大型化工裝置配套循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)期間環(huán)保超標(biāo)的控制措施與調(diào)整方法

蔣都?xì)J，方玉濤，魯世軍

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城　476600)

?

大型化工裝置配套循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)期間環(huán)保超標(biāo)的控制措施與調(diào)整方法

蔣都?xì)J，方玉濤，魯世軍

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城476600)

摘要：為了解決鍋爐在啟動(dòng)期間環(huán)保排放超標(biāo)的難題，通過(guò)大量的理論研究和試驗(yàn)，找出了影響環(huán)保排放數(shù)據(jù)的原因，并通過(guò)采取一系列的有效措施進(jìn)行控制，從而達(dá)到縮短超標(biāo)時(shí)間，逐步進(jìn)行再次優(yōu)化，最后達(dá)到全部達(dá)標(biāo)排放。

關(guān)鍵詞：脫硫；脫硝；二氧化硫；氮氧化物；爆燃；達(dá)標(biāo)排放

河南龍宇煤化工有限公司為年產(chǎn)50萬(wàn)t甲醇和年產(chǎn)20萬(wàn)t二甲醚項(xiàng)目配套提供高壓蒸汽動(dòng)力的裝置是四川某鍋爐廠130 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐煙氣脫硫裝置按“一爐一塔”配置方式，采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，脫硫效率≥95%，SO2排放濃度在100 mg/Nm3以下，脫硝采用的氨法脫硝工藝，目前正在建設(shè)中，通過(guò)工藝優(yōu)化及配煤調(diào)整，鍋爐負(fù)荷在120 t/h運(yùn)行工況下，目前排放在150 mg/Nm3左右運(yùn)行，布袋除塵器高效濾袋2015年4月全部進(jìn)行更換，目前的煙塵排放數(shù)據(jù)在20 mg/Nm3以下運(yùn)行。

1排放數(shù)據(jù)

2015年5月26日部分環(huán)保排放數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1　2015年5月26日部分環(huán)保排放數(shù)據(jù)

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于河南省重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)-企業(yè)在線查詢子系統(tǒng)。

但是，在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，為了保護(hù)除塵器濾袋不受油泥污染造成污堵，在啟動(dòng)過(guò)程中退出油槍之前，濾袋通道強(qiáng)制打到旁路運(yùn)行，在鍋爐投煤的過(guò)程中，點(diǎn)火油槍只能加熱到480 ℃就要強(qiáng)制投煤，由于鍋爐燃用的是當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤，并摻燒部分煤矸石，燃料的揮發(fā)分在8%左右，床溫上升的速度很緩慢，通常需要投入1.5 t左右的煤才能把床溫升高到750 ℃，燃料中的固定碳才能達(dá)到燃點(diǎn)，大量的燃料在接近燃點(diǎn)后會(huì)在爐膛內(nèi)發(fā)生劇烈的爆燃，溫升率最高可達(dá)到80 ℃/min，采用增加風(fēng)量和降低油壓的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，也會(huì)造成爐膛床溫大幅度地波動(dòng)，由于點(diǎn)火初期床溫升速緩慢，返料在點(diǎn)火初期都是在關(guān)閉狀態(tài)，床溫穩(wěn)定后才能投入返料，鍋爐一般點(diǎn)火時(shí)間控制在5 h左右，大量的細(xì)灰和投煤期間細(xì)小的煤煙積聚在返料器內(nèi)，突然返入爐膛，床溫起伏變化很大，在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，煙塵、二氧化硫和氮氧化物出現(xiàn)頻繁超標(biāo)，在2014~2015年初的鍋爐啟動(dòng)切換中，鍋爐每切換啟動(dòng)1次，煙塵會(huì)超標(biāo)6 h左右，二氧化硫會(huì)超標(biāo)2 h左右，氮氧化物會(huì)超標(biāo)10 h左右。2015年1月9日啟動(dòng)期間環(huán)保排放部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2　2015年1月9日啟動(dòng)期間部分環(huán)保排放數(shù)據(jù)

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于河南省重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)-企業(yè)在線查詢子系統(tǒng)。

2影響環(huán)保數(shù)據(jù)的因素及調(diào)整措施

啟動(dòng)期間影響煙塵超標(biāo)的因素主要包括濾袋的投入與否、一次風(fēng)流化風(fēng)量及風(fēng)速、尾部煙氣含氧量(在線監(jiān)測(cè)上傳的數(shù)據(jù)是一個(gè)折算值，均值為標(biāo)態(tài)、干基、6%氧含量下的濃度，二氧化硫和氮氧化物數(shù)據(jù)同煙塵折算倍數(shù))。

2.1煙塵超標(biāo)的因素及調(diào)整措施

(1)為了有效地控制煙塵含量，在啟動(dòng)初期(約20 min)，布袋除塵器強(qiáng)制投入，一次風(fēng)機(jī)大風(fēng)量對(duì)爐膛進(jìn)行吹掃和流化，主要目的是把鍋爐床料內(nèi)的較細(xì)顆粒揚(yáng)起，盡可能地吹送到分離器和尾部煙道，尾部煙道的揚(yáng)塵及受熱面上原有殘存的細(xì)灰再通過(guò)引風(fēng)機(jī)負(fù)壓抽至布袋除塵器過(guò)濾，此時(shí)煙氣總排口的煙塵由于濾袋的投入，是不超標(biāo)的(<30 mg/Nm3)。

(2)鍋爐油槍點(diǎn)火前，減少一次風(fēng)量，使其最小流化風(fēng)量不超過(guò)7.5萬(wàn)Nm3，調(diào)整引風(fēng)機(jī)負(fù)壓不超過(guò)80 Pa。調(diào)整穩(wěn)定后，退出除塵器，關(guān)閉脫硫塔煙氣旁路閥門，投入脫硫塔，鍋爐開始投油點(diǎn)火。

采取以上措施的主要目的包括以下幾點(diǎn)：①細(xì)顆粒煙塵經(jīng)過(guò)大風(fēng)量的吹送后，剩余的很少一部分在一次風(fēng)量下，只停留在爐膛的密相區(qū)內(nèi)，少量的稀相區(qū)煙塵也只是在爐膛內(nèi)部形成內(nèi)循環(huán)，鍋爐尾部煙道的煙塵濃度會(huì)大大降低；②逃逸到尾部煙道的細(xì)小顆粒煙塵，在經(jīng)過(guò)脫硫塔噴淋層水洗后，進(jìn)入煙氣總排口的濃度也降低到30 mg/Nm3以下，滿足達(dá)標(biāo)排放要求；③含油煙氣在除塵器走旁路，不會(huì)發(fā)生油污污染，可以使濾袋得到有效的保護(hù)。

2.2二氧化硫超標(biāo)的因素及調(diào)整措施

二氧化硫的控制主要體現(xiàn)在投煤期間和投煤之后，控制手段主要是燃料的選用上盡可能地采用低硫煤，燃料中的硫含量不超過(guò)0.5%，脫硫塔要提前注入一部分石灰石漿液，調(diào)節(jié)塔內(nèi)pH值在6.5左右，含硫煙氣在脫硫塔內(nèi)進(jìn)行充分反應(yīng)后，在啟動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，二氧化硫含量是完全可以控制在200 mg/Nm3以下，達(dá)到達(dá)標(biāo)排放要求。

2.3影響氮氧化物超標(biāo)的因素及調(diào)整措施

氮氧化物的超標(biāo)主要體現(xiàn)在投煤后，爐膛床溫開始大幅度地上升及波動(dòng)，以及在點(diǎn)火正常后，由于鍋爐啟動(dòng)初期，爐內(nèi)循環(huán)灰量偏少，床溫控制偏高，產(chǎn)生的氮氧化物較多，目前又無(wú)脫硝控制手段，是點(diǎn)火期間控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

(1)鍋爐爐膛溫度達(dá)到投煤點(diǎn)后，鍋爐開始投煤，床溫升高到750 ℃左右時(shí)，燃料開始著火燃燒，在此時(shí)要調(diào)整給煤量，控制溫升率不超過(guò)20 ℃/min，使?fàn)t膛溫度緩慢平穩(wěn)上升，爐膛溫度不超過(guò)920 ℃為最好，從而達(dá)到抑制氮氧化物的生成量。

(2)在投入鍋爐返料過(guò)程中，也是鍋爐床溫發(fā)生大范圍波動(dòng)的階段。投入返料時(shí)，采用少量多次的方法進(jìn)行，一是采用單側(cè)投入，二是單側(cè)多次投入，每次稍開返料風(fēng)閥門，使返料開始松動(dòng)，并逐步返入爐膛，此時(shí)由于細(xì)灰的溫度是低的，進(jìn)入爐膛后會(huì)大量吸熱，要及時(shí)進(jìn)行加煤，以平衡爐膛內(nèi)的溫度。發(fā)現(xiàn)溫升率超過(guò)10 ℃/min時(shí)，立即關(guān)閉返料風(fēng)閥，中止返料，穩(wěn)定3~5 min后，再次重復(fù)操作返料風(fēng)閥，直至全部投入，返料器溫度上升到800 ℃左右，返料器開始正常運(yùn)行。

(3)鍋爐啟動(dòng)初期，由于投入的燃料量偏少，爐膛內(nèi)循環(huán)倍率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，爐膛溫度偏高，且不穩(wěn)定，鍋爐負(fù)荷只能保持在80~90 t/h左右運(yùn)行，氮氧化物含量還會(huì)發(fā)生波動(dòng)性超標(biāo)。為了彌補(bǔ)啟動(dòng)初期爐內(nèi)循環(huán)灰量偏少的缺陷，在鍋爐上煤時(shí)，在燃料煤中摻燒20%~30%的爐渣，主要目的在于以下兩點(diǎn)：一是在控制爐膛床溫時(shí)，投入摻渣的燃料，熱值低，床溫上升會(huì)緩慢；二是熱值低，為了保證爐膛正常燃燒所需的燃料量，投入的燃料總量會(huì)加大，為建立正常的循環(huán)灰和合理的循環(huán)倍率縮短了時(shí)間。

3鍋爐啟動(dòng)實(shí)例和效果

3.1啟動(dòng)C#鍋爐的過(guò)程

5月28日21∶27，通知現(xiàn)場(chǎng)投入C爐布袋除塵器，啟動(dòng)C#爐引風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)，煙塵濃度保持21 mg/m3。

21∶53提高一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量至76A，除塵器走旁路，投入脫硫塔，對(duì)鍋爐進(jìn)行點(diǎn)火，成功。煙塵濃度在30 mg/m3左右浮動(dòng)。

5月29日2∶20對(duì)C#爐投煤，2∶55鍋爐內(nèi)煤著火，3∶08煙塵升至104 mg/m3，氮氧化物升至291 mg/m3，居高不下。

3∶30退點(diǎn)火油槍，煙塵降至82 mg/m3，氮氧化物為274 mg/m3，除塵器投入后，煙塵降至15 mg/m3，調(diào)整氧量及床溫氮氧化物降至92 mg/m3，逐漸正常。

3.2啟動(dòng)過(guò)程中的環(huán)保數(shù)據(jù)分析及趨勢(shì)圖

鍋爐點(diǎn)火期間的環(huán)保數(shù)據(jù)與床溫的關(guān)系趨勢(shì)見(jiàn)圖1。鍋爐點(diǎn)火期間環(huán)保排放數(shù)據(jù)與氧量之間的關(guān)系趨勢(shì)見(jiàn)圖2，2015年5月28日啟動(dòng)期間環(huán)保排放的部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖1　鍋爐點(diǎn)火期間的環(huán)保數(shù)據(jù)與床溫的關(guān)系趨勢(shì)(藍(lán)色：床溫；紅色：氮氧化物；黃色：氧含量)

圖2　鍋爐點(diǎn)火期間環(huán)保排放數(shù)據(jù)與氧量之間的關(guān)系趨勢(shì)(紅色：氮氧化物；藍(lán)色：二氧化硫；黃色：煙塵；綠色：氧含量)

城市污染源排口名稱日 期煙塵/(mg·m-3)平均值折算后二氧化硫/(mg·m-3)平均值折算后氮氧化物/(mg·m-3)平均值折算后O2體積分?jǐn)?shù)/%商丘市永城龍宇煤化工有限公司 1號(hào)排放口2015-05-290512.5716.8234.3846.29120.69162.169.831號(hào)排放口2015-05-290423.3335.5838.4257.87133.68201.1610.911號(hào)排放口2015-05-290315.5428.5218.3433.3968.84125.9312.801號(hào)排放口2015-05-290215.7930.3110.1419.4862.98120.4613.171號(hào)排放口2015-05-290116.7529.4011.3418.4959.1910112.141號(hào)排放口2015-05-290015.7922.3323.1832.8166.5294.1510.391號(hào)排放口2015-05-282314.3723.9635.6360.4669.22113.1511.691號(hào)排放口2015-05-282217.6227.8742.3162.6877.31113.2910.82

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于河南省重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)-企業(yè)在線查詢子系統(tǒng)。

3.3啟動(dòng)過(guò)程總結(jié)

在此次C#鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，煙塵平均值在02∶00、04∶00超標(biāo)，氮氧化物在04∶00超標(biāo)。二氧化硫未出現(xiàn)超標(biāo)，相對(duì)之前鍋爐啟動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間超標(biāo)有較大進(jìn)步，但是此次啟動(dòng)過(guò)程中依然存在以下問(wèn)題。

(1)啟動(dòng)初期，由于鍋爐長(zhǎng)時(shí)間不啟動(dòng)，南側(cè)床面0.5 m2左右流化不好，流化風(fēng)量控制較大，一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量在85 000 m3/h以上，導(dǎo)致一次風(fēng)量較高，煙塵攜帶量大，在啟動(dòng)初期投入脫硫塔情況下，02∶00煙塵數(shù)據(jù)依然超標(biāo)；點(diǎn)火成功后，逐漸升溫，并同步關(guān)小混合風(fēng)門，降低一次風(fēng)量，在一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量降至75 000 m3/h左右時(shí)，煙塵合格。

(2)在2∶55~03∶30之間，在燃煤著火過(guò)程中，燃料調(diào)整、床溫控制方面精細(xì)化程度不夠，床溫、含氧量變化較大，同時(shí)氮氧化物、煙塵隨之變化較大，導(dǎo)致02∶00及04∶00煙塵、氮氧化物超標(biāo)。

(3)此次C#鍋爐啟動(dòng)環(huán)保指標(biāo)能確保合格，脫硫塔投入是關(guān)鍵所在，但是脫硫塔在點(diǎn)火初期投入亦存在很大隱患，大量清洗煙氣中的煙塵及油煙，塔內(nèi)漿液中含有大量油污和煙塵，使塔內(nèi)漿液品質(zhì)惡化。

3.4C#鍋爐啟動(dòng)實(shí)例

針對(duì)5月28日啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，在7月12日啟動(dòng)過(guò)程中制定以下措施。

(1)煙道中存有大量細(xì)灰，初次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)投入布袋除塵器運(yùn)行，在保證排放合格的情況下，維持風(fēng)機(jī)短時(shí)間運(yùn)行，將殘留的大量細(xì)灰抽走。

(2)為防止煙塵超標(biāo)，將C#爐脫硫塔投入并注入漿液。保持煙氣經(jīng)過(guò)脫硫塔，利用脫硫塔循環(huán)泵沖洗帶走煙氣中煙塵，同時(shí)適當(dāng)降低一次風(fēng)量，增加對(duì)脫硫塔除霧器的沖洗頻次，維持煙塵濃度在30 mg/m3。

(3)燃煤著火后，煙塵濃度、氮氧化物排放濃度迅速增加，加大精細(xì)化調(diào)整力度，盡快穩(wěn)定床溫，退出油槍，投入布袋除塵器，待鍋爐燃燒穩(wěn)定后，適時(shí)調(diào)整煙氣氧含量及床溫，逐步降低煙塵及氮氧化物的排放濃度，保持環(huán)保指標(biāo)合格。

(4)在鍋爐啟動(dòng)前，在燃料煤中摻入20%的爐渣，保證二氧化硫及氮氧化物濃度值維持在較低值。同時(shí)能夠保證在鍋爐投煤著火后，二氧化硫合格排放，返料器循環(huán)灰量能夠迅速建立，縮短鍋爐穩(wěn)定時(shí)間，有利于氮氧化物排放濃度的控制。鍋爐點(diǎn)火期間環(huán)保數(shù)據(jù)趨勢(shì)見(jiàn)圖3。

圖3　鍋爐點(diǎn)火期間環(huán)保數(shù)據(jù)趨勢(shì)(藍(lán)色：煙塵;綠色：氮氧化物;紅色：二氧化硫。)

從圖3可以看出，第1次煙塵發(fā)生超標(biāo)波動(dòng)，是在一次風(fēng)機(jī)剛剛啟動(dòng)瞬間，第2次煙塵發(fā)生波動(dòng)是在20 min后點(diǎn)火時(shí)退出除塵器，第3次煙塵、氮氧化物發(fā)生超標(biāo)波動(dòng)是在投煤后，但很快(約20 min左右)就恢復(fù)到正常排放指標(biāo)。2015年7月12日啟動(dòng)期間環(huán)保排放的部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4　2015年7月12日啟動(dòng)期間部分環(huán)保排放數(shù)據(jù)

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于河南省重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)-企業(yè)在線查詢子系統(tǒng)。

從表4中可以看出，本次啟動(dòng)過(guò)程從02∶00~07∶00，歷時(shí)5 h，環(huán)保數(shù)據(jù)全部達(dá)標(biāo)。

3.5存在的缺陷

鍋爐啟動(dòng)成功后，爐外脫硫的脫硫塔內(nèi)大量存在煙塵及油煙，需采取“大排大補(bǔ)”措施，逐漸更換脫硫塔內(nèi)漿液，優(yōu)化漿液品質(zhì)；此過(guò)程時(shí)間周期較長(zhǎng)，排放的廢液處理困難，給運(yùn)行人員增加了相應(yīng)的工作量。

4結(jié)語(yǔ)

在目前環(huán)保排放要求日益嚴(yán)格的情況下，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保治理的決心不斷加大，社會(huì)的關(guān)注度越來(lái)越高，要求越來(lái)越嚴(yán)，環(huán)保治理提出的理念是，不講客觀，“超標(biāo)即違法”！

雖然目前各大型化工企業(yè)均對(duì)環(huán)保排放的達(dá)標(biāo)情況非常重視，在運(yùn)行中采用新增爐外脫硫和脫硝裝置的手段，來(lái)控制二氧化硫和氮氧化物的排放濃度在200 mg/m3以下，通過(guò)更換新型高效的除塵器濾袋措施來(lái)保證煙塵排放在30 mg/m3以下，但在鍋爐的啟動(dòng)過(guò)程中，鍋爐燃燒需要投入大量的柴油進(jìn)行助燃，且在投煤的過(guò)程中，為了保護(hù)高效的除塵器濾袋，含塵煙氣要強(qiáng)制打旁路運(yùn)行，同時(shí)由于在投煤和投入返料的過(guò)程中，大量的燃料在床層爆燃，床溫的控制也發(fā)生大幅度波動(dòng)，氮氧化物和二氧化硫也會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)的現(xiàn)象。如何在啟動(dòng)過(guò)程中控制好環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，成為考驗(yàn)循環(huán)流化床鍋爐操作調(diào)整的又一大難題。

本文論述的在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)環(huán)保排放的控制方法和調(diào)整措施已通過(guò)實(shí)踐證明，對(duì)控制鍋爐啟動(dòng)期間環(huán)保達(dá)標(biāo)排放是行之有效的，對(duì)同類鍋爐和相似鍋爐的開車具有非常大的推廣和借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張燕，王碩，王博.燃煤工業(yè)鍋爐氮氧化物排放的控制技術(shù)[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè),2011(3)：40-44.

[2] 王世明.循環(huán)流化床鍋爐如何控制氮氧化物的排放量[J].中國(guó)科技博覽,2014(23)：250.

[3] 蔣都?xì)J,葉宏海,方玉濤.大型化工裝置配套循環(huán)流化床鍋爐氮氧化物的控制與調(diào)整[J].化肥設(shè)計(jì),2015(3)：48-51.

Control Measures and Adjustment Methods of

Standard-exceeding Discharge of Large Chemical Plant CFB Boiler during Start-up

JIANG Du-qin, FANG Yu-tao, LU Shi-jun

(HenanLongyuCoalChemicalCo.,Ltd.,YongchengHenan476600China)

Abstract：To solve the problem of standard-exceeding discharge of boiler during start-up, the reasons to affect the discharge data are found through abundant theoretical studies and tests, a series of effective measures are taken so that the standard-exceeding discharge time is shortened and it is optimized again to ultimately reach up-to-standard discharge.

Keywords：desulphurization; denitration; sulfur dioxide;oxynitride; deflagration; up-to-standard discharge

收稿日期：2015-10-07

作者簡(jiǎn)介：蔣都?xì)J(1977年-)，男，1996年畢業(yè)于鄭州電力高等?？茖W(xué)校動(dòng)力工程系，工程師，現(xiàn)主要從事大型化工裝置配套動(dòng)力裝置的全面管理工作。

中圖分類號(hào)：TK 229.66

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-8901(2016)01-0040-05

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.010 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.011