催化裂化再生煙氣顆粒物濃度及粒度測量分析

王國剛，王振南，張金慶，孫志強

(青島惠城環(huán)保科技股份有限公司，山東 青島 266500)

煙機機組是催化裂化裝置的關鍵設備，煙機入口高溫再生煙氣中所夾帶的催化劑粉塵濃度和顆粒度大小直接影響煙機葉片壽命。為確保煙機長周期平穩(wěn)運行，必須定期檢測煙機入口粉塵濃度和粒度。三級旋風分離器放置在煙氣輪機之前，用于分離煙氣中的粉塵，是保證煙氣輪機正常運行的重要設備。采集三級旋風分離器后煙道內(nèi)的含塵煙氣中粉塵，從而獲得其含塵濃度以及其粉塵粒度至關重要[1]。

目前在線監(jiān)測粉塵濃度的方法只有催化劑激光粒度在線監(jiān)測系統(tǒng)，利用通過顆粒場的激光產(chǎn)生的衰減及散射規(guī)律實時測量動態(tài)的顆粒濃度及粒子的粒度分布。但是此監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)常由于催化劑粉塵的堵塞導致測量結(jié)果不準確。

本文主要通過采用專業(yè)的設備和檢測方法檢測催化裂化再生煙氣中顆粒物的濃度和粒度，計算出三旋效率，為催化裂化操作和設備提供一定的數(shù)據(jù)支持，使得能量回收系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。

1 采樣原理與方法

采樣原理：采樣設備由采樣及過濾系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、計量系統(tǒng)等組成，其中采樣口設在垂直立管段上[2-3]，符合采樣規(guī)范要求。由于三旋出口煙氣直管道段較長，管內(nèi)氣流較為穩(wěn)定，粉塵分布較均勻，并且裝置操作一直很平穩(wěn)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準確地測定煙氣粉塵濃度。

采樣方法：采樣時，將采樣嘴直接置于煙氣氣流中并正對氣流方向，含塵煙氣中的粉塵由外置的采樣濾筒過濾下來[4-5]。根據(jù)采樣氣量和收集的粉塵含量，計算采樣煙氣中的粉塵濃度。粉塵粒度分布采用mastersizer2000E型激光粒度儀進行分析。此外，基于采樣規(guī)范要求，采用兩環(huán)四點法進行采樣，并使用已標記濾筒分別在采樣位置進行采樣。為保持等動采樣，需要對采樣煙氣流量進行控制[6-8]。

2 煙氣中粉塵含量計算

三旋入口、出口處采樣數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 三旋入口/出口采樣原始數(shù)據(jù)

續(xù)表

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，計算得煙氣中粉塵干基濃度為1 072 mg·Nm-3(三旋入口)和322 mg·Nm-3(三旋出口)，標況下濕基濃度為1 025 mg·Nm-3(C，三旋入口)和309 mg·Nm-3(C0，三旋出口)。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計算三旋總分離效率(η)為：

一旋和二旋存在運行問題導致三旋入口的顆粒物濃度和粒度都偏高，可以檢查一旋和二旋的操作和運行狀況。三旋分離效果差，煙機入口濃度和粒度超高，導致煙機運行不夠平穩(wěn)而且容易出現(xiàn)結(jié)垢。三旋內(nèi)部出現(xiàn)的問題需要打開三旋進行檢測和判斷[9-11]。

3 煙氣中粉塵粒度分布

對三旋入口/出口催化劑粉塵進行取樣分析，粉塵粒度分布如圖1和表2所示。

圖1 三旋入口/出口煙氣粒度分布Figure 1 Particle size distribution of flue gas at three-rotation inlet and outlet

表2 三旋入口/出口煙氣中粉塵粒度分布

由圖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 結(jié) 論

(1) 根據(jù)采樣濃度和粒度計算分析，該催化裂化裝置三旋入口催化劑的標況下濕基濃度為1 025 mg·Nm-3，催化劑粒徑大部分在60 μm以下，其中粒徑(0～20) μm粒子占比27.52%，粒徑(0～40) μm粒子占比71.51%，平均粒徑為29.713 μm。

(2) 三旋出口催化劑的標況下濕基濃度為309 mg·Nm-3，催化劑粒徑大部分在55 μm以下，其中粒徑在(0～40) μm范圍的占99.05%，平均粒徑為2.660 μm。

(3)三旋分離效率為69.85%，一旋和二旋存在的運行問題導致三旋入口的顆粒物濃度和粒度都偏高，數(shù)據(jù)上顯示三旋分離效果差，煙機入口濃度和粒度超高，煙機運行不夠平穩(wěn)而且容易出現(xiàn)結(jié)垢的問題。