西北某石化公司1.6Mt/a催化裂化装置余热锅炉设计

高银民（上海宁松热能科技有限公司， 上海 200086）

西北某石化公司1.6Mt/a催化裂化装置余热锅炉设计

高银民（上海宁松热能科技有限公司， 上海 200086）

针对西北某石化公司1.6Mt/a催化裂化装置尾部烟气污染物排放超标，给环境带来严重的危害，余热锅炉排烟温度240℃，高温烟气的排放导致装置能耗偏高，影响装置经济效益，同时影响尾部布置脱硫工程。随着国家环保要求进一步提高，2014年该厂为节能减排及烟气排放达标，新增烟气脱硫、脱硝装置。由于脱硝工艺要求进脱硝反应器的烟气温度在300～400℃范围内，布置脱硝装置需要较大空间，而现锅炉周边无足够的场地，故设计新的余热锅炉以布置脱硝装置，同时降低排烟温度。新设计时对余热锅炉受热面进行模块式设计，将再生高温烟气全部经过余热锅炉回收，排烟温度降到160℃以下，提高装置效率。同时满足脱硝装置的布置，降低NOx的排放。

余热锅炉；模块化；节能减排（NOx、SOx及颗粒物减排）

0 引言

西北某石化公司1.6Mt/a催化裂化炼油装置加工原料为长庆原油，重油催化裂化装置加工原料为常压渣油大于375℃馏分，原料中氮元素含量约2700ppm，运行方案为汽油方案，采用中国石油大学两段提升管催化裂化（TSRFCC）技术，两器运行方式为并列式，再生方式采用完全再生方式，无补燃。

1 改造方案

1.1 热平衡核算

对装置进行整体的热量平衡计算，确定合理的上水温度，算出装置外来的中压饱和蒸汽量，完全再生烟气除了过热装置外来的中压饱和蒸汽量之外，通过加热装置的给水，让排烟温度降低到160℃左右。

表1　改造前装置参数：

通过核算，外取热和油浆蒸发器（外来中压饱和蒸汽来源）的热负荷为67729kW，

也就是每小时115t温度从160℃水变为中压饱和蒸汽吸收的热量，而炼油厂的工艺运行参数都很平稳，变化不大。再加上224940Nm3/h高温完全再生烟气从488℃降到160℃释放出的热量，去除掉散热损失，就是余热锅炉和装置产最大量中压蒸汽时吸收的热量。

核算后的参数如下：

表2

1.2 受热面参数计算

表3

表4　给水预热器性能参数

由于烟气中含有0.01%的SO2，8.84%水蒸气，SO2转化SO2转化率按3%计算，按照荷兰A.G.okkes方程计算得出，酸露点温度为122℃，为了防止酸露点腐蚀低温省煤器，低温省煤器采用自预热式省煤器，将给水温度从104℃提高到135℃，彻底避免低温区省煤器受热面管子露点腐蚀，由于管子壁温是和传热系数大的接触流体温度相近，而水的传热系数远远的大于烟气。

1.3 结构布置

余热锅炉各受热面均采用翅片蛇行管结构，顺排布置，用翅片管做换热元件，大量增加了受热面积，从而减小了过热器和省煤器的体积，降低流动阻力。由于脱硝工艺采用SCR 脱硝方式，要求进SCR脱硝反应器的烟气温度在300～400℃范围内，此温度恰好在低温过热器（上）和低温过热器（下）模块之间，因此脱硝喷氨设备安装于此位置。

为了安装方便，保证设备质量，设备采用模块化结构。各受热面换热管束与集箱的焊接、拍片及水压试验均在制造厂组装完成，运至安装现场吊装就位（支撑在余热锅炉钢结构上）后，只需用烟道将其连接。其中高温过热器（一个模块）采用内保温，衬里结构；低温过热器（上）（一个模块）、喷氨模块、脱硝反应器（两个模块）、低温过热器（下）（一个模块）、低压过热器与高温省煤器（共一个模块）和低温省煤器（二个模块）采用外保温。

脱硫和除尘采用WGS技术，布置在余热锅炉尾部，160℃排烟温度经过脱硫和除尘后经烟囱排放，脱硫装置分为湿法洗涤和废液处理（PTU）两部分，其中湿法洗涤部分，利用洗涤液将催化烟气中的硫化物脱除，同时洗涤催化烟气中的粉尘颗粒，废液处理部分将催化剂颗粒经压滤脱出，并将废液氧化，保证外排烟气中硫化物和粉尘各项指标合格。

1.4 吹灰器布置

锅炉积灰是影响锅炉性能的重要原因之一，所以用吹灰器清灰是保证锅炉正常高效运行重要措施之一。根据本公司七十余套催化装置新建或改造余热锅炉成功经验，结合本次改造后余热锅炉结构特点，高温过热器和低温过热器（上）采用并联式脉冲激波吹灰器进行吹灰，其中高温过热器布置8台激波吹灰器，低温过热器（上）布置6台激波吹灰器，脱硝反应器采用耙式蒸汽吹灰器和声波吹灰器混合吹灰，每个脱硝反应模块布置2台耙式蒸汽吹灰器和4台声波吹灰器，脱硝反应器以下模块采用脉冲激波配合耙式蒸汽吹灰器。低温过热器（下）和省煤器每个受热面模块各布置2台耙式吹灰器和6台激波吹灰器。

本次改造余热锅炉一共布置38台激波吹灰器，12台耙式蒸汽吹灰器，8台声波吹灰器。12台耙式蒸汽吹灰器共用一套就地控制柜，定期吹灰。8台声波吹灰器共用一套就地控制柜，定期吹灰。38台激波吹灰器采用一套就地控制柜PLC控制，定时吹灰。三种吹灰器相互协作，各自定期吹灰，确保有效清除受热面表面灰垢。

2 改造效果

在2014年大检修期间对新增余热锅炉进行了安装，施工周期2个月，在催化裂化装置正常开车，新增余热锅炉投运后，催化裂化装置产生的中压饱和蒸汽全部进入余热锅炉过热，催化裂化装置完全再生烟气（约224940Nm3/h）全部经过余热锅炉放热，催化裂化装置产1.25MPa低压饱和蒸汽（10t/h）进新增余热锅炉低压过热器过热。改造后装置上水温度提高到180℃，催化裂化装置比原来多产5.7t/h中压饱和蒸汽，中压过热蒸汽按250元/t计算，一年8400h可产生经济效益1197万元。10t/h低压过热蒸汽按180元/t计算，一年8400h可产生经济效益1512万元。综上所述，年产生经济效益2709万元。

3 结语

该石化公司对催化裂化装置尾部余热回收进行改造后，将排烟温度由240℃降到160℃，提高了装置效率，为催化裂化装置增设烟气脱硝脱硫、脱颗粒物的设施提供了条件。烟气脱硝脱硫、脱颗粒物的设施投运后重油催化裂化外排烟气中二氧化硫、氮氧化物、颗粒物的浓度分别降至200mg/Nm3（dry）、200mg/Nm3（dry）和50mg/Nm3（dry）以下，每年减少二氧化硫排放约510吨，氮氧化物排放约275吨，减少颗粒物排放量约220吨，催化裂化装置烟气中各污染物达标排放。不仅解决了长期困扰公司环境污染治理的难题，使主要污染物实现稳定达标排放，为改善当地的空气质量，增进企地关系和谐发展有着十分重要的意义，具有良好的社会效益。

［1］杨飏.氮氧化物减排技术与脱硝工程［M］.冶金工业出版社，2007-01-01.

［2］杨飏.二氧化硫减排技术与烟气脱硫工程.冶金工业出版社， 2004-1-1.

［3］大气污染物综合排放标准［S］. GB 16297-2015.

［4］石油炼制工业污染物排放标准［S］. GB 31570-2015.

［5］ 冯俊凯.锅炉原理及计算［M］.科学出版社，2003-07-01.