催化裂解裝置煙機節能優化研究

王砼

(中海油東方石化有限責任公司，海南 東方 572600）

某石油煉化企業油品生產部催化裂解裝置主風能量回收機組中煙氣輪機（簡稱煙機）的工作核心是：將高溫煙氣所蘊含的壓力能以及熱能有效轉化為機械能，并以此為進行其他做工作業提供部分能量，從而實現能量回收、能源最大化利用以及有效控制裝置能耗的目的。所以，煙機一方面在整個催化裝置中占據著極為關鍵的核心地位，另一方面，也是實現節能優化的關鍵前提和重要保障。結合實際工作狀況來看，此裝置煙機運行效率偏低致使主電機用電以及耗電量極大的同時，煙機輪盤蒸汽也會產生極大消耗，從而對裝置整體能耗有效控制帶來嚴重威脅。

1 煙機概況

結合實際工作狀況來看，現下應用較為廣泛的催化裂解裝置主風能量回收機組主要采用同軸式三機組配置方案，換言之，就是煙機+軸流式壓縮機+齒輪箱+電機。

2 煙機運行過程中存在的弊端

2.1 效率低致使能量回收機組電耗過大

在未進行改進、完善工作的情況下，煙機流量值與設計存在一定差距（偏離設計約4%），而煙機入口壓力值與設計值偏差近15%，煙機絕熱效率偏差設計已達到2%以上，煙機作用未得到充分施展和有效發揮，致使主風能量回收機組在平穩運行過程中電機功率過高，其中主電機電量消耗已經達到900kW/h，而造成電量消耗過高的主要原因如下：

第一，葉片嚴重缺乏科學性和先進性。此煙機于20世紀末設計研發出的，其中動、靜葉片主要采用以往扭曲葉型葉片，與現代化新型葉片設計方面存在較大差異，對于實際工作中所產生的煙氣壓力能以及熱能未能得到充分回收，致使大量電能浪費。

第二，煙機現運行參數已不再能滿足實際工作狀況和需求。對于催化反應再生系統而言，其再生器壓力調節主要是通過雙動滑閥以及煙機入口蝶閥相互配合，實現分程控制，為進一步提升煙機功率，煙機入口蝶閥通常情況下采取全開形式（其中，蝶閥全開為90%，全關為0%），而雙動滑閥則進行全關模式。但是，在大多數情況下，雙動滑閥采取開度全關而再生器壓力需要進行調控的狀況下，只能憑借對煙機入口蝶閥開度進行適時、合理調節來實現，致使大量壓力浪費于煙機入口蝶閥壓降工作中，從而讓煙機動力和功效受到嚴重影響，尤其在進行低負荷生產工作過程中，裝置此方面弊端格外突出、明顯。

2.2 輪盤冷卻蒸汽消耗過大

結合實際工作狀況來看，此類裝置煙機輪盤絕大多數情況下采用開放式腔體結構，難以形成有效壓力腔，在煙機運行作業過程中，輪盤冷卻蒸汽的主要作用在于：一方面，針對輪盤進行冷卻處理工作；另一方面，憑借輪盤葉柵流道排除并伴隨煙氣流失，而煙機輪盤冷卻蒸汽流量調節閥開度已達到40%左右。與此同時，輪盤冷卻蒸汽進入流道到達煙機出口是一個極為消耗能量的過程，直接流入煙機流道的蒸汽會對原有煙氣流場的穩定性、安全性帶來嚴重威脅的同時，也會讓葉柵自身氣動效率急劇下降，而對于其中所含有的低于3 微米的催化劑超細粉也會在影響和作用下聚集在葉片背弧某處，進而讓煙機葉片結構問題越發嚴重。除此之外，在葉根冷卻蒸汽中摻雜煙氣，這會使葉根冷卻工作質量和成效受到嚴重影響，導致葉片葉根間隙極易發生堵塞，而當葉片葉根工作溫度過高的情況下，葉根自身強度裕度急劇降低，進而對煙機運行的穩定性、安全性以及高效性帶來嚴重威脅。結合相關數據和資料進行翻閱和計算得出，2016 ～2020 年，此裝置煙機輪盤冷卻蒸汽消耗平均值為0.65t/h，而對于同行業煙機的平均消耗為0.4t/h，蒸汽消耗明顯過高。

2.3 裝置長周期運行需求充分滿足

結合工作現狀可以得出，煙機在日常工作中其檢修次數相對較高，據不完全統計，案例裝置煙機在2015～2022 年共檢驗維修3 次。結合檢修結構發展，存在的主要問題在于煙機自身轉子動葉片存在不同程度的損傷，并且磨損部位主要集中在進氣邊、出氣邊以及葉片根部等區域，例如，在2017 年開展檢修工作內容來看，其中動葉片出氣邊頂部磨損程度減輕，2017 年動葉片進氣邊背根部出現類似于“羽毛”的磨痕，而在2021 年，動葉片根部呈現榫齒狀裂紋，動葉片損壞程度的不斷加深致使相關機組運行的持續性、穩定性以及高效性受到嚴重威脅和影響。除此之外，在實際運行工作過程中，煙機葉片結垢問題也較為嚴重、突出，進而對煙機轉子動態平衡的有效維持造成嚴重影響和破壞。由于三旋分離器在開展煙機改進完善工作前后一致，進而可以視為其分離效果大致相同。在進行煙機檢修工作過程中，發展動靜葉片表面凝聚一層催化劑垢，此種催化劑垢極為堅硬且具備極強的硬度和剛性，絕大多數情況下應均勻分布在動靜葉片表面，但是當發生異常波動或者劇烈變動的環境下，依附在動靜葉片表面的催化劑垢會產生部分脫落，致使煙機轉子動平衡受到嚴重影響，進而煙機在后期工作中呈現劇烈震動或者跳躍現象，從而對機組內部造成嚴重破壞和損傷，讓設備運行的穩定性和安全性急劇降低。與此同時，煙機已持續工作運行長達8 年，葉片老化程度較為嚴重，此類部件在長時期高溫、高壓以及催化劑腐蝕和沖刷等因素作用下，其自身性能、強度、硬度以及耐腐蝕性等均受到嚴重影響，倘若繼續使用，安全事故發生概率將急劇上升。

3 催化裂解裝置煙機節能優化有效措施

3.1 適時改進創新煙機葉片

針對煉油裝置而言，可充分利用大修機會，將煙機葉片及時改進升級為更具先進性、科學性、高效性的馬刀葉型葉片。此極具科學性和合理性設計的動、靜葉型的依據在于，根據現下裝置具體運行狀況開展的極具針對性的匹配設計，同時在計算機CFD 技術輔助下完成了相關平臺模擬實驗。新葉型最突出的優勢在于將傳統變截面扭轉葉型轉變為彎扭復合葉型。此葉型是變截面、扭面以及彎面進行有機結合后的產物，能夠對等壓線分布狀況進行適時調整，同時讓根部與頂部附面層出現分離問題得到有效控制和必要保障，從而讓能源消耗得到極大降低，為低能區流量向主流移動提供強勁助力，進而讓葉片氣動效率得到進一步提升和強化的同時，也讓葉片做功能力得到顯著增強，從而讓煙機通流效率的提升提供強有力保障。除此之外，馬刀葉型葉片還能有效控制相關催化劑超細粉由于在機械設備擾動作用下所產生的流線聚集于葉片背弧某一區域，致使煙機葉片自身結垢傾向受到嚴重影響，進而為有效控制煙機流通部件結垢提供極大便利。

3.2 發揮新型葉根密封冷卻技術作用

新型葉根密封冷卻技術是以蜂窩密封技術作為主要依據和雛形形成的。對于煙機轉子葉片實現密封，關鍵在于由動葉片葉根副板延伸段完成相應裝配工作后所形成的環面，及其與靜葉構件上所配置的蜂窩進行密封處理后所形成的腔體。一方面，讓輪盤冷卻蒸汽針對輪盤以及動葉葉根開展冷卻處理工作；另一方面，也能夠為實現蒸汽流場與煙氣流場分隔處理提供極大便利和支持，以此有效防止蒸汽影響煙機運行成效和質量，進而使煙機工作效率得到進一步提升和強化。除此之外，也能夠讓催化劑附著條件得到有效控制，進而使催化劑結垢問題發生概率得到極大降低，從而使蒸汽消耗量過大問題得到極大改善。

3.3 余熱鍋爐及時改進完善

就某節能優化改進工作來說，在進行催化裂解裝置節能強化改進工作過程中，其主要任務在于針對余熱鍋爐開展整體改進完善工作。詳細改進完善工作內容如下。

第一，對于原有的余熱鍋爐進行上新裝置處理，在原鍋爐的臨近位置，購進一臺新的SCR 脫硝設備，并在規范、有效完成安裝工作的前提下，與SCR 模塊進行有機結合，以此為有效防范正壓泄漏問題的產生提供強有力保障。

第二，對于新增鍋爐開展實際安裝設計規劃工作而言，應充分利用豎井結構模式，其鋼構架主要采取6 根立柱形式，而整體采用全支撐結構體系。與此同時，其壓力設計形式主要采用正壓設計，其中煙氣耐壓值應時刻保持在15kPa 以上，憑借此種設計模式的規范構建和有效發揮，進而讓SCR 系統模塊對脫硝、尾部脫硫等要求和標準得到極大滿足，進而極大地降低煙氣所產生阻力的影響，從而為系統結構的完整性、密封性以及完善性提供強有力保障的同時，也讓煙氣泄漏問題得到有效控制或者極大緩解、改善。

第三，在進行改造創新工作過程中，箱體結構模式在設備模塊設計中占據著極為重要的地位和作用，以此讓鍋爐制造質量以及相關安裝工作成效得到進一步提升，除此之外，也讓安裝施工時間成本得到有效控制。而在完成鍋爐改進完善工作后，還應將給水預熱裝置與之進行有機融合，預熱裝置的有效發揮和充分施展能夠將省煤器上的水溫提升140℃左右，同時，加之防止露點腐蝕處理工作輔助，以此為余熱鍋爐持續、穩定、高效運行提供強有力保障。

第四，除了上述改進完善環節外，還應積極引進和有效發揮具有高效性的激波吹灰器設備與耙式吹灰器設備，進而使堆灰所產生的安全隱患得到有效控制。此外，還應將DCS 測量點與系統進行有機結合，以此為實現對系統開展實時監控工作目的提供極大便利和支持，從而使運行工作質量、工作效率以及維修成效的提升、強化提供強有力保障。

3.4 更換新型余熱鍋爐入口煙道水封罐

要想進一步加快催化裂解裝置煙機節能優化改進工作進程，就應進一步提升對新型余熱鍋爐入口煙道水封罐創新、完善工作的關注力度和重視程度的同時，充分發揮輔助燃燒室作用，以此讓系統降壓得到有效控制，其中，余熱鍋爐入口所應用的回轉式水封罐詳情，如圖1 所示。

圖1 余熱鍋爐入口回轉式水封罐

結合圖1 可以得出，針對余熱鍋爐入口處而言，此區域科學合理構建了一種回轉式水封罐，此種設備的最突出優勢在于，此密封裝置主要設置于水密封罐內部的同時，也設置了開啟與關閉開關，密封裝置能夠實現在開啟與關閉位置間自由移動。當水封罐處于開啟狀態的情況下，煙氣在水罐中主要呈平滑流動的表現形式，此種表現形式的核心作用在于，能夠有效防止煙氣折流、小角度漩渦等問題的形成和發生，從而讓系統內存在的壓力得到極大降低和緩解，進而為構建低壓降輔助燃燒室提供必要保障和支持。結合實際工作狀況而言，燃燒室存在較大差異，詳細內容主要包括以下幾點：其一，進風口形狀的變化和創新，余熱鍋爐的主進風口由傳統圓形逐漸轉變成邊緣性錐狀擴展口，以此讓通風面積得到進一步擴大，從而讓風口壓降過高現象的發生概率得到有效控制。其二，將可調節的擋板與之進行充分結合，此種擋板的主要作用在于，針對二次風展開有效調節和隔離工作，其中擋板多采用軸對稱模式，從而為實現獲取可靠風力提供必要支持。其三，二次風空氣流道逐漸趨于橫向發展，此種風的流道面積與主流道面積基本一致。通過上述方案的實施和改進設計，能夠為系統節能優化提供強勁助力和必要保障。

4 結語

在時代以及科學技術不斷推進發展的帶動和影響下，人們對“節能環?！崩砟畹年P注力度和重視程度逐漸提升，致使現代機械設備以及相關技術節能化發展腳步得到進一步加快。但是，作為化工裝置核心成分的催化裂解裝置，從實際角度出發，仍存在少量裝置缺乏節能性能，相關部門應進一步提升對其節能優化改進工作力度，以此讓其自身能源消耗得到有效控制，進而讓整體運行效率以及經濟效益得到顯著增長。故此，本文主要針對某一催化裂解裝置節能優化改進工作展開分析和探討，簡要闡述和說明其存在的弊端和不足，結合對煙機葉片、密封冷卻技術以及余熱鍋爐改進等方面為切入點，以此為裝置設備節能成效的改善提供強有力的保障。