危廢燃料對(duì)硫化床鍋爐安全運(yùn)行影響分析

劉 慶

(湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410014)

危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)在日常運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量的廢物，嚴(yán)重破壞環(huán)境。隨著節(jié)能環(huán)保意識(shí)的提高，企業(yè)更加關(guān)注如何有效與環(huán)保地利用危險(xiǎn)廢物。在鍋爐工業(yè)中，相對(duì)于其它爐型來(lái)說(shuō)，循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、污染物排放低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大且快等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用［1］。本文從危廢燃料著火燃燒特性和循環(huán)流化床鍋爐燃料適應(yīng)性的角度，分析危廢燃料對(duì)硫化床鍋爐安全運(yùn)行的影響。

1 燃料的特性及系統(tǒng)介紹

某生產(chǎn)企業(yè)熱電車間現(xiàn)有一臺(tái)90 t/h循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐的燃料為煙煤，日耗煤量為350 t/h，可采用床下油槍點(diǎn)火，也可采用床上木炭點(diǎn)火。有機(jī)車間生產(chǎn)的廢丁烯醛約20 t(隨生產(chǎn)負(fù)荷變化)。該廢液中含有乙醛、丙酮、醋酸乙烯、丁烯醛、醋酸、水等物質(zhì)，目前儲(chǔ)存在5 m3的儲(chǔ)罐中，周期性地采用小罐車送渣場(chǎng)露天焚燒處理，焚燒處理過(guò)程中存在一定的安全隱患和環(huán)境污染。若能將丁烯醛廢液送流化床鍋爐燃燒，不僅能解決環(huán)境污染問(wèn)題并回收燃燒的熱能，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益，并且降低了廢液直接露天燃燒存在的安全隱患。廢丁烯醛主要成分見(jiàn)表1。

丁烯醛(2－丁烯醛)，為無(wú)色或淡黃色液體，有窒息性刺激臭味。分子量70.09，熔點(diǎn)－76℃，沸點(diǎn)104℃，相對(duì)水比重為0.85，微溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、苯、甲苯等多數(shù)有機(jī)溶劑。相對(duì)空氣比重2.41，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇火源會(huì)著火回燃。危險(xiǎn)化學(xué)品的分類及標(biāo)志將其劃為第3.2類中閃點(diǎn)易燃液體，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，爆炸極限2.1% ～15.5%，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn)。在空氣中非常容易氧化生成過(guò)氧化物，受熱或撞擊、甚至輕微摩擦即發(fā)生爆炸。在火場(chǎng)高溫下，能發(fā)生聚合放熱，使容器破裂。經(jīng)測(cè)定丁烯醛廢液彈筒發(fā)熱值為23 394 kJ/kg，約相當(dāng)于0.8倍標(biāo)煤熱值。該廢液熱值較高，有利用價(jià)值。

表1 廢丁烯醛主要成分表

考慮到危廢燃料廢丁烯醛易燃易爆的危險(xiǎn)特性，將廢丁烯醛通過(guò)高壓齒輪泵升壓后周期性地送往流化床鍋爐，爐膛內(nèi)安裝火焰監(jiān)測(cè)器與爐膛火焰及爐膛溫度聯(lián)鎖，當(dāng)爐膛內(nèi)有明火時(shí)方可打開防爆電磁閥，使用噴槍將燃料送入爐內(nèi)。

2 危廢燃料特性對(duì)鍋爐安全運(yùn)行的影響

2.1 燃料的易燃易爆特性對(duì)鍋爐安全運(yùn)行的影響

為充分利用危廢燃料的熱能，把危廢燃料引入鍋爐中燃燒的案例在國(guó)內(nèi)較少，應(yīng)采取措施保證危廢燃料的充分燃燒，若燃燒調(diào)整不當(dāng)，配風(fēng)不合理，導(dǎo)致可燃物進(jìn)入煙道，爐膛負(fù)壓過(guò)大，將未燃盡的危廢燃料抽入煙道，在爐尾煙道積聚，可能發(fā)生煙道內(nèi)可燃物再燃事故［2］，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象:排煙溫度急劇增加，一、二次風(fēng)出口溫度也隨之升高，煙道內(nèi)及燃燒室內(nèi)的負(fù)壓急劇變化甚至變?yōu)檎龎?煙囪內(nèi)冒黑煙，從而引風(fēng)機(jī)殼體不嚴(yán)處向外冒煙或向外噴火星等，甚至?xí)斐慑仩t爆炸［3］。

可能發(fā)生揚(yáng)火爆燃的情況:由于壓火后床料表面溫度降低，這些可燃性氣體達(dá)不到燃燒溫度，便在鍋爐爐膛內(nèi)積聚;揚(yáng)火時(shí)，隨著風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)，床料開始流化，高溫的床料從下面翻出，這時(shí)可燃性氣體瞬間發(fā)生燃燒，如果可燃物的濃度在爆燃極限范圍內(nèi)，就會(huì)發(fā)生爆燃［4］。

因危廢燃料燃燒速度較快，燃燒溫度較高，這樣，爐膛的火焰溫度也隨之升高但火焰溫度提高后可能會(huì)造成爐膛結(jié)焦嚴(yán)重，危及鍋爐各受熱管的安全運(yùn)行，故需要進(jìn)行危廢燃料各種工況下的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，盡量避免鍋爐結(jié)焦。

2.2 燃料中水分含量對(duì)鍋爐安全運(yùn)行的影響

危廢燃料廢丁烯醛中的含水量較大，廢丁烯醛燃燒后產(chǎn)生CO2及水。根據(jù)有關(guān)資料，燃料中的水分每增加5%，由于排煙損失而使鍋爐效率下降0.5%左右，粗略估算鍋爐燃燒含水率為50%的燃料時(shí)效率要降低2.5%［5］。燃料含水率增加直接導(dǎo)致了排煙熱損失增加，造成鍋爐爐膛內(nèi)煙氣溫度偏低。含水率增加用于蒸發(fā)多余含水的熱量也相應(yīng)要增加，這就導(dǎo)致燃料的有效熱量也就是低位發(fā)熱量的減少。實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)燃燒狀況起決定性作用的就是含水率，發(fā)熱量降低也是含水率升高的一個(gè)結(jié)果。除此以外水分會(huì)造成結(jié)焦，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)影響鍋爐的熱效率。

針對(duì)含水率增高影響燃燒狀況的問(wèn)題，對(duì)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行優(yōu)化才是解決問(wèn)題的主要途徑。運(yùn)行調(diào)整方面也可以采取一定措施，但調(diào)節(jié)范圍僅限于含水率變化在±5%，超過(guò)這個(gè)限度靠運(yùn)行調(diào)節(jié)手段就無(wú)法做到了［6］。

3 硫化床鍋爐安全運(yùn)行的措施

1.在生產(chǎn)過(guò)程中盡量避免燃料中攙和過(guò)多的水分，根據(jù)燃料性質(zhì)變化合理控制進(jìn)爐燃料，使燃料充分燃燒，提高鍋爐效率。

2.在開啟噴槍時(shí)，應(yīng)注意就地檢查霧化著火情況是否良好，檢查槍頭有無(wú)堵塞等問(wèn)題。

3.在運(yùn)行使用中的噴量不是一成不變的，調(diào)試好的槍頭安裝后，在實(shí)際投用時(shí)由于受熱膨脹、裝配松緊等因素的影響要發(fā)生一些變化;另外，噴槍使用中會(huì)產(chǎn)生程度不同的結(jié)垢，堵塞噴槍，使噴槍不能正常使用，在清理時(shí)易使噴槍孔增大，運(yùn)行中由于噴槍流量增大，槍頭不易堵，穩(wěn)燃效果好，往往容易被人們接受。但噴槍噴量的增大如果超出了適當(dāng)?shù)姆秶谝恍┣闆r下就可能誘發(fā)爐內(nèi)爆燃事故，噴槍出力過(guò)大，使廢丁烯醛不能完全霧化燃燒是威脅鍋爐安全運(yùn)行的危險(xiǎn)因素，因此要堅(jiān)持定期進(jìn)行噴槍的試投工作，發(fā)現(xiàn)噴量超限應(yīng)及時(shí)解決處理。

4.發(fā)生主燃料跳閘后應(yīng)注意立即檢查燃料的切斷情況，防止危險(xiǎn)化學(xué)品廢丁烯醛在爐尾煙道積聚，再次點(diǎn)火可能發(fā)生煙道內(nèi)可燃物再燃事故［7］。

5.可靠的火焰監(jiān)視、滅火保護(hù)、爐膛壓力保護(hù)和爐膛吹掃等裝置，是鍋爐安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在同一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐上，當(dāng)燃料品質(zhì)改變時(shí)，它的床溫將發(fā)生波動(dòng)，甚至低到熄火溫度。同時(shí)，爐膛燃燒空間明顯狹小，具有易燃、易爆的危險(xiǎn)廢物積聚在爐膛內(nèi)和爐尾處，當(dāng)積聚的危廢到達(dá)爆炸極限時(shí)，會(huì)造成鍋爐的爆炸事故，含水量過(guò)高的危廢易造成鍋爐的結(jié)焦。這一事實(shí)表明，同一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐對(duì)燃料的適應(yīng)性是有限度的［8］。

通常提及的循環(huán)流化床(CFB)鍋爐的燃料適應(yīng)性好，主要是從鍋爐設(shè)計(jì)和選型考慮，而對(duì)于一臺(tái)已建成投產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐，燃料的適用范圍是有限制的，也只是當(dāng)燃料性質(zhì)相近或相仿時(shí)才適合。對(duì)將危廢燃料熱能利用應(yīng)從現(xiàn)有鍋爐的設(shè)計(jì)方面考慮流化床鍋爐燃料的適用范圍。

［1］ 駱仲渙，何宏舟，王勤輝.循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.動(dòng)力工程，2004，24(6):761－768.

［2］ 閏順林，王冬生，李永華.鍋爐燃燒穩(wěn)定性影響因素分析［J］.電站系統(tǒng)工程，2005，21(1):29 －31.

［3］ 陳俊，徐荻萍.流化床生物質(zhì)鍋爐燃料適應(yīng)性分析與改進(jìn)［J］.節(jié)能，2012，(11):32 －35.

［4］ 鄧?yán)?，王一坤，車得?低濃度可燃廢氣作為輔助燃料在燃煤鍋爐中的應(yīng)用研究［J］.熱能與動(dòng)力工程，2010，25(3):287－292.

［5］ 賈傳凱.水煤漿水分對(duì)鍋爐燃燒的影響［J］.工業(yè)鍋爐，2008，(6):5－8.

［6］ Wang Buxuan，Li Tianduo，Wu Zhansong.Research on measuring the flame temperature distribution by engineering thermophysics，Using image processing technology［J］.Journal，1989，10(4):446 －448.

［7］ YOU CF，XUXC.Utilization of ventilation air－methane as a supplementary fuel at a circulating fluidized bed combustion boiler［J］.Environmental Science and Technology，2008，42(7):2 590 －2 593.

［8］ 岑可法，倪明江，駱仲渙，等.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1998.