固堿熔鹽爐固廢優(yōu)化控制與利用研究

李 云，孫龍彬，王 敏，張軍鋒，魯尚高

（陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 神木719300）

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司氯堿分廠蒸發(fā)與固堿工段設(shè)2臺(tái)型號(hào)為RYL-1400 M的燃煤熔鹽爐，2019年上半年進(jìn)行煙氣凈化改造后投運(yùn)，但爐渣和除塵器收集的飛灰顏色較黑，含碳量偏大，分析化驗(yàn)個(gè)別爐渣樣品中可燃物在20%以上，飛灰含碳量高達(dá)60%以上，飛灰熱值達(dá)2 400 kcal，燃煤熔鹽爐的不完全燃燒損失較大，煤耗較高，燃煤熔鹽爐的熱效率大大下降。同時(shí)含碳量較高的飛灰在煙道死角或灰斗長時(shí)間聚積，容易發(fā)生尾部煙道二次燃燒的惡性事故，存在較大的安全隱患。

1 熔鹽爐現(xiàn)狀調(diào)查

針對(duì)上述問題，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次觀察及查看歷史數(shù)據(jù)，并在2019年9月24日對(duì)固堿蒸發(fā)東線燃煤熔鹽爐的入爐煤、飛灰、爐渣進(jìn)行了取樣化驗(yàn)分析，判斷目前的燃煤熔鹽爐可能存在以下問題。各樣品化驗(yàn)分析的詳細(xì)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖分別見表1、表2和表3。

（1）本次取樣布袋除塵器收集的飛灰含碳量平均值為31.86%，彈筒發(fā)熱量為9.92 kJ/g，不完全損失較大。

（2）出渣機(jī)刮出的爐渣可燃物均高于12%，平均值為17%，不符合GB/T 15317《燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)》5.4的條款“爐渣含碳量考核指標(biāo)”。

（3）燃煤熔鹽爐燃燒的原煤中細(xì)煤份額較大，均高于25%，平均值達(dá)到41.44%，不符合GB/T 18342《鏈條爐排鍋爐用煤技術(shù)條件》3.2的條款“鏈條爐排鍋爐用塊煤和混煤的技術(shù)要求和實(shí)驗(yàn)方法”。原煤中的細(xì)煤在進(jìn)入爐膛受熱干燥將進(jìn)一步?；?，揮發(fā)分析出，形成焦炭，其著火溫度相對(duì)較高，較細(xì)顆粒的焦炭在引風(fēng)機(jī)的作用下停留時(shí)間變短，來不及完全燃燒就隨煙氣進(jìn)入尾部煙道。

表1 原煤化驗(yàn)分析表

表2 飛灰化驗(yàn)分析表

表3 爐渣化驗(yàn)分析表

（4）入爐煤水分偏高，經(jīng)與崗位人員了解，原煤運(yùn)至固堿蒸發(fā)工段后，為了使入爐煤有一定的粘度，送入爐膛較細(xì)顆粒的原煤不被風(fēng)吹走，會(huì)噴灑一定量的水。經(jīng)化驗(yàn)分析，入爐煤水分含量高達(dá)17.02%。煤中水分的變化主要影響低位發(fā)熱量，水分增大，煤中可燃成分減少，低位發(fā)熱量降低。另一方面，煤在燃燒時(shí)，水分蒸發(fā)需要吸收一部分熱量，使煤的有效熱能降低，蒸發(fā)后的水蒸氣隨煙氣帶走，水分越高，煙氣量越多，使排煙損失升高，引風(fēng)機(jī)電耗增大，含水氣的飛灰影響布袋除塵器濾袋的透氣性，使煙氣阻力增大，引風(fēng)機(jī)電耗進(jìn)一步升高。

（5）燃煤熔鹽爐脫硝入口的轉(zhuǎn)向煙道積灰斗存在積灰現(xiàn)象，該處的積灰為煙氣攜帶飛灰向尾部煙道行進(jìn)的過程中，在經(jīng)過轉(zhuǎn)向室時(shí)在離心力和重力的共同作用下，相對(duì)較粗的飛灰落入積灰斗，燃煤熔鹽爐在運(yùn)行過程中要定期對(duì)該部分積灰進(jìn)行放灰清理。若該處的積灰長時(shí)間不進(jìn)行放灰清理，可燃物長時(shí)間聚積，容易發(fā)生尾部煙道二次燃燒的惡性事故。

（6）通過對(duì)飛灰的熔融性進(jìn)行化驗(yàn)分析，三個(gè)飛灰樣品的變形溫度均高于1 150℃，平均值為1 192℃，符合GB/T 18342《鏈條爐排鍋爐用煤技術(shù)條件》3.2的要求。所以排除因?yàn)榛胰埸c(diǎn)低導(dǎo)致西線燃煤熔鹽爐在運(yùn)行過程中爐內(nèi)結(jié)焦問題，初步懷疑西線燃煤熔鹽爐是因?yàn)榕滹L(fēng)不當(dāng)，爐內(nèi)產(chǎn)生一定量的CO和H2等，使灰中熔點(diǎn)較高的Fe2O3還原成低熔點(diǎn)的FeO，降低了灰熔點(diǎn)溫度，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)該過程灰熔點(diǎn)溫度將降低300～350℃，建議對(duì)西線燃煤熔鹽爐的配風(fēng)進(jìn)行檢查。

通過上面多方面原因分析，該公司的燃煤熔鹽爐運(yùn)行指標(biāo)未達(dá)到相關(guān)技術(shù)規(guī)范，比行業(yè)內(nèi)的燃煤熔鹽爐的不完全燃燒損失大，原煤的利用率低，煤耗大，鍋爐熱效率低。

2 降低飛灰、爐渣產(chǎn)生的措施

針對(duì)上述問題，主要從降低飛灰和爐渣的含碳量著手，提高原煤利用率和鍋爐熱效率，同時(shí)降低固廢的倒運(yùn)費(fèi)用。

（1）提高入爐煤的顆粒度，保證小于3 mm的細(xì)煤份額小于25%，符合GB/T 18342《鏈條爐排鍋爐用煤技術(shù)條件》3.2的要求，盡量增大原煤在爐內(nèi)的停留時(shí)間，使原煤在爐內(nèi)充分燃燒。

（2）通過提高熱風(fēng)溫度、控制風(fēng)煤比和爐排轉(zhuǎn)速等進(jìn)行燃燒調(diào)整，使燃煤熔鹽爐在最佳工況下運(yùn)行，降低飛灰和爐渣的含碳量，提高原煤的利用率，降低煤耗，提高燃煤熔鹽爐熱效率。

（3）降低入爐煤的水分，減少原煤水分蒸發(fā)時(shí)爐內(nèi)的吸熱量，使煙氣量減少，降低排煙損失，進(jìn)而降低引風(fēng)機(jī)電耗。

（4）將爐渣倒運(yùn)至燃煤熔鹽爐的入爐煤堆場(chǎng)，與入爐煤進(jìn)行均勻混合，使?fàn)t渣在爐內(nèi)進(jìn)行二次循環(huán)燃燒，一方面可提高原煤的利用率，降低煤耗，另一方面，爐渣的熔點(diǎn)高，還可防止?fàn)t內(nèi)結(jié)焦，當(dāng)化驗(yàn)分析爐渣的含碳量低于12%后，回用至水泥作原材料。

3 飛灰、爐渣的回用方案設(shè)計(jì)

（1）將飛灰倒運(yùn)至熱電分公司煤場(chǎng)，與原煤進(jìn)行均勻混合，作為熱電鍋爐的燃燒用煤或水泥回轉(zhuǎn)窯燃燒用煤。

優(yōu)點(diǎn)：a.前期投資費(fèi)用少；b.無需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

缺點(diǎn)：a.飛灰倒運(yùn)困難，在倒運(yùn)、混合過程中產(chǎn)生一定的機(jī)械勞務(wù)費(fèi)用；b.飛灰在倒運(yùn)和混合過程中存在危及人員的安全風(fēng)險(xiǎn)；c.含碳量較高的飛灰附著在濾袋上，存在布袋除塵器濾袋著火的安全風(fēng)險(xiǎn)；d.飛灰在倒運(yùn)和皮帶機(jī)輸送過程中會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，污染現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成環(huán)保事故的發(fā)生。

（2）在固堿蒸發(fā)工段新建一個(gè)30～40 t的儲(chǔ)灰倉，燃燒后的飛灰全部送入灰倉內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，達(dá)到一定數(shù)量后，由粉體運(yùn)輸車輛將飛灰倒運(yùn)至水泥有限公司，與煤粉倉內(nèi)的煤粉按照一定比例均勻混合后送入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行燃燒，預(yù)估前期投資費(fèi)用約為5萬元。

優(yōu)點(diǎn)：a.前期投資費(fèi)用適中；b.系統(tǒng)改造范圍??；c.二次揚(yáng)塵少。

缺點(diǎn)：a.飛灰倒運(yùn)過程產(chǎn)生一定的機(jī)械勞務(wù)費(fèi)用；b.飛灰在倒運(yùn)過程中存在危及人員的安全風(fēng)險(xiǎn)；c.飛灰與煤粉混合比例不均對(duì)回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行帶來一定的影響；d.含碳量較高的飛灰附著在濾袋上，存在布袋除塵器濾袋著火的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）利用氣力輸送原理，采用高壓風(fēng)作為動(dòng)力，將飛灰以氣-固兩相流的方式噴入爐膛火焰中心，形成飛灰循環(huán)燃燒，達(dá)到降低飛灰含碳量及飛灰量的目的。詳細(xì)方案：在燃煤熔鹽爐脫硝吹灰系統(tǒng)的壓縮空氣熱端管道上分支一路氣源，應(yīng)用氣力輸送原理，以一定流速的熱風(fēng)將飛灰從爐膛左右兩側(cè)對(duì)稱噴入火焰中心，噴口的角度為水平或略下傾1°～5°（可調(diào)式），這樣飛灰在爐內(nèi)加強(qiáng)了擾動(dòng)混合，增加煙氣中懸浮的顆粒與爐墻壁的碰撞，實(shí)現(xiàn)在爐膛空間懸浮燃燒，可增加爐膛的容積熱強(qiáng)度，延長爐內(nèi)滯留時(shí)間，起到良好的燃盡作用。同時(shí)飛灰顆粒在輸送過程中還會(huì)受到一定的撞擊破碎，更有利于著火及縮短燃盡時(shí)間。飛灰在循環(huán)燃燒過程中，飛灰含碳量逐漸降低，待飛灰含碳量降到期望的經(jīng)濟(jì)值或平衡點(diǎn)時(shí)，通過現(xiàn)有的刮板機(jī)將飛灰送入儲(chǔ)灰倉，做為水泥生產(chǎn)的原材料，飛灰二次回燃工藝系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 飛灰二次回燃工藝系統(tǒng)示意圖

優(yōu)點(diǎn)：a.無飛灰倒運(yùn)，無危及人員的危險(xiǎn)，無揚(yáng)塵產(chǎn)生，不會(huì)發(fā)生環(huán)保事故；b.飛灰直接噴入爐膛進(jìn)行燃燒，利用率高，可降低煤耗，提高燃煤熔鹽爐熱效率；c.飛灰回燃，能加強(qiáng)爐內(nèi)擾動(dòng)混合，增強(qiáng)煙氣中懸浮顆粒與墻壁的碰撞，延長滯留時(shí)間，有利于燃盡；d.飛灰在吹入爐膛時(shí)，熱壓縮空氣可起到助燃作用，能減小鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，耗電量降低；e.可以根據(jù)飛灰含碳量的大小，調(diào)整飛灰的循環(huán)倍率，最終達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的飛灰含碳量。

缺點(diǎn)：a.前期投資相對(duì)大；b.燃煤熔鹽爐燃燒穩(wěn)定達(dá)到一定負(fù)荷后才可投運(yùn)飛灰回燃系統(tǒng)；c.系統(tǒng)消耗一部分壓縮空氣；d.布袋除塵器負(fù)荷高，濾袋長期高負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)縮短濾袋的使用壽命；e.脫硝催化劑迎風(fēng)面的積灰加重，嚴(yán)重積灰將堵塞催化劑網(wǎng)孔，煙道阻力增大。

4 飛灰回燃系統(tǒng)效益核算

在燃煤量不變的情況下，通過提高入爐煤的利用率（二次回燃），可有效提高鍋爐的燃燒效率，初步按照飛灰含碳量最終降到10%后估算經(jīng)濟(jì)效益，飛灰量隨飛灰含碳量變化見表4。

表4 飛灰量隨飛灰含碳量變化表

由表4可知，飛灰含碳量由60%降到10%，單臺(tái)爐可節(jié)約原煤0.114 t/h。按照飛灰含碳量化驗(yàn)結(jié)果平均值31.86%核算。

即燃煤熔鹽爐的飛灰含碳量由31.86%降到10%，單臺(tái)爐可節(jié)約原煤0.301-0.251=0.05（t/h）。燃煤熔鹽爐按照年利用300天，目前原煤價(jià)格425元/t測(cè)算，則一臺(tái)燃煤熔鹽爐年可節(jié)約費(fèi)用15.3萬元。

5 總結(jié)

飛灰二次回燃技術(shù)為一種投資少、見效快的節(jié)能減排系統(tǒng)，具有一定自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，有效改善燃煤熔鹽爐的燃燒工況，有利于鍋爐安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，節(jié)約原煤，節(jié)約運(yùn)行成本，創(chuàng)造效益。