煙氣輪機節(jié)能增效的途徑

煙氣輪機節(jié)能增效的途徑1前言催化裂化裝置是煉油行業(yè)的耗能大戶,約占煉油能耗的40%,具有用能質(zhì)量要求高、能量自給率高、動力消耗大、蒸汽用量大、低溫余熱多等特點。隨著完全再生技術的發(fā)展,煙氣輪機、余熱鍋爐或ＣＯ鍋爐、外取熱、油漿發(fā)汽以及裝置低溫熱等能量回收設備和技術越來越普遍的應用,為催化裂化裝置的節(jié)能降耗提供了可靠的技術條件。催化裂化再生器操作壓力一般達到02～03ＭＰａ,溫度680～720℃;再生器排煙壓力在1962～2943ｋＰａ,溫度為600～700℃。對于再生煙氣來說,氣相壓力火用是膨脹前后壓縮比對數(shù)的函數(shù),雖然壓力不高但卻具有很高的能量,采用煙機回收再生煙氣能量是一項重要的、效果較為顯著有效的節(jié)能措施。在催化裝置,煙氣輪機主要利用再生煙氣中所具有的熱能和壓力能膨脹作功,轉(zhuǎn)化成機械能驅(qū)動主風機為再生器輸送燒焦用氧,以滿足生產(chǎn)需要,達到回收能量的目的。滄州煉油廠二催化裝置(以下簡稱二催)能量回收三機組(簡稱煙機),于1993年9月安裝,同年10月22日一次試車成功并正式投入運行。至2000年12月31日已運行7年1個月,累計運行2180天,回收功率達122249600ｋＷ·ｈ,創(chuàng)經(jīng)濟效益近4300萬元人民幣,節(jié)能效果顯著。目前,在提高機組安穩(wěn)運行率、保持單周期運行時間最長的基礎上,充分回收煙氣能量,同時降低機組自身能耗已成為當前的首要任務。2機組概況二催煙機組由煙氣輪機、主風機、變速器、電動機、煙機入口控制閘閥、碟閥、風機出入口電動閥、碟閥及輔助油系統(tǒng)等組成同軸三機組。為了避免對電網(wǎng)造成過大的沖擊,開機時,往往先由煙機拖動整個機組,當轉(zhuǎn)速升到5000ｒ/ｍｉｎ后,再啟動電動機。電機合閘后,風機由煙機和電動機共同驅(qū)動,主風機需要的功率不足部分由電動機補充,電動機還具有穩(wěn)定整個機組轉(zhuǎn)速的作用。當煙機運行中出現(xiàn)故障時,可切斷煙氣,由電動機拖動整個機組,滿足裝置生產(chǎn)要求。煙氣能量回收系統(tǒng)配置,如圖1所示,技術參數(shù)見表1。3影響機組效率的主要因素ａ)主風的供、需失調(diào),機組功耗增加。機組運行過程中,裝置的生產(chǎn)用風量一般不是常量,但是在調(diào)整裝置處理量時,往往忽視風機風量的調(diào)整,使主風機始終處于最大風量狀態(tài)下運轉(zhuǎn);出現(xiàn)供大于求的現(xiàn)象,造成主風過剩,使電能無效消耗。ｂ)若已知煙氣入口流量、出、入口壓力,可由下式計算煙機的軸功率[1]:Ｎ=16662ｐ1Ｖ1ＫＫ-11-(ｐ2ｐ1)Ｋ-1Ｋ×η式中:Ｎ———軸功率,ｋＷ;ｐ1———入口壓力,ＭＰａ;ｐ2———出口壓力,ＭＰａ;Ｖ1———煙氣入口流量,ｍ3/ｍｉｎ;Ｋ———絕熱指數(shù),一般取13;η———總效率,%。從上式可知,煙機的回收功率與煙氣入口壓力、排氣壓力、煙氣量、煙氣出、入口溫度有關。一般來說,煙氣出入口溫度變化不大,但煙氣壓力、煙氣量受多種因素制約,對機組效率影響較大。ｃ)由于煙機通流面積設計過大,而煙氣實際流量遠離設計值時,煙機出力受到很大影響。ｄ)通常,再生壓力由雙動滑閥與煙機入口碟閥分程控制。煙氣從再生器頂部出來,一路進入煙機作功后經(jīng)余熱鍋爐排入煙囪,另一路通過雙動滑閥直接進入余熱鍋爐后,排入煙囪。實際生產(chǎn)中,為了操作上留有余地,雙動滑閥一般保留一定開度,而煙機入口蝶閥也不一定全開,這樣一部分煙氣繞過煙機從雙動滑閥直接排入尾部煙道;而進入煙機的部分煙氣通過不全開的碟閥時,因為節(jié)流使這部分煙氣壓降增大,造成能量損耗,影響了煙機效率。ｅ)當煙氣由煙機膨脹作功后進入余熱鍋爐時,由于流通面積發(fā)生變化,流速降低,煙氣中的部分催化劑細粉以靜電吸附的形式粘結(jié)在鍋爐對流管和省煤器管束表面或沉積在鍋爐煙箱之中,造成鍋爐出入口壓降增大(即煙機背壓升高),對煙機回收能量影響很大。4機組能量損耗的主要形式ａ)蒸汽的消耗由于再生煙氣溫度達600～700℃,蒸汽被用于煙機輪盤冷卻、輪盤平衡孔吹掃、密封、煙道預熱、入口碟閥和高溫閘閥吹掃。煙機以催化裂化燒焦產(chǎn)生的高溫煙氣為動力,盡管本裝置采用了效率很高的三級旋分器,但煙氣中直徑小于10μｍ的催化劑顆粒還部分存在,當煙氣由煙道進入煙機時,流速發(fā)生變化,而煙機轉(zhuǎn)子采用兩級懸臂結(jié)構(gòu),一、二級輪盤很容易沉積催化劑,導致轉(zhuǎn)子不平衡引起機組振動。為解決這個問題,設計上采用蒸汽經(jīng)一級輪盤平衡孔吹入一、二級輪盤間空腔以吹出隨煙氣進入的催化劑;另有一部分蒸汽沿煙氣進入的方向軸向吹入,冷卻輪盤后經(jīng)輪盤端面密封與煙氣一起進入流道。在運行中,為了避免催化劑的大量沉積,往往加大輪盤冷卻和吹掃蒸汽量,依靠蒸汽的壓力和流速將可能積存的催化劑吹走,該部分蒸汽一般都在17ｔ/ｈ左右,除去必須的部分,損耗的那部分積累起來,數(shù)量很可觀。另外,由于煙機開機前使用蒸汽預熱煙道,而煙機開機時間最少在7小時以上,這部分蒸汽數(shù)量也很大。ｂ)水的消耗循環(huán)水和新鮮水主要用來作為油系統(tǒng)冷卻器、電機定子、煙機機座和煙機入口碟閥軸頸冷卻介質(zhì)。煙機油系統(tǒng)潤滑油冷卻器(以下簡稱油冷器)、電機定子是耗水大戶。油冷器用來冷卻機組潤滑油,控制軸溫不超指標,保證機組的連續(xù)潤滑和潤滑油的循環(huán)使用;電機定子溫度同樣通過控制冷卻水量來調(diào)節(jié)。本裝置冷卻器冷源一般為循環(huán)水,由于煙機拖動的主風機在裝置的特殊地位,為應付突然出現(xiàn)的停電、停循環(huán)水事故,在冷卻器的循環(huán)水線上增加了一個跨線與新鮮水線相連,在危急時可直接使用新鮮水作為冷卻器的冷源,以保證機組及裝置安全。由于裝置負荷增加,冷卻水泥沙及雜質(zhì)含量過高和水質(zhì)及溫度等因素的影響,有時單純的使用循環(huán)水竟不能滿足機組的需要,需并入部分新鮮水以降低入口油溫,經(jīng)測算,新鮮水夏季最多時并入量達15ｔ/ｈ以上,大量新鮮水直接并入循環(huán)水中,使機組運行成本大增(新鮮水162元/ｔ,循環(huán)水017元/ｔ)。ｃ)電的消耗驅(qū)動主電機、油泵配用電機以及風機出口電動閥和盤車器電機的電源,主要有6000Ｖ和380Ｖ兩種。主電機使用6000Ｖ高壓電;油泵以及風機出口閥和盤車器使用380Ｖ低壓電驅(qū)動。由于主電機與煙機一起拖動主風機,煙機出力越大則電機越省電。因此提高煙機的回收效率就是節(jié)約電能。ｄ)風的消耗風用做機組風動閥門及調(diào)節(jié)閥信號和動力,由于北方四季溫差、空氣濕度的差別,壓縮風帶水對機組關鍵閥門的正常調(diào)節(jié)影響極大,為了保證調(diào)節(jié)靈敏、冬季不出現(xiàn)凍、凝現(xiàn)象,一般在風線上,增設了低點排凝閥,運行時,閥門保持一定開度,這種結(jié)果,雖然減少了凍、凝現(xiàn)象,但也造成了風的大量浪費。5節(jié)能增效的方法和途徑如何更好的提高煙氣能量回收機組的運行質(zhì)量,筆者經(jīng)過多年實踐,認為應從以下幾方面考慮:ａ)及時調(diào)節(jié)風機負荷在調(diào)整裝置處理量時,應根據(jù)最佳煙風比及時調(diào)整風機入口碟閥開度,來調(diào)節(jié)風量,盡量不使用風機出口放空;使機組負荷隨要求及時變化,可以避免風量損失,達到節(jié)能的目的[2]。ｂ)確保煙機高效運行1)在工藝要求允許的前提下,改變煙機煙氣入口壓力。經(jīng)過論證,1997年裝置操作參數(shù)進行了調(diào)整,反應壓力由原來的016ＭＰａ上調(diào)至018ＭＰａ,再生壓力隨之提高,煙機入口壓力比參數(shù)調(diào)整前提高近004ＭＰａ,經(jīng)測算參數(shù)調(diào)整后機組回收功率比調(diào)整前增加約30%。2)選擇最佳運行方案選擇煙機與煙氣流量最佳的匹配方案,使煙機在接近設計流量條件下運行。盡可能讓煙氣全部進入煙機做功。在確保再生壓力的前提下,可將雙動滑閥全關,使90%以上的煙氣通過煙機,這樣做即可增加煙氣量又可提高煙機入口壓力,使機組盡可能多的增加收益[3]。3)減少煙氣節(jié)流損失技術人員根據(jù)機組實際情況,在生產(chǎn)允許的前提下,摸索出煙機入口碟閥的最佳開度,盡量減少煙氣的節(jié)流損失。以提高煙氣輪機負荷;同時,操作人員精心操作,盡量避免機組故障發(fā)生,提高煙機、風機同步運行率,最大限度的回收煙氣的熱能和壓力能。4)避免煙氣后路不暢在煙機組運行時,防止煙機出口水封罐上水閥門關不嚴或泄漏,水封罐進水,形成水阻,使煙氣排出不暢,增大煙機背壓,影響機組效率。5)降低煙機背壓用好煙機后余熱鍋爐次聲波除塵器,根據(jù)余熱鍋爐各受熱面的特點,相應調(diào)節(jié)除塵器變頻控制時間,使除塵器盡量達到最佳效果,以降低煙機出口壓力。6)降低煙氣沿程損失充分利用大修,徹底清理煙道、煙機入口碟閥、閘閥,處理好沿程閥門,以降低煙氣沿程阻力損失和漏氣損失。ｃ)減少機組蒸汽消耗量1)作好三級旋分器檢修、運行工作,保證入機煙氣所攜帶的催化劑降到最低限度,減少催化劑在煙機輪盤間的沉積,及時調(diào)整輪盤冷卻蒸汽、密封蒸汽和輪盤吹掃蒸汽量,避免不必要的浪費。2)利用檢修改進部分蒸汽流程,將開機前蒸汽預熱改為煙氣直接預熱。開機前煙機處于冷態(tài),使用蒸汽暖機,在機組溫度低于蒸汽溫度時,蒸汽冷凝。由于冷凝水的存在,當煙氣進入煙機時,攜帶的催化劑粉塵會粘在潮濕的轉(zhuǎn)子上,隨著溫度的升高燒結(jié),造成煙機轉(zhuǎn)子動不平衡,引起振動。改用煙氣直接預熱后,避免了催化劑燒結(jié),同時也節(jié)約了蒸汽。ｄ)對換熱面積一定的冷卻器來說,影響其效果的因素主要有:環(huán)境溫度、冷卻水溫度、冷卻水量等。運行中應該充分利用該特點,采用適當?shù)拇胧?在滿足生產(chǎn)需要的前提下,降低機組自身水耗。1)在冷卻器水線入口增加反沖洗口;根據(jù)冷卻器水的變化,及時對冷卻器進行反沖洗工作,排出淤積在冷卻器管箱中的泥沙、雜物,確保水程暢通,維持油冷器最佳冷卻效果,以降低冷卻水用量和減少新鮮水并入量。2)根據(jù)環(huán)境溫度的變化,調(diào)整循環(huán)水閥門開度。冬季,環(huán)境溫度降低,循環(huán)水溫度隨之降低,可以關小循環(huán)水閥門開度,減小水耗量。ｅ)合理選用機組附屬機泵配用電機,減少低壓電消耗。在選用機組附屬油泵時,合理計算泵的負荷裕量,配套電機選用避免出現(xiàn)裕量層層加碼,泵的運行負荷應達到額定負荷,即盡量在高效負荷區(qū)運行。ｆ)結(jié)合全廠用風狀況及裝置對風質(zhì)量的要求,廠部對空壓機站進行了技改,增設了除濕裝置,從根本上解決了風帶水問題,減少了浪費。6效果檢驗ａ)通過改變操作參數(shù),煙機入口煙氣壓力(絕)由1997年的0218ＭＰａ提高到0254ＭＰａ;通過使用余熱鍋爐次生波除塵器煙機背壓(絕)由1997年的0115ＭＰａ降低到0108ＭＰａ,僅此一項,每小時即可多節(jié)電約800ｋＷ,按每年運行8000小時計算,即可節(jié)電6400000ｋＷ·ｈ,按034元/(ｋＷ·ｈ)計,合人民幣2176萬元。ｂ)經(jīng)過努力,在保證運行的基礎上,機組耗用蒸汽量由17ｔ/ｈ降到08ｔ/ｈ,按每年運行8000小時計算,可節(jié)約蒸汽7200ｔ,蒸汽內(nèi)部核算價格140元/ｔ,合人民幣1008萬元。ｃ)僅經(jīng)過對油冷器反