催化装置余热改造路径研究

孙松华 董伟钢 王韬懿

1 浙江省绍兴生态环境监测中心 2 绍兴市柯桥区环境保护监测站

1 改造项目与石化装置

1.1 项目概况

本文以某炼油化工厂进行的80万t/a催化裂化装置优化改造项目为例进行研究。该催化裂化装置设置2台L型余热锅炉，型号为BQ131/580-64.8-3.82/450，设备本体由国外采购并于2010年组装使用。在设备改造前对其进行运行指标检测，得到进入设备的催化再生烟气流量约为131000m3/h，烟气温度可达580℃，运行过程中锅炉共输出3.82MPa，温度在450℃的过热蒸汽量约为64.8t/h，其中由锅炉运行过程所产生的蒸汽量可达9.8t/h，引入主装置的饱和蒸汽量约为55t/h，余热锅炉排烟口处的温度约为150℃，催化裂化装置的低温省煤器水温为121℃。该改造设备的中压过热蒸汽系统主要由油浆蒸发器、余热锅炉以及取热器所组成。而该系统下的余热锅炉则由高低温省煤器、燃烧室、入口烟道、过热器以及对流蒸发器等功能件组成。

1.2 设备问题

设备的受热面存在积灰问题。由于该设备每层仅布置4台吹灰器，同时，受设备组装框架的影响，在吹灰器正常工作时，绝大多数能量均会被吊梁所截取，因此设备正常工作状态下无法达到额定吹灰效果，进而造成积灰无法吹散，造成余热锅炉过热蒸汽温度的偏低问题。

余热锅炉集箱罩密封泄漏情况。案例设备在运行过程中存在明显的烟气泄漏问题，泄漏区域主要集中在集箱密封罩壳、蒸发器以及过热器等位置。并且因其密封出现问题，导致泄漏区域附近设备已出现腐蚀和损坏，因此烟气实际泄漏情况逐渐增加。

锅炉的受热面通风梁存在膨胀节腐蚀严重的问题。造成该问题的主要原因在于多数设备裸露在设备外面，而壁面的实际温度偏低，从而造成烟气冷凝腐蚀设备通风梁膨胀节。

锅炉尾部的局部护板存在低温腐蚀问题。因锅炉尾部的烟道护板设计为内衬型的结构，因此护板的壁温相对较低，受温差问题影响衬里会不可避免的出现裂纹，进而造成护板内壁与烟气接触部分会出现烟气冷凝现象。催化装置产生烟气经过冷凝后将会形成酸液腐蚀护板，并且会顺着护板结构向下流动，最后流动到烟道底部导致尾部护板和局部烟道的低温腐蚀。

2 节能环保改造方案

2.1 设备改为三组省煤器

将设备原为二组省煤器改为三组省煤器，以此方式增加设备的受热面积并降低排烟的温度。替换省煤器均使用蛇形翅片管的设计结构，其管束将使用顺列布置，并实现与翅片密度的合理设计。因催化装置运行过程中所排出的高温烟气中存在一定量的催化剂粉尘，因此可通过配合锅炉定期吹灰的方式解决管束积灰的问题。

2.2 在原卧式省煤器区域新增钢构

通过在原卧式省煤器区域新增钢构设计将烟气从蒸发器出口处引出，然后引导其进入新立钢构。在钢构处由下至上安装三组省煤器以及两个SCR烟气脱硝设备，最后引导烟气进入除尘单元。同时将该设备的省煤器改为垂直状态后，入口烟气可实现由上至下流动，可降低管束积灰的增长速率，即从结构上解决安装方式不合理造成的积灰问题。

2.3 增加设备给水预热器的受热面积

增加设备给水预热器的受热面积，提升省煤器进水温度（提高至135℃），以消除冷凝腐蚀隐患，同时应当使温度点烟气含硫量而上下调整，以期确保锅炉的热效率。

2.4 确保不会发生烟气泄露问题

当在原设备基础上增加除尘单元与脱硝设备后，其烟气的引流阻力将升高至2kPa，经过试运行的计算得出原补燃风机的功率可满足阻力升高后的相关要求。但为保障烟气流通的效率，将对原燃烧室、蒸发器以及烟道等功能区进行改造，即使用圆形标准法兰结构替换所有方形检查门孔。

2.5 使用膨胀波密封焊接结构

使用膨胀波密封焊接结构实现对对流蒸发器管口以及上下汽包的密封，以期提高设备余热锅炉的使用寿命。

2.6 更换燃烧室顶部防爆门

使用水封式防爆门将燃烧室顶部的重力式防爆门进行替换。该方案的设计原因在于水封式结构与重力式结构相比具有更高的安全性和密封性，产生动作后可实现自动复位，更贴合正压锅炉的工作需要。

2.7 更换激波吹灰器

更换激波吹灰器，在催化装置的吹灰系统中设置反吹风系统，防止在吹灰器出现故障停止工作时，还能继续保持吹灰器管路的微正压状态，同时防止催化烟气出现倒灌而产生的冷凝腐蚀吹灰系统的现象。

3 改造效果

经过改造的催化装置余热锅炉，在试运行过程中余热锅炉的中压过热蒸汽出口温度约为410℃（蒸汽量280t/h），与改造前相比提高30℃，改造后催化装置的余热锅炉运行参数如表1所示。

表1 检修后余热锅炉运行参数

因过热蒸汽的品质得到提升，所以改造后的背压汽轮机组对蒸汽的需求量将下降约5%左右，由此每年可减少367.82万元的节能经费。同时，因改造前设备存在较为严重的积灰问题，每台CO余热锅炉每年都需要停炉进行清灰工作，在此期间约100t/h的中压饱和蒸汽需要存储在低压蒸汽管网中，并需要放空约48%的CO烟气，所以会浪费中压过热蒸汽约为40t/h，经过上述设计改造后的吹灰器系统可避免停机维护问题，由此可避免停炉带来的经济损失。

另外，改造后催化设备余热锅炉的排烟温度可下降15～20℃，每台余热锅炉可多产过热蒸汽约3.8t/h，每年可产生经济效益为1331.42万元。

综上，案例企业本次催化设备余热锅炉的改造项目完成后，可实现每年节约经费1995.84万元，产生的投资回报率高达207.8%。

4 结语

本文借助实际案例对石油化工企业的催化装置余热锅炉进行改造设计，通过调整设备安装方向、增加设备以及加固设备等方式，解决案例设备常见的使用问题。从试运行设备所表现出的改造结果可知，本次改造方案设计具有较高的实用性与科学性，能够在解决设备能耗与损耗问题的同时，提高产能与经济效益，达到节能降耗的目的。