余熱鍋爐系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造

王振興 曲弘民(青島安邦煉化有限公司 266111)

一、工程概況

某鍋爐為了對燃燒煙氣中的CO之后產(chǎn)生的化學(xué)能以及高溫余熱進行回收，在鍋爐系統(tǒng)設(shè)置了一臺專門的CO焚燒余熱鍋爐，主要功能在于發(fā)生過熱蒸汽。該鍋爐的汽水原則設(shè)計流程為：除氧水→省煤器斗取熱盤管以及鍋爐蒸汽發(fā)生區(qū)間→過熱段。煙氣發(fā)生原則為：再生煙氣→預(yù)燃室→過熱器→蒸發(fā)段→高溫省煤器→低溫省煤器→煙囪。

后來，因為該廠的催化裂化的工藝進行了革新，生產(chǎn)所使用的原料從之前的傳統(tǒng)重油改為了精煉蠟油。這時，CO焚燒余熱鍋爐從之前不完全再生方式改為了完全再生方式，即在整個生產(chǎn)催化過程中將不再生成CO。為了保證所設(shè)置的鍋爐系統(tǒng)依然能夠生產(chǎn)出達到對應(yīng)標準的過熱蒸汽，需要對該焚燒鍋爐進行技術(shù)改造。即通過在鍋爐的絕熱預(yù)燃室中補充適當燃氣的方式來提高煙氣的整體溫度，這樣就能夠保證鍋爐過熱蒸汽溫度達到標準。

二、余熱鍋爐運行過程中存在的主要問題

1.過熱器傳熱面積不足

鍋爐系統(tǒng)設(shè)置的催化裂化裝置在完成了催化劑的再生之后，進入到焚燒鍋爐的煙氣溫度從改造前的1000℃下調(diào)至500℃。這時，通過過熱器前后蒸汽的傳熱溫差明顯下降，這使得鍋爐生產(chǎn)過熱蒸汽的整量下降。當前，焚燒余熱鍋爐每小時產(chǎn)生標準的3.5MPa蒸汽量僅為14t，通過催化裂化取熱盤管獲得的標準3.5MPa飽和蒸汽量為40t。但是，當前余熱鍋爐只具有每小時30t的過熱蒸汽產(chǎn)能，同時將不足產(chǎn)能采用產(chǎn)生1.0MPa蒸汽的方式進行生產(chǎn)。

2.省煤器傳熱面積偏小

當催化裂化裝置催化劑改成完全再生之后，取熱盤管的蒸汽產(chǎn)生量明顯下降，進入省煤器余熱的除氧水總量也明顯下降，造成了鍋爐實際運行過程中產(chǎn)生的煙氣溫度過高的問題。為了降低煙氣溫度，雖然在之前采用了停止使用除氧水給水預(yù)熱器的方式來降低除氧水溫度的方式，在一定程度上增大了換熱溫差，提高了熱傳動力，但是煙氣溫度宜人從185℃提高到了215℃，導(dǎo)致煙氣溫度中消耗了大量熱量。

3.省煤器泄漏問題嚴重

省煤器由于露點腐蝕而存在著較為嚴重的泄漏問題，其中2013年就出現(xiàn)了9次，直接影響到了余熱鍋爐的運行穩(wěn)定性以及整體運行效率，必須對之進行改造。而導(dǎo)致煤器泄漏的主要原因是：在生產(chǎn)過程中，為了提高經(jīng)濟效益，所用原料中的S含量持續(xù)增加，使得催化裂化裝置的進料中S含量同步增加，而再生煙氣當中的S含量自然隨之而升高。這造成了省煤器生產(chǎn)運行過程中容易出現(xiàn)較為嚴重的腐蝕問題。

三、余熱鍋爐系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造措施

1.省煤器改造技術(shù)措施

為了增加省煤器的傳熱面積，將之前采用的三段面改成了四段面，其中(高、低溫各設(shè)置兩段)，將高溫省煤器上下傳熱面以及低溫省煤器設(shè)計制作成為了一個箱體模塊，并將之設(shè)置在之前蒸發(fā)段設(shè)備結(jié)構(gòu)的下部。為了增加省煤器的傳熱面，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中使用了翅片管結(jié)構(gòu)，整體管路的管徑為42mm，且將其材質(zhì)選擇為20G鋼。為了增加翅片的散熱速度，翅片的材質(zhì)為ST12鋼。整體管束的布置方式為蛇形水平布置方式，且對彎頭使用了全氬弧焊焊接方法，并在箱體上部橫梁處設(shè)置了蛇形的受熱面。這些措施顯著增加了受熱面積，提高了熱效率。

同時，在設(shè)計工作中將低溫省煤器設(shè)計制作成為了一個相對獨立的功能模塊，并將該結(jié)構(gòu)布置在水平煙道的中間部分，并通過鋼架將之進行支撐，保證了其穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)的傳熱面使用了翅片管結(jié)構(gòu)形式，翅片管的基本管徑也是42mm，管束的布置方式為蛇形水平方式布置。為了避免因為低溫露點而導(dǎo)致的腐蝕問題，特意選擇ND鋼作為翅片管的基材，并使用ST12鋼作為翅片材質(zhì)。

另外，為了避免煙氣泄露的問題，在所有穿墻管和外護板處都設(shè)置了金屬膨脹節(jié)密封環(huán)。整個系統(tǒng)模塊直接在生產(chǎn)過程中完成拼接與組裝工作，并做好水壓試驗，最后直接進行整體安裝，最后再進行整體的外保溫操作。

2.控制排煙溫度，提高鍋爐熱效率

在節(jié)能改造過程中，通過平衡尾部煙氣熱量、降低排煙溫度的方式是提高余熱鍋爐熱效率的重要途徑。在具體的改造實施過程中，將油漿蒸發(fā)器、外取熱器汽包給水以及余熱鍋爐給水同時送入到省煤器中余熱。考慮到油漿蒸發(fā)器與外取熱器介質(zhì)屬于典型的飽和汽水混合物換熱，所以在其給水溫度上升之后只會增加油漿蒸發(fā)器以及外取熱器飽和蒸汽的總產(chǎn)量，而不會影響到油漿蒸發(fā)器與外取熱器的整體取熱能力。為了避免高溫省煤器出水沸騰度過高問題出現(xiàn)，將之前的低壓蒸汽一空氣加熱器位置處設(shè)置了水熱媒空氣換熱器，充分利用低溫省煤器的出口高溫水進行加熱，有利于熱效率的提高。在改造之后，風(fēng)溫從之前的100℃提高到了170℃，同時還能夠?qū)煔馊紵M行穩(wěn)定。為了滿足裝置負荷的波動需求以及原料油質(zhì)的變化，避免省煤器出現(xiàn)低溫露點腐蝕的問題，特意在系統(tǒng)中增加設(shè)置了給水預(yù)熱器，充分利用省煤器出口處的高溫水對省煤器進口的低溫水進行預(yù)熱，將省煤器進水溫度提高到了140℃，有效的解決了省煤器存在的露點腐蝕問題，保證了過熱的穩(wěn)定運行。

3.其他改造措施

將完成技術(shù)個性之后的噴水減溫器設(shè)置在系統(tǒng)之前設(shè)置噴水減溫器的部位，并將減溫水調(diào)節(jié)閥門設(shè)置在減溫器管路當中，提高了調(diào)節(jié)響應(yīng)速度。所采用的噴水減溫器是多級霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，其最大的噴水量達到了8t/h，且最大的減溫范圍達到了120℃。同時，增加設(shè)置了1臺流量在80-100t/h的除氧水給水泵，用作備用設(shè)備，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到了一定的作用。

四、節(jié)能改造效果

在對余熱鍋爐進行節(jié)能改造之后，該余熱鍋爐系統(tǒng)已經(jīng)通過了8個月的穩(wěn)定運行考研，在整個運行過程中表現(xiàn)出了良好的工況。當余熱鍋爐的入口煙氣流量以及溫度不發(fā)生明顯改變的情況下，經(jīng)過節(jié)能改造之后的鍋爐蒸汽溫度能夠持續(xù)維持在400℃以上，能夠滿足生產(chǎn)需要。

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