YL-16000型烟机发电实践分析

孙立峰 赵志飞（华北石化公司）

YL-16000型烟机发电实践分析

孙立峰 赵志飞（华北石化公司）

通过介绍YL-16000型烟气能量回收机组性能指标及操作参数，计算比较烟机组实际运行情况与设计工况，分析了机组在实际运行中存在的主要问题，有针对性地实施了处理措施，改变操作习惯，提高了烟机效率，最终实现烟机发电，取得了显著的节能效果。

烟机 功率平衡 发电

催化裂化装置是炼油行业的核心装置，而烟气能量回收机组（简称烟机组）是催化裂化装置的核心设备。烟机是利用再生烟气所含有的压力能和热能膨胀作功，驱动主风机为再生器输送烧焦用风以满足生产需要，功率不足或剩余部分由异步电动机/发电机平衡，从而达到回收能量降低催化裂化装置电耗目的。

本装置烟机组采用烟机、主风机、齿轮箱和电机/发电动机组成的三机组配置。烟机组技术性能参数见表1。

表1 烟机组技术性能参数

从表1数据看，机组在设计条件下具备一定的发电能力，但烟机组在前几个运行周期中均没有实现发电，电动机耗电功率约1000kW，烟机能量回收率（烟机功率/主风机功率）约为93%，与设计相差较大。

1 烟机组功率平衡及分析

1.1 数据核算

取2011年1月4日和2月2日机组运行数据对该机组进行核算，数据见表2。

表2 机组运行数据

主风机轴功率：

式中：

Ne——主风机功率，kW；

V1——主风入口流量，m3/min；

P1、P2——主风入口、出口压力，105Pa；T1、T2——主风入口、出口温度，K；

K——绝热指数：取K=1.4；

M——多变指数；

ηpol——主风机多变效率；

η机——为主风机机械效率，取98%；

烟机功率的计算公式：

式中：

Ne——烟机功率，kW；

V1——烟机入口流量，m3/min；

P1、P2——烟机入口、出口压力，105Pa；

T1、T2——烟机入口、出口温度，K；

K——绝热指数：取K=1.308；

ηpol——烟机绝热效率；

η机——烟机机械效率，取98%；

电动机/发电机功耗：

电动机输入到机组系统功率：功率表读数为96.81%。机组系统输入发电机功率：功率表读数为96.81%。

由式(1)～(5)[1][2]计算结果汇总到表2，2009年余热锅炉进行改造，烟机背压由10kPa（表）降到5 kPa（表），对烟机回收功率有利。该工况下主风机多变效率为88.0%，烟机绝热效率为67.2%，烟机功率回收率为95%。从计算结果看，主风机多变效率接近设计要求，但因进入烟机烟气比例、烟机绝热效率均较设计值要低，造成烟机功率回收率比设计值低。

1.2 烟机功率回收率低原因分析

1）烟气量的损失。与设计值比较，经过烟机的烟气比例偏低。2010年多次进行烟机发电试验，在双动滑阀全关情况下烟机仍无法在发电工况稳定运行，为避开临界工况不得不开大双动滑阀，让部分烟气走旁路。

2）烟机效率偏低。因烟道喷水，烟机轮盘冷却蒸汽偏大及烟机叶片磨损等因素，烟机效率偏低。

3）操作习惯使得机组没在最佳工况运行。以前通过控制烟气氧含量来控制主风量，烟机做功与风机耗功没有在最佳匹配点运行，造成整个烟机组系统电耗较高。

2 优化操作条件实现烟机发电

2011年根据生产计划装置全年负荷率在95%以上，给实现烟机发电提供了可能，因此工区在2011年4月份检修时就做了部分工作，力争实现烟机发电。

2.1 减少烟气旁路跑损

减少烟气旁路跑损就是要减少经过双动滑阀及临界喷嘴的烟气量。减少经过双动滑阀的烟气量，就必须解决双动滑阀定零点问题。一般认为检修调校双动滑阀时处于冷态，为防止温度升高后卡涩，两阀板之间会留有2cm间隙，但具资料报道当温度升高导致设备、管线膨胀，阀板零点时会在原有基础上增加0.4～0.6cm间隙〔3〕，而造成更多的烟气量损失。针对这一情况，本次检修调校时两阀板之间留有1cm间隙，等正常生产时将双动滑阀投入室内手动控制，每次0.2个阀位关闭滑阀，直至滑阀关不动后，再后退0.5个阀位，做为滑阀实际控制零点。目前双动滑阀工艺上按0～0.5%控制，总计减少泄露烟气量60～80Nm3/min。另外本装置安装有两个临界喷嘴，孔板直径90mm，在本次检修中对其中一个进行了整体更换，将孔板直径改为65 mm。装置开工后通过与90mm喷嘴切换比较，再生压力增加5kPa，电动机功耗降低100kW，通过计算经临界喷嘴跑损烟气量减少约50Nm3/min，烟气泄露率由2.8%降到1.5%。一般资料报道要求三旋烟气泄露量为3%~5%，但也有部分资料报道在泄露率1%~5%范围内三旋效率变化不大[2]，实际上不同类型三旋及装置最佳泄露率是不同的。通过比较切换前后在线监测烟气催化剂颗粒浓度其值变化不大，仍小于160mg/m3，说明本装置三旋在此泄露率下工作正常。

2.2 通过监测烟气颗粒浓度保持烟机热效率

前几个运行周期中均出现外取热蒸发管泄露情况，泄露初期因参数变化不明显无法及时发现，但其对烟气中催化剂浓度增加影响较大，等确认管束泄露及采取措施时，其对烟机造成的影响已无法挽回。从前烟机检修时发现烟机动叶顶存在磨损现象，最深达1.5mm，而减少烟机入口催化剂粉尘浓度是解决动叶磨损最好的办法。

2.3 减少烟风系统温降、压降

由于装置布局原因，从除氧器来的放空蒸汽冬天在主风机过滤器上结霜，增加了主风入口过滤器压降，主风机功耗增加，本次检修把除氧器放空蒸汽引至系统回收使用，既解决了结霜问题也回收了乏汽。通过比较，改造前后过滤器压差降低了0.14 kPa，降低了主风机功耗。

本装置烟气的温度降为40～50℃，较大（国内平均为25.7℃）[4]。因小型加剂原因，造成再生器稀相温度波动较大，无法彻底避免烟道喷水，喷汽。本周期严格考核在满足烟机入口温度的前提下，使用烟道喷汽、喷水情况，以减少再生烟气的温降损失，同时也减少烟机积垢和后路的露点腐蚀问题。另外对三旋出口至烟机入口的烟道保温进行了更换。采取以上措施后，烟气温降降至30℃，增加了烟机回收功率。

2.4 通过改变操作习惯探索烟机做功与风机耗功的最佳匹配点

烟机能量回收率与烟机回收功率和主风机消耗功率有关，以前为了降低主风机电耗，操作上控制烟气氧含量≯2，虽然主风机耗功减少了，但烟机回收功同样降低。通过比较机组性能曲线，轴流主风机效率约为90%，在较宽工作范围内效率变化不大，而烟机在一定范围内随烟气流量与入口压力增加增长较快，但烟机从单位烟气中所能回收功率有一最大值，而主风机所需功率则随再生压力增高而持续增大[5]。因此，理论上必然存在一个最佳的配合点，使烟机功率回收率最大。

在满足烧焦用风与设备安全前提下，直接对电动机功率进行控制，是找出最佳匹配点的方法。因为本装置为完全再生，在主风量调整上方便了很多，将双动滑阀关至最小，使烟气尽可能多f通过烟机从而做功，缓慢提升主风量，开大烟机碟阀，等碟阀全开后随主风量提高再生压力随之提高，在调节过程中观察电动机电流有功，若电动机有功一直走高则反向调节，降低主风量来查找最佳运行点，通过以上方法可以找出使烟机功率回收率最大点。机组运行最佳匹配点随气温、湿度、装置负荷率等因素变化而变化。装置负荷率在95%时在不同温度下电动机功率-主风量关系见图1。在外界条件变化时，需要重新寻找主风机-烟机运行的最佳匹配点。

图1 不同温度下主风机流量与电动机功率关系

经过努力,装置烟机组在2011年12月实现发电。取2012年2月14日的运行数据对其进行功率平衡，可以看出流经烟机的烟气流量增加了4%，烟机绝热效率增加到72%，烟机功率回收率由95%增加到111%。2011年12月-2012年4月烟机最大发电功率达2000kW，平均为830kW烟机，共持续发电230×104kWh，按工业用电0.8元/kWh，整个冬季烟机节能增加效益184万元，若考与之前为用电状态相比，则增加效益更为明显。

3 结论及展望

通过计算为烟机回收功率优化找出方向，在检修中做出实施，在管理中注意细节，改变操作思路，不断优化工艺参数，摸索出机组的最佳操作性能区间，最终实现烟机持续发电，取得了显著节电效果。今后,装置在适当降低烟机流通面积来提高再生系统压力及烟机绝热效率，改进小型加剂以杜绝烟道喷水，进一步降低烟机轮盘冷却蒸汽量等方面还有待于进一步的优化,以实现更高水平的烟机功率回收率。

[1]曹汉昌,郝希仁,张韩.催化裂化工艺计算与技术分析[M].北京:石油工业出版社,2000(10):470-480.

[2]西安交通大学透平压缩机教研室,离心式压缩机原理[M].北京:机械工业出版社,1980:30-32.

[3]王伯亮,方明,夏树人,等,影响催化烟机能量回收的因素分析与应对措施[J].通用机械,2005(8):84.

[4]催化裂化装置优化运行调研组,化裂化装置优化运行调研报告[R],2006(3):136.

[5]石油工业部第二炼油设计研究院,催化裂化工艺设计（1版）[M].北京:石油工业出版社,1983:964-998.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.019

2012-05-12）

孙立峰，工程师，毕业于河北工业大学（化学工程与工艺专业），从事催化裂化装置技术管理工作，E-mail：hb_slf@petrochina. con.cn，地址：河北省任丘市华北石化公司，062552。