提高催化裂化CO烟气余热锅炉效率探讨

摘要：文章通过对140万吨/年催化裂化CO烟气余热锅炉效率的实例计算分析，评估计算的不确定因素和准确度，提出节能优化措施及长周期安全运行方案。

关键词：余热锅炉；CO烟气；节能降耗；热效率；催化裂化 文献标识码：A

中图分类号：TK229 文章编号：1009-2374（2015）13-0031-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.016

在炼厂余热锅炉日常运行管理中，除了确保锅炉安全长周期运行，节能降耗尤为重要，而且锅炉作为耗能大户，也直接影响着经济效益，因此，如何有效提高锅炉热效率是锅炉管理的重要职责，同时余热锅炉检查评比过程中，效率测算也是重要考核指标，但如何正确计算和评价余热锅炉效率却极为不易。本文以两台典型75t/h催化裂化CO烟气余热锅炉为例，通过对效率的计算分析，期望提出余热锅炉运行优化方案进而实现锅炉经济运行。本装置于1999年建成投产，额定蒸发量75t/h，设计工况下燃料为催化再生CO烟气和炼厂干气，当催化裂化装置停运时燃用燃料油，由于公司内没有其他动力锅炉，此两台锅炉承担着催化裂化CO烟气的余热回收功能，同时也作为动力锅炉保证全公司系统管网用汽。

1 锅炉热效率基本概念

1.1 锅炉热平衡

在稳定工况下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间的热量平衡。以1kg固体或液体燃料或0℃、0.1MPa的1m3气体燃料为基础进行计算。热平衡方程为：

Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6kJ/kg

式中：Qr为锅炉输入热量；Q1为锅炉有效利用热量；Q2为排烟热损失；Q3为气体不完全燃烧热损失；Q4为固体不完全燃烧热损失；Q5为锅炉散热损失；Q6为其他热损失。

1.2 锅炉热效率

正平衡法：锅炉有效利用热与锅炉送入热量之比：

η=（Q1/Q2）×100%。

反平衡法：求出各项热损失后，用下式求得锅炉的热效率：

η=100-（q2+q3+q4+q5+q6）%。

优缺点：锅炉正平衡法简单易行，用于热效率较低的工业锅炉（η<80%）时比较准确；反平衡法较复杂，但通过各项热损失的测定和分析，可以找出提高锅炉经济性的途径。

1.3 锅炉净效率

锅炉热效率扣除锅炉机组自用电耗折算的热损失和锅炉本身消耗的热能之后的效率，即：

ηj=η-△η（%）

式中：△η为自用汽水及电能折算成热量后占输入锅炉热量的百分数；η为锅炉热效率；ηj为锅炉净效率。

2 实例装置设计热力计算参数

第一，设计燃料：再生CO烟气、燃料油、炼厂干气。

第二，设计烟气成分（体积百分比）：O2=0.17；N2=69.78；CO=4.26；CO2=11.87；SO2=0.07；H2O=13.86；再生CO烟气温度：500℃；压力：5kPa；流量：144000m3/h。

第三，设计热效率：设计工况：（55+20）t/h，98%CO+2%干气，效率82%。校核工况A：50t/h，燃料油，效率92.98%。校核工况B：75t/h，燃料油，效率92.46%。校核工况C：（49+16）t/h，98%CO+2%干气，效率81.68%。

3 实例装置运行参数热力计算

3.1 炼厂干气热值计算

选取炼厂内LIMS网上3月11日数据，干气成分及其发热值如下：

H2：25.19%，10794kJ/m3；CH4：28.2%，35906kJ/m3；C2H4：10.35%，59482kJ/m3；C2H6：12.79%，64397kJ/m3；C3H6：0.37%，87667kJ/m3；C3H8：0.11%，93244kJ/m3；C4H8：0.24%，117695kJ/m3；C4H10：0.1%，123649kJ/m3；C5H12：0.06%，156733kJ/m3；CO：2.66%，12644kJ/m3；CO2：1.66%；N2：18.27%。

据以上数据可计算出干气体积热值为28500.69kJ/m3，质量热值为33722.84kJ/m3。

3.2 锅炉正平衡热效率

根据运行记录，接班干气累计5539，交班干气累计5616，当天干气消耗77t。

接班蒸汽累计53599（A）57590（B），交班蒸汽累计54482（A）58504（B），当天总发汽量1797t。

催化总烟气量144000m3/h，显热493.4kJ/m3，CO放热302.1kJ/m3，可计算出烟气总热量114552kJ/h。

查表得：420℃、3.5MPa蒸汽焓：3267.5kJ/kg；127℃、5.4MPa给水焓：535kJ/kg；3.6MPa炉水焓：1047.3kJ/kg；据公式可计算出正平衡效率92.02%。

3.3 锅炉反平衡热效率

根据干气和CO烟气数据：

第一，可计算得理论空气量为7.1869m3/m3；二氧化物容量0.819m3/m3；理论氮气容量5.8603m3/m3；理论水蒸气容量1.5560m3/m3；从而算得理论烟气量8.2353m3/m3。

第二，取烟气氧含量为2.5%，则过剩空气系数1.13513；则实际烟气量9.22220m3/m3。

第三，取排烟温度168℃，查表：CO2焓值297.16kJ/m3；氮气焓值218.4kJ/m3；水蒸气焓值255.04kJ/m3；空气焓值26.4kJ/m3。从而可计算出理论烟气焓1920.120kJ/m3；实际烟气焓1945.759kJ/m3。endprint

第四，则计算可得锅炉排烟热损失0.060713m3/m3。

第五，取烟气中CO含量0.1%，可得出化学不完全燃烧热损失0.003632m3/m3。

第六，根据燃油燃气锅炉经验，选取排烟热损失为0.008m3/m3，机械损失为零。

第七，综合以上数据，可得出反平衡热效率92.77%。

锅炉效率只有一个，通常正、反平衡热效率差值小于4%即符合要求，以上计算结果符合规定；因此我们选取正、反平衡的均值92.4%作为锅炉热效率。

为了更好地监测锅炉运行情况，采用便携式烟气分析仪定期进行测量，分析仪测出当天锅炉热效率为91.7%，与上述计算结果一致。

3.4 锅炉净效率

选取两台锅炉主要能耗数据：当天耗电11833.5kWh，当天耗汽132.6t，电力（等价）为11826kJ/kWh，从而可算出锅炉净效率82.6%。

3.5 引入经验公式

由于CO锅炉有其特性，其效率计算没有非常准确的方法，资料显示，石家庄炼化曾做过CO锅炉效率分析，提出经验公式：

η=95.7-0.091D-0.26O2-0.048T+0.00042G

式中：D为锅炉蒸发量；O2为烟气含氧量；T为排烟温度；G为干气流量。

根据实例炼厂数据，D=68，O2=2.5，T=166，G=3796.8，则η=83.5%。

4 计算过程中不确定因素

（1）75t/h锅炉原设计为催化裂化余热锅炉，因此其热效率计算按照电站锅炉反平衡算法，会存在效率偏高现象；（2）利用正平衡算法过程中，由于对CO烟气没有完全的成分分析，而烟气量也为估计值，因此烟气热值计算会有一定的误差；（3）锅炉净效率计算中，对于整个锅炉系统，仍有其他消耗未精确计算在内，实际净效率应该比这个结果偏小；（4）该计算中所用部分数据为两台锅炉共用数据，由于锅炉负荷较低，其效率也会比以上计算结果偏低；（5）热效率计算过程本身存在不确定因素较多，以上计算中选取的数据波动对计算结果有一定影响。

5 建议优化运行方案

通过以上计算分析，可知实例锅炉热效率为92.4%，与便携式分析仪测量结果存在很小偏差，能够反映锅炉运行实际情况，而锅炉实际净效率为82.6%，与同类经验公式计算结果相差较小，也进一步印证了以上计算的准确性，但是上述结果与同类企业的运行数据相比仍有一定差距，说明该余热锅炉存在挖潜增效点，建议实施以下运行优化方案：（1）充分利用CO烟气，提高给水预热器出水温度，在确保不发生露点腐蚀的情况，适当降低排烟温度；（2）充分利用现有设备，加大余热资源的利用，减少锅炉自耗蒸汽量；（3）根据气温变化和汽量增减，及时切换大小风机和水泵等设备，减少电能消耗；（4）合理配风，加强低负荷下的燃烧调整，减少不完全燃烧热损失；（5）加强锅炉和蒸汽系统的保温管理，减少不必要的散热损失；（6）合理控制排污，加强泄漏检查和处理，减少各种泄漏损失。

6 结语

节能降耗、绿色低碳是当今社会的主题，更是锅炉运行的核心，如何充分利用有效的热能，是值得深思的课题。最后也希望所有用汽人员使用蒸汽的过程中力求做到“合理使用、用有所值”，真正实现碧水蓝天、和谐生活。

参考文献

[1] 韩殿诚.CO锅炉热效率的计算[J].石油化工设备技术，2003，24（5）.

[2] 于临秸.锅炉运行[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3] 车德福，等.锅炉[M].西安：西安交通大学出版社，2008.

作者简介：张贺强（1978-），男，河南遂平人，青岛石油化工有限责任公司工程师，在职研究生，研究方向：热能工程与烟气脱硫脱硝、锅炉及汽轮机运行管理。

（责任编辑：周 琼）endprint