催化裂化再生烟气颗粒物浓度及粒度测量分析

王国刚，王振南，张金庆，孙志强

(青岛惠城环保科技股份有限公司，山东 青岛 266500)

烟机机组是催化裂化装置的关键设备，烟机入口高温再生烟气中所夹带的催化剂粉尘浓度和颗粒度大小直接影响烟机叶片寿命。为确保烟机长周期平稳运行，必须定期检测烟机入口粉尘浓度和粒度。三级旋风分离器放置在烟气轮机之前，用于分离烟气中的粉尘，是保证烟气轮机正常运行的重要设备。采集三级旋风分离器后烟道内的含尘烟气中粉尘，从而获得其含尘浓度以及其粉尘粒度至关重要[1]。

目前在线监测粉尘浓度的方法只有催化剂激光粒度在线监测系统，利用通过颗粒场的激光产生的衰减及散射规律实时测量动态的颗粒浓度及粒子的粒度分布。但是此监测系统经常由于催化剂粉尘的堵塞导致测量结果不准确。

本文主要通过采用专业的设备和检测方法检测催化裂化再生烟气中颗粒物的浓度和粒度，计算出三旋效率，为催化裂化操作和设备提供一定的数据支持，使得能量回收系统能够稳定的运行。

1 采样原理与方法

采样原理：采样设备由采样及过滤系统、输送系统、调节控制系统、冷凝系统、计量系统等组成，其中采样口设在垂直立管段上[2-3]，符合采样规范要求。由于三旋出口烟气直管道段较长，管内气流较为稳定，粉尘分布较均匀，并且装置操作一直很平稳，因此能够实现快速、准确地测定烟气粉尘浓度。

采样方法：采样时，将采样嘴直接置于烟气气流中并正对气流方向，含尘烟气中的粉尘由外置的采样滤筒过滤下来[4-5]。根据采样气量和收集的粉尘含量，计算采样烟气中的粉尘浓度。粉尘粒度分布采用mastersizer2000E型激光粒度仪进行分析。此外，基于采样规范要求，采用两环四点法进行采样，并使用已标记滤筒分别在采样位置进行采样。为保持等动采样，需要对采样烟气流量进行控制[6-8]。

2 烟气中粉尘含量计算

三旋入口、出口处采样数据如表1所示。

表1 三旋入口/出口采样原始数据

续表

根据表1中数据，计算得烟气中粉尘干基浓度为1 072 mg·Nm-3(三旋入口)和322 mg·Nm-3(三旋出口)，标况下湿基浓度为1 025 mg·Nm-3(C，三旋入口)和309 mg·Nm-3(C0，三旋出口)。根据上述数据，计算三旋总分离效率(η)为：

一旋和二旋存在运行问题导致三旋入口的颗粒物浓度和粒度都偏高，可以检查一旋和二旋的操作和运行状况。三旋分离效果差，烟机入口浓度和粒度超高，导致烟机运行不够平稳而且容易出现结垢。三旋内部出现的问题需要打开三旋进行检测和判断[9-11]。

3 烟气中粉尘粒度分布

对三旋入口/出口催化剂粉尘进行取样分析，粉尘粒度分布如图1和表2所示。

图1 三旋入口/出口烟气粒度分布Figure 1 Particle size distribution of flue gas at three-rotation inlet and outlet

表2 三旋入口/出口烟气中粉尘粒度分布

由图1和表2可知，入口(0～20) μm粒子占比27.52%，(0～40) μm粒子占比71.51%，Dv(50)=29.713 μm。出口(0～20) μm粒子占比94.53%，(0～40) μm粒子占比99.05%，Dv(50)=2.660 μm。

4 结 论

(1) 根据采样浓度和粒度计算分析，该催化裂化装置三旋入口催化剂的标况下湿基浓度为1 025 mg·Nm-3，催化剂粒径大部分在60 μm以下，其中粒径(0～20) μm粒子占比27.52%，粒径(0～40) μm粒子占比71.51%，平均粒径为29.713 μm。

(2) 三旋出口催化剂的标况下湿基浓度为309 mg·Nm-3，催化剂粒径大部分在55 μm以下，其中粒径在(0～40) μm范围的占99.05%，平均粒径为2.660 μm。

(3)三旋分离效率为69.85%，一旋和二旋存在的运行问题导致三旋入口的颗粒物浓度和粒度都偏高，数据上显示三旋分离效果差，烟机入口浓度和粒度超高，烟机运行不够平稳而且容易出现结垢的问题。