辽阳石化220万吨/年重油催化裂化装置烟机在线除垢对烟机效率的影响

于浩　李勃呈　刘毅

摘 要：烟机作为主风机组能量回收设备，是催化裂化装置核心设备之一。辽阳石化220万吨/年催化裂化装置在检修开工后开始出现烟机结垢现象，为消除烟机结垢结合装置实际工况制定在线扰动方案。本文介绍辽阳石化220万吨/年催化裂化装置烟机在线除垢工作，记录烟机扰动前后工况，通过对烟机扰动前后功率效率进行计算对比，实现核算烟机扰动对烟机效率的影响。结果表明，烟机在线扰动除垢使烟机效率由扰动前67.92%提升至76.62%，改善烟机的做功能力，并进一步实现烟机发电，实现装置节能降耗。

关键词：催化裂化;烟机在线除垢;长周期;效率计算

辽阳石化公司220万吨/年重油催化裂化装置于2019年6月进行装置检修开工后不久烟机做功逐渐下降，烟机开始出现结垢现象。为降低能耗，通过调研其他同类装置，并结合本装置实际运行工况，制定了烟机在线除垢的方案，通过在线除垢改善了烟机的做功能力。本文对烟机在线除垢前后機组的功率进行核算，论证烟机在线除垢前后烟机效率变化及调整方向。

在催化装置，烟气轮机的作用是利用再生烟气中所具有的热能和压力能膨胀作功，转化成机械能驱动主风机实现能量回收。当烟机负荷及压缩比高时，回收的能量不仅可以带动主风机，还能向电网送电。

本装置设计烟机可在冬季发电3个月，但实际因烟机结垢效率下降导致主风机一直处于用电工况，装置能耗也逐渐升高。本装置烟机出现结垢现象时，主风机组电流由开工初期的180A逐渐增至最高400A，功率由1300kW增至最高5600kW。

烟机在线除垢就是利用催化剂垢层与烟机转子的膨胀系数不同，通过烟气流量的变化人为改变烟机轮盘温度，使沉积物脱落，达到改善烟机效率的目的。2019年11月26日装置进行烟机在线扰动除垢作业，并于11月27日进行主风机发电实验取得进一步成功，发电时主风机组功率稳定在-1100kW。随后机组于12月1日进入发电工况，烟机在线除垢后装置能耗从52kgoe/t降至50.3kgoe/t。

1 烟机效率计算

为对烟机在线除垢效果进行判断需要对烟机在线除垢前后效率变化进行计算分析。首先，将烟机在线除垢前后运行稳定工况的主要操作参数列表如下：

根据烟机分析结果可计算得烟风比：1.032

烟气相对分子量：29.58

再生器出口烟气量：4886.5Nm3/min（2019年11月25日），4929.86Nm3/min（2019年12月5日）

主风机出口质量流量：

G风=

经计算得：

G风=102.17kg/s（2019年11月25日），103.07kg/s（2019年12月5日）

再生器出口烟气质量流量：

G烟=

经计算得：

G烟=107.54kg/s（2019年11月25日），108.5kg/s（2019年12月5日）

烟机功率计算公式为：

Ne=Nc+Ng+Np-Nm

式中：

Ne-烟机轴功率

Nc-主风机轴功率

Ng-齿轮箱耗功

Np-联轴节耗功，取主风机功率1%

Nm-电机轴功率

其中电机轴功率Nm=，COSφ=0.9

经计算得，电机轴功率：

N=4520.65kW（2019年11月25日），-2509.74kW（2019年12月5日）

电机效率为97%，则：

Nm=N/0.97=4660.46kW（2019年11月25日），-2587.36kW

（2019年12月5日）

主风机功率：Nc=Ni+Nq+Nma

式中：

Ni-被压缩气体所接受的功率

Nq-壳体经辐射和对流传出热量的当量功率

Nma-轴承消耗的功率

Ni=G×Cp（TOK-TOH）

式中：

G-主风质量流量

Cp-定压比热容，Cp=0.311kcal/（Nm3.℃）=0.24kcal/（kg.K）

TOK、TOH-主风出、入口温度，K

主风机效率约为89%，则：

Ni=20939.9kW（2019年11月25日），20228.95kW（2019年12月5日）

壳体经辐射和对流传出热量的当量功率：

Nq=α.A.（Tc-Te）

式中：

α-传热系数=14J/（m2.s.K）

A-传热面积

Tc、Te-风机外表温度及环境温度

Nq=116.48kW（2019年11月25日），122.85kW（2019年12月5日）

轴承消耗的功率：

Nma=ρ.Q.C.Δt

式中：

Q-轴承耗油量，m3/s

ρ-润滑油密度，kg/m3

C-润滑油比热，J/（kg.K）

Δt-润滑油温升，K

Nma=74.92kW

主风机功率经上式计算可得：

Nc=21131.3kW（2019年11月25日），20426.73kW

（2019年12月5日）

齿轮箱耗功Ng=95kW

联轴节耗功Np=193.5kW

则烟机轴功率：

Ne=Nc+Ng+Np-Nm=16905.2kW（2019年11月25日），23230.97kW（2019年12月5日）

双动滑阀烟气通过量计算：

双动滑阀内径为1400mm，全开面积为5500cm2

双动滑阀开度对应流通面积为627.15cm2（2019年11月25日），211.04cm2（2019年12月5日）

Ge‘=AC0Y[（P1-P2）P1M/（T1Z）]1/2/（1.82×10-3）

式中：

Ge‘-双动滑阀通过烟气量，kg/s

A-双动滑阀通道面积

C0-流量系数

Y-膨胀系数

P1-滑阀前绝压，105Pa

P2-滑阀后绝压，105Pa

M-烟气平均相对分子量

T1-滑阀前烟气温度，K

Z-压缩系数，在此等于1

经查表得C0=0.58，Y=0.86，M=29.58。

滑閥前绝压3.85*105Pa，滑阀后绝压1.18*105Pa

带入可算得双动滑阀通过烟气量：

Ge‘=22.78kg/s（2019年11月25日），7.68kg/s（2019年12月5日）

烟机入口烟气量：

Ge=77.73kg/s（2019年11月25日），93.79kg/s（2019年12月5日）

烟机效率计算：

式中：

ηe-烟机总效率;

Ne-烟机轴功率，kW

Ge-烟机入口流量，kg/s

Cpe-烟机尽出口烟气平均定压比热，kJ/（kg.K）

Ti-入口烟气温度，K

Pe-烟气出口压力，kPa

Pi-烟气入口压力，kPa

K-烟气绝热指数，1.2872

烟机效率经上式计算可得：ηe=67.92（2019年11月25日），76.62%（2019年12月5日）

2 结论

经烟机功率计算可知：通过对烟机进行在线在线除垢，烟机效率由在线除垢前的67.92%提升至76.62%并实现烟机发电，改善了烟机的做功能力，实现装置节能降耗，为装置长周期平稳运行打下基础。

参考文献：

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