提高催化裂化CO煙氣余熱鍋爐效率探討

摘要：文章通過對140萬噸/年催化裂化CO煙氣余熱鍋爐效率的實例計算分析，評估計算的不確定因素和準(zhǔn)確度，提出節(jié)能優(yōu)化措施及長周期安全運行方案。

關(guān)鍵詞：余熱鍋爐；CO煙氣；節(jié)能降耗；熱效率；催化裂化 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TK229 文章編號：1009-2374（2015）13-0031-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.016

在煉廠余熱鍋爐日常運行管理中，除了確保鍋爐安全長周期運行，節(jié)能降耗尤為重要，而且鍋爐作為耗能大戶，也直接影響著經(jīng)濟效益，因此，如何有效提高鍋爐熱效率是鍋爐管理的重要職責(zé)，同時余熱鍋爐檢查評比過程中，效率測算也是重要考核指標(biāo)，但如何正確計算和評價余熱鍋爐效率卻極為不易。本文以兩臺典型75t/h催化裂化CO煙氣余熱鍋爐為例，通過對效率的計算分析，期望提出余熱鍋爐運行優(yōu)化方案進(jìn)而實現(xiàn)鍋爐經(jīng)濟運行。本裝置于1999年建成投產(chǎn)，額定蒸發(fā)量75t/h，設(shè)計工況下燃料為催化再生CO煙氣和煉廠干氣，當(dāng)催化裂化裝置停運時燃用燃料油，由于公司內(nèi)沒有其他動力鍋爐，此兩臺鍋爐承擔(dān)著催化裂化CO煙氣的余熱回收功能，同時也作為動力鍋爐保證全公司系統(tǒng)管網(wǎng)用汽。

1 鍋爐熱效率基本概念

1.1 鍋爐熱平衡

在穩(wěn)定工況下，鍋爐輸入熱量與輸出熱量及各項熱損失之間的熱量平衡。以1kg固體或液體燃料或0℃、0.1MPa的1m3氣體燃料為基礎(chǔ)進(jìn)行計算。熱平衡方程為：

Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6kJ/kg

式中：Qr為鍋爐輸入熱量；Q1為鍋爐有效利用熱量；Q2為排煙熱損失；Q3為氣體不完全燃燒熱損失；Q4為固體不完全燃燒熱損失；Q5為鍋爐散熱損失；Q6為其他熱損失。

1.2 鍋爐熱效率

正平衡法：鍋爐有效利用熱與鍋爐送入熱量之比：

η=（Q1/Q2）×100%。

反平衡法：求出各項熱損失后，用下式求得鍋爐的熱效率：

η=100-（q2+q3+q4+q5+q6）%。

優(yōu)缺點：鍋爐正平衡法簡單易行，用于熱效率較低的工業(yè)鍋爐（η<80%）時比較準(zhǔn)確；反平衡法較復(fù)雜，但通過各項熱損失的測定和分析，可以找出提高鍋爐經(jīng)濟性的途徑。

1.3 鍋爐凈效率

鍋爐熱效率扣除鍋爐機組自用電耗折算的熱損失和鍋爐本身消耗的熱能之后的效率，即：

ηj=η-△η（%）

式中：△η為自用汽水及電能折算成熱量后占輸入鍋爐熱量的百分?jǐn)?shù)；η為鍋爐熱效率；ηj為鍋爐凈效率。

2 實例裝置設(shè)計熱力計算參數(shù)

第一，設(shè)計燃料：再生CO煙氣、燃料油、煉廠干氣。

第二，設(shè)計煙氣成分（體積百分比）：O2=0.17；N2=69.78；CO=4.26；CO2=11.87；SO2=0.07；H2O=13.86；再生CO煙氣溫度：500℃；壓力：5kPa；流量：144000m3/h。

第三，設(shè)計熱效率：設(shè)計工況：（55+20）t/h，98%CO+2%干氣，效率82%。校核工況A：50t/h，燃料油，效率92.98%。校核工況B：75t/h，燃料油，效率92.46%。校核工況C：（49+16）t/h，98%CO+2%干氣，效率81.68%。

3 實例裝置運行參數(shù)熱力計算

3.1 煉廠干氣熱值計算

選取煉廠內(nèi)LIMS網(wǎng)上3月11日數(shù)據(jù)，干氣成分及其發(fā)熱值如下：

H2：25.19%，10794kJ/m3；CH4：28.2%，35906kJ/m3；C2H4：10.35%，59482kJ/m3；C2H6：12.79%，64397kJ/m3；C3H6：0.37%，87667kJ/m3；C3H8：0.11%，93244kJ/m3；C4H8：0.24%，117695kJ/m3；C4H10：0.1%，123649kJ/m3；C5H12：0.06%，156733kJ/m3；CO：2.66%，12644kJ/m3；CO2：1.66%；N2：18.27%。

據(jù)以上數(shù)據(jù)可計算出干氣體積熱值為28500.69kJ/m3，質(zhì)量熱值為33722.84kJ/m3。

3.2 鍋爐正平衡熱效率

根據(jù)運行記錄，接班干氣累計5539，交班干氣累計5616，當(dāng)天干氣消耗77t。

接班蒸汽累計53599（A）57590（B），交班蒸汽累計54482（A）58504（B），當(dāng)天總發(fā)汽量1797t。

催化總煙氣量144000m3/h，顯熱493.4kJ/m3，CO放熱302.1kJ/m3，可計算出煙氣總熱量114552kJ/h。

查表得：420℃、3.5MPa蒸汽焓：3267.5kJ/kg；127℃、5.4MPa給水焓：535kJ/kg；3.6MPa爐水焓：1047.3kJ/kg；據(jù)公式可計算出正平衡效率92.02%。

3.3 鍋爐反平衡熱效率

根據(jù)干氣和CO煙氣數(shù)據(jù)：

第一，可計算得理論空氣量為7.1869m3/m3；二氧化物容量0.819m3/m3；理論氮氣容量5.8603m3/m3；理論水蒸氣容量1.5560m3/m3；從而算得理論煙氣量8.2353m3/m3。

第二，取煙氣氧含量為2.5%，則過?？諝庀禂?shù)1.13513；則實際煙氣量9.22220m3/m3。

第三，取排煙溫度168℃，查表：CO2焓值297.16kJ/m3；氮氣焓值218.4kJ/m3；水蒸氣焓值255.04kJ/m3；空氣焓值26.4kJ/m3。從而可計算出理論煙氣焓1920.120kJ/m3；實際煙氣焓1945.759kJ/m3。endprint

第四，則計算可得鍋爐排煙熱損失0.060713m3/m3。

第五，取煙氣中CO含量0.1%，可得出化學(xué)不完全燃燒熱損失0.003632m3/m3。

第六，根據(jù)燃油燃?xì)忮仩t經(jīng)驗，選取排煙熱損失為0.008m3/m3，機械損失為零。

第七，綜合以上數(shù)據(jù)，可得出反平衡熱效率92.77%。

鍋爐效率只有一個，通常正、反平衡熱效率差值小于4%即符合要求，以上計算結(jié)果符合規(guī)定；因此我們選取正、反平衡的均值92.4%作為鍋爐熱效率。

為了更好地監(jiān)測鍋爐運行情況，采用便攜式煙氣分析儀定期進(jìn)行測量，分析儀測出當(dāng)天鍋爐熱效率為91.7%，與上述計算結(jié)果一致。

3.4 鍋爐凈效率

選取兩臺鍋爐主要能耗數(shù)據(jù)：當(dāng)天耗電11833.5kWh，當(dāng)天耗汽132.6t，電力（等價）為11826kJ/kWh，從而可算出鍋爐凈效率82.6%。

3.5 引入經(jīng)驗公式

由于CO鍋爐有其特性，其效率計算沒有非常準(zhǔn)確的方法，資料顯示，石家莊煉化曾做過CO鍋爐效率分析，提出經(jīng)驗公式：

η=95.7-0.091D-0.26O2-0.048T+0.00042G

式中：D為鍋爐蒸發(fā)量；O2為煙氣含氧量；T為排煙溫度；G為干氣流量。

根據(jù)實例煉廠數(shù)據(jù)，D=68，O2=2.5，T=166，G=3796.8，則η=83.5%。

4 計算過程中不確定因素

（1）75t/h鍋爐原設(shè)計為催化裂化余熱鍋爐，因此其熱效率計算按照電站鍋爐反平衡算法，會存在效率偏高現(xiàn)象；（2）利用正平衡算法過程中，由于對CO煙氣沒有完全的成分分析，而煙氣量也為估計值，因此煙氣熱值計算會有一定的誤差；（3）鍋爐凈效率計算中，對于整個鍋爐系統(tǒng)，仍有其他消耗未精確計算在內(nèi)，實際凈效率應(yīng)該比這個結(jié)果偏??；（4）該計算中所用部分?jǐn)?shù)據(jù)為兩臺鍋爐共用數(shù)據(jù)，由于鍋爐負(fù)荷較低，其效率也會比以上計算結(jié)果偏低；（5）熱效率計算過程本身存在不確定因素較多，以上計算中選取的數(shù)據(jù)波動對計算結(jié)果有一定影響。

5 建議優(yōu)化運行方案

通過以上計算分析，可知實例鍋爐熱效率為92.4%，與便攜式分析儀測量結(jié)果存在很小偏差，能夠反映鍋爐運行實際情況，而鍋爐實際凈效率為82.6%，與同類經(jīng)驗公式計算結(jié)果相差較小，也進(jìn)一步印證了以上計算的準(zhǔn)確性，但是上述結(jié)果與同類企業(yè)的運行數(shù)據(jù)相比仍有一定差距，說明該余熱鍋爐存在挖潛增效點，建議實施以下運行優(yōu)化方案：（1）充分利用CO煙氣，提高給水預(yù)熱器出水溫度，在確保不發(fā)生露點腐蝕的情況，適當(dāng)降低排煙溫度；（2）充分利用現(xiàn)有設(shè)備，加大余熱資源的利用，減少鍋爐自耗蒸汽量；（3）根據(jù)氣溫變化和汽量增減，及時切換大小風(fēng)機和水泵等設(shè)備，減少電能消耗；（4）合理配風(fēng)，加強低負(fù)荷下的燃燒調(diào)整，減少不完全燃燒熱損失；（5）加強鍋爐和蒸汽系統(tǒng)的保溫管理，減少不必要的散熱損失；（6）合理控制排污，加強泄漏檢查和處理，減少各種泄漏損失。

6 結(jié)語

節(jié)能降耗、綠色低碳是當(dāng)今社會的主題，更是鍋爐運行的核心，如何充分利用有效的熱能，是值得深思的課題。最后也希望所有用汽人員使用蒸汽的過程中力求做到“合理使用、用有所值”，真正實現(xiàn)碧水藍(lán)天、和諧生活。

參考文獻(xiàn)

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[3] 車德福，等.鍋爐[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2008.

作者簡介：張賀強（1978-），男，河南遂平人，青島石油化工有限責(zé)任公司工程師，在職研究生，研究方向：熱能工程與煙氣脫硫脫硝、鍋爐及汽輪機運行管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）endprint