（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所，上海 201108）

甲醇制取低碳烯烴技術(shù)，是利用煤炭資源部分代替石油資源，通過(guò)煤氣化、合成氣制備甲醇，再將甲醇制備成乙烯、丙烯等低碳烯烴的技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng) DMTO［1-5］。 DMTO 是基于我國(guó)富煤、缺油、少氣的能源現(xiàn)狀，由中科院大連化學(xué)研究所開(kāi)發(fā)，中石化洛陽(yáng)工程公司進(jìn)行工程化設(shè)計(jì)的燃油替代技術(shù)。DMTO裝置配套余熱鍋爐的主要作用是對(duì)催化劑再生燒焦放熱和再生煙氣余熱進(jìn)行熱量回收，產(chǎn)生中壓過(guò)熱蒸汽。余熱鍋爐一般采用臥式安裝，包括前置蒸發(fā)段、過(guò)熱器、蒸發(fā)段及省煤器各部分，目前國(guó)內(nèi)有十多臺(tái)套類(lèi)似DMTO裝置余熱鍋爐在運(yùn)行。某DMTO裝置中該類(lèi)型余熱鍋爐投用后，存在入口煙道爐膛頂部壁溫較高、穿墻管道高溫?zé)煔庑孤?、排煙溫度過(guò)高、受熱面積灰嚴(yán)重導(dǎo)致?tīng)t膛壓力偏高等問(wèn)題［6-8］。為降低裝置能耗，確保余熱鍋爐長(zhǎng)周期、高效、安全運(yùn)行，在工藝流程不變的情況下，對(duì)余熱鍋爐進(jìn)行了技術(shù)改造，將原臥式余熱鍋爐改造為立式π型模塊化余熱鍋爐。

1 余熱鍋爐運(yùn)行中存在問(wèn)題及原因分析

1.1 入口煙道爐膛頂部壁溫較高

DMTO裝置催化劑燒焦再生煙氣經(jīng)焚燒爐焚燒后，溫度約1 150℃的高溫?zé)煔鈴姆贌隣t出口煙道斜向上方向進(jìn)入臥式布置的余熱鍋爐，直接沖刷余熱鍋爐爐膛頂部襯里。頂部襯里金屬錨固釘經(jīng)長(zhǎng)期高溫?zé)煔庋趸治g后強(qiáng)度喪失 （常用06Cr19Ni10金屬材料錨固釘可耐溫700℃，0Cr25Ni20金屬材料錨固釘可耐溫1 100℃），爐膛頂部襯里失去錨固釘?shù)淖チψ饔迷谥亓ο旅撀鋼p壞，致使入口煙道爐膛頂部外壁溫度升高，超過(guò)200℃，成為危及操作及檢修人員安全的極大隱患。入口煙道爐膛頂部壁溫高是DMTO裝置臥式余熱鍋爐運(yùn)行中普遍存在的問(wèn)題。

1.2 穿墻管道高溫?zé)煔庑孤?/h3>

目前余熱鍋爐煙氣壓力約3 kPa，正常情況下不會(huì)發(fā)生鍋爐煙氣泄漏。由于鍋爐臥式布置，底部管道穿墻處為爐底最低點(diǎn)，鍋爐正常運(yùn)行中的積灰和停爐時(shí)的冷凝水均易聚集在該密封結(jié)構(gòu)處，長(zhǎng)期積灰和積液會(huì)使該密封處腐蝕導(dǎo)致煙氣泄漏。另外，高溫?zé)煔鉀_刷會(huì)侵蝕穿墻密封盤(pán)根填料，造成密封不嚴(yán)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，主要在鍋爐底部穿墻管道處存在高溫?zé)煔庑孤?、催化劑粉塵跑冒現(xiàn)象。由于再生煙氣中含有體積分?jǐn)?shù)為14%的大量CO，煙氣泄漏會(huì)造成環(huán)境污染，安全隱患嚴(yán)重。

1.3 鍋爐排煙溫度偏高且受熱面積灰嚴(yán)重

該余熱鍋爐受熱面面積不足，自2014年投用初期，鍋爐排煙溫度就偏高（190℃）。由于鍋爐受熱面積灰嚴(yán)重，使受熱面吸熱量極大下降，破壞了原有傳熱平衡，導(dǎo)致熱量后移，省煤器出口水溫高達(dá)260℃（中壓鍋爐給水壓力6.0 MPa，給水管道存在水擊風(fēng)險(xiǎn)），排煙溫度也大幅超過(guò)設(shè)計(jì)值。到2016-11，鍋爐排煙溫度高達(dá)310℃，鍋爐效率下降8%～12%，每次運(yùn)行1個(gè)月后不得不停爐清灰，造成熱量的大量浪費(fèi)。

由于余熱鍋爐為臥式布置，煙氣橫向沖刷鍋爐管束，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，煙氣灰分大量沉積在鍋爐底部，即便采用清灰設(shè)施也很難將底部積灰清除，嚴(yán)重影響鍋爐換熱效果。因清灰而頻繁地開(kāi)、停鍋爐，勢(shì)必會(huì)引起爐體溫度大幅變化，對(duì)設(shè)備的使用壽命造成很大影響。最主要的是，DMTO催化劑燒焦再生是不完全燃燒過(guò)程，煙氣中CO含量高，溫度達(dá)640℃，人工清灰作業(yè)時(shí)隨時(shí)可能出現(xiàn)CO閃爆，存在很大的安全隱患。

2 余熱鍋爐技術(shù)改造措施

2.1 立柱支撐方式

在利舊原臥式余熱鍋爐的基礎(chǔ)上，將原鍋爐22根立柱通過(guò)橫梁連接成整體框架，確保鍋爐結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。鍋爐為全支承結(jié)構(gòu)，采用8根新增立柱支撐鍋爐受熱面模塊設(shè)備，8根新增立柱則支撐在橫梁連接成的整體框架上。鍋爐構(gòu)架采用全金屬結(jié)構(gòu)，按7度地震烈度設(shè)計(jì)。鍋爐構(gòu)架由8根金屬立柱組成，用于支承鍋爐本體受熱面模塊設(shè)備及連接煙道。

2.2 更換受熱面換熱元件

2.2.1 蒸發(fā)產(chǎn)汽系統(tǒng)

新設(shè)計(jì)余熱鍋爐工藝流程與原余熱鍋爐工藝流程一致，分為蒸發(fā)產(chǎn)汽系統(tǒng)、過(guò)熱器、噴水減溫系統(tǒng)和省煤器。前置蒸發(fā)段布置在鍋爐入口煙道上，主要作用是保護(hù)過(guò)熱器，防止焚燒后1 150℃高溫?zé)煔庵苯記_刷過(guò)熱器受熱面管束，避免超溫爆管。蒸發(fā)段布置在過(guò)熱器和省煤器受熱面之間。蒸發(fā)產(chǎn)汽系統(tǒng)設(shè)備箱體按12 kPa煙氣壓力設(shè)計(jì)，穿墻管與外護(hù)板之間采用金屬膨脹節(jié)密封，避免煙氣泄漏。蒸發(fā)產(chǎn)汽系統(tǒng)設(shè)備采用積木式模塊化箱體結(jié)構(gòu)，呈抽屜式布置，可單獨(dú)抽出更換［10-12］。受熱面采用光管結(jié)構(gòu)，基管材質(zhì)為20G，管束呈蛇形水平順列布置，小彎頭全氬弧焊焊接，對(duì)接焊縫100%拍片檢測(cè)后將管排與進(jìn)、出口集箱對(duì)接。

2.2.2 過(guò)熱器

過(guò)熱器分為高溫過(guò)熱器和低溫過(guò)熱器，高、低溫過(guò)熱器均為模塊化結(jié)構(gòu)，對(duì)殼體采用襯里材料隔熱。高溫過(guò)熱器受熱面為光管結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為12Cr1MoVG［13］。低溫過(guò)熱器受熱面為翅片管結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為 20G［13］，翅片材質(zhì)為 00Cr11Ti。 過(guò)熱器的受熱面為水平蛇形管、順列、逆流布置。兩級(jí)過(guò)熱器之間蒸汽管道上安裝1臺(tái)多噴嘴、低阻力、霧化式噴水減溫器，采用鍋爐入口除氧冷卻水作為噴水減溫器的噴水冷卻介質(zhì)。當(dāng)過(guò)熱器出口集箱溫度超過(guò)預(yù)先設(shè)定的許可溫度時(shí)，噴水減溫系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)打開(kāi)，除氧冷卻水經(jīng)噴嘴霧化后與蒸汽混合，從而達(dá)到降低蒸汽溫度的效果。

2.2.3 省煤器

省煤器分為高溫省煤器、低溫省煤器兩級(jí)，高溫省煤器、低溫省煤器各為1個(gè)模塊設(shè)備，均采用外保溫積木式模塊化箱體結(jié)構(gòu)，受熱面為蛇形翅片管，順列、逆流布置。省煤器的翅片管基管采用20G 無(wú)縫鋼管［13］，翅片材質(zhì)為 ST12。

2.3 選用新型激波吹灰器

再生煙氣中含有大量粘結(jié)性很強(qiáng)的催化劑粉塵，這些粉塵粘結(jié)在受熱面管道上將嚴(yán)重影響鍋爐的使用性能。本次改造中選用了技術(shù)比較先進(jìn)的激波吹灰器［14-15］。該激波吹灰器由PLC現(xiàn)場(chǎng)控制柜、流量控制系統(tǒng)、脈沖激波引發(fā)系統(tǒng)及脈沖輸出系統(tǒng)等組成，具有功率大、使用效果好、維護(hù)工作量小和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，氣源通常可采用煉油廠(chǎng)干氣或罐裝乙炔氣。根據(jù)余熱鍋爐受熱面布置方式及爐體結(jié)構(gòu)，本次改造中共安裝布置了18臺(tái)激波吹灰器。

3 余熱鍋爐技術(shù)改造效果分析

3.1 布置方式

DMTO裝置余熱鍋爐改造的最大特點(diǎn)是將原臥式布置的余熱鍋爐改為立式布置，立式布置可克服原臥式余熱鍋爐中存在的問(wèn)題［16］。改造前后DMTO裝置余熱鍋爐布置方式特點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 改造前后DMTO裝置余熱鍋爐布置方式特點(diǎn)對(duì)比

3.2 性能參數(shù)

對(duì)改造后余熱鍋爐的受熱面性能參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，煙氣體積流量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）63 932 m3/h、溫度1150℃，主蒸汽出口溫度430℃、壓力3.82 MPa，給水溫度104℃、壓力6.0 MPa，排煙溫度160℃，自產(chǎn)蒸汽質(zhì)量流量22.45 t/h，外來(lái)飽和蒸汽質(zhì)量流量29.78 t/h，外供熱水質(zhì)量流量30.38 t/h，總給水量53.27 t/h，總蒸汽產(chǎn)量53.53 t/h，煙氣總阻力小于1 500 Pa。

改造后余熱鍋爐不同模塊設(shè)備的性能參數(shù)見(jiàn)表2，改造前后余熱鍋爐的部分主要參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表3。

表2 改造后余熱鍋爐不同模塊設(shè)備性能參數(shù)

表3 改造前后余熱鍋爐部分主要參數(shù)比較

4 結(jié)語(yǔ)

技術(shù)改造后DMTO裝置余熱鍋爐占地空間減小，消除了爐頂壁溫過(guò)高、煙氣泄漏等安全隱患，減少了裝置維護(hù)、檢修等費(fèi)用，目前余熱鍋爐大修費(fèi)用為150萬(wàn)元/a。余熱鍋爐從2018-10-12投運(yùn)至今運(yùn)行效果良好，穩(wěn)定運(yùn)行周期延長(zhǎng)至1 a以上，鍋爐換熱效率得到提高，有效降低了裝置能耗，各項(xiàng)工藝技術(shù)指標(biāo)以及設(shè)備性能參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。余熱鍋爐排煙溫度降低后，減少了環(huán)境熱污染，社會(huì)效益顯著。改造后余熱鍋爐蒸汽產(chǎn)量平均增加5.53 t/h，按照蒸汽價(jià)格120元/t、鍋爐運(yùn)行8 400 h/a計(jì)算，可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益557.42萬(wàn)元/a，節(jié)能效果顯著。