余热锅炉节能优化及操作可控性

王靖亭

（重油催化车间）

摘要：为提高余热锅炉的再生烟气余热回收能力，降低装置能耗，使装置长周期、高效、安全、稳定运行，提高装置经济效益，2009年以来采取了多种有效措施，针对性地提出如下余热锅炉综合节能技术改造方案及运行可控性措施，延长了余热锅炉的运行周期。本文详细介绍了余热锅炉节能优化措施，锅炉高效运行的方案和措施；余热锅炉改造后取得的经济效益。为同类装置余热锅炉长周期运行、节能优化及操作可控提供参考。

关键词：余热锅炉 节能 优化 可控 效益

1 前言

中石油天然气锦西石化分公司180万吨/年重油催化裂化装置余热锅炉，2005年8月建成投运后，经近二年的运行，为公司创造了良好的经济效益。该余热锅炉主要利用催化装置生产过程中产生的高温一再烟气、二再烟气，再燃烧一部分瓦斯，产出3.8MPa，430℃的中压蒸汽，除用于驱动汽轮机、富气压缩机外，还部分外送中压蒸汽管网。该余热锅炉与催化装置的外蒸发器（外取热器、油浆蒸发器）共同组成蒸汽发生系统，除本身自产中压蒸汽外，同时向外蒸发器提供热水、过热外蒸发器产生的同参数饱和蒸汽。

该催化装置已经运行多年，经扩能改造后，由于装置产出的再生烟气组分发生变化，再加上锅炉结构设计本身也存在一些问题，改造前余热锅炉在运行中存在下列问题： 

1.1排烟温度偏高

目前，锅炉的排烟温度为357℃，大大超过了设计的180℃，排烟温度过高有两种可能：一是由于露点腐蚀或受热面结构不合理导致的尾部积灰比较严重，大大降低了管内外的换热，导致排烟温度不断升高。二是受热面面积不够，不能充分吸收烟气热量，大量烟气热量延后，导致尾部排烟温度过高，造成严重余热浪费，锅炉运行效率低，降低了装置安全稳定运行经济效益。

1.2省煤器入口给水温度偏低

实际运行中2#低温省煤器入口给水温度为114℃，通常露点温度约为120℃～140℃，省煤器存在酸露点腐蚀的隐患。

1.3蒸汽过热能力不足

目前中压蒸汽温度为380℃，远远低于设计值450℃，导致部分中压饱和蒸汽只能串入低压蒸汽管网，造成高品质能量浪费。大大影响了正常的生产，锅炉运行效率低。

1.4烟气侧运行阻力大

在锅炉实际运行中，烟气侧运行阻力偏大，炉膛（燃烧室）压力偏高。导致部分烟气经过旁路排出烟囱，浪费了大量的热量并污染了环境。

1.5水保护段管子变形严重，蒸发器管子经常腐蚀穿孔泄漏

由于余热锅炉进口温度较高及热辐射强度较大，使得水保护段管子容易超温、变形；另外，蒸发器管子在运行过程中容易穿孔、泄漏，导致余热锅炉经常停炉维修。表1为近几年来锅炉停炉检修状况表：

表1 锅炉检修状况表

鉴于以上存在的问题，为提高余热锅炉的再生烟气余热回收能力，降低装置能耗，使装置长周期、高效、安全、稳定运行，提高装置经济效益，针对性地提出了余热锅炉优化操作、水质处理技术、余热锅炉前置蒸发器材质升级、蒸发器管束结构技术改造和综合节能技术改造等高效优化改造方案。

2 余热锅炉节能优化措施

针对余热锅炉运行存在的问题，本次改造需要达到以下目的：降低余热锅炉排烟温度到180℃-220℃，提高余热锅炉效率，降低装置能耗；提高过热蒸汽的出口温度，使得全部饱和蒸汽过热至420℃以上；采取有效的措施，提高省煤器进口水温，消除省煤器低温露点腐蚀，确保余热锅炉长周期、安全高效运行。

根据该锅炉的结构特点，以及锅炉运行的再生烟气参数和燃烧情况，通过热力计算和受热面的重新核算，为了达到上述改造目的，本方案拟采取下列措施：

2.1更换前置蒸发器及高温过热器模块，提高管子材质以解决前置蒸发器管子超温

为了提高余热锅炉前置蒸发器耐热能力，2009年将管子材质由20g升级为15CrMo。锅炉入口温度可以为950℃，可以把烟气全部并入余热锅炉进行热能回收。

2.2更换蒸发器模块及管排结构，解决管束腐蚀泄漏问题

为了解决蒸发器管子运行中发生气蚀腐蚀泄漏等问题，更换蒸发器上部6排管束，每排管束29根管，把上两排管束更改为光管，其他4排仍然为翅片管，目的是为了增加管束内流体的流速，降低管束管壁温度，相应的提高管硬度，抑制蒸发器管束腐蚀，2008年以来，在第一排管束堵上之后，从锅炉检修看出，2008年的锅炉炉管泄漏失效原因，并非是由于腐蚀冲刷引起，而是由于管子本身的缺陷或制造缺陷。2009年装置大修期间进行蒸发器管束更换技术改造实施。

2.3重新布置前置蒸发器和高温过热段受热面，提高蒸汽过热能力

为了提高蒸汽过热能力，需要重新布置过热器的受热面积，同时优化蒸发段的受热面。因此需要拆除原有前置蒸发段和1＃过热段，在原位置依次布置新设计的前置蒸发器、高温过热器箱体模块。水保护段和高温过热器换热管均采用高压锅炉光管(GB5310标准)，材质为12Cr1MOVG。该高温段受热面采用伸缩式蒸汽吹灰器，可有效防止高温烟气将吹灰部件烧坏或变形。    

2.4增加高温省煤器，提高省煤器传热能力，降低排烟温度。

在原省煤器和蒸发器之间增加一台高温省煤器，为节约空间，

减少烟气阻力，强化传热，提高尾部受热面的传热能力，新设计的省煤器换热元件采用螺旋翅片管结构。为了确保改造后余热锅炉长周期运行，换热管基管采用高压锅炉管(GB5310标准)，材质为20G。采用积木式模块化箱体结构，全部受压元件的组焊在锅炉厂完成（管子对接焊缝100％拍片），实现工厂化制造，确保产品质量，缩短现场安装工期。改造后省煤器外供热水温度由183℃提高到215℃，排烟温度降低至180℃，达到提高锅炉效率的目的。

2.5采用水热媒省煤器系统，提高低温段省煤器入口给水温度，避免省煤器低温露点腐蚀

原省煤器上水系统尽管设置可给水加热系统，但由于省煤器及给水预热器的面积不足，省煤器的上水温度偏低。为提高低温省煤器给水入口温度，避免省煤器发生低温腐蚀，本方案拆除原有给水预热器，在原地新增设一台给水预热器，利用低温段省煤器出口的高温水加热锅炉给水，使实际进入低温省煤器的给水温度由原来的114℃提高到135℃（可根据原料油硫含量进行调整），从而使省煤器换热管的管壁温度高于烟气露点温度，从原理上避免了露点腐蚀的产生，确保省煤器长期安全运行。 

2.6采用伸缩式蒸汽吹灰器，达到有效清除受热面积灰，降低排烟温度

根据催化余热锅炉正压、防爆的要求，过热器箱体上布置伸缩式吹灰器，有效防止催化剂粉尘静电吸附在余热锅炉受热面上，确保各段受热面的传热效果，降低排烟温度，使余热锅炉达到长周期高效运行，吹灰器由激波吹灰器改为伸缩式蒸汽吹灰器，从现场使用情况看，激波吹灰器吹灰效果并不明显，吹灰器经常被高温烟气烧坏，寿命一个月，排烟温度达到400度。为了综合利用烟气热量，通过其他炼厂调研，伸缩式吹灰器吹灰效果良好，避免了吹灰器的过烧现象。2008年，新型伸缩式吹灰器已备好8台，准备在装置检修期间进行吹灰器的技术改造实施。

2.7设置必要的测量、控制测点，便于锅炉运行控制

根据改造后工艺流程需要，新增必要（原有测点利旧）控制、显示热控测点，便于锅炉运行控制。新增热控测点进入原装置DCS系统。

  2.8 采用先进的水质处理技术，提高除盐水品质

为了解决重油催化车间锅炉炉水PH值超标、氧含量严重超标、炉管经常泄漏、防止炉水结垢引起管过热爆裂、蒸汽品质差、含盐较高的蒸汽对气压机造成的威胁、减少排污率，实现节能减排的目的，2008年7月利用伊维普特工业技术有限公司的EWPT-6350W及EWPT-6206新型炉水处理剂，使用至今，效果明显。

3 余热锅炉可控性

3.1过热蒸汽温度可控

2009年10月期间，为了控制过热蒸汽温度过高，把原喷水面式减温器管线加粗，由原来的DN25管线改造为DN50管线。经几个月的运行来看，通过调整喷水量调整过热蒸汽出口温度，过热蒸汽温度完全可以控制，效果非常明显。

3.2汽包蒸汽压力可控

2009年10月期间，为了降低各汽包压力，在低低温过热器蒸汽入口出口上加连通管线及阀门，通过调整阀门开度调节饱和蒸汽进入低低温过热器的流量，进而减少阻力，使汽包压力降低。通过实践，效果非常良好，完全可以实现汽包压力控制。

3.3烟气排烟温度可控

2009年8月期间，通过增加省煤器大旁路，调整省煤器上水量，加以调整锅炉排烟温度控制在200℃左右，避免烟气露点腐蚀。排烟温度完全可以控制。

3.4锅炉上水温度可控

通过调整大旁路、给水预热器控制锅炉上水温度，使上水温度控制在指标之内。

3.5锅炉发汽量可控

调整一再二再进入锅炉的烟气量；调整省煤器大旁路；调整锅炉上水温度皆可控制锅炉发汽的蒸汽量。因此锅炉发汽量完全可以控制。

总之，这次锅炉优化使运行操作弹性更大，指标参数可控性更好，更先进。

4 余热锅炉节能优化的效果

本改造方案的主要改造内容为：将汽包升高，拆除前置蒸发器和1＃过热器，新增水保护段和高温过热器，在原省煤器上方新增一台高温省煤器，更换给水预热器，新增蒸汽吹灰器等，并对相应的给水管路设置大旁路，低低温过热器增设旁路，过热蒸汽面式减温器管线加粗等等。改造后节能效果明显，并具有以下特点：   

4.1提高过热蒸汽品质

通过重新布置高温过热器，可使过热蒸汽温度提高到430℃以上，大大提高过热蒸汽的品质。

4.2消除露点腐蚀、避免严重积灰，延长使用寿命

通过增设高温省煤器、更换给水预热器，提高了余热锅炉省煤器给水温度，无论装置负荷如何变化，均能自动将省煤器入口水温保持在.露点温度以上(本次改造为135℃)，避免露点腐蚀，同时也能有效防止严重积灰，确保设备的长期安全稳定运行。

4.3清灰效果好，排烟温度低

由于再生烟气中含有大量催化剂粉尘，省煤器可能存在静电积灰（含催化剂粉末）现象，不同的是由于设计中避免了露点腐蚀，灰垢粘性低，成“干”态，为清除积灰创造了有利条件。结合翅片管换热器结构和烟气正压特点，采用伸缩式蒸汽吹灰器吹灰，吹灰功率大，吹灰效果明显，可有效保证降低排烟温度。

4.4 各项运行参数可控

 锅炉过热蒸汽温度、汽包压力、上水温度、排烟温度完全可控可操作。

5结论及经济效益分析

5.1直接经济效益

余热锅炉进行节能技术改造后，排烟温度降低从357℃至180℃，比改造前降低了177℃左右，多回收热量15438kw，多产中压过热蒸汽18.75t/h，中压蒸汽价格以150元/吨，每年可增加经济效益2463万元。

中压蒸汽价格以150元/吨计，一年创造经济效益为：

直接经济效益：18.75t/h×365天×24h×150元/吨=2463万元

每年可增加经济效益2463万元

5.2间接经济效益

锅炉改造完成后，提高了过热蒸汽的温度，改善汽轮机工作状况，提高汽轮机效率；同时，通过提高省煤器的上水温度，消除了省煤器的低温露点腐蚀，节省了因省煤器低温腐蚀所产生的停炉检修费用，可为工厂创造可观的经济效益。

本次技术改造非常成功，操作可控，创造了很大的经济效益。

参考文献

1 石油化工设备检修规程 中国石化出版社

2 刘小辉 炼油装置设备的腐蚀检测 石油化工腐蚀与防护

作者简介：王靖亭 男 1972年2月出生，1994年毕业于大连理工大学，硕士学位，现工作于锦西石化分公司重油催化车间从事设备管理工作，高级工程师。