)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(jì)值比較，經(jīng)過(guò)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(yàn)，在雙動(dòng)滑閥全關(guān)情況下煙機(jī)仍無(wú)法在發(fā)電工況穩(wěn)定運(yùn)行，為避開(kāi)臨界工況不得不開(kāi)大雙動(dòng)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(pán)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(méi)在最佳工況運(yùn)行。以前通過(guò)控制煙氣氧含量來(lái)控制主風(fēng)量，煙機(jī)做功與風(fēng)機(jī)耗功沒(méi)有在最佳匹配點(diǎn)運(yùn)行，造成整個(gè)煙機(jī)組系統(tǒng)電耗較高。

2 優(yōu)化操作條件實(shí)現(xiàn)煙機(jī)發(fā)電

2011年根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃裝置全年負(fù)荷率在95%以上，給實(shí)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(shí)就做了部分工作，力爭(zhēng)實(shí)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(guò)雙動(dòng)滑閥及臨界噴嘴的煙氣量。減少經(jīng)過(guò)雙動(dòng)滑閥的煙氣量，就必須解決雙動(dòng)滑閥定零點(diǎn)問(wèn)題。一般認(rèn)為檢修調(diào)校雙動(dòng)滑閥時(shí)處于冷態(tài)，為防止溫度升高后卡澀，兩閥板之間會(huì)留有2cm間隙，但具資料報(bào)道當(dāng)溫度升高導(dǎo)致設(shè)備、管線膨脹，閥板零點(diǎn)時(shí)會(huì)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(duì)這一情況，本次檢修調(diào)校時(shí)兩閥板之間留有1cm間隙，等正常生產(chǎn)時(shí)將雙動(dòng)滑閥投入室內(nèi)手動(dòng)控制，每次0.2個(gè)閥位關(guān)閉滑閥，直至滑閥關(guān)不動(dòng)后，再后退0.5個(gè)閥位，做為滑閥實(shí)際控制零點(diǎn)。目前雙動(dòng)滑閥工藝上按0～0.5%控制，總計(jì)減少泄露煙氣量60～80Nm3/min。另外本裝置安裝有兩個(gè)臨界噴嘴，孔板直徑90mm，在本次檢修中對(duì)其中一個(gè)進(jìn)行了整體更換，將孔板直徑改為65 mm。裝置開(kāi)工后通過(guò)與90mm噴嘴切換比較，再生壓力增加5kPa，電動(dòng)機(jī)功耗降低100kW，通過(guò)計(jì)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(bào)道要求三旋煙氣泄露量為3%~5%，但也有部分資料報(bào)道在泄露率1%~5%范圍內(nèi)三旋效率變化不大[2]，實(shí)際上不同類型三旋及裝置最佳泄露率是不同的。通過(guò)比較切換前后在線監(jiān)測(cè)煙氣催化劑顆粒濃度其值變化不大，仍小于160mg/m3，說(shuō)明本裝置三旋在此泄露率下工作正常。

2.2 通過(guò)監(jiān)測(cè)煙氣顆粒濃度保持煙機(jī)熱效率

前幾個(gè)運(yùn)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(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，但其對(duì)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(shí)，其對(duì)煙機(jī)造成的影響已無(wú)法挽回。從前煙機(jī)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)煙機(jī)動(dòng)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(dòng)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(lái)的放空蒸汽冬天在主風(fēng)機(jī)過(guò)濾器上結(jié)霜，增加了主風(fēng)入口過(guò)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(wèn)題也回收了乏汽。通過(guò)比較，改造前后過(guò)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(guó)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(dòng)較大，無(wú)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(shí)也減少煙機(jī)積垢和后路的露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題。另外對(duì)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(guò)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(diǎn)

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(guò)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(zhǎng)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(gè)最佳的配合點(diǎn)，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(duì)電動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行控制，是找出最佳匹配點(diǎn)的方法。因?yàn)楸狙b置為完全再生，在主風(fēng)量調(diào)整上方便了很多，將雙動(dòng)滑閥關(guān)至最小，使煙氣盡可能多f通過(guò)煙機(jī)從而做功，緩慢提升主風(fēng)量，開(kāi)大煙機(jī)碟閥，等碟閥全開(kāi)后隨主風(fēng)量提高再生壓力隨之提高，在調(diào)節(jié)過(guò)程中觀察電動(dòng)機(jī)電流有功，若電動(dòng)機(jī)有功一直走高則反向調(diào)節(jié)，降低主風(fēng)量來(lái)查找最佳運(yùn)行點(diǎn)，通過(guò)以上方法可以找出使煙機(jī)功率回收率最大點(diǎn)。機(jī)組運(yùn)行最佳匹配點(diǎn)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(shí)在不同溫度下電動(dòng)機(jī)功率-主風(fēng)量關(guān)系見(jiàn)圖1。在外界條件變化時(shí)，需要重新尋找主風(fēng)機(jī)-煙機(jī)運(yùn)行的最佳匹配點(diǎn)。

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

經(jīng)過(guò)努力,裝置煙機(jī)組在2011年12月實(shí)現(xiàn)發(fā)電。取2012年2月14日的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)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(gè)冬季煙機(jī)節(jié)能增加效益184萬(wàn)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(guò)計(jì)算為煙機(jī)回收功率優(yōu)化找出方向，在檢修中做出實(shí)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(shí)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(lái)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(pán)冷卻蒸汽量等方面還有待于進(jìn)一步的優(yōu)化,以實(shí)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(jì)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(shù)人,等,影響催化煙機(jī)能量回收的因素分析與應(yīng)對(duì)措施[J].通用機(jī)械,2005(8):84.

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

[5]石油工業(yè)部第二煉油設(shè)計(jì)研究院,催化裂化工藝設(shè)計(jì)（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。