关于催化裂化装置中烟气能量回收机组配置形式的探讨

关于催化裂化装置中烟气能量回收机组配置形式的探讨

段永明

中国石油化工股份有限公司天津分公司炼油部联合一车间天津市300270

摘要：本文介绍了 FCC主风机和烟气轮机能源回收设备的配置方式，并对我国现有的烟气能源回收设备的配置状况进行了分析，并对冶金工业的高炉和高炉烟气能源回收机组进行了类比，提出了改变烟气轮机与主风机的配置形式，采用超越离合器，为用户长周期高效运行提供有力的保障。

关键词：催化裂化装置；能量；回收机组；超越离合器

自1978年抚顺石化二厂自主开发的烟气轮机投产后，近30年来，国内300 kt/a以上的 FCC装置基本都配备了不同的烟气轮机。利用该设备，可减少设备的能源消耗，为公司带来可观的经济效益。

一、催化裂化装置与烟气能量回收机组配置型式

催化裂化技术是将一次处理过的重油通过催化剂进行深度反应，以获得满足市场需要的轻质原油（例如液化天然气、汽油、柴油）。催化裂化设备的种类很多，按其相对位置的不同，可以将其分成高低并排、同高并排、同轴式。不同的催化裂化设备具有各自的特性和具体的工艺流程，现有的主要工艺有： DCC, CPP, MGG, MIP, ARGG, FDFCG, TSRFCC等。在国内，催化裂化装置主要是利用催化裂化、异构化、氢转移、缩合等工艺，利用流化燃烧来达到热平衡，在国内，催化裂化装置主要用于石油、柴油和低碳烯烃的生产，可以有效地解决当前能源紧缺的问题。

因此，FCC的生产周期与国内的轻油生产效率有很大关系。提高设备寿命是稳定国内轻燃料及化工原料市场的关键。根据驱动机和被驱动机的转子耦合形式，现有的烟气能回收装置主要有以下几种，主风扇通过变速箱与马达的转子连接。烟气轮机通过变速箱与发电机的转子连接（独立的发电机）。例如，中国石化燕山分公司；荆门齐鲁分公司4台机组。

二、同轴机组

三组A，烟气轮机和主风机的转子位于同一轴，通过变速箱连接到中国石化上海高桥分公司，九江分公司，洛阳分公司等。

三组B，烟气轮机与主风机转子位于同一轴，与非直接起动的电动机通过变速箱相连，例如中国石化镇海炼化分公司、长岭分公司等。

四机组，烟气轮机；主风扇；涡轮转子在同一轴上，通过变速箱与发电机相连，例如中国石化广州分公司、茂名分公司、中国石化兰州分公司、陕西延长延安炼油厂等。这些设备都是根据各自的设备特性来设计的，所以整体上都是很好的。

三、烟气能量回收机组的启动问题

以目前使用最多的三台机组为例，其启动模式有两种：①在机组中配置功率更大的主电动机，使整个机组处于全压状态。②选择功率较低的主电动机，通过备用主风扇使设备运转，当设备正常运转时，产生的热量会产生大量的热烟，然后通过烟气轮机将烟气机送到一定的速度，在这个时候，烟气机的主电动机启动，并由烟气机和烟气轮机一起控制，使整个系统达到正常的工作速度。前者主要用于本地条件较好、小于2 Mt/a的 FCC，在设备处理能力较大的情况下，将不适合，而应该采取四组。

采用四组结构，因为有了蒸汽涡轮，所以会使整台机组的升速变慢，直至达到一定的工作速度才能投入使用。该系统最大的优势在于解决了大型机组的启动问题，并充分利用了设备自身产生的水汽，实现了整个电厂的汽－电平衡。但四台机组轴系长，单机多，开、停、过程复杂，尤其是当出现一台烟气轮机出现故障时，需要先停整台，对其进行解压，一方面会对设备的正常运转造成一定的影响，另一方面，如果四台机组停机，整个电厂的蒸汽和电力系统就会出现失衡，这些都会影响长时间的安全生产，导致这种机组在实际中的使用很少。

四、被人遗忘的烟气能量回收机组

哈尔滨水轮机厂于1988年为林源精炼厂研制了三台具有1150立方米/分钟的主要通风机，0.3 MPa的排烟压力和3972 kW的单机，烟气涡轮的流速为1090米3/分钟，进气管压0.218兆帕，660轴向的功率4711 kW，两个阶段具有0.82的隔热效果。主马达4200 kW,6千伏，50 Hz，三相，同步速度1500 r/min。

因为哈尔滨水轮机厂是首次进行，没有任何经验，所以在进行试验时，四千二百 kW的主电动机，三个机组都无法正常工作。经过多次讨论，最终确定由 SSS公司（英国）制造的“超速离合器”安装在烟气涡轮和主风扇之间，当设备运行时，电动机只驱动主风扇，当设备运行时，该设备的废气被输送到一个烟叶涡轮，当该烟机的旋转速度快要大于该主风扇的速度时，该超出该发动机就会进入该工作条件，从而该发动机所生成的电力被一个超出离合器传送到该主风扇。在烟气涡轮出现问题时，关闭涡轮进口阀，使其速度下降，超过离合器会自行脱离，主风机不会受到干扰。该装置在林源精馏塔运行数年，获得了较好的运行效果，但随着该装置的停产，尚未完全投入使用，该装置的结构，也是冶金工业中正在大力推行的一种装置。

五、保证催化裂化装置长周期运行的技术措施

5.1避免催化裂化装置非计划停工

在催化裂化装置中，由于采用了提升管式沉淀塔的设备，往往会导致催化剂的流化状况发生变化，进而对整个装置的操作产生不利的作用；造成设备的损害，并可能引起不正常地停机。降低无计划停机的数量，必须对原料品质进行严格的控制，对重质馏份和渣进行适当的预处理，并采取加氢法等措施使其品质得到最优，以降低 FCC工艺中在沉降槽的上端；为了提高旋分连接、油气管道和分馏塔底结焦量，缩短了 FCC设备的运行时间。同时，还要定期更新、更新和更新催化裂化装置的设备，以确保催化剂的最佳工作条件，延长装置的使用寿命。

5.2对公用系统进行强化管理

在 FCC装置的长期使用中，良好的外部环境是保证装置长期运转的关键。其中最主要的因素就是电力系统的运行状况，电力供应系统的故障会对整个催化裂化装置的安全生产造成直接的影响，甚至会造成催化裂化装置的停产和二次失效。因此，要保证外部电源的稳定性，才能降低设备的失效，从而延长设备的寿命。加强对电力系统的管理，加强压缩空气、冷却水的管理，定期对换热器的腐蚀情况进行定期的检查，加强对公用系统的管理。

5.3提高检修维护水平

首先，对操作人员、设备维修、运输人员要有一定的了解。具有解决 FCC设备在操作中出现的问题的能力。定期对备用的催化裂化装置进行检查，重点是对主通风机、给料泵；对油浆泵、烟机等关键设备进行检查和检查，确保设备安全可靠。在保证催化裂化装置长期应用的前提下，制定一套完整、规范的设备维修标准。在制订标准及有关标准时，应明确设备检修步骤、标准，完善与职工有关的奖惩制度及有关交班、值班制度。制定具体的设备维修标准，可以减少装置部件的损失。健全的奖励与惩罚机制，能充分调动员工的工作热情，提升他们的工作效率，促使他们持续地进行高水准的维修和维修，使他们的操作更加有效，更加稳定。实行“末班制”和“值班制”，保证了本部门工作的正常开展，为员工创造了一个安定的工作环境。通过上述3项措施，使生产工艺中的 FCC装置能够安全、有效地工作。

结束语

近几年，我国已建成投产的最大规模为3.50亿吨/年的催化裂化装置，也在筹备之中。随着电厂规模的扩大，烟气轮机的单机功率也会随之增加，比如主风机的耗功约为30 MW，烟气轮机的功率约为35 MW，机组的启动问题以及安全长运行的问题日益引起人们的关注，目前有了软起动设备，可以部分地解决启动问题，但如果烟气轮机出现故障，需要拆解，那么如何启动，保证设备能够满负荷运行。

该结构具有以下特点：在起动时，电动机只需拖动主风机，可减小起动阻力和惯性，从而减轻起动困难。当烟气透平机出现故障时，可以在不影响主风机正常工作的情况下，及时关机进行维修。可以不设置备用设备，降低一次性投入，例如：山东华星，上海高桥分公司，昌邑；正和，安邦蓬莱等炼油厂的催化裂化设备等，在同轴机组中，烟气涡轮的最优速度与主风扇的最优速度并不相符。主通风机的最优速度要高于烟气机。主风扇要想与涡轮配合，就得减慢速度，增加一档或增加一阶，从而增加成本。而“超速离合器”传动装置则能保证发动机和主机的速度都达到最优。尽管增加了超越离合器，增加了一次投资，但减少一档，总成本却不会增加。⑤其最大的优势是，在发生烟气轮机故障时，主风机不会停止，而不需要重新启动大机组，而在主电动机功率足够大时，无需降低设备运行负荷，降低设备运行所造成的巨额经济损失。

参考文献

[1]龚望欣,贾振东,宫振宁.燕化公司三催化装置余热锅炉的节能改造[J].石化技术,2020.

[2]周玉磊.低压饱和蒸汽发电技术在冶金企业的应用[J].冶金动力,2019.