伍志勇

（中海油惠州石化有限公司運行七部，廣東 惠州 516086）

引言

連續(xù)催化重整裝置中，燃料氣約占裝置能耗的81.86%，其中重整反應加熱爐消耗燃料氣最多，約占裝置能耗的66.9%[1]。近年來，對重整裝置四合一爐的相關改造也逐漸增多[2-4]。某公司180 Mt/a 連續(xù)重整裝置四合一加熱爐作為該裝置反應加熱爐，設計負荷為100.07 MW，為該裝置能耗最大的設備，設計排煙溫度171 ℃，實際排煙溫度165 ℃，加熱爐熱效率在91%左右。為進一步提高加熱爐運行熱效率，降低裝置能耗，決定對四合一爐進行預熱回收系統(tǒng)改造，通過增加煙氣余熱回收系統(tǒng)，增設鼓、引風機及空氣預熱器，通過提高助燃空氣的溫度以提高熱效率。改造后的四合一爐排煙溫度控制在80 ℃，加熱爐熱效率可達到95%以上。

1 新增余熱回收系統(tǒng)工藝流程

該煙氣余熱回收系統(tǒng)設有鼓風機兩臺，空氣經(jīng)過兩臺鼓風機加壓至1.8 kPa 后，先通過低溫空氣預熱器，與經(jīng)過高溫空氣預熱器換熱過的低溫煙氣進行換熱，升溫至95 ℃左右后，再進入與從四合一爐頂煙氣過來的高溫煙氣進行換熱，空氣加熱至147 ℃后，經(jīng)過風道，送至加熱爐燃燒器風箱，與燃料氣配燒。

四合一爐爐頂165 ℃左右的高溫煙氣經(jīng)過頂部集合管首先進入高溫空氣預熱器，與空氣換熱后降溫至128 ℃左右，經(jīng)過引風機增壓后進入低溫煙氣預熱器與從鼓風機過來的低溫空氣進行換熱，降溫至80 ℃后直接排入煙囪。低溫煙氣預熱器底部設置有煙氣冷凝水排水系統(tǒng)，所排污水可直接進入含油污水系統(tǒng)。余熱回收系統(tǒng)流程，如圖1 所示。

圖1 余熱回收系統(tǒng)流程

2 關鍵難點

2.1 露點腐蝕

某公司燃料氣系統(tǒng)中硫含量不穩(wěn)定，并且燃料氣中總硫含量遠高于設計院對燃料氣中總硫含量（質(zhì)量分數(shù)，下同）小于0.5×10-6的要求。如何在不增上精制脫硫設施的前提下，保證換熱后煙氣降低至80℃以下，避免低溫系統(tǒng)的露點腐蝕，成為該項目長周期平穩(wěn)運行的重中之重。

2.2 異常工況波動大

余熱回收系統(tǒng)空氣和煙氣系統(tǒng)流量大，壓降低，所需管線粗，設備大，必須保證煙氣余熱回收系統(tǒng)各種異常工況下平穩(wěn)運行，避免對加熱爐和重整裝置運行產(chǎn)生重大影響。

2.3 煙氣氮氧化物排放不達標

通過空氣與煙氣換熱，提高進加熱爐空氣溫度后，燃燒器火焰溫度相應提高，氮氧化物排放量必然增大，本項目投用后必須保證煙氣的氮氧化物在排放指標內(nèi)。

2.4 燃燒器改造成本過高

四合一爐原有燃燒器為進口低氮自燃通風燃燒器，本項目實施后，通風形式變?yōu)閺娭仆L，如果所有燃燒器進行更換，燃燒器購買費用和施工費用將增加500 萬元以上，能否將現(xiàn)有燃燒器由自然通風改為強制通風且滿足氮氧化物排放要求，成為該項目實施的制約因素。

2.5 空氣系統(tǒng)供風不均

該連續(xù)重整裝置四合一爐共有72 個燃燒器，空氣系統(tǒng)需要將鼓風機的風量均勻輸送到各個火嘴，不能出現(xiàn)供風不均勻的工況，否則嚴重影響加熱爐的負荷。

3 解決方案

3.1 流程設計創(chuàng)新、避免露點腐蝕

余熱回收系統(tǒng)的空氣預熱器采用兩段設計，高溫空氣預熱器煙氣出口溫度控制在120 ℃以上，引風機置于高低溫空氣預熱器中間，保持引風機介質(zhì)溫度在120 ℃以上運行，避免露點腐蝕。同時，降溫后的煙氣不經(jīng)過引風機加壓，直接排入煙囪，保證低溫煙氣在負壓工況下排入大氣，避免低溫空氣預熱器中生成大量明水，產(chǎn)生腐蝕；高溫預熱器和引風機在任何工況下都在露點腐蝕溫度以上工作，因此材質(zhì)可以采用普通碳鋼，大幅度降低設備投資。通過在高溫空氣預熱器供風側(cè)出入口設計跨線，在各種負荷下仍能保證高溫空氣預熱器出口溫度在120 ℃以上；當燃料氣硫含量較高時，排煙溫度如果低于80 ℃，低溫空氣預熱器可能會導致嚴重的露點腐蝕，在運行過程中，可通過高低溫空氣預熱器總出入口跨線，調(diào)整排煙溫度，將排煙提至露點腐蝕溫度以上。

3.2 低溫空氣預熱器選型創(chuàng)新

低溫空氣預熱器采用耐露點腐蝕的ND 鋼材質(zhì)，低溫空氣預熱器出口溫度平均為80 ℃，但是低溫空氣預熱器出口溫度存在差異，由換熱溫度曲線可知：鼓風機將低溫空氣鼓入到低溫空氣預熱器內(nèi)開始換熱的部位溫度較低，局部溫度低于60 ℃。隨著運行時間延長，如果低溫空氣預熱器出現(xiàn)腐蝕泄漏時，必然是靠近空氣側(cè)先發(fā)生腐蝕。

低溫空氣預熱器換熱器結(jié)構(gòu)選型為板式，主要具有以下優(yōu)點：煙氣側(cè)與空氣側(cè)均是完全光滑直道，支持透光檢查，有利于設備維護、檢查；極端工況發(fā)生腐蝕時，可以對預熱器腐蝕部位板材進行更換，避免對預熱器整體進行更換，降低更換成本。

3.3 工藝流程創(chuàng)新，燃氣料系統(tǒng)增加天然氣補充線

該連續(xù)重整裝置四合一爐所用燃料氣由全廠干氣脫硫后與天然氣混合而成，天然氣中總硫含量一般低于0.5×10-6，而全廠干氣中總硫一般在2×10-6～5×10-6，經(jīng)過混合后的燃料氣燃燒后的煙氣難以滿足排煙溫度低于80℃的露點腐蝕要求，考慮到全廠天然氣補入總的燃料氣管網(wǎng)量比較大，該裝置從全場天然氣總管網(wǎng)引入一股天然氣，并入到燃料氣分液罐前，與燃料氣管網(wǎng)燃料氣進行混合，用以降低燃料氣中總硫含量。

3.4 雙鼓風機設計，保證異常工況下加熱爐穩(wěn)定運行

針對余熱回收系統(tǒng)鼓風機系統(tǒng)，將常規(guī)單鼓風機加快開風門的設計優(yōu)化為雙鼓風機的模式，取消快開風門系統(tǒng)。

1）當其中一臺鼓風機故障時，DCS 自控關閉該風機入口擋板，同時將另一臺鼓風機入口調(diào)節(jié)擋板開度調(diào)至最大且耦合器調(diào)至最大負荷運行。經(jīng)設計核算，單臺鼓風機能夠保證是四合一爐正常運行。

2）雙鼓風機采用雙線路，避免了裝置因晃電導致的雙鼓風機同時故障，降低了事故風險。

3）在投資沒有明顯增多的情況，避免了原有設計中單臺鼓風機停機后快開風門打開，加熱爐供風溫度急劇下降，加熱爐出口溫度大幅度波動的問題，確保加熱爐系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

3.5 專利技術避免燃燒器更換、確保煙氣氮氧化合格

該連續(xù)重整裝置四合一爐燃燒器采用進口自然通風低氮燃燒器。余熱回收系統(tǒng)改造需要將燃燒器由自然通風改為強制通風。同時，空氣溫度從常溫升高至146 ℃后，必須保證煙氣中氮氧化含量不會大幅度上升，因此燃燒器改造是該項目的關鍵瓶頸之一。

3.5.1 風箱改造

通過對燃燒器增加風箱，將燃燒器由自然通風改為強制通風且風箱上設置調(diào)節(jié)手柄，保證操作的靈活性。燃燒器主體采用的消聲結(jié)構(gòu)及低熱傳導設計，隔熱保溫性能優(yōu)異，使燃燒器箱體向外散熱損失降至最低，同時由于網(wǎng)板和內(nèi)襯隔熱材料的阻尼性消音，使得助燃空氣在燃燒器內(nèi)高速流動產(chǎn)生的噪音得到迅速衰減，實現(xiàn)燃燒器的低噪音排放，滿足燃燒器運行時噪音＜80 dB 及風箱外筒表面溫度低于60 ℃的要求。

3.5.2 燃燒器噴頭設計改造

改造后該燃燒器采用了燃料分級、強化混合、煙氣回流、降低燃燒火焰表面溫度、扼制NOx生成的燃燒技術。助燃空氣經(jīng)過裝置高溫煙氣余熱回收預熱，一定壓力的熱空氣進入對開調(diào)風蝶閥，根據(jù)負荷大小，通過對開調(diào)風蝶閥手柄控制總風量，熱空氣進入燃燒器風箱內(nèi)腔，通過火盆磚火道內(nèi)錐面出口空氣流產(chǎn)生一定壓差，增大了空氣流與燃氣流的交角，改善了氣流混合條件，提高了入口處的空氣流速，強化了空氣與燃氣的混合，特別是與一級燃料的混合，有利于實現(xiàn)合理比例的煙氣回流。

多種措施的組合實施，實現(xiàn)了燃料的分級穩(wěn)定燃燒，降低了火焰表面溫度，有效地抑制了煙氣中NOx的生成，從而實現(xiàn)了燃燒煙氣的低NOx排放。因而，經(jīng)過改造后的燃燒器是一種性能優(yōu)異的低NOx氣體燃燒器，其排放的煙氣質(zhì)量濃度在50 mg/m3以下，達到了高效、節(jié)能、低NOx污染排放與低噪聲的環(huán)保目的。

3.6 解決燃燒器空氣分配問題，消除關鍵瓶頸

該重整裝置四合一爐共有72 個燃燒器，空氣需要通過熱風道將熱空氣均勻分配至72 個燃燒器，因四個爐子的負荷大小不一，需要的風量各不相同且風道布置需要考慮現(xiàn)場風道擺放位置，因此風道的布置不可能完全對稱。

施工前，采用軟件進行模擬，對風道各個位置的壓力進行核算，發(fā)現(xiàn)部分支路的壓力偏差較大，為保證空氣分配均勻，本項目風道中壓力低的支路中增加導流裝置，保證了風道中各處壓力相對一致；同時，在每個燃燒器前增加調(diào)節(jié)手柄，保證了各個燃燒器風量分配均勻。

此外，側(cè)燒燃燒器的下層爐膛負壓大，上層小，故下層燃燒器與上層燃燒器操作條件有區(qū)別，實際操作時將下層燃燒器的調(diào)風門可以適當關小，進一步加強上下層燃燒器流量的均勻性。

4 實施效果

該四合一爐余熱回收系統(tǒng)投用前后，委托第三方在裝置滿負荷工況下，對加熱爐進行標定。標定結(jié)果顯示，投用余熱回收系統(tǒng)后，加熱爐熱效率提高顯著，具體數(shù)值詳，如表1 所示。

表1 催化重整（II）裝置四合一爐熱效率

5 結(jié)論

1）該余熱回收系統(tǒng)的投用極大地提高了加熱爐的熱效率，預計年節(jié)省熱值為42 463.9 MW，折合為等熱值的天然氣，每年節(jié)省天然氣費用925.3 萬元；

2）以節(jié)省天然氣2 986.75 t/a 計算，其中：天然氣中碳含量（質(zhì)量分數(shù)）為72%，二氧化碳中碳含量（質(zhì)量分數(shù)）為27.3%，則對應節(jié)省二氧化碳排放7 914.10 t，具有良好的社會效益。