CN109059598A - 一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油、化工工业领域，公开了一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺。所述工艺包括如下步骤：(1)在热电站燃气轮机尾气进余热锅炉的合适位置，新增燃气轮机尾气～工艺加热炉进料换热器，燃气轮机尾气部分或全部进入换热器与工艺加热炉进料换热后再进余热锅炉；(2)敷设工艺加热炉进料管线，将工艺加热炉进料送入步骤(1)新增的换热器与燃气轮机尾气换热后，送回原工艺加热炉入口。本发明通过能量系统集成，提供了尾气能量高效利用的新机会，提高了尾气的能量利用效率，减少了工艺加热炉的燃料消耗。流程改动小，易于实施，适于新工厂建设和老企业改造。

Description

一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺
技术领域
本发明属于石油、化工工业领域，具体涉及一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺。
背景技术
工艺加热炉是石油、化工企业的核心用能设备，提高被加热物料的进炉温度无疑是降低其能耗的最有效的措施。而大型石油、化工企业由于蒸汽用量大，多自备热电站，并随着环保要求越来越严格，自备热电站越来越多的采用燃气- 蒸汽联合循环工艺。其中，膨胀做功后的约600℃的尾气进余热锅炉，发生3.5MPa 或1.0MPa蒸汽。由于蒸汽的饱和温度只有243℃和184℃，故传热温差大，尾气第二定律能量利用效率不高。
发明内容
针对现有石油、化工企业自备燃气-蒸汽联合循环热电站高温燃气轮机尾气用于发生中压或低压蒸汽，致使能量利用效率较低；和邻近工艺加热炉因被加热物料进炉温度低，致使燃料消耗多的缺点，本发明的目的在于提供一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺。本发明工艺用尾气先加热邻近工艺加热炉的进料，然后再进余热锅炉发生蒸汽。一方面工艺加热炉的进料温度通常在300℃以上，其传热过程损必然降低；另方面，可以直接减少工艺加热炉的燃料消耗，即以较低品位的蒸汽能量换取等值的能级最高的燃料化学能。可见燃气轮机尾气一次加热工艺加热炉进料的热力学第二定律能效高于进余热锅炉发生蒸汽，可以提高燃气轮机尾气的能量利用效率。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺，包括如下步骤：
(1)在热电站燃气轮机尾气进余热锅炉的合适位置，新增燃气轮机尾气～工艺加热炉进料换热器，燃气轮机尾气部分或全部进入换热器与工艺加热炉进料换热后再进余热锅炉；
(2)敷设工艺加热炉进料管线，将工艺加热炉进料送入步骤(1)新增的换热器与燃气轮机尾气换热后，送回原工艺加热炉入口。
进一步地，为克服换热阻力，将热电站的燃气轮机膨胀透平尾气背压升高 1.8～3.0kPa。
进一步地，为提供工艺加热炉进料来回热电站新增换热器的压头，在敷设的工艺加热炉进料管线上可新增工艺加热炉进料泵。
本发明基于以下原理：
1)热力学第二定律之能量梯级利用原理。热电站燃气轮机尾气温度600℃以上，进余热锅炉发生中压或低压蒸汽系能量高质低用，特别在余热锅炉补燃条件下，低用情形更为严峻。
2)能量系统集成原理。孤立实施燃气轮机-蒸汽联合循环用能优化，尾气能量没有比发生蒸汽更好的利用；同样，孤立考虑工艺装置能量优化，能加热工艺加热炉进料的热量已使用完毕。换句话说，两个单元孤立优化已经没有机会。但只要突破单元局限，实施跨单元的系统热集成，新机会就产生了，即通过能量转移，用尾气加热工艺加热炉进料，实现尾气能量的升级利用，即用相对低品位的蒸汽能换等值的能级等于1.0的燃料化学能。故本发明的新工艺本质是能量系统集成。
相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)提供了尾气能量高效利用的新机会，提高了尾气的能量利用效率，减少了工艺加热炉的燃料消耗。
(2)虽然余热锅炉的产汽量有所减少，但等热值的高品质的工艺加热炉燃料消耗被节省。
(3)流程改动小，易于实施。只需新增一台/组燃气轮机尾气～工艺加热炉进料换热器和相应的液相工艺加热炉进料管线。适于新工厂建设和老企业改造。
附图说明
图1为本发明对比例中现有工艺加热炉和燃气-蒸汽联合循环热电站的工艺流程图。其中，工艺加热炉以炼油厂原油蒸馏装置常压炉为例，工艺加热炉进料为初底原油。
图2为本发明实施例中一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺流程图。其中，工艺加热炉以炼油厂原油蒸馏装置常压炉为例，工艺加热炉进料为初底原油。
图中编号说明如下：
1-空气压缩机；2-燃气轮机燃烧室；3-膨胀透平；4-余热锅炉；5-中压蒸汽过热器；6-中压蒸汽蒸发器；7-中压省煤器；8-低压蒸汽过热器；9-低压蒸汽蒸发器；10-低压省煤器；11-热水烟气换热器；12-汽轮机；13-常压炉；14-燃气轮机尾气～工艺加热炉进料(初底原油)换热器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
对比例
本对比例为现有工艺加热炉和燃气-蒸汽联合循环热电站的工艺，其工艺流程图如图1所示。某炼油厂250万吨/年原油蒸馏装置中，经换热后的297.6t/h 初底原油290℃进常压炉13，在被加热到365℃后送去常压塔，分离成石脑油、柴油、蜡油、重油等馏分。常压炉有效热负荷1648×104kcal/h，按热效率90％计算，消耗低热值为8500kcal/Nm3、密度为0.7174kg/Nm3的燃料气1545.46kg/h。
炼油厂热电站采用燃气轮机-蒸汽联合循环。其中，燃气轮机部分1832t/h 空气，101.33kPa、25℃进压缩机1，增压至1.155MPa、371℃进燃烧室2，在消耗38.3t/h低热值为8500kcal/Nm3的3.0MPa燃料气后，产生1870.3t/h、1.12MPa、 1068℃烟气。烟气随后进膨胀透平3，经逐级膨胀合计出力333.46MW，其中 181MW用于驱动空气压缩机，152.46MW发电外送，供炼油过程使用。做功后的烟气即燃气轮机尾气1870.3t/h、104.33kPa、549℃通过烟道进入余热锅炉4，先后经中压蒸汽过热器5、中压蒸汽蒸发器6、中压省煤器7、低压蒸汽过热器 8、低压蒸汽蒸发器9、低压省煤器10、热水烟气换热器11，产生7.5MPag蒸汽 244.49t/h，0.75MPag蒸汽50.86t/h，60℃～95℃的热水415.61t/h，最后115℃出余热锅炉排入大气。所发生的7.5MPag全部送抽凝式机组汽轮机12，以全凝方式发电64.81MW，送炼厂电网，0.75MPag蒸汽部分(29.12t/h)做除氧蒸汽，部分(21.74t/h)供炼厂使用，热水循环则用于厂区用户伴热和采暖。
实施例
本实施例的一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺，其工艺流程图如图2所示。相比对比例，它实施了如下改进：燃气轮机尾气先经旁路部分进新增的燃气轮机尾气～工艺加热炉进料(初底原油)换热器14，然后再进余热锅炉4，走原流程发生蒸汽和热水。
本实施例中，燃气轮机膨胀透平尾气压力从104.33kPa升高至106.33kPa，相应燃气轮机净发电从152.46MW降至150.63MW。同时，将出自膨胀透平的燃气轮机尾气(1870.3t/h、106.33kPa、551.5℃)分成两路，一路300t/h送新增的燃气轮机尾气～工艺加热炉进料(初底原油)换热器14，将297.6t/h初底原油从 290℃加热到335℃送常压炉，相应常压炉有效热负荷从1648×104kcal/h降至 689×104kcal/h，减少959×104kcal/h，降幅58.19％，因此节省常压炉燃料消耗 899.33kg/h。剩余的1570.3t/h燃气轮机尾气和出自换热器14的尾气混合(533.5℃、104.33kPa)，走原流程进余热锅炉，产生7.5MPag蒸汽228.6t/h、0.75MPag蒸汽54.9t/h、60℃～95℃的热水426.83t/h，最后115℃出余热锅炉排入大气。7.5MPag送抽凝式机组汽轮机12，以全凝方式发电61.19MW；0.75MPag 蒸汽中，29.12t/h做除氧蒸汽，25.78t/h供炼厂使用，热水循环则用于厂区用户伴热和采暖。
实施例与比较例能耗对比：
1、实施例提高常压炉进料温度45℃，减少常压炉燃料消耗899.33kg/h；
2、对比例燃机净发电152.46MW，7.5MPa蒸汽发电64.81MW，合计 217.27MW；实施例燃机净发电150.63MW，7.5MPa蒸汽发电61.19MW，合计 211.82MW；相比比较例，实施例少发电5.45MW，降幅2.5％；
3、对比例产0.75MPa蒸汽50.86t/h，实施例产0.75MPa蒸汽54.9t/h，相比对比例，实施例多产4.04t/h，增幅7.9％；
4、对比例发热水426.83t/h，实施例发热水415.61t/h，相比对比例，实施例多发热水11.22t/h，增幅2.7％。
另外，按总传热系数120kcal/(h·m2·℃)计算，实施例新增的燃气轮机尾气～工艺加热炉进料(初底原油)换热器面积483.7m2，平均传热温差198.3℃。
基于天然气单价4.36元/Nm3、0.75MPa蒸汽单价200元/t、上网电价0.715 元/kWh、热水单价0.5元/t，并考虑新增换热器10年投资折旧，实施例较对比例增效1940.36万元/年(年运行8400小时)，并因工艺加热炉少烧燃料，减排 CO2每年28689t。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)在热电站燃气轮机尾气进余热锅炉的合适位置，新增燃气轮机尾气～工艺加热炉进料换热器，燃气轮机尾气部分或全部进入换热器与工艺加热炉进料换热后再进余热锅炉；
(2)敷设工艺加热炉进料管线，将工艺加热炉进料送入步骤(1)新增的换热器与燃气轮机尾气换热后，送回原工艺加热炉入口。
2.根据权利要求1所述的一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺，其特征在于：将热电站的燃气轮机膨胀透平尾气背压升高1.8～3.0kPa。
3.根据权利要求1所述的一种用燃气轮机尾气加热工艺加热炉进料的工艺，其特征在于：在工艺加热炉进料管线上新增工艺加热炉进料泵。
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