余热锅炉系统节能技术改造

王振兴 曲弘民(青岛安邦炼化有限公司 266111)

一、工程概况

某锅炉为了对燃烧烟气中的CO之后产生的化学能以及高温余热进行回收，在锅炉系统设置了一台专门的CO焚烧余热锅炉，主要功能在于发生过热蒸汽。该锅炉的汽水原则设计流程为：除氧水→省煤器斗取热盘管以及锅炉蒸汽发生区间→过热段。烟气发生原则为：再生烟气→预燃室→过热器→蒸发段→高温省煤器→低温省煤器→烟囱。

后来，因为该厂的催化裂化的工艺进行了革新，生产所使用的原料从之前的传统重油改为了精炼蜡油。这时，CO焚烧余热锅炉从之前不完全再生方式改为了完全再生方式，即在整个生产催化过程中将不再生成CO。为了保证所设置的锅炉系统依然能够生产出达到对应标准的过热蒸汽，需要对该焚烧锅炉进行技术改造。即通过在锅炉的绝热预燃室中补充适当燃气的方式来提高烟气的整体温度，这样就能够保证锅炉过热蒸汽温度达到标准。

二、余热锅炉运行过程中存在的主要问题

1.过热器传热面积不足

锅炉系统设置的催化裂化装置在完成了催化剂的再生之后，进入到焚烧锅炉的烟气温度从改造前的1000℃下调至500℃。这时，通过过热器前后蒸汽的传热温差明显下降，这使得锅炉生产过热蒸汽的整量下降。当前，焚烧余热锅炉每小时产生标准的3.5MPa蒸汽量仅为14t，通过催化裂化取热盘管获得的标准3.5MPa饱和蒸汽量为40t。但是，当前余热锅炉只具有每小时30t的过热蒸汽产能，同时将不足产能采用产生1.0MPa蒸汽的方式进行生产。

2.省煤器传热面积偏小

当催化裂化装置催化剂改成完全再生之后，取热盘管的蒸汽产生量明显下降，进入省煤器余热的除氧水总量也明显下降，造成了锅炉实际运行过程中产生的烟气温度过高的问题。为了降低烟气温度，虽然在之前采用了停止使用除氧水给水预热器的方式来降低除氧水温度的方式，在一定程度上增大了换热温差，提高了热传动力，但是烟气温度宜人从185℃提高到了215℃，导致烟气温度中消耗了大量热量。

3.省煤器泄漏问题严重

省煤器由于露点腐蚀而存在着较为严重的泄漏问题，其中2013年就出现了9次，直接影响到了余热锅炉的运行稳定性以及整体运行效率，必须对之进行改造。而导致煤器泄漏的主要原因是：在生产过程中，为了提高经济效益，所用原料中的S含量持续增加，使得催化裂化装置的进料中S含量同步增加，而再生烟气当中的S含量自然随之而升高。这造成了省煤器生产运行过程中容易出现较为严重的腐蚀问题。

三、余热锅炉系统节能技术改造措施

1.省煤器改造技术措施

为了增加省煤器的传热面积，将之前采用的三段面改成了四段面，其中(高、低温各设置两段)，将高温省煤器上下传热面以及低温省煤器设计制作成为了一个箱体模块，并将之设置在之前蒸发段设备结构的下部。为了增加省煤器的传热面，在其结构设计过程中使用了翅片管结构，整体管路的管径为42mm，且将其材质选择为20G钢。为了增加翅片的散热速度，翅片的材质为ST12钢。整体管束的布置方式为蛇形水平布置方式，且对弯头使用了全氩弧焊焊接方法，并在箱体上部横梁处设置了蛇形的受热面。这些措施显著增加了受热面积，提高了热效率。

同时，在设计工作中将低温省煤器设计制作成为了一个相对独立的功能模块，并将该结构布置在水平烟道的中间部分，并通过钢架将之进行支撑，保证了其稳定性。结构的传热面使用了翅片管结构形式，翅片管的基本管径也是42mm，管束的布置方式为蛇形水平方式布置。为了避免因为低温露点而导致的腐蚀问题，特意选择ND钢作为翅片管的基材，并使用ST12钢作为翅片材质。

另外，为了避免烟气泄露的问题，在所有穿墙管和外护板处都设置了金属膨胀节密封环。整个系统模块直接在生产过程中完成拼接与组装工作，并做好水压试验，最后直接进行整体安装，最后再进行整体的外保温操作。

2.控制排烟温度，提高锅炉热效率

在节能改造过程中，通过平衡尾部烟气热量、降低排烟温度的方式是提高余热锅炉热效率的重要途径。在具体的改造实施过程中，将油浆蒸发器、外取热器汽包给水以及余热锅炉给水同时送入到省煤器中余热。考虑到油浆蒸发器与外取热器介质属于典型的饱和汽水混合物换热，所以在其给水温度上升之后只会增加油浆蒸发器以及外取热器饱和蒸汽的总产量，而不会影响到油浆蒸发器与外取热器的整体取热能力。为了避免高温省煤器出水沸腾度过高问题出现，将之前的低压蒸汽一空气加热器位置处设置了水热媒空气换热器，充分利用低温省煤器的出口高温水进行加热，有利于热效率的提高。在改造之后，风温从之前的100℃提高到了170℃，同时还能够对烟气燃烧进行稳定。为了满足装置负荷的波动需求以及原料油质的变化，避免省煤器出现低温露点腐蚀的问题，特意在系统中增加设置了给水预热器，充分利用省煤器出口处的高温水对省煤器进口的低温水进行预热，将省煤器进水温度提高到了140℃，有效的解决了省煤器存在的露点腐蚀问题，保证了过热的稳定运行。

3.其他改造措施

将完成技术个性之后的喷水减温器设置在系统之前设置喷水减温器的部位，并将减温水调节阀门设置在减温器管路当中，提高了调节响应速度。所采用的喷水减温器是多级雾化喷嘴结构，其最大的喷水量达到了8t/h，且最大的减温范围达到了120℃。同时，增加设置了1台流量在80-100t/h的除氧水给水泵，用作备用设备，为提高系统的稳定性起到了一定的作用。

四、节能改造效果

在对余热锅炉进行节能改造之后，该余热锅炉系统已经通过了8个月的稳定运行考研，在整个运行过程中表现出了良好的工况。当余热锅炉的入口烟气流量以及温度不发生明显改变的情况下，经过节能改造之后的锅炉蒸汽温度能够持续维持在400℃以上，能够满足生产需要。

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