工艺装置与蒸汽动力系统的一体化优化

工艺装置与蒸汽动力系统的一体化优化

韩志雄

山西晋丰煤化工有限责任公司山西高平048400

摘要：从工艺装置和蒸汽动力系统具有相互影响的方面分析总结了一体化优化工作存在的问题、增效潜力及解决措施。工艺装置应从不产汽、产高等级汽、使用低等级蒸汽、减少蒸汽用量及提供准确的蒸汽量等方面，为蒸汽动力系统优化创造条件。蒸汽动力系统不仅要实现锅炉和汽轮机的高效运行，更要重视系统的动态平衡与优化。一体化优化更应重视蒸汽等级的优化选择及蒸汽系统与工艺装置的热集成，且从前期规划开始时，就需重视一体化优化的各影响因素并开展有关优化工作。

关键词：工艺装置；蒸汽系统；过剩热量；产汽系统；热集成

引言

石化行业经常谈到，国内蒸汽动力系统具有很大的增效潜力。应该说，这只是说对了问题的一半，另一半问题在于工艺装置。蒸汽动力系统与工艺装置的关系非常密切，不仅各自需要优化，而且更需要两者的一体化优化。蒸汽动力系统存在的冬季减温减压及夏季低压蒸汽放空仅是表面问题，挖出这部分潜力虽然有较大的节能效果和效益，但仍然令人困惑的是：随着采取更多的节能措施，原有问题还没有解决，蒸汽动力系统又不断出现新的问题，似乎问题永远存在，有挖不尽的潜力。

1蒸汽动力系统分析

根据对多个大型石化厂节能改造的可行性研究和项目调查资料，蒸汽动力系统的节能改造和优化是目前国内石化厂中节能潜力最大环节之一。动力系统主要存在以下问题：（1）相当一部分蒸汽动力系统的设备包括锅炉和汽轮机已经陈旧，效率低下，规模小；（2）一些石化企业随着扩产的需要而逐步增加了新的小锅炉、小汽轮机，但没有从热功联产、系统优化的高度把扩产和设备更新有机地结合起来，很少采用新技术、大机组，从而造成系统热功联产效率降低，热功联产的潜力远远没有挖掘出来；（3）更重要的是，以上的蒸汽动力系统己不能适应目前市场经济条件下不断变化的加工量、产品方案等对蒸汽和电力的需求变化，造成了低压、低效的烧油凝汽发电。在蒸汽动力系统的优化改造中有两个关键技术，一是决不能按固定的蒸汽发电的比例进行设计，要考虑市场经济条件下的弹性，这是目前利用信息技术进行攻关解决的问题；二是要考虑蒸汽动力系统与工艺系统的集成优化，主要包括两个方面：（1）新建的蒸汽动力系统锅炉、汽轮机组在综合考虑装机容量、投资规模、工艺匹配及经济性的基础上采用适宜的高等级参数，大部分高等级蒸汽先用于抽背式或抽凝式的汽轮机，抽出的中、低压蒸汽供工艺装置使用；（2）动力厂生产蒸汽的过程中，给水加热热量为低温热，约占有20%的热量，可以考虑和工艺装置的低温余热进行热联合，能够多产生低压（1．0MPa）蒸汽供工艺装置使用，提高用能梯度的合理性。同时因所预热水量随锅炉和汽轮机负荷的变化而变化，低温热联合要考虑到工艺装置加工量和蒸汽动力系统不同工况、不同季节的匹配弹性，即对蒸汽动力系统设计、运行、改造的优化要考虑多工况问题。对蒸汽动力系统的改造优化国内外已经有各种理论方法从多角度进行了研究，本文立足于企业实际运行现状，在不对系统进行改造，少投资甚至不投资的前提下对蒸汽动力系统的优化策略进行初步的探讨，满足企业生产需求的前提下尽可能降低系统的运行费用。

2工艺装置要为蒸汽动力系统优化创造条件

2.1工艺装置过剩热量应尽量不产汽

工艺装置过剩热量发生蒸汽大部分存在二次换热过程使能耗增大的问题，因此应尽量不发生蒸汽。应优先考虑与其他装置和单元的物流换热，其次才考虑发生蒸汽的方案，更不能多耗燃料产生蒸汽。目前普遍存在的问题是，催化裂化油浆和大型装置加热炉对流段过剩热量用于发生蒸汽，这在全厂缺少燃料且价格很高的情况下，不仅能耗高，而且经济效益差。如某企业1．4Mt/a的重油催化装置，分馏塔油浆热量过剩达23MW，可产3．5MPa蒸汽约30t/h，而该企业动力站配置了CFB锅炉，燃料为低价的煤和石油焦，但工艺加热炉全年烧天然气达50kt。若采用油浆加热载体，代替工艺加热炉，每年代替天然气量达17kt，按目前的市场价格，年增效益2000万元，每年的节能潜力1300t标油（按动力站产10MPa蒸汽计）。即使不考虑资源综合利用的问题，一般情况下，工艺物流过剩热量的温度发生3．5MPa蒸汽就比较困难，而代替燃料后，节省的燃料可在动力站发生10MPa蒸汽。

2.2工艺装置产汽时应尽量发生高等级蒸汽

在工艺余热产汽的情况下，应尽量产生高等级蒸汽，否则过程的不可逆性大，直接降低了回收热量的品质，不便于能级和蒸汽的使用。（1）装置大型化以后应产生10MPa蒸汽利用工艺装置余热发生10MPa蒸汽有显著的经济效益，且已在国内外石油化工行业得到了较广泛的应用。如国内外大型合成氨装置、乙烯装置发生10MPa蒸汽已较为常见。但长期以来，国内炼油行业一直未能在工艺余热发生10MPa蒸汽方面有所突破，主要原因有两条：一是担心高压易造成泄漏；二是装置规模小，效益优势不够明显。对国内某2．0Mt/a连续重整装置“四合一”反应炉、160dam3/h制氢装置转化炉发生高压蒸汽的方案进行了研究。连续重整装置、制氢装置可分别产生10．0MPa蒸汽72，166t/h，共238t/h（若产生3．5MPa蒸汽，分别为80，184t/h，共264t/h），背压至3．5MPa时，功率约11900kW，每年的节能量高达13400t标油。重整装置和制氢装置发生10．0MPa蒸汽且采用背压发电方案，与发生3．5MPa蒸汽方案相比，重整反应炉及产汽设备投资增加3300万元，制氢装置转化炉及产汽设备投资增加2340万元，12000kW背压发电设备投资1000万元，投资共增加6640万元。产生高压蒸汽背电发电11900kW，按电价0．52元/（kW•h）计算，年效益5198万元。背压发电后，与产生中压蒸汽相比，减少中压蒸汽产汽量18t/h，年费用2268万元。故产生高压蒸汽的年净效益为2930万元，投资回收期为2．3a，远低于炼油厂改扩建项目的回收期，投资效益比较好。（2）能产3．5MPa蒸汽不产低压蒸汽有些情况下，很容易解决不能产生3．5MPa蒸汽的问题。如某焦化装置原料换热至250℃后进焦化炉对流段加热至330℃，再至分馏塔底换热后进焦化炉辐射段，设计的换热流程产生1．0MPa蒸汽13t/h。

3锅炉与汽机的高效运行

对动力锅炉和余热锅炉来说，主要是产生合适参数的蒸汽、保持高的运行效率、防止烟气露点腐蚀以及风机的高效运行（无节流损失）。对汽轮机来说，通过整个系统的高效运行，按照设计优化的参数，保证进汽参数，对机组的正常有效维护和保证排汽参数。目前，已有很多种方法解决锅炉露点腐蚀的问题，如炼油厂产汽量较大的催化余热锅炉，使用较高温度的锅炉给水预热温度较低的锅炉给水的措施，保证余热锅炉的长周期运行。但仍有部分企业存在锅炉露点腐蚀的问题。

结语

工艺装置必须为蒸汽动力系统的优化创造条件，主要为做好工艺装置之间的热集成，尽量不产汽；在产汽的情况下，尽量产生高等级的蒸汽；用汽时，尽量少用汽及使用低等级的蒸汽。

参考文献：

［1］华贲．世纪之交中国炼油工业的节能问题［J］．炼油设计，2000，30（12）：2．

［2］华贲．中国炼油企业节能降耗—从装置到全局能量系统优化［J］．石油学报（石油加工），2009，25（4）：464-466．