重整裝置加熱爐煙氣余熱回收系統(tǒng)節(jié)能改造

摘 ?????要： 某公司重整聯(lián)合裝置5臺(tái)圓筒爐共用1套煙氣余熱回收系統(tǒng)，運(yùn)行期間其排煙溫度長(zhǎng)期偏高（超過140?℃），存在大量的節(jié)能空間。介紹了圓筒爐余熱回收系統(tǒng)能量回收流程，分析了圓筒爐煙氣余熱能量回收情況及存在的節(jié)能空間，最后介紹了圓筒爐煙氣余熱回收節(jié)能改造方案和實(shí)施改造后的效益核算。

關(guān) ?鍵 ?詞：節(jié)能； 余熱； 煙氣； 加熱爐

中圖分類號(hào)：TE624?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ????文章編號(hào)： 1004-0935（2024）05-0788-04

該公司重整聯(lián)合裝置共有5臺(tái)圓筒爐，其共用1套煙氣余熱回收系統(tǒng)。余熱回收方式采用的是常規(guī)的高溫?zé)煔忸A(yù)熱燃燒空氣和加熱方爐燃料氣的方式^[1]。具體流程如圖1所示。

圓爐空氣預(yù)熱器和燃料氣加熱器HC-003并聯(lián)運(yùn)行，HC-003需要將燃料氣加熱到225?℃以上，導(dǎo)致其出口煙氣溫度高達(dá)180?℃以上，圓爐空氣預(yù)熱器為防止酸露點(diǎn)腐蝕（露點(diǎn)溫度＜85?℃），其煙氣出口溫度控制應(yīng)不低于115?℃（設(shè)計(jì)為141.6?℃）^[2-3]。導(dǎo)致兩路混合后排煙溫度高達(dá)140?℃以上，造成很大的能源浪費(fèi)。

1 ?可行性方案研究

1.1 ?可行性方案選擇

重整聯(lián)合裝置5臺(tái)圓筒爐排煙溫度高達(dá)140?℃以上，而煙氣露點(diǎn)溫度＜85?℃，按照加熱爐管理規(guī)定其排煙溫度完全可以降至115?℃左右，因此通過余熱回收系統(tǒng)節(jié)能改造，降低排煙溫度至115?℃左右，加熱爐熱效率至少可以提高1%以上^[4]。目前重整聯(lián)合裝置5臺(tái)圓筒爐燃料氣耗量超過4?000?Nm³/h，預(yù)計(jì)可節(jié)約燃料氣超過50?Nm³/h^[5]，節(jié)能降碳空間和經(jīng)濟(jì)效益巨大，可以有效提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益^[6]。

綜上所述該余熱回收系統(tǒng)節(jié)能改造的方向就是重新回收利用HC-003出口高達(dá)180?℃以上的高溫?zé)煔?。回收利用這部分煙氣熱量最常規(guī)的方案就是再增加1臺(tái)預(yù)熱器，該方案投資大且場(chǎng)地受限。另一方案是利用現(xiàn)有空氣預(yù)熱器，通過流程改造將空氣預(yù)熱器和HC-003由并聯(lián)運(yùn)行改為串聯(lián)運(yùn)行，由空氣預(yù)熱器回收HC-003出口高溫?zé)煔?，明顯該方案最經(jīng)濟(jì)便捷，具體改造流程如圖2所示。

1.2 ?可行性方案研究

1.2.1 ?煙氣量對(duì)比

1）總煙氣量計(jì)算

此次煙氣量計(jì)算均以2020年3月6日所測(cè)量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。5臺(tái)加熱爐燃料氣總耗量約為4?300?Nm³/h，根據(jù)燃料氣組成計(jì)算出總煙氣量約為63?000 Nm³/h左右。

2）HC-003煙氣量計(jì)算

煙氣沒有測(cè)量?jī)x表，只能通過能量守恒定律，大概計(jì)算出HC-003煙氣量。根據(jù)燃料氣組成，可以計(jì)算出燃料固定溫度下的焓值，煙氣含氧體積分?jǐn)?shù)為3%左右，可以配平出煙氣組成，算出煙氣固定溫度下的焓值，具體計(jì)算結(jié)果如表1所示。

HC-003燃料氣流量約為6?000?Nm³/h，根據(jù)燃料氣組成計(jì)算出燃料氣密度為1.009?kg/Nm³。

燃料氣流量=6?000×1.009=6?054?kg/h。

根據(jù)能量守恒定律，煙氣量×煙氣焓差=燃料流量×燃料焓差^[7]。

HC-003煙氣量=燃料流量×燃料焓差/煙氣焓差=6?054×（525.4-364）/（275.7-192.5）=11?744?kg/h。

煙氣密度為1.254?kg/Nm³，因此HC-003煙氣量為9?365?Nm³/h。

1. 3）煙氣量對(duì)比

根據(jù)計(jì)算5臺(tái)圓筒爐總煙氣量約為63?000 Nm³/h，HC-003所取煙氣量約為9?365?Nm³/h，空氣預(yù)熱器煙氣量為53?635?Nm³/h，因此HC-003和空氣預(yù)熱器所取煙氣量分別占比15%和85%左右。

1.2.2 ?空氣預(yù)熱器換熱潛能研究

該空氣預(yù)熱器為板式+球墨合金鑄鐵板組合式空氣預(yù)熱器，具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表2。

空氣預(yù)熱器空氣旁路閥開度為65%，HC-003煙氣量只占總煙氣量15%左右，而且結(jié)合對(duì)比空氣預(yù)熱器當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)和設(shè)計(jì)工況，可以確定該空氣預(yù)熱器換熱潛能巨大，完全可以回收利用HC-003出口的高溫?zé)煔鉄崃浚⑶疫M(jìn)一步降至115?℃左右。

1.2.3 ?阻力降計(jì)算

重整圓爐空氣余熱回收系統(tǒng)流程改造后，整個(gè)換熱流程產(chǎn)生的阻力降必然增加。流程改造后HC-003壓降不變，主要增加的壓降是新增跨線壓降和空氣預(yù)熱器增加的壓降，具體計(jì)算如下所示：

1）空氣預(yù)熱器增加壓降

空氣預(yù)熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)不詳，目前實(shí)際壓降為530?Pa，串聯(lián)運(yùn)行后，空氣預(yù)熱器將增加15%的煙氣，因此通過煙氣量變化大概估算空氣預(yù)熱器新增壓降為93.5?Pa左右。

2）新增管路增加壓降

考慮裝置負(fù)荷變化，考慮HC-003所取最大煙氣量為總煙氣量的40%，跨線內(nèi)徑φ1?084?mm，煙氣溫度175?℃，煙氣量按設(shè)計(jì)最大量40.47?kg/s來計(jì)算。

直管流動(dòng)的壓降^[8]：

（1）

局部阻力產(chǎn)生的壓降^[9]

（2）

增加壓降之和為780?Pa，因此重整圓爐空氣余熱回收系統(tǒng)流程改造后增加的壓降不會(huì)超過900?Pa。

1.3 ?可行性方案確定

經(jīng)過可行性方案研究，空氣預(yù)熱器完全有能力回收HC-003出口高溫?zé)煔鉄崃浚鞒谈膭?dòng)后壓降不超過900?Pa，目前引風(fēng)機(jī)壓頭為800?Pa，合起來

1?700?Pa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壓力2?000?Pa。因此通過流程改造將空氣預(yù)熱器和HC-003由并聯(lián)運(yùn)行改為串聯(lián)運(yùn)行，由空氣預(yù)熱器回收HC-003出口高溫?zé)煔夥桨竿耆尚小?/p>

2 ?項(xiàng)目實(shí)施與投用

該項(xiàng)目于2020年11月23日立項(xiàng)并提交設(shè)計(jì)委托，2020年12月15日完成設(shè)計(jì)方案，2021年1月14日完成所有設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目于2021年裝置大檢修期間完成所有施工作業(yè)，5月8日驗(yàn)收完成，并于6月15日成功投用，投用后完全達(dá)到預(yù)期效果。投用后引風(fēng)機(jī)入口壓頭增加500?Pa左右，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，且負(fù)荷余量較大。排煙溫度大幅下降超過16.6?℃左右（空氣預(yù)熱器旁路閥仍有22%開度），說明空氣預(yù)熱器完全可以回收HC-003出口高溫?zé)煔狻?/p>

3 ?節(jié)能效果

3.1 ?經(jīng)濟(jì)效益

3.1.1 ?項(xiàng)目投入

該項(xiàng)目投入費(fèi)用，主要包括材料費(fèi)、施工費(fèi)和設(shè)計(jì)費(fèi)，其中材料費(fèi)7.4萬元，安裝費(fèi)29.3萬元，土建費(fèi)3萬元，設(shè)計(jì)費(fèi)1.06萬元，合計(jì)40.76萬元。

3.1.2 ?經(jīng)濟(jì)收益

該項(xiàng)目6月15日投用，投用前后2天負(fù)荷沒有任何變化，生產(chǎn)上也沒有大幅波動(dòng)情況，瓦斯組分穩(wěn)定，因此選取6月14日和6月16日2日運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。

從表3可以看出，該項(xiàng)目投用后，F(xiàn)-101、F-102、F-103和F-205入爐空氣溫度和燃料氣耗量基本不變，F(xiàn)-501入爐空氣溫度大幅提升54?℃，燃料氣耗量大幅下降82?Nm³/h。由于圓筒爐空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)問題，旁路空氣基本全部進(jìn)入F-501，所以該項(xiàng)目投用后效果均體現(xiàn)在F-501上。該項(xiàng)目投用后排煙溫度下降16.9?℃，加熱爐熱效率提高超過1%，且空氣預(yù)熱器旁路閥開度仍有22%，排煙溫度可以進(jìn)一步降低。

該項(xiàng)目投用后節(jié)約燃料氣82?Nm³/h，當(dāng)月燃料氣密度為0.65?kg/m³，因此年節(jié)約費(fèi)用=82?Nm³/h×0.65?kg/m³×8?400?h×2?512/1?000=112.5萬元。

項(xiàng)目投用后引風(fēng)機(jī)電流增加14.7?A，引風(fēng)機(jī)電壓為380?V，電耗單價(jià)為0.56元。因此年耗電費(fèi)用

=14.7×380×1.73×8?400×0.56/1?000=4.55萬元。

因此該項(xiàng)目年節(jié)能效益為112.5-4.55=

107.95萬元，半年即可回收投入成本，節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.2 ?降碳核算

該項(xiàng)目投用后加熱爐排煙溫度下降16.9?℃（DCS表值），標(biāo)定報(bào)告檢測(cè)排煙溫度下降20.9?℃，熱效率大幅提升。節(jié)約燃料氣688?800?Nm³/a，根據(jù)燃燒理論，每年可減少二氧化碳排放量=688?800×0.76=523?480?Nm³/a^[10]。

4 ?結(jié) 論

1）重整聯(lián)合裝置圓筒爐煙氣余熱回收系統(tǒng)節(jié)能改造研究深入、透徹，準(zhǔn)備充分，并一次性成功應(yīng)用。

2）重整聯(lián)合裝置圓筒爐煙氣余熱回收系統(tǒng)節(jié)能改造效果明顯，年節(jié)約費(fèi)用可達(dá)112.5萬元，年減少碳排放523?480?Nm³，積極履行公司降本增效要求。

3）加熱爐作為重整裝置的耗能大戶，也是重整裝置碳排放大戶。因此有關(guān)加熱爐節(jié)能降耗改造，適用于行業(yè)內(nèi)所有重整裝置。同時(shí)對(duì)于有加熱爐的其他煉油化工裝置有借鑒意義。

4）通過此次技術(shù)創(chuàng)新，利用簡(jiǎn)單的流程優(yōu)化，充分回收利用裝置余熱，小投入、大收益，節(jié)能降碳效果明顯，同時(shí)在部門內(nèi)對(duì)各裝置熱量平衡做進(jìn)一步探索研究。

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Energy-saving Transformation of Flue Gas Waste Heat

Recovery System of Heating Furnace of Reforming Unit

WANG?Xuecong

（CNOOC Ningbo Daxie Petrochemical Company， Ningbo Zhejiang 315000， China）

Abstract：?Five cylindrical boilers in a reforming combined unit of a company share a set of flue gas waste heat recovery system， and the flue gas temperature is high for a long time （over 140 ℃） during operation， which has a lot of energy-saving space. In this paper， the energy recovery process of the waste heat recovery system of the cylinder furnace was mainly introduced， the waste heat energy recovery of the cylinder furnace flue gas and the existing energy saving space were discussed， and the energy-saving transformation scheme of the waste heat recovery of the cylinder furnace flue gas and the benefit calculation after the transformation were finally introduced.

Key words：?Energy conservation; Waste heat; Flue gas; Heating furnace

收稿日期： 2023-06-25? ?

作者簡(jiǎn)介： 王學(xué)聰（1990-），男，安徽省六安市人，中級(jí)職稱，2013年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，研究方向：煉油化工設(shè)備管理。