三廢流化混燃爐技術生產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）

環(huán)保與三廢利用

三廢流化混燃爐技術生產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應用于生產10.3 MPa、540 ℃高壓蒸汽的情況，并初步測算了應用三廢流化混燃爐技術的效益情況。

三廢流化混燃爐；應用；效益

柳州化工股份有限公司是以煤為原料的中氮企業(yè)，主要生產合成氨及合成氨的下游加工產品。公司合成氨生產過程中，造氣工序會產生殘?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。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，新建1臺三廢流化混燃爐，可生產壓力為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，在爐內流化燃燒，利用產生的高溫煙氣生產高壓蒸汽，可代替公司原來用外購粉煤在循環(huán)流化床鍋爐內燃燒生產的高壓蒸汽，實現(xiàn)資源綜合利用和節(jié)能減排，降低企業(yè)的生產成本。

1 三廢流化混燃爐技術

1.1 技術原理及特點

三廢流化混燃爐是將合成氨、甲醇企業(yè)造氣爐生產過程中產生的造氣爐渣、造氣除塵器細灰等，摻配部分煤矸石、煙煤或無煙煤沫，在爐內流化燃燒，產生高溫煙氣集中熱量回收的裝置。三廢流化混燃爐運用沸騰床燃燒特性和循環(huán)流化床鍋爐的返料回收技術，采用吹風氣余熱鍋爐的模式，對造氣產生的廢氣、廢渣、廢灰同時混燃。在單燒吹風氣時，該爐是1臺吹風氣余熱鍋爐；在單獨燒煤(或高硫煤)、矸石煤渣等時，是1臺循環(huán)流化床鍋爐；當渣、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氣余熱鍋爐相似，所以稱作“第3代吹風氣余熱鍋爐或雙熱源吹風氣余熱鍋爐”[1]。

1.2 工藝流程

經破碎、計量好的造氣爐渣、粉煤等，經皮帶輸送到三廢爐的煤倉。混合料經變頻調速的皮帶給煤機送入變頻調速的螺旋給煤機，通過螺旋給煤機送入三廢流化混燃爐下部與經省煤器換熱后120 ℃左右的一次空氣進行燃燒反應。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入無焰燃燒器，再進入爐中部燃燒。溫度大于350 ℃的馳放氣與換熱后120 ℃左右的二次空氣一并進入預混器，再進入三廢流化混燃爐中部進行燃燒反應，煙氣溫度可達950～1050 ℃。出三廢流化混燃爐的高溫煙氣進入組合式除塵器進行煙塵分離，分離后的高溫煙氣經水冷屏均布降溫后，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，與煙氣進行熱交換，蒸發(fā)形成汽水混合物上升進入汽包上部，汽包內汽水混合物經汽水分離裝置，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等級的高壓蒸汽管網。工藝流程如圖1所示。

1.3 主要設備

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；

布風板：Ф5800mm/Ф6400mm×40mm，直徑6.4m，上面布8000個風帽；

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4臺：長度約3.0m，變頻電機2.2 kW；螺旋給煤機4臺：輸送量22m3·h-1,功率5.5kW（變頻電機）；

SFGX130-1NO.16D型一次風機1臺：流量123090m3·h-1,壓頭13324 Pa，電機功率710 kW；

R130-1型二次風機1臺:流量32510m3·h-1,壓頭9060 Pa，電機功率132 kW；

Y130-1型引風機1臺:流量302610 m3·h-1,壓頭5330 Pa，電機功率800 kW；

靜電除塵器1臺：500 kW；

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

1.4 主要運行技術參數

燃爐燃燒溫度950～1050 ℃，引風機進口溫度≤150 ℃，混燃爐內截面流速≤5m·s-1，系統(tǒng)阻力≤3500 Pa，系統(tǒng)負壓-10～-50 Pa，余熱鍋爐主蒸汽產量60t·h-1（操作負荷60%～125%），余熱鍋爐主蒸汽壓力10.3 MPa，余熱鍋爐主蒸汽溫度540 ℃，余熱鍋爐進水溫度150 ℃，煙氣排放塵≤50mg·m-3，采用床下油點火方式（可結合床上點火）。

2 設計性能

1） 三廢流化混燃爐帶基本負荷，也可以用于變負荷調峰，調峰范圍為60%～125%。

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

3）沸騰燃燒爐組件適用煤種廣，燃料來源廣泛，可燃燒回收劣質然料。

4）采用一次風從風室底部進風，二次風從燃燒室中部進風，吹風氣從吹風氣預混器進風，助燃氣從無焰燃燒器進風。

5）采用床下油點火方式（結合床上點火）。

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

3 優(yōu)化改進情況

3.1 原有設備的利用

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、鏈條機、煙囪、氣力輸灰系統(tǒng)等設備及裝置，減少設備投資。

3.2 原料配比優(yōu)化

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

3.3 改進輸煤絞龍

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

4 運行情況及存在問題

4.1 運行情況

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

4.2 存在問題

在實際運行過程中，由于我公司的三廢流化混燃爐用于生產10.3 MPa、540 ℃等級的高壓蒸汽，較之前國內投運的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)，主要原因為渣含水較重，渣煤配比攪拌不均勻所致，鍋爐如加至高負荷運行，頻繁的斷煤將極大影響鍋爐的穩(wěn)定高產運行。

4.2.2 分離器運行效果差

分離器分離效果從實際運行情況來看較差，且分離回來的飛灰經分析殘?zhí)蓟驹?%以下，已經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，增加電除塵器負荷，目前采用人工進行排灰，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)運行效率達不到設計值，電場二次電壓無法升高，除塵效果不佳，鍋爐如需加滿負荷則電除塵器必須穩(wěn)定長時間的運行。

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，進灰時間調短后倉泵送灰比較頻繁，閥門動作頻繁極易損壞，鍋爐加高負荷后粗顆粒飛灰量進入倉泵，極易造成輸灰母管堵塞，處理時間長且現(xiàn)場污染嚴重。輸渣系統(tǒng)輸渣皮帶磨損也比較嚴重。

5 效益分析

5.1 經濟效益分析

三廢流化混燃爐每h可產10.3MPa，540℃的蒸汽60t，按年生產8000h計，年可產蒸汽48萬t。該爐建成投入正常運行后，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，年折舊費用約250萬元，而人工費、管理費、制造費用等，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品的加工，其剩余的熱值已經完全沒有被再利用。采用三廢流化混燃爐生產高壓蒸汽后，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生產高壓蒸汽降低了企業(yè)的綜合能源消費量。

采用三廢流化混燃爐技術生產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，熱力的折標系數0.14286 kg標準煤·(1000kcal)-1。

5.3 社會效益分析

三廢流化混燃爐技術利用三廢資源生產高壓蒸汽，實現(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)經濟和大力推進節(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

B

1671-9905(2014)06-0075-03

2014-04-29