煙氣輪機(jī)節(jié)能增效的途徑

煙氣輪機(jī)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(diǎn)。隨著完全再生技術(shù)的發(fā)展,煙氣輪機(jī)、余熱鍋爐或ＣＯ鍋爐、外取熱、油漿發(fā)汽以及裝置低溫?zé)岬饶芰炕厥赵O(shè)備和技術(shù)越來越普遍的應(yīng)用,為催化裂化裝置的節(jié)能降耗提供了可靠的技術(shù)條件。催化裂化再生器操作壓力一般達(dá)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(jī)回收再生煙氣能量是一項(xiàng)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(jī)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(jī)械能驅(qū)動主風(fēng)機(jī)為再生器輸送燒焦用氧,以滿足生產(chǎn)需要,達(dá)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(jī)組(簡稱煙機(jī)),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(yùn)行。至2000年12月31日已運(yùn)行7年1個(gè)月,累計(jì)運(yùn)行2180天,回收功率達(dá)122249600ｋＷ·ｈ,創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益近4300萬元人民幣,節(jié)能效果顯著。目前,在提高機(jī)組安穩(wěn)運(yùn)行率、保持單周期運(yùn)行時(shí)間最長的基礎(chǔ)上,充分回收煙氣能量,同時(shí)降低機(jī)組自身能耗已成為當(dāng)前的首要任務(wù)。2機(jī)組概況二催煙機(jī)組由煙氣輪機(jī)、主風(fēng)機(jī)、變速器、電動機(jī)、煙機(jī)入口控制閘閥、碟閥、風(fēng)機(jī)出入口電動閥、碟閥及輔助油系統(tǒng)等組成同軸三機(jī)組。為了避免對電網(wǎng)造成過大的沖擊,開機(jī)時(shí),往往先由煙機(jī)拖動整個(gè)機(jī)組,當(dāng)轉(zhuǎn)速升到5000ｒ/ｍｉｎ后,再啟動電動機(jī)。電機(jī)合閘后,風(fēng)機(jī)由煙機(jī)和電動機(jī)共同驅(qū)動,主風(fēng)機(jī)需要的功率不足部分由電動機(jī)補(bǔ)充,電動機(jī)還具有穩(wěn)定整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)速的作用。當(dāng)煙機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí),可切斷煙氣,由電動機(jī)拖動整個(gè)機(jī)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(shù)參數(shù)見表1。3影響機(jī)組效率的主要因素ａ)主風(fēng)的供、需失調(diào),機(jī)組功耗增加。機(jī)組運(yùn)行過程中,裝置的生產(chǎn)用風(fēng)量一般不是常量,但是在調(diào)整裝置處理量時(shí),往往忽視風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)整,使主風(fēng)機(jī)始終處于最大風(fēng)量狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn);出現(xiàn)供大于求的現(xiàn)象,造成主風(fēng)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(jì)算煙機(jī)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(jī)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(guān)。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(jī)組效率影響較大。ｃ)由于煙機(jī)通流面積設(shè)計(jì)過大,而煙氣實(shí)際流量遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)值時(shí),煙機(jī)出力受到很大影響。ｄ)通常,再生壓力由雙動滑閥與煙機(jī)入口碟閥分程控制。煙氣從再生器頂部出來,一路進(jìn)入煙機(jī)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(jìn)入余熱鍋爐后,排入煙囪。實(shí)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(jī)入口蝶閥也不一定全開,這樣一部分煙氣繞過煙機(jī)從雙動滑閥直接排入尾部煙道;而進(jìn)入煙機(jī)的部分煙氣通過不全開的碟閥時(shí),因?yàn)楣?jié)流使這部分煙氣壓降增大,造成能量損耗,影響了煙機(jī)效率。ｅ)當(dāng)煙氣由煙機(jī)膨脹作功后進(jìn)入余熱鍋爐時(shí),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(xì)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(jī)背壓升高),對煙機(jī)回收能量影響很大。4機(jī)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(dá)600～700℃,蒸汽被用于煙機(jī)輪盤冷卻、輪盤平衡孔吹掃、密封、煙道預(yù)熱、入口碟閥和高溫閘閥吹掃。煙機(jī)以催化裂化燒焦產(chǎn)生的高溫?zé)煔鉃閯恿?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(dāng)煙氣由煙道進(jìn)入煙機(jī)時(shí),流速發(fā)生變化,而煙機(jī)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(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡引起機(jī)組振動。為解決這個(gè)問題,設(shè)計(jì)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(jìn)入的催化劑;另有一部分蒸汽沿?zé)煔膺M(jìn)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(jìn)入流道。在運(yùn)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(jī)開機(jī)前使用蒸汽預(yù)熱煙道,而煙機(jī)開機(jī)時(shí)間最少在7小時(shí)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(jī)定子、煙機(jī)機(jī)座和煙機(jī)入口碟閥軸頸冷卻介質(zhì)。煙機(jī)油系統(tǒng)潤滑油冷卻器(以下簡稱油冷器)、電機(jī)定子是耗水大戶。油冷器用來冷卻機(jī)組潤滑油,控制軸溫不超指標(biāo),保證機(jī)組的連續(xù)潤滑和潤滑油的循環(huán)使用;電機(jī)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(jī)拖動的主風(fēng)機(jī)在裝置的特殊地位,為應(yīng)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(gè)跨線與新鮮水線相連,在危急時(shí)可直接使用新鮮水作為冷卻器的冷源,以保證機(jī)組及裝置安全。由于裝置負(fù)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(shí)單純的使用循環(huán)水竟不能滿足機(jī)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(shí)并入量達(dá)15ｔ/ｈ以上,大量新鮮水直接并入循環(huán)水中,使機(jī)組運(yùn)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(jī)、油泵配用電機(jī)以及風(fēng)機(jī)出口電動閥和盤車器電機(jī)的電源,主要有6000Ｖ和380Ｖ兩種。主電機(jī)使用6000Ｖ高壓電;油泵以及風(fēng)機(jī)出口閥和盤車器使用380Ｖ低壓電驅(qū)動。由于主電機(jī)與煙機(jī)一起拖動主風(fēng)機(jī),煙機(jī)出力越大則電機(jī)越省電。因此提高煙機(jī)的回收效率就是節(jié)約電能。ｄ)風(fēng)的消耗風(fēng)用做機(jī)組風(fēng)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(fēng)帶水對機(jī)組關(guān)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(fēng)線上,增設(shè)了低點(diǎn)排凝閥,運(yùn)行時(shí),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(fēng)的大量浪費(fèi)。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(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量,筆者經(jīng)過多年實(shí)踐,認(rèn)為應(yīng)從以下幾方面考慮:ａ)及時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)負(fù)荷在調(diào)整裝置處理量時(shí),應(yīng)根據(jù)最佳煙風(fēng)比及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)入口碟閥開度,來調(diào)節(jié)風(fēng)量,盡量不使用風(fēng)機(jī)出口放空;使機(jī)組負(fù)荷隨要求及時(shí)變化,可以避免風(fēng)量損失,達(dá)到節(jié)能的目的[2]。ｂ)確保煙機(jī)高效運(yùn)行1)在工藝要求允許的前提下,改變煙機(jī)煙氣入口壓力。經(jīng)過論證,1997年裝置操作參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整,反應(yīng)壓力由原來的016ＭＰａ上調(diào)至018ＭＰａ,再生壓力隨之提高,煙機(jī)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(jī)組回收功率比調(diào)整前增加約30%。2)選擇最佳運(yùn)行方案選擇煙機(jī)與煙氣流量最佳的匹配方案,使煙機(jī)在接近設(shè)計(jì)流量條件下運(yùn)行。盡可能讓煙氣全部進(jìn)入煙機(jī)做功。在確保再生壓力的前提下,可將雙動滑閥全關(guān),使90%以上的煙氣通過煙機(jī),這樣做即可增加煙氣量又可提高煙機(jī)入口壓力,使機(jī)組盡可能多的增加收益[3]。3)減少煙氣節(jié)流損失技術(shù)人員根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況,在生產(chǎn)允許的前提下,摸索出煙機(jī)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(jī)負(fù)荷;同時(shí),操作人員精心操作,盡量避免機(jī)組故障發(fā)生,提高煙機(jī)、風(fēng)機(jī)同步運(yùn)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(jī)組運(yùn)行時(shí),防止煙機(jī)出口水封罐上水閥門關(guān)不嚴(yán)或泄漏,水封罐進(jìn)水,形成水阻,使煙氣排出不暢,增大煙機(jī)背壓,影響機(jī)組效率。5)降低煙機(jī)背壓用好煙機(jī)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(diǎn),相應(yīng)調(diào)節(jié)除塵器變頻控制時(shí)間,使除塵器盡量達(dá)到最佳效果,以降低煙機(jī)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(jī)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(jī)組蒸汽消耗量1)作好三級旋分器檢修、運(yùn)行工作,保證入機(jī)煙氣所攜帶的催化劑降到最低限度,減少催化劑在煙機(jī)輪盤間的沉積,及時(shí)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(fèi)。2)利用檢修改進(jìn)部分蒸汽流程,將開機(jī)前蒸汽預(yù)熱改為煙氣直接預(yù)熱。開機(jī)前煙機(jī)處于冷態(tài),使用蒸汽暖機(jī),在機(jī)組溫度低于蒸汽溫度時(shí),蒸汽冷凝。由于冷凝水的存在,當(dāng)煙氣進(jìn)入煙機(jī)時(shí),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(jī)轉(zhuǎn)子動不平衡,引起振動。改用煙氣直接預(yù)熱后,避免了催化劑燒結(jié),同時(shí)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(yùn)行中應(yīng)該充分利用該特點(diǎn),采用適當(dāng)?shù)拇胧?在滿足生產(chǎn)需要的前提下,降低機(jī)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(shí)對冷卻器進(jìn)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(guān)小循環(huán)水閥門開度,減小水耗量。ｅ)合理選用機(jī)組附屬機(jī)泵配用電機(jī),減少低壓電消耗。在選用機(jī)組附屬油泵時(shí),合理計(jì)算泵的負(fù)荷裕量,配套電機(jī)選用避免出現(xiàn)裕量層層加碼,泵的運(yùn)行負(fù)荷應(yīng)達(dá)到額定負(fù)荷,即盡量在高效負(fù)荷區(qū)運(yùn)行。ｆ)結(jié)合全廠用風(fēng)狀況及裝置對風(fēng)質(zhì)量的要求,廠部對空壓機(jī)站進(jìn)行了技改,增設(shè)了除濕裝置,從根本上解決了風(fēng)帶水問題,減少了浪費(fèi)。6效果檢驗(yàn)ａ)通過改變操作參數(shù),煙機(jī)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(jī)背壓(絕)由1997年的0115ＭＰａ降低到0108ＭＰａ,僅此一項(xiàng),每小時(shí)即可多節(jié)電約800ｋＷ,按每年運(yùn)行8000小時(shí)計(jì)算,即可節(jié)電6400000ｋＷ·ｈ,按034元/(ｋＷ·ｈ)計(jì),合人民幣2176萬元。ｂ)經(jīng)過努力,在保證運(yùn)行的基礎(chǔ)上,機(jī)組耗用蒸汽量由17ｔ/ｈ降到08ｔ/ｈ,按每年運(yùn)行8000小時(shí)計(jì)算,可節(jié)約蒸汽7200ｔ,蒸汽內(nèi)部核算價(jià)格140元/ｔ,合人民幣1008萬元。ｃ)僅經(jīng)過對油冷器反