張泉貞，蘇 毅

（柳州化工股份有限公司，廣西 柳州 545002）

環(huán)保與三廢利用

三廢流化混燃爐技術(shù)生產(chǎn)高壓蒸汽及效益分析

張泉貞，蘇 毅

（柳州化工股份有限公司，廣西 柳州 545002）

簡要介紹了三廢流化混燃爐技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)10.3 MPa、540 ℃高壓蒸汽的情況，并初步測算了應(yīng)用三廢流化混燃爐技術(shù)的效益情況。

三廢流化混燃爐；應(yīng)用；效益

柳州化工股份有限公司是以煤為原料的中氮企業(yè)，主要生產(chǎn)合成氨及合成氨的下游加工產(chǎn)品。公司合成氨生產(chǎn)過程中，造氣工序會產(chǎn)生殘?zhí)荚?5%～25%的爐渣，殘?zhí)汲煞州^高，但爐渣除了少量與粉煤摻燒作循環(huán)流化床鍋爐燃料外，大部分是作為廢渣低價直接外賣，沒有較好地發(fā)揮其有效利用價值，造成能源浪費(fèi)。為了充分利用這部分廢渣，2013年，公司采用三廢流化混燃爐技術(shù)，新建1臺三廢流化混燃爐，可生產(chǎn)壓力為10.3 MPa、溫度為540 ℃的高壓蒸汽60t·h-1。新建三廢爐將以上造氣爐渣摻配部分粉煤，在爐內(nèi)流化燃燒，利用產(chǎn)生的高溫?zé)煔馍a(chǎn)高壓蒸汽，可代替公司原來用外購粉煤在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)燃燒生產(chǎn)的高壓蒸汽，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用和節(jié)能減排，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

1 三廢流化混燃爐技術(shù)

1.1 技術(shù)原理及特點(diǎn)

三廢流化混燃爐是將合成氨、甲醇企業(yè)造氣爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的造氣爐渣、造氣除塵器細(xì)灰等，摻配部分煤矸石、煙煤或無煙煤沫，在爐內(nèi)流化燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔饧袩崃炕厥盏难b置。三廢流化混燃爐運(yùn)用沸騰床燃燒特性和循環(huán)流化床鍋爐的返料回收技術(shù)，采用吹風(fēng)氣余熱鍋爐的模式，對造氣產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢灰同時混燃。在單燒吹風(fēng)氣時，該爐是1臺吹風(fēng)氣余熱鍋爐；在單獨(dú)燒煤(或高硫煤)、矸石煤渣等時，是1臺循環(huán)流化床鍋爐；當(dāng)渣、氣、煤混燒時，則是氣、固流化混燃爐。因其熱量回收形式與吹風(fēng)氣余熱鍋爐相似，所以稱作“第3代吹風(fēng)氣余熱鍋爐或雙熱源吹風(fēng)氣余熱鍋爐”[1]。

1.2 工藝流程

經(jīng)破碎、計量好的造氣爐渣、粉煤等，經(jīng)皮帶輸送到三廢爐的煤倉?；旌狭辖?jīng)變頻調(diào)速的皮帶給煤機(jī)送入變頻調(diào)速的螺旋給煤機(jī)，通過螺旋給煤機(jī)送入三廢流化混燃爐下部與經(jīng)省煤器換熱后120 ℃左右的一次空氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)。待燃燒爐中部溫度＞700 ℃以上時，通入合成氨馳放氣與省煤器換熱后溫度120 ℃左右的二次空氣一并進(jìn)入無焰燃燒器，再進(jìn)入爐中部燃燒。溫度大于350 ℃的馳放氣與換熱后120 ℃左右的二次空氣一并進(jìn)入預(yù)混器，再進(jìn)入三廢流化混燃爐中部進(jìn)行燃燒反應(yīng)，煙氣溫度可達(dá)950～1050 ℃。出三廢流化混燃爐的高溫?zé)煔膺M(jìn)入組合式除塵器進(jìn)行煙塵分離，分離后的高溫?zé)煔饨?jīng)水冷屏均布降溫后，依次通過蒸汽過熱器、余熱鍋爐、省煤器、空氣預(yù)熱器、原靜電除塵器等，最后煙氣通過100 m煙囪直排大氣。

由動力車間脫鹽水總管送來的脫鹽水先后進(jìn)入省煤器和除氧器加熱和降溫后再由鍋爐給水泵打入余熱鍋爐，與煙氣進(jìn)行熱交換，蒸發(fā)形成汽水混合物上升進(jìn)入汽包上部，汽包內(nèi)汽水混合物經(jīng)汽水分離裝置，水又回流入下降管，而汽則從汽包頂部引出送入過熱器。飽和蒸汽在過熱器內(nèi)不 斷被加熱升溫成為540 ℃、10.3 MPa的高壓過熱蒸汽送入公司相應(yīng)等級的高壓蒸汽管網(wǎng)。工藝流程如圖1所示。

1.3 主要設(shè)備

三廢流化混燃爐殼體1套：Ф9528mm×14mm ×26300mm；

組合除塵器殼體2套：Ф5020mm×10mm× 33500mm；

布風(fēng)板：Ф5800mm/Ф6400mm×40mm，直徑6.4m，上面布8000個風(fēng)帽；

圖1 三廢流化混燃爐工藝流程圖

立式蒸汽鍋爐1臺：Q=60t·h-1，P=10.3 MPa,T= 540 ℃；皮帶給煤機(jī)4臺：長度約3.0m，變頻電機(jī)2.2 kW；螺旋給煤機(jī)4臺：輸送量22m3·h-1,功率5.5kW（變頻電機(jī)）；

SFGX130-1NO.16D型一次風(fēng)機(jī)1臺：流量123090m3·h-1,壓頭13324 Pa，電機(jī)功率710 kW；

R130-1型二次風(fēng)機(jī)1臺:流量32510m3·h-1,壓頭9060 Pa，電機(jī)功率132 kW；

Y130-1型引風(fēng)機(jī)1臺:流量302610 m3·h-1,壓頭5330 Pa，電機(jī)功率800 kW；

靜電除塵器1臺：500 kW；

燃煤混合料輸送設(shè)備1套，破碎系統(tǒng)設(shè)備1套，冷渣機(jī)、鏈條 機(jī)2臺，氣力輸灰系統(tǒng)1套。

1.4 主要運(yùn)行技術(shù)參數(shù)

燃爐燃燒溫度950～1050 ℃，引風(fēng)機(jī)進(jìn)口溫度≤150 ℃，混燃爐內(nèi)截面流速≤5m·s-1，系統(tǒng)阻力≤3500 Pa，系統(tǒng)負(fù)壓-10～-50 Pa，余熱鍋爐主蒸汽產(chǎn)量60t·h-1（操作負(fù)荷60%～125%），余熱鍋爐主蒸汽壓力10.3 MPa，余熱鍋爐主蒸汽溫度540 ℃，余熱鍋爐進(jìn)水溫度150 ℃，煙氣排放塵≤50mg·m-3，采用床下油點(diǎn)火方式（可結(jié)合床上點(diǎn)火）。

2 設(shè)計性能

1） 三廢流化混燃爐帶基本負(fù)荷，也可以用于變負(fù)荷調(diào)峰，調(diào)峰范圍為60%～125%。

2）三廢流化混燃爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)手段簡單、靈活，負(fù)荷變化率在60%～125%范圍內(nèi)。

3）沸騰燃燒爐組件適用煤種廣，燃料來源廣泛，可燃燒回收劣質(zhì)然料。

4）采用一次風(fēng)從風(fēng)室底部進(jìn)風(fēng)，二次風(fēng)從燃燒室中部進(jìn)風(fēng)，吹風(fēng)氣從吹風(fēng)氣預(yù)混器進(jìn)風(fēng)，助燃?xì)鈴臒o焰燃燒器進(jìn)風(fēng)。

5）采用床下油點(diǎn)火方式（結(jié)合床上點(diǎn)火）。

6）采用DCS控制系統(tǒng)，吹風(fēng)氣和解吸氣設(shè)有安全水封并與燃燒爐內(nèi)溫度實(shí)行連鎖裝置；給煤量的調(diào)節(jié)與爐內(nèi)溫度實(shí)行連鎖裝置；余熱鍋爐電控系統(tǒng)與燃燒爐控制系統(tǒng)聯(lián)鎖。

3 優(yōu)化改進(jìn)情況

3.1 原有設(shè)備的利用

三廢爐系統(tǒng)充分利用公司原有的煤倉、給煤系統(tǒng)、靜電除塵器、冷渣機(jī)、鏈條機(jī)、煙囪、氣力輸灰系統(tǒng)等設(shè)備及裝置，減少設(shè)備投資。

3.2 原料配比優(yōu)化

公司的三廢流化混燃爐技術(shù)不同于之前國內(nèi)5.4 MPa、3.82 MPa等級技術(shù)，由于壓力等級提高到10.3 MPa，燃料的煤渣配比經(jīng)過公司技術(shù)人員不斷的研究與總結(jié)，嘗試了1∶3、2∶3、1∶1等多種配比。運(yùn)行情況表明，大量摻燒煤渣可解決斷煤嚴(yán)重問題，但對于螺旋給煤機(jī)來說磨損則更大。經(jīng)過不斷優(yōu)化，目前確定煤渣配比為1∶1.5，按此配比運(yùn)行，三廢流化混燃爐運(yùn)行穩(wěn)定。

3.3 改進(jìn)輸煤絞龍

粉煤和爐渣摻合配比后濕度比較大，給煤機(jī)長距離運(yùn)輸造成給煤機(jī)容易堵塞。經(jīng)過研究與論證，現(xiàn)將所有輸煤絞龍改短約800～1000mm，減少輸煤堵塞的距離，降低給煤機(jī)堵煤的問題。

4 運(yùn)行情況及存在問題

4.1 運(yùn)行情況

公司三廢流化混燃爐于2013年底建成，2014年初投入試運(yùn)行。經(jīng)過近幾個月的試運(yùn)行，目前已能達(dá)到60t·h-1的蒸發(fā)量，經(jīng)過合理調(diào)整燃料的煤渣配比后，鍋爐整體運(yùn)行穩(wěn)定，三廢流化混燃爐的飛灰殘?zhí)蓟驹?%以下，實(shí)現(xiàn)造氣爐渣殘?zhí)嫉奶菁壚谩?/p>

4.2 存在問題

在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于我公司的三廢流化混燃爐用于生產(chǎn)10.3 MPa、540 ℃等級的高壓蒸汽，較之前國內(nèi)投運(yùn)的5.4 MPa、3.82 MPa、485 ℃以下的三廢流化混燃爐有所不同，目前運(yùn)行中還存在一些問題。

4.2.1 斷煤問題

斷煤問題時常出現(xiàn)，主要原因?yàn)樵^重，渣煤配比攪拌不均勻所致，鍋爐如加至高負(fù)荷運(yùn)行，頻繁的斷煤將極大影響鍋爐的穩(wěn)定高產(chǎn)運(yùn)行。

4.2.2 分離器運(yùn)行效果差

分離器分離效果從實(shí)際運(yùn)行情況來看較差，且分離回來的飛灰經(jīng)分析殘?zhí)蓟驹?%以下，已經(jīng)沒有再次利用的價值。

4.2.3 尾部煙道積灰

尾部煙道排灰斗大量積灰，如不及時排出則大量帶入電除塵器，增加電除塵器負(fù)荷，目前采用人工進(jìn)行排灰，工作量極大。

4.2.4 電除塵問題

電除塵器電場短路頻繁，主要為陰極刺斷裂搭至陽極板發(fā)生短路。電除塵現(xiàn)運(yùn)行效率達(dá)不到設(shè)計值，電場二次電壓無法升高，除塵效果不佳，鍋爐如需加滿負(fù)荷則電除塵器必須穩(wěn)定長時間的運(yùn)行。

4.2.5 灰渣輸送問題

輸灰裝置主要問題為灰顆粒變粗，輸送困難，進(jìn)灰時間調(diào)短后倉泵送灰比較頻繁，閥門動作頻繁極易損壞，鍋爐加高負(fù)荷后粗顆粒飛灰量進(jìn)入倉泵，極易造成輸灰母管堵塞，處理時間長且現(xiàn)場污染嚴(yán)重。輸渣系統(tǒng)輸渣皮帶磨損也比較嚴(yán)重。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

三廢流化混燃爐每h可產(chǎn)10.3MPa，540℃的蒸汽60t，按年生產(chǎn)8000h計，年可產(chǎn)蒸汽48萬t。該爐建成投入正常運(yùn)行后，公司原有的循環(huán)流化床鍋爐可作為備用鍋爐，由于三廢爐可摻燒造氣爐渣等三廢燃料，可直接節(jié)省外購燃料粉煤量。公司原來循環(huán)流化床鍋爐1噸同等級高壓蒸汽消耗熱值為4500 kcal·kg-1的粉煤約180kg，年產(chǎn)48萬t高壓蒸汽年約需外購燃料粉煤8.64萬t。三廢爐按摻燒煤渣比例1︰1.5計算，t蒸汽耗入爐燃料300kg，其中消耗熱值為4500 kcal·kg-1粉煤0.12t，消耗熱值為1300 kcal·kg-1的爐渣0.18t。年產(chǎn)48萬t高壓蒸汽年消耗粉煤5.76萬t，年消耗爐渣8.64萬t。由此，年可節(jié)省外購粉煤2.88萬t。粉煤按700元·t-1計算，年減少外購粉煤可節(jié)支2016萬元。在三廢爐投運(yùn)之前，公司的造氣爐渣大部分作為廢渣直接低外賣，1t爐渣價格按50元估算，三廢爐年消耗8.64萬t造氣爐渣，原外賣爐渣年銷售收入約432萬元。

新建一臺60t·h-1的三廢流化混燃爐，年折舊費(fèi)用約250萬元，而人工費(fèi)、管理費(fèi)、制造費(fèi)用等，與循環(huán)流化床鍋爐基本相同。三廢流化混燃爐燃料輸送系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)等用電消耗與循環(huán)流化床鍋爐相比，t蒸汽多耗電約5kWh，年需多耗電240萬kWh，電價按0.4元·(kWh)-1計算，年需新增電費(fèi)96萬元。因此，新建一臺60t·h-1的三廢流化混燃爐，公司可獲利情況為節(jié)省外購粉煤的節(jié)支額減去原來年外銷造氣爐渣收入和新增的三廢流化混燃爐費(fèi)用的差額，具體為：年效益＝2016-432-250-96＝1238（萬元）。

5.2 能源綜合利用情況分析

采用三廢流化混燃爐生產(chǎn)高壓蒸汽之前，公司造氣爐渣除了少量與粉煤摻燒作循環(huán)流化床鍋爐燃料外，大部分作為廢渣低價直接外賣作一些低附加值產(chǎn)品的加工，其剩余的熱值已經(jīng)完全沒有被再利用。采用三廢流化混燃爐生產(chǎn)高壓蒸汽后，不僅可以減少外購的粉煤量，節(jié)約了能源，而且能充分利用爐渣的熱值，起來回收能源價值的作用。因此，采用三廢流化混燃爐技術(shù)生產(chǎn)高壓蒸汽降低了企業(yè)的綜合能源消費(fèi)量。

采用三廢流化混燃爐技術(shù)生產(chǎn)高壓蒸汽年回收利用造氣爐渣8.64萬t，造氣爐渣的熱值約1300 kcal·kg-1，熱力的折標(biāo)系數(shù)0.14286 kg標(biāo)準(zhǔn)煤·(1000kcal)-1。

5.3 社會效益分析

三廢流化混燃爐技術(shù)利用三廢資源生產(chǎn)高壓蒸汽，實(shí)現(xiàn)能源的合理利用，節(jié)能減排，符合國家大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和大力推進(jìn)節(jié)能降耗的政策要求，社會效益顯著。

[1] 仵小錄.三廢流化混燃爐在節(jié)能減排方面的應(yīng)用[J].山西化工，2011，31(6)：50-52.

Production of High Pressure Steam by Fluidized Mix Combustion Furnace for Three Wastes and its Benefit Analysis

ZHANG Quan-zhen, SU Yi
(Liuzhou Chemical Industry Co. Ltd., Liuzhou 545002, China)

X 781.4

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1671-9905(2014)06-0075-03

2014-04-29