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烟气轮机节能增效的途径

1前言

催化裂化装置是炼油行业的耗能大户,约占炼油能耗的40%,具有用能质量要求高、能

量自给率高、动力消耗大、蒸汽用量大、低温余热多等特点。随着完全再生技术的发展,烟气

轮机、余热锅炉或ＣＯ锅炉、外取热、油浆发汽以及装置低温热等能量回收设备和技术越来

越普遍的应用,为催化裂化装置的节能降耗提供了可靠的技术条件。催化裂化再生器操作压力

一般达到02～03ＭＰａ,温度680～720℃;再生器排烟压力在1962～2943ｋＰａ,温度为

600～700℃。对于再生烟气来说,气相压力火用是膨胀前后压缩比对数的函数,虽然压力不高

但却具有很高的能量,采用烟机回收再生烟气能量是一项重要的、效果较为显著有效的节能措

施。在催化装置,烟气轮机主要利用再生烟气中所具有的热能和压力能膨胀作功,转化成机械

能驱动主风机为再生器输送烧焦用氧,以满足生产需要,达到回收能量的目的。沧州炼油厂二

催化装置(以下简称二催)能量回收三机组(简称烟机),于1993年9月安装,同年10月22日一

次试车成功并正式投入运行。至2000年12月31日已运行7年1个月,累计运行2180天,回

收功率达122249600ｋＷ·ｈ,创经济效益近4300万元人民币,节能效果显著。目前,在提高

机组安稳运行率、保持单周期运行时间最长的基础上,充分回收烟气能量,同时降低机组自身

能耗已成为当前的首要任务。

2机组概况

二催烟机组由烟气轮机、主风机、变速器、电动机、烟机入口控制闸阀、碟阀、风机

出入口电动阀、碟阀及辅助油系统等组成同轴三机组。为了避免对电网造成过大的冲击,开机

时,往往先由烟机拖动整个机组,当转速升到5000ｒ/ｍｉｎ后,再启动电动机。电机合闸后,

风机由烟机和电动机共同驱动,主风机需要的功率不足部分由电动机补充,电动机还具有稳定

整个机组转速的作用。当烟机运行中出现故障时,可切断烟气,由电动机拖动整个机组,满足装

置生产要求。烟气能量回收系统配置,如图1所示,技术参数见表1。

3影响机组效率的主要因素

ａ)主风的供、需失调,机组功耗增加。机组运行过程中,装置的生产用风量一般不是

常量,但是在调整装置处理量时,往往忽视风机风量的调整,使主风机始终处于最大风量状态

下运转;出现供大于求的现象,造成主风过剩,使电能无效消耗。

ｂ)若已知烟气入口流量、出、入口压力,可由下式计算烟机的轴功率[1]:Ｎ=16662

ｐ1Ｖ1ＫＫ-11-(ｐ2ｐ1)Ｋ-1Ｋ×η

式中:Ｎ———轴功率,ｋＷ;ｐ1———入口压力,ＭＰａ;ｐ2———出口压力,ＭＰａ;Ｖ

3

1———烟气入口流量,ｍ/ｍｉｎ;Ｋ———绝热指数,一般取13;η———总效率,%。

从上式可知,烟机的回收功率与烟气入口压力、排气压力、烟气量、烟气出、入口温度

有关。一般来说,烟气出入口温度变化不大,但烟气压力、烟气量受多种因素制约,对机组效率

影响较大。

ｃ)由于烟机通流面积设计过大,而烟气实际流量远离设计值时,烟机出力受到很大影

响。

ｄ)通常,再生压力由双动滑阀与烟机入口碟阀分程控制。烟气从再生器顶部出来,一

路进入烟机作功后经余热锅炉排入烟囱,另一路通过双动滑阀直接进入余热锅炉后,排入烟囱。

实际生产中,为了操作上留有余地,双动滑阀一般保留一定开度,而烟机入口蝶阀也不一定全

开,这样一部分烟气绕过烟机从双动滑阀直接排入尾部烟道;而进入烟机的部分烟气通过不全

开的碟阀时,因为节流使这部分烟气压降增大,造成能量损耗,影响了烟机效率。

ｅ)当烟气由烟机膨胀作功后进入余热锅炉时,由于流通面积发生变化,流速降低,烟

气中的部分催化剂细粉以静电吸附的形式粘结在锅炉对流管和省煤器管束表面或沉积在锅炉

烟箱之中,造成锅炉出入口压降增大(即烟机背压升高),对烟机回收能量影响很大。

4机组能量损耗的主要形式

ａ)蒸汽的消耗由于再生烟气温度达600～700℃,蒸汽被用于烟机轮盘冷却、轮盘平

衡孔吹扫、密封、烟道预热、入口碟阀和高温闸阀吹扫。

烟机以催化裂化烧焦产生的高温烟气为动力,尽管本装置采用了效率很高的三级旋分器,但烟

气中直径小于10μｍ的催化剂颗粒还部分存在,当烟气由烟道进入烟机时,流速发生变化,而

烟机转子采用两级悬臂结构,一、二级轮盘很容易沉积催化剂,导致转子不平衡引起