【摘要】本文介紹了中國(guó)石化武漢分公司2#催化裝置通過(guò)優(yōu)化工藝操作、提高保溫效果、增加煙氣補(bǔ)燃設(shè)施、減低一再頂壓等措施來(lái)提高煙氣輪機(jī)入口壓力、入口溫度，降低煙機(jī)出口壓力，使三機(jī)組由用電600kw到發(fā)電300kw，降低了裝置電耗，提高了裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平。

【關(guān)鍵詞】催化裂化；煙氣輪機(jī)；發(fā)電；補(bǔ)燃

一、概述

催化裂化裝置（FCC）煙氣輪機(jī)（簡(jiǎn)稱煙機(jī)），因其能大量回收高溫?zé)煔獾膲毫δ芘c熱能，自出現(xiàn)后得到了廣泛地應(yīng)用，尤其是隨著能源價(jià)格的高漲，煙機(jī)幾乎成為國(guó)內(nèi)FCC的必配機(jī)組，而且隨著FCC的大型化帶來(lái)的工藝參數(shù)提高，煙機(jī)技術(shù)參數(shù)不斷提高，軸功率不斷提升，為提高效率，大焓降煙機(jī)需要做成兩級(jí)或多級(jí)。煙機(jī)常與主風(fēng)機(jī)配置在一起，功率偏差部分用電動(dòng)/發(fā)電雙向電機(jī)來(lái)平衡，這樣的配置稱三機(jī)組，國(guó)內(nèi)有75%以上FCC配置三機(jī)組。三機(jī)組的軸功率往往比整個(gè)FCC其余用電設(shè)備的累計(jì)功率還大，因此三機(jī)組高效運(yùn)行對(duì)裝置節(jié)電舉足輕重，其中最關(guān)鍵的是煙機(jī)能否與主體裝置同步、高效運(yùn)行，優(yōu)秀的煙機(jī)回收功率可達(dá)130%（煙機(jī)功率與風(fēng)機(jī)功率的比值），目前國(guó)內(nèi)煙機(jī)高效運(yùn)行水平參差不齊，大部三機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為具備發(fā)電能力，而實(shí)際上卻難以做到。中國(guó)石化武漢分公司的2#催化裂化裝置（簡(jiǎn)稱FCCⅡ）配置的三機(jī)組于2005年

5月建成投運(yùn)，其中的煙機(jī)是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的大焓降煙機(jī)，經(jīng)過(guò)幾年的持續(xù)探索，對(duì)工藝運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，三機(jī)組實(shí)現(xiàn)了持續(xù)發(fā)電。

二、三機(jī)組參數(shù)與運(yùn)行情況

武漢FCCⅡ三機(jī)組于2005年5月與主體裝置同步改造投產(chǎn)，其配置情況如下：煙氣輪機(jī)（以下簡(jiǎn)稱煙機(jī)）為蘭州煉油廠機(jī)械廠生產(chǎn)的YLⅡ-10000型煙機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)為陜鼓集團(tuán)生產(chǎn)的AV50-16型壓縮機(jī)，電機(jī)/發(fā)電機(jī)為南陽(yáng)防爆集團(tuán)的YFKS710-4型電機(jī)，部分參數(shù)詳見表1。

至2008年9月實(shí)際運(yùn)行3年，煙機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)機(jī)組效率未達(dá)到設(shè)計(jì)點(diǎn)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)仍處于耗功狀態(tài)。機(jī)組設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)見表2。

三、煙機(jī)未發(fā)電各因素分析

三機(jī)組的工作過(guò)程如下：主風(fēng)機(jī)將空氣升壓（附帶少量升溫），提供給再生器燒焦后轉(zhuǎn)化為高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔饨?jīng)三旋除去絕大部分粉塵后驅(qū)動(dòng)煙機(jī)做功，即煙機(jī)將煙氣的壓力能與高溫位熱能回收并通過(guò)連軸器傳遞給主風(fēng)機(jī)，當(dāng)煙機(jī)回收的功率小于主風(fēng)機(jī)功率時(shí)，雙向電機(jī)以電動(dòng)方式工作補(bǔ)充部分功率，反之則以發(fā)電方式工作吸走多余功率向電網(wǎng)輸出電功，這個(gè)過(guò)程也簡(jiǎn)稱煙機(jī)發(fā)電，電機(jī)軸功率公式如下：Nm=Ne-Nc-Ng-Np。

/M，（式1）。Ne——煙機(jī)輸出軸功率，kw；G——煙機(jī)入口煙氣重量流量，kg/s；M——煙氣分子量；T1——煙氣入煙機(jī)溫度，K；T2——煙氣出煙機(jī)校正溫度，K；K——煙氣絕熱指數(shù)。從式1可以看出，在煙氣組成不變情況下，煙機(jī)輸出功率主要與煙氣流量、壓力、溫降有關(guān)系，煙氣流量越大、壓力越高、溫降越大，煙機(jī)輸出軸功率就越大。

風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算公式如下：Nc=Gm*k/（k-1）*R*（TⅡ-TⅠ），（式2）。Nc——風(fēng)機(jī)軸功率，kw；Gm——主風(fēng)重量流量，kg/s；R——?dú)怏w常數(shù)；TⅠ——風(fēng)機(jī)入口溫度，K；TⅡ——風(fēng)機(jī)出口溫度，K；K——絕熱指數(shù)。從式2可以看出，在煙氣組成不變情況下，風(fēng)機(jī)軸功率主要與主風(fēng)流量、壓力、溫升有關(guān)系，主風(fēng)流量越大、出口壓力越高、溫升越大，風(fēng)機(jī)軸功率就越大。

影響煙機(jī)發(fā)電的因素非常多，簡(jiǎn)單的說(shuō)，三機(jī)組的原始選型、設(shè)計(jì)、制造、安裝、自控等是實(shí)現(xiàn)發(fā)電先天因素，而日常的精心維護(hù)與工藝參數(shù)優(yōu)化成為發(fā)電的后天因素。從表2可以看出，煙機(jī)難以發(fā)電的原因主要有以下幾個(gè)方面：第一，煙機(jī)效率未達(dá)到設(shè)計(jì)值。煙機(jī)選用雙級(jí)葉輪，設(shè)計(jì)絕熱效率達(dá)84%，而實(shí)際運(yùn)行與設(shè)計(jì)偏差較大，為76.5%左右。煙機(jī)效率低少出功，三機(jī)組無(wú)法進(jìn)入發(fā)電功率范圍內(nèi)。第二，工藝參數(shù)與設(shè)計(jì)有偏差。影響三機(jī)組運(yùn)行的主要工藝參數(shù)有：進(jìn)煙機(jī)的煙氣流量、入口壓力和溫度、出口壓力，主風(fēng)機(jī)風(fēng)量、出口壓力、入口壓力。理論上，進(jìn)煙機(jī)的煙氣流量越大；入口壓力和溫度越高；煙機(jī)出口背壓越低，煙機(jī)出功越多越有利于發(fā)電；主風(fēng)機(jī)風(fēng)量越??；出口壓力越低；入口壓力越高，風(fēng)機(jī)耗功越少越有利于發(fā)電。工藝參數(shù)是三機(jī)組運(yùn)行中最易被人掌控的因素，但常常相互制約和受其它各種因素制約。在工藝方面存在的主要問題有：作為煙機(jī)旁路的雙動(dòng)滑閥調(diào)節(jié)已進(jìn)入自動(dòng)控制的死區(qū)，進(jìn)一步關(guān)小會(huì)失去對(duì)壓力的控制，部分煙氣無(wú)法進(jìn)一步進(jìn)入煙機(jī)；在主風(fēng)機(jī)出口壓力接近設(shè)計(jì)的情況下煙機(jī)入口壓力未到設(shè)計(jì)值，即工藝線路的壓降比設(shè)計(jì)大；裝置處理量低，需要的主風(fēng)量較小，產(chǎn)生的煙氣量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)煙氣量；煙機(jī)入口溫度未達(dá)到設(shè)計(jì)值。

四、機(jī)組工況調(diào)整

2008年5月裝置檢修后，原料變輕，處理量減小，機(jī)組沒有實(shí)現(xiàn)發(fā)電，經(jīng)過(guò)大量分析、試驗(yàn)和工藝參數(shù)優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了持續(xù)發(fā)電。主要工作如下：

1.提高煙氣入口溫度。（1）減少煙氣管道溫度損失。從煙機(jī)輸出功率公式中可以看出，煙機(jī)入口煙氣溫度對(duì)煙機(jī)輸出功率影響很大，入口煙氣溫度升高，煙機(jī)網(wǎng)收功率增大。為了減少煙氣管道上的熱量損失，通過(guò)對(duì)從三旋出來(lái)的煙氣管線逐段用紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫，找出保溫效果不好的部分對(duì)其進(jìn)行重新整改，并要求做到保溫后的溫度不高于環(huán)境溫度50℃，共有10米的煙氣管線進(jìn)行了重新保溫。煙機(jī)入口煙氣溫度有了明顯的升高，由原來(lái)的630℃提高到了640℃，保證了煙機(jī)能有較高的能量回收效率。（2）利用煙氣補(bǔ)燃設(shè)施提高煙機(jī)入口溫度。煙機(jī)設(shè)計(jì)溫度為680℃，一再煙氣出口溫度控制在680℃以下，一再至煙機(jī)入口溫降在35℃以上，因而煙機(jī)入口溫度通常在640℃以下。因此，煙機(jī)入口溫度還有上升余地，我們?cè)谝辉贌煹兰?條DN80主風(fēng)管道，使一再煙氣中的CO與O2反應(yīng)，產(chǎn)生的熱使煙機(jī)入口溫度上升，控制煙機(jī)入口溫度接近680℃。

2.合理減低主風(fēng)機(jī)出口至煙機(jī)入口壓降。該線路主要產(chǎn)生壓力降的設(shè)備有：主風(fēng)管路阻力降、主風(fēng)分布管壓降、大孔分布板壓降、一、二級(jí)旋風(fēng)分離器壓降、再生器二個(gè)密相床層壓降、三旋壓降、煙氣管路阻力降、煙機(jī)蝶閥壓降。經(jīng)過(guò)資料收集和分析，發(fā)現(xiàn)一再至煙機(jī)入口壓降最大（最大達(dá)75kPa），這其中主要是煙機(jī)蝶閥壓降造成的。煙機(jī)蝶閥壓降大主要原因是蝶閥開度小，因?yàn)闊煔饬啃?，而一再壓力控制過(guò)高，通過(guò)查找設(shè)計(jì)資料，在保障旋風(fēng)分離器線速合乎操作條件下，盡可能提高蝶閥開度，降低一再壓力。另外，合理控制再生器內(nèi)催化劑床層料位高度，保持床層低壓降。通過(guò)調(diào)節(jié)，一再至煙機(jī)入口壓降降低至20kPa左右。

3.降低煙機(jī)出口背壓。煙機(jī)出口壓力的變化對(duì)于煙機(jī)回收功率的影響尤其明顯，本裝置煙機(jī)在入口煙氣流量、溫度、壓力保持不變時(shí)，煙機(jī)出口壓力每降低1kPa，可多回收功率120kW，煙機(jī)出口背壓主要是由于煙機(jī)出口水封罐壓降、余熱鍋爐入口水封罐壓降、余熱鍋爐入口蝶閥開度和余熱鍋爐各取熱段壓降造成的，裝置改造后總煙氣量增加，余熱鍋爐做了相應(yīng)改造，增加激波吹灰、省煤器改造，因爐膛壓力較高，余熱鍋爐有時(shí)關(guān)小入口蝶閥，導(dǎo)致壓降偏高，煙機(jī)出口背壓較設(shè)計(jì)值高3kPa（G）。全開蝶閥后，出口壓力下降至5kPa（G）。在日常生產(chǎn)中，加強(qiáng)對(duì)余熱鍋爐吹灰管理，盡量減少爐管外壁積灰，避免余熱鍋爐壓降升高。

五、結(jié)論

經(jīng)過(guò)努力，武漢FCCⅡ的三機(jī)組在2008年9月以后實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)電，最大發(fā)電功率達(dá)900kW，平均大于200kW，這于以前耗電大于600kW 相比，取得了顯著的節(jié)電效果，年效益500萬(wàn)以上。具體結(jié)果見表3。

雖然武漢FCCⅡ通過(guò)各種努力，實(shí)現(xiàn)煙機(jī)發(fā)電的重大突破，但與設(shè)計(jì)改造后年平均發(fā)電功率 1049kW 相比仍存在一定差距。分析原因主要有以下三點(diǎn)：一是設(shè)計(jì)的機(jī)組效率是建立在各方面均比較理想的核算之下，實(shí)現(xiàn)效率受制造、安裝和環(huán)境的影響而產(chǎn)生一定的偏差，盡管做了大量的優(yōu)化設(shè)計(jì)，但實(shí)際絕熱效率仍未達(dá)到設(shè)計(jì)值。二是裝置原料變輕，生焦量減少，需要的主風(fēng)量較1850NM3/min下降不少，煙機(jī)入口流量太小，遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)負(fù)荷，因此煙機(jī)實(shí)際效率下降。三是由于工藝條件、設(shè)備性能等的限制，部分工藝參數(shù)仍達(dá)不到設(shè)計(jì)值，如：主風(fēng)出口至煙機(jī)入口線路的壓降偏大；煙機(jī)入口溫度難以控制到設(shè)計(jì)溫度；煙機(jī)出口溫度偏高等。下一步應(yīng)改進(jìn)工藝條件，降低主風(fēng)機(jī)主風(fēng)機(jī)出口至一再頂壓降，同時(shí)對(duì)主風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，將主風(fēng)機(jī)級(jí)數(shù)減少，降低主風(fēng)機(jī)出口壓力，減少風(fēng)機(jī)的無(wú)用功，最大限度地實(shí)現(xiàn)煙機(jī)發(fā)電。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳俊武主編.催化裂化工藝與工程（第二版）[M].中國(guó)石化出版社.

2005（3）：89～90

[2]張玉龍.武漢石化提高煙機(jī)能量回收率的幾點(diǎn)措施[J].中外能源.2008（A01）：95～97