氣化爐細(xì)灰綜合利用改造

白振波，李彥坤，王 翠

(1.陽(yáng)煤集團(tuán)深州化工有限公司，河北 衡水 053800； 2.旭陽(yáng)煤化工集團(tuán)，河北 定州 073000)

氣化爐細(xì)灰綜合利用改造

白振波1，李彥坤1，王 翠2

(1.陽(yáng)煤集團(tuán)深州化工有限公司，河北 衡水 053800； 2.旭陽(yáng)煤化工集團(tuán)，河北 定州 073000)

針對(duì)航天爐氣化細(xì)灰無(wú)法處理的問(wèn)題，提出了細(xì)灰摻燒，鍋爐回用的辦法。經(jīng)實(shí)踐顯示，這種方法細(xì)灰得到了處理和有效利用，并且可以節(jié)省鍋爐煤量折合858t/h，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益308萬(wàn)元/a。

航天爐；細(xì)灰；摻燒鍋爐回用；改造

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.01.015

我國(guó)是一個(gè)缺油、少氣但煤炭資源相對(duì)豐富的國(guó)家，如何利用我國(guó)煤炭資源相對(duì)豐富的優(yōu)勢(shì)發(fā)展煤化工已成為大家關(guān)心的問(wèn)題。發(fā)展煤化工離不開(kāi)合成氣的制備，煤氣化就是制備合成氣的必要手段。

近年來(lái)，我國(guó)掀起了一股煤制甲醇熱、煤制油熱、煤制天然氣熱、煤制烯烴熱。有煤炭資源的地方都在規(guī)劃以煤炭為原料的建設(shè)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目都碰到了原料和煤炭氣化工藝技術(shù)方案的選擇問(wèn)題。

近些年，德士古、殼牌等煤炭加壓氣化技術(shù)的引進(jìn)吸收，極大地推動(dòng)了我國(guó)大化工的發(fā)展。同時(shí)，國(guó)內(nèi)的加壓氣化技術(shù)通過(guò)不斷優(yōu)化、改良，也逐漸完善、成熟起來(lái)，例如國(guó)內(nèi)的航天爐干煤粉氣化技術(shù)目前己遍地開(kāi)花。

1 氣化細(xì)灰產(chǎn)生過(guò)程及處理現(xiàn)狀

在航天爐氣化粉煤制取合成氣的過(guò)程中，高溫合成氣會(huì)夾帶大量的煤粉、細(xì)灰。在高溫煤氣經(jīng)激冷降溫、水洗凈化后，這些煤粉、細(xì)灰被激冷水洗滌下來(lái)形成氣化黑水。黑水經(jīng)高低壓閃蒸、絮凝沉淀、真空過(guò)濾后形成氣化細(xì)灰。氣化細(xì)灰含水率55%～60%，含碳量30%～35%，其低位發(fā)熱量約6 300kJ/kg。目前該部分濕灰的處理方式主要有燒磚和填埋兩種。但這兩種處理方式都存在著很大的弊端。

隨著國(guó)家新環(huán)保法的提出與實(shí)施，各地方對(duì)污染企業(yè)的查處力度在不斷加強(qiáng)，不符合環(huán)保要求的磚廠逐漸關(guān)閉，造成灰渣無(wú)處收購(gòu)。

濕灰用作填埋場(chǎng)材料通常需要復(fù)合襯徹，但是使用汽車(chē)運(yùn)輸至廠外，會(huì)造成二次污染，氣化濕灰粒度較小(90～120μm)且含有大量水分(55%～60%)。為便于裝卸，一般氣化濕灰采用敞篷車(chē)運(yùn)輸，故在運(yùn)輸過(guò)程中存在嚴(yán)重的污水四溢現(xiàn)象，且上部干灰粒度較小，隨風(fēng)揚(yáng)塵現(xiàn)象明顯，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣。

外售和填埋的處理手段都會(huì)造成含碳量的損失，使得熱能無(wú)法全部釋放，造成資源浪費(fèi)。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)一種氣化細(xì)灰的處理方法，以避免其對(duì)環(huán)境造成的污染和資源浪費(fèi)。

2 改造方案

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)同行業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一種細(xì)灰摻燒的方案正在被各化工園區(qū)逐步試用，將氣化濕灰送入現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐中摻燒代替濕灰外賣(mài)，能有效解決能源浪費(fèi)、廠區(qū)環(huán)境污染及運(yùn)輸過(guò)程中環(huán)境污染等問(wèn)題。

由氣化裝置灰水槽送來(lái)的灰水(排灰和水的混合物)，經(jīng)真空過(guò)濾機(jī)將含水量降至50%～60%的范圍內(nèi)，濾液經(jīng)管道收集至濾液澄清池，再經(jīng)濾液泵送回氣化回用。濾餅通過(guò)帶式輸送機(jī)送至中儲(chǔ)倉(cāng)，濾餅在中儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)不斷地被攪拌以防發(fā)生水和灰分層現(xiàn)象，濾餅經(jīng)布置在中儲(chǔ)倉(cāng)下部的給料設(shè)備進(jìn)入濾餅輸送泵入口，由動(dòng)力包提供高壓油驅(qū)動(dòng)濾餅輸送泵往復(fù)運(yùn)行，濾餅被加壓后經(jīng)鍋爐給料器送入CFB鍋爐密相區(qū)燃燒。

2.1 項(xiàng)目處置方案及工藝流程介紹

本項(xiàng)目為氣化爐濕煤灰輸送系統(tǒng)采用2倉(cāng)3泵的設(shè)計(jì)原則(預(yù)留1臺(tái)輸送泵位置)，即1臺(tái)輸送系統(tǒng)對(duì)應(yīng)1臺(tái)鍋爐。每臺(tái)鍋爐1個(gè)給料點(diǎn)，共3套輸送系統(tǒng)。系統(tǒng)中濕煤灰輸送泵設(shè)置備用泵1臺(tái)，即正常情況下為2用1備。采用中部給料方式為鍋爐輸送濕煤灰。通過(guò)過(guò)濾機(jī)脫水后的濕灰直接進(jìn)入中儲(chǔ)倉(cāng)，濕灰在中儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)均勻攪拌，預(yù)壓螺旋持續(xù)給濕灰泵供料，濕灰泵將濕灰打入輸送管道，經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離的管道輸送，通過(guò)給料裝置由鍋爐中部進(jìn)入爐內(nèi)燃燒。氣化細(xì)灰輸送系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 氣化細(xì)灰輸送系統(tǒng)

2.2 黑水過(guò)濾的工藝技術(shù)方案選擇

黑水過(guò)濾工藝技術(shù)方案對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 黑水過(guò)濾工藝技術(shù)方案

該項(xiàng)目中，需要用過(guò)濾機(jī)處理氣化裝置沉降槽底流泵輸送過(guò)來(lái)的含灰黑水，黑水中灰粒度≤50μm，并要求連續(xù)操作，因此選擇用真空過(guò)濾機(jī)。

2.3 鍋爐進(jìn)料位置的選擇

目前循環(huán)流化床鍋爐的給料方式主要有兩種：一種是從鍋爐中部密相區(qū)送入鍋爐；另一種是從鍋爐頂部送入鍋爐。

(1)中部進(jìn)料的優(yōu)點(diǎn)有：①不用在鍋爐上增加開(kāi)口，通常通過(guò)占用個(gè)別二次風(fēng)口，或者利用鍋爐兩側(cè)的人孔(烘爐時(shí)一般也利用該口)；②濾餅進(jìn)入鍋爐后直接落在料層上，爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，燃燒充分。

其缺點(diǎn)有：①濾餅從鍋爐側(cè)壁進(jìn)料，可能產(chǎn)生掛壁現(xiàn)象；②濾餅接入點(diǎn)較低，落料不均勻，同時(shí)濾餅帶有大量的水分，隨著水分的迅速蒸發(fā)，會(huì)造成料層局部溫度降低；③濾餅接入點(diǎn)較低，落料不均勻，在含水量較高時(shí)容易導(dǎo)致布風(fēng)板堵塞。

(2)頂部進(jìn)料的優(yōu)點(diǎn)有：①?gòu)臓t頂進(jìn)料，濾餅會(huì)被爐膛的上升氣流迅速打散、烘干、燃燒，對(duì)床溫影響較??；②濾餅進(jìn)入鍋爐頂部中間位置進(jìn)入，盡量減少了對(duì)水冷壁受熱面的影響。

其缺點(diǎn)有：①鍋爐頂部一般沒(méi)有多余開(kāi)口，需要鍋爐停爐增加開(kāi)口；②對(duì)于有屏式過(guò)熱器的鍋爐，從頂部落料可能會(huì)對(duì)屏式過(guò)熱器產(chǎn)生沖刷，影響其安全運(yùn)行；③由于氣化細(xì)灰粒度小，旋風(fēng)分離器可能會(huì)無(wú)法補(bǔ)集，使濾餅進(jìn)入鍋爐后停留時(shí)間短，燃燒不充分；④濾餅需要提升到鍋爐頂部，對(duì)輸送系統(tǒng)的揚(yáng)程要求更高。

因?yàn)闅饣欧诺臑V餅直徑在50μm以內(nèi)，如果從CFB鍋爐的爐頂進(jìn)料，會(huì)導(dǎo)致濾餅沒(méi)有燃燒就被高速流動(dòng)的煙氣所帶走，對(duì)鍋爐的燃燒起不到有利作用，還會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)濾餅內(nèi)的水分而消耗熱量，降低鍋爐的效率。本技術(shù)采用在CFB鍋爐下部、床層上方密相區(qū)進(jìn)料的方式，這樣可以延長(zhǎng)濾餅在CFB鍋爐內(nèi)的停留時(shí)間，提高濾餅的燃盡率，從而提高燃燒效率。根據(jù)鍋爐的特點(diǎn)，采用中部進(jìn)料。

3 改造后流程

將氣化裝置沉降槽底流泵輸出的含灰黑水，通過(guò)管道送至真空過(guò)濾機(jī)壓濾成濾餅，濾液經(jīng)濾液罐收集后由泵輸出送回氣化裝置，做到水的循環(huán)利用。過(guò)濾機(jī)真空泵利用脫鹽水作為生產(chǎn)介質(zhì)產(chǎn)生真空，給過(guò)濾機(jī)提供動(dòng)力，抽取黑水中的水。真空過(guò)濾機(jī)壓濾出來(lái)的濾餅經(jīng)濾餅輸送系統(tǒng)送入中儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)，濾餅在中儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)被攪拌均勻，防止固液分層，均勻的濕灰被送進(jìn)膏體泵，再通過(guò)管道送至循環(huán)流化床鍋爐摻燒。氣化細(xì)灰送CFB鍋爐流程見(jiàn)圖2。

圖2 氣化細(xì)灰送CFB鍋爐流程

4 改造后的經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益分析

氣化爐產(chǎn)細(xì)灰量約為 15t/h(濕基，含水率約為 55%～60%)，濕灰的低位發(fā)熱量約6 300kJ/kg。物料消耗見(jiàn)表2。

表2 物料消耗

按以上物料消耗表可算出，15t細(xì)灰摻燒可節(jié)約2.86t燃料標(biāo)煤，燃料煤按300元/t計(jì)，則共可節(jié)約成本858元/h，物料消耗總計(jì)費(fèi)用約為473元/h。因此總計(jì)可為工廠節(jié)約385元/h，年節(jié)省成本約為308萬(wàn)元。因此直接效益還是很可觀的。

4.2 鍋爐檢修維護(hù)費(fèi)用降低

摻燒細(xì)渣后，鍋爐受熱面磨損則較輕，鍋爐檢修維護(hù)工作量也少得多，相應(yīng)節(jié)省了大量的檢修維護(hù)費(fèi)用。

4.3 鍋爐灰渣處理費(fèi)用降低

摻燒氣化細(xì)渣后，相應(yīng)減少了鍋爐的灰渣排放總量，從而降低了灰渣系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

5 改造的可行性及必要性分析

5.1 國(guó)家政策支持

長(zhǎng)期以來(lái)，氣化爐細(xì)渣因一直沒(méi)有有效的輸送方式，難以實(shí)現(xiàn)合理、有效應(yīng)用，氣化細(xì)渣的存放和出路一直困擾著煤化工企業(yè)，對(duì)環(huán)境造成了極大的污染和危害。因此，國(guó)家鼓勵(lì)對(duì)氣化細(xì)渣實(shí)施綜合利用，就地消化，并給予較大的政策扶持。我公司最大限度地利用細(xì)渣代替原煤作為鍋爐燃料，既能獲得細(xì)渣帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，又有可能爭(zhēng)取國(guó)家的政策支持，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)利益最大化。

5.2 環(huán)境保護(hù)的要求

氣化細(xì)渣資源化利用可帶來(lái)可觀的環(huán)境效益，但如果沒(méi)有很好的輸送方式就很容易造成二次污染。對(duì)動(dòng)力車(chē)間而言，采用氣化細(xì)渣資源化利用系統(tǒng)后，即可直接進(jìn)入鍋爐焚燒。整個(gè)過(guò)程全密封，對(duì)環(huán)境絕無(wú)污染。這就避免了設(shè)置堆場(chǎng)晾干細(xì)渣，或在運(yùn)輸和堆放過(guò)程中遇水流失、風(fēng)干飛揚(yáng)等問(wèn)題，有效改善廠區(qū)環(huán)境。

5.3 延長(zhǎng)鍋爐壽命

氣化細(xì)渣直接入爐焚燒，不但有助于循環(huán)流化床鍋爐爐膛適當(dāng)降溫，有利于后續(xù)脫硫脫硝工藝，更為突出的是磨損問(wèn)題也會(huì)隨之減輕，提高了鍋爐的運(yùn)行可靠性和使用壽命。

5.4 濕灰輸送系統(tǒng)與傳統(tǒng)自然晾曬及烘干的區(qū)別

(1)自然晾干或烘干后與原煤混燒。該方式主要通過(guò)將含水率較高的氣化細(xì)渣自然晾干或通過(guò)烘干設(shè)備將其烘干(一般烘干后含水量≤12%)后與原煤混合在一起，通過(guò)破碎后送至鍋爐進(jìn)行燃燒。

該種方式主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：①不能大比例摻燒。 氣化細(xì)渣本身粒度一般較小，干燥后成粉狀，不能結(jié)團(tuán)燃燒，一般摻燒比例小于10%；②易堵塞。氣化細(xì)渣干燥后極易吸水，因此常會(huì)堵塞破碎設(shè)備、煤倉(cāng)及溜煤管；③烘干成本高。氣化細(xì)渣烘干成本較高，一般為85元/t左右。因此，此種方法采用較少；④北方地區(qū)冬季寒冷，氣化細(xì)渣含水率高，容易結(jié)凍。

(2)濕灰輸送系統(tǒng)——?dú)饣?xì)渣直接入爐燃燒。摻燒氣化細(xì)渣最大摻燒比例達(dá)30%，可完全滿足CFB鍋爐的燃燒要求。

5.5 氣化細(xì)渣摻燒對(duì)鍋爐運(yùn)行及除塵系統(tǒng)的影響

(1)對(duì)鍋爐運(yùn)行工況的影響包括：①大比例添加氣化細(xì)渣后鍋爐整體運(yùn)行穩(wěn)定，氣化細(xì)渣添加比例和添加位置對(duì)蒸汽側(cè)溫度變化的影響很小，可實(shí)現(xiàn)氣化細(xì)渣的大比例摻燒；②采用頂部和中部同時(shí)給料的最大氣化細(xì)渣添加量可達(dá)30%；③隨著氣化細(xì)渣添加量的增加，爐膛下部、中部和上部的溫度均呈下降趨勢(shì)，省煤器入口、空預(yù)器入口和排煙溫度均呈上升趨勢(shì)；④大比例添加氣化細(xì)渣后，二次風(fēng)機(jī)電流和引風(fēng)機(jī)電流顯著增加，這與燃用氣化細(xì)渣后煙氣體積增加和爐內(nèi)灰濃度變化有直接關(guān)系；⑤進(jìn)行氣化細(xì)渣大比例摻燒時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行燃燒優(yōu)化調(diào)整，將調(diào)整配風(fēng)控制到合理范圍或適當(dāng)增加吹灰頻次。如果設(shè)計(jì)大比例摻燒氣化細(xì)渣的循環(huán)流化床鍋爐，應(yīng)及時(shí)調(diào)整受熱面布置比例，適當(dāng)增加受熱面；⑥摻燒細(xì)渣鍋爐灰渣排放總量明顯減少，排渣量也減少，有助于緩解灰渣處理的壓力。

(2)對(duì)除塵系統(tǒng)的影響包括：①飛灰和除塵。鍋爐摻燒細(xì)渣后，飛灰和除塵量略有增加，但不會(huì)超過(guò)15%，在除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)裕量以內(nèi)；②煙氣溫度略有上升。摻燒比例高達(dá)30%，排煙溫度值都沒(méi)有超過(guò)鍋爐允許值；當(dāng)細(xì)渣摻燒比例低于30%時(shí)，排煙溫度增加值小于5℃，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目采用細(xì)灰摻燒的工藝路線，對(duì)廢渣進(jìn)行再利用，降低了細(xì)灰對(duì)環(huán)境的污染和能源的浪費(fèi)，符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)發(fā)展政策。該工藝可以從根本上降低生產(chǎn)成本，提高工廠的環(huán)境治理水平，減少?gòu)U水和廢氣排放量，能夠取得一定的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益。因此采用細(xì)灰摻燒來(lái)解決航天爐氣化細(xì)灰處理的問(wèn)題是可行的。

[1] 孫永才，劉偉.航天爐粉煤加壓氣化技術(shù)淺析[J].中氮肥，2010，37(1)：55-57.

[2] 王洪營(yíng)，楊?lèi)偩矗瑮顕?guó)棟.具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三種煤氣化技術(shù)對(duì)比[J].河南化工，2012(17)：26-29.

[3] 高繼光，馬銀亮，劉銳杰.水煤漿氣化灰渣綜合利用和效益分析[J].節(jié)能與環(huán)保.2014(02)：23-24.

Transformation of Fine Ash Comprehensive Utilization of Gasification Furnace

BAI Zhen-bo1，LI Yan-kun1，WANG Cui2

(1.ShenzhouChemicalIndustryCo.，Ltd.，YangCoalGroup，HengshuiHebei053800China； 2.XuyangCoalChemicalGroup，DingzhouHebei073000China)

Aiming at the problem that the HT-L gasification can not be processed，this paper puts forward the method of fins ash blending and boiler recycling.It has been proved that this method enables the gasified fine ash to be treated and effectively utilized.As a result，the amount of coal used in boiler is reduced to 858t/h，and the economic benefit of the enterprise increases to 3.08 million RMB/a.

HT-L；fine ash；recycling of mixed burning boiler；transformation

白振波(1983年—)，男，河北保定人，2006年畢業(yè)于河北科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事煤制乙二醇的技術(shù)管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.01.015

X513

B

1004-8901(2017)01-0059-04