周 朋
(弘潤石化(濰坊)有限公司維保中心,山東濰坊 262513)
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(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫再生煙氣熱量來自產(chǎn)中壓飽和蒸汽,以降低整個系統(tǒng)能耗,做到能源的充分利用。該余熱鍋爐采用模塊式箱體結(jié)構(gòu)疊落組裝,無補燃自然循環(huán),微正壓露天布置結(jié)構(gòu),由高溫過熱器、一級低溫過熱器、二級低溫過熱器、蒸發(fā)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(yù)熱器、管道閥門等組成。設(shè)置獨立鋼構(gòu)架,鍋爐的每個模塊支撐在鋼架上,模塊之間設(shè)有連接煙道,每個模塊可以單獨拆裝。
按照原設(shè)計,該余熱鍋爐與DCC 裝置外取熱器、油漿蒸發(fā)器等共同組成蒸汽發(fā)生和過熱系統(tǒng)。余熱鍋爐除過熱自產(chǎn)飽和蒸汽外,同時還有過熱裝置外取熱器和油漿蒸發(fā)器等產(chǎn)外來飽和蒸汽。由于裝置工藝調(diào)整,外取熱器在裝置正常運行時不產(chǎn)汽。余熱鍋爐運行時存在排煙溫度高、蒸發(fā)器積灰嚴(yán)重、新增煙氣脫硫后壓降增加導(dǎo)致余熱鍋爐煙氣泄漏、激波吹灰器年久失效等問題。
該余熱鍋爐實際運行參數(shù)與原設(shè)計參數(shù)不匹配。裝置產(chǎn)汽量原設(shè)計工況為61.65 t/h,實際產(chǎn)汽量僅為37.86 t/h。激波吹灰器老化,吹灰效果不明顯,導(dǎo)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(shè)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?zé)煔膺M入煙氣脫硫系統(tǒng),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(yán)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(yán)重、蒸汽產(chǎn)量降低,而且原吹灰器罐體及激波發(fā)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(fā)生汽化,存在安全隱患。
根據(jù)實際運行參數(shù)對鍋爐進行整體熱力核算,設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)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(chǎn)汽量,增加蒸發(fā)段換熱能力。省煤器及之間管道利舊不動,根據(jù)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(fā)生露點腐蝕。整體更新激波吹灰系統(tǒng),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(gòu)架利舊高度不變,針對其載荷增加,考慮加固措施。
表1 設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)(煙氣部分)
表2 設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)(汽水部分)
改造后余熱鍋爐結(jié)構(gòu)有汽包、高溫過熱器、一級低溫過熱器、二級低溫過熱器、蒸發(fā)段、高溫省煤器、低溫省煤器(二級),除蒸發(fā)段更新外其余設(shè)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(shè)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(nèi)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(shè)置3 個噴頭,采用多孔噴管減溫器,主管材料采用12Cr1MoVG,內(nèi)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(fā)段
對余熱鍋爐重新進行熱力平衡和原余熱鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)核算后,原蒸發(fā)段換熱能力不滿足要求,需要增加蒸發(fā)段換熱能力。在原蒸發(fā)段過熱器、省煤器利舊不變的情況下新增1 臺蒸發(fā)段。
3.2.4 激波吹灰器整體更新
對原激波吹灰器系統(tǒng)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(fēng)管路送風(fēng),每個反吹風(fēng)管路設(shè)置閥門控制,通過調(diào)節(jié)風(fēng)量,確保每個吹灰點反吹風(fēng)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(fā)生器爆燃,產(chǎn)生一道強度可控的激波。激波發(fā)生裝置的部件有燃?xì)馀c空氣進氣管、燃?xì)馀c空氣的混合器、混合可燃?xì)怏w的點火裝置、火焰導(dǎo)管、激波發(fā)生器和激波發(fā)射噴口??扇?xì)怏w(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(dāng)?shù)谋壤淙牖旌掀骼?,形成能夠產(chǎn)生爆燃的可燃混合氣體,充滿混合器、下游管道和激波發(fā)生器罐體。用高能點火裝置點燃混合氣,產(chǎn)生的爆燃火焰通過火焰導(dǎo)管迅速傳至激波發(fā)生器中,激波發(fā)生器中的可燃?xì)庠诠摅w中產(chǎn)生微爆,在罐體中形成瞬時高壓并產(chǎn)生壓縮波。壓縮波在具有特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的激波發(fā)生器中得到加強和調(diào)制,在發(fā)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(fā)生器部分、控制部分和工作部分組成,主發(fā)生器部分包括空氣和燃?xì)獾幕旌掀?、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(fā)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(jù)激波發(fā)生器的性能指標(biāo),每個激波吹灰器單個運行的作用距離可在2~6 m 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。激波吹灰器在爐體各側(cè)對稱布置,以達到最佳吹灰效果。根據(jù)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(shù)產(chǎn)品,采用一拖一,燃料氣采用瓶裝乙炔,共設(shè)置30 臺吹灰器,利舊26 個罐(原罐上有反吹風(fēng)的接口)及吹灰器管道,新增4 個罐(罐上需設(shè)置有反吹風(fēng)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(fēng)采用獨立反吹風(fēng)管路送風(fēng),每個反吹風(fēng)管路設(shè)置閥門控制調(diào)節(jié)風(fēng)量,確保每個吹灰點反吹風(fēng)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(shè)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(yù)熱器需調(diào)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。
(1)余熱鍋爐改造前后標(biāo)定條件下的運行數(shù)據(jù)對比見表3、表4。余熱鍋爐自產(chǎn)中壓蒸汽量,改造后每小時多產(chǎn)7t 蒸汽。煙氣經(jīng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)要求小于2500 Pa)。
表3 改造前后標(biāo)定條件下的運行數(shù)據(jù)對比(煙氣部分)
表4 改造前后標(biāo)定條件下的運行數(shù)據(jù)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(shù)協(xié)議指標(biāo),分析其原因是高溫省煤器積灰比較嚴(yán)重。
(3)節(jié)能效果良好。改造后余熱鍋爐運行平穩(wěn),每小時可多產(chǎn)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。
經(jīng)過本次優(yōu)化改造,解決了余熱鍋爐運行中出現(xiàn)的問題。在滿足設(shè)計運行條件或低煙氣負(fù)荷的運行工況下,余熱鍋爐的自產(chǎn)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(biāo)均符合要求,煙氣脫硫系統(tǒng)除鹽水消耗也大幅降低,節(jié)能效果明顯。