胜利炼油厂重油催化装置余热锅炉改造设计

AlvaroFabi

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摘 要：近几年来，随着空气质量逐渐恶化，雾霾天气现象的出现频率越来越高。雾霾主要由SO2、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成。减少污染源、削减大气污染物是解决雾霾的根本之道。我国“十二五”规划纲要提出：单位国内生产总值能源消耗降低16%，单位国内生产总值CO2排放降低17%。SO2排放减少8%，氮氧化物排放减少10%；国家环境保护部最新制定的《石油炼制工业污染物排放标准》中规定炼油企业大气污染物排放限值，有机废气收集处理排放口的SO2、氮氧化物和颗粒物含量，分别不能大于100mg/m3、100mg/m3和50mg/m3。烟道式余热锅炉系指那些利用各种废气、废料、废液中的显热或（ 和）可燃物质作为热源（可加补燃），且热源呈常压、负压或微正压的锅炉。余热锅炉的应用对提高工业企业热能有效利用，节约燃料，降低生产成本，减少大气污染等方面起着十分重要的作用。
关键词：装置；改造；特点
胜利炼油厂80万吨/年重油催化装置余热锅炉与装置外取热器和油浆蒸发器组成一套中压蒸汽发生、过热系统。该余热锅炉除过热自产少量中压饱和蒸汽外，主要过热外取热器和油浆蒸汽发生器产生的中压饱和蒸汽，该余热锅炉除预热自身锅炉汽包上水外，还预热外取热器和油浆蒸发器汽包上水。2006年4月，因为省煤器换热管发生腐蚀穿孔，导致停炉抢修。由我公司对省煤器进行了改造，通过增设给水预热器等措施，使省煤器实际进水温度提高至150℃，消除了省煤器低温露点腐蚀。排烟温度一直稳定在185℃左右，节能效果良好。
随装置操作工艺条件变化，装置外取热器、油浆蒸发器中压饱和蒸汽产量增加，加上原设计余热锅炉过热器结构不合理，过热能力不足，导致过热器出口过热蒸汽温度低于380℃，蒸汽品质偏低；随环保要求提高，该装置拟增设再生烟气脱硫单元，余热锅炉烟气出口背压将由目前的微负压变为4KPa左右，原余热锅炉对流蒸发器为上下锅筒对流管束结构，烟气密封困难，目前烟气泄漏已经很严重，一旦余热锅炉出口烟气压力提高至4KPa，余热锅炉炉体压力将达到7KPa左右，烟气泄漏将更为严重。鉴于以上原因，为了提高余热锅炉过热蒸汽出口温度，提升余热锅炉炉体耐压能力和烟气密封性能，需要对该余热锅炉过热器及对流蒸发器进行节能改造。
1 改造内容
1.1 改造基础数据
1.2 改造目的及措施
本次余热锅炉节能改造主要达到4个目的：（1）提高余热锅炉过热能力，确保过热蒸汽温度。（2）采用强制循环蒸发器，取消原对流管束及上、下锅筒结构，提高余热锅炉炉体耐压能力，避免烟气泄漏，确保烟气脱硫后余热锅炉长周期安全运行。（3）降低排烟温度，提高锅炉效率，降低后续脱硫单元水耗。（4）完善吹灰措施，确保余热锅炉长周期高效运行。改造措施如下：（1）拆除原四组过热器受热面，在该空间位置布置新设计的三个模块式翅片管过热器（其中高温过热器一组，低温过热器两组），换热元件由光管改为翅片管，顺排布置，增加换热面积，强化换热，提高余热锅炉蒸汽过热能力。（2）拆除原上、下锅筒、对流蒸发管束及炉墙护板，在该空间位置布置新设计的一个模块式强制循环蒸发器和一个模块式翅片管高温省煤器，改造后的余热锅炉不设锅筒，操作简单。（3）原三个省煤器模块改为低温省煤器，并对该三个省煤器箱体、人孔及锅炉烟道等进行改造加固，使改造后的余热锅炉炉体耐压达到10KPa，确保烟气密封良好不泄漏，满足新增烟气脱硫单元要求。（4）原给水预热器利旧，利用低温省煤器出口高温水加热低温省煤器进口低温水，使省煤器实际进水温度提高至140℃左右，提高省煤器最低管壁温度，彻底消除省煤器低温露点腐蚀。（5）本次余热锅炉改造基础不动，主体钢架利旧并进行局部加固。
改造后余热锅炉总图见下图。
1.3 改造后余热锅炉工艺流程说明
（1）烟气流程。余热锅炉烟气流程基本不变。烟机出口排出的再生烟气，经水封罐后分两路进余热锅炉，一路为主路，经主路蝶阀从顶部进入余热锅炉高温过热器；另一路为旁路，经旁路蝶阀绕过过热器进入余热锅炉，与余热锅炉过热器出口的主路烟气相混，再一起进入余热锅炉强制循环蒸发器、高温省煤器和低温省煤器，最后进后续脱硫单元。（2）中压蒸汽流程。余热锅炉自产饱和蒸汽、装置外取热器和油浆蒸发器产中压饱和蒸汽一起进余热锅炉过热器进行过热。高温过热器出口喷水减温器利旧，与旁路烟道蝶阀一起，控制余热锅炉过热蒸汽出口温度在设定值415℃左右。（3）中压除氧水流程。锅炉给水进给水预热器管程预热，温度升至140℃后依次进余热锅炉低温省煤器（三组，利旧）取热，低温省煤器出口高温水进给水预热器壳程，然后进高温省煤器取热，高温省煤器出口高温水经调节阀进装置外取热器和油浆蒸发器汽包上水。（4）强制循环蒸发器汽水流程。由于目前余热锅炉自产饱和蒸汽量仅为2t/h左右，加上热水循环泵具有一定裕量，因此本次改造取消余热锅炉锅筒，从热水循环泵出口分出一路（DN150，75t/h）进余热锅炉强制循环蒸发器；强制循环蒸发器出口的汽水混合物与外取热器出口汽水混合物一起进外取热器汽包。取消余热锅炉锅筒后，余热锅炉无液位控制、排污、炉水控制等，操作十分方便。
1.4 改造后余热锅炉性能参数
1.5 激波吹灰器改造与完善
目前余热锅炉省煤器和过热器设置了激波吹灰系统（以乙炔为动力源），其中：原省煤器布置了12台，过热器布置了9台。本次改造后仍采用激波吹灰。其中：高温过热器布置6台，低温过热器（二模块）、强制循环蒸发器、高温省煤器和低温省煤器（三个模块）每个模块布置4台，一共布置34台激波吹灰器。本次改造原21台激波吹灰器移位利旧，新增13台激波吹灰器，另外原吹灰系统吹灰器喷管与炉墙连接处烟气密封较差，存在烟气泄漏。需要对其进行密封改造。
1.6 锅炉加固密封改造
考虑烟气脱硫单元，余热锅炉炉出口烟气背压将提高至4kPa以上，为了确保炉体烟气耐压能力，需要对余热锅炉炉体和烟气密封结构进行加固改造。加固改造的具体内容有：（1）自锅炉烟气入口至锅炉烟气出口整台锅炉炉墙未更新的每个面（包括炉顶和炉底）的外护板上型钢围成的所有方框结构，都需要加固加强。（2）低温省煤器至锅炉出口烟道之间的箱体、烟道需整体加强以满足炉体烟气耐压及密封需要。该部分用角钢加强。
1.7 余热锅炉改造前后数据比较
2 改造特点
（1）本次改造的所有受热面均采用模块化箱体结构，全部受压元件的组焊均在锅炉厂完成，现场组装，实现工厂化制造，确保产品质量，缩短现场安装工期；
（2）所有受热面均采用优化设计的螺旋翅片管作为换热元件，增加了受热面积，降低了流动阻力，同时配以特制的小R180˚弯头，减小了余热锅炉各段体积，换热效果好。确保余热锅炉过热能力提高至65t/h，过热蒸汽温度提高至415℃；
（3）所有受热面的换热管均采用顺排结构，便于清灰和降低烟气流动阻力；
（4）取消余热锅炉锅筒，采取强制循环蒸发器替代原双锅筒对流蒸发器，既提高炉体耐压能力，又有效解决对流蒸发管束积灰问题；
（5）利旧原给水预热器，利用低温省煤器出口高温水加热低温省煤器进口低温水，使省煤器实际进水温度提高至140℃左右，提高省煤器最低管壁温度，彻底消除省煤器低温露点腐蚀；
（6）改造后除高温过热器模块采用内保温外，其余低温过热器、强制循环蒸发器、高温省煤器模块均采用外保温，便于安装、检修和避免炉壁腐蚀；
（7）所有受热面均布置脉冲激波吹灰器，有效防止催化剂粉尘静电吸附在余热锅炉受热面，确保余热锅炉长周期高效运行，吹灰器采用PLC控制，定期吹灰。
3 结论
重催装置余热锅炉通过对过热器及蒸发器进行改造后，运行一年多来， 能够连续、稳定、高效运行，为企业节能降耗、环保做出了较大贡献，受到了用户的好评。余热锅炉作为化工生产中一个重要的工艺环节，同时还兼作生产中的动力装置，其运行的安全和可靠性直接影响着整个装置的生产周期。设计及改造时必须要保证余热锅炉能安全、稳定、长周期运行。
参考文献：
[1]古大田，方子风等.废热锅炉[M].化学工业出版社，2002.
[2]赵钦新，周屈兰，谭厚章.余热锅炉研究与设计[M].中国标准出版社，2010.
[3]陈学俊，陈听宽.锅炉原理[M].机械工业出版社，1990.
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