三廢爐優(yōu)化控制技術(shù)

梁玉明，李明，王文，寧崇軍，田龍

（云南云天化股份有限公司紅磷分公司，云南 開遠(yuǎn) 661600）

云南云天化股份有限公司紅磷分公司三廢爐裝置以造氣爐渣、造氣污泥和造氣吹風(fēng)氣、合成馳放氣三廢為主要原料，生產(chǎn)壓力3．82MPa、溫度 450℃的過熱蒸汽。其設(shè)計(jì)能力為50t/h（3．82MPa、450℃）。裝置自2008年建成投廠創(chuàng)造了很好的效益，但也存在很多問題，經(jīng)過10年的研究改造現(xiàn)在能達(dá)到“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行。

1 工藝流程簡介

紅磷分公司三廢爐裝置采用沸騰爐燃燒合成氨裝置造氣爐渣、造氣污泥和造氣吹風(fēng)氣、合成馳放氣“三廢”，由燃燒系統(tǒng)、水汽系統(tǒng)、煙氣除塵系統(tǒng)、尾氣洗滌系統(tǒng)組成。其主要任務(wù)是將混配合格的煤送入沸騰內(nèi)燃燒，同時(shí)配燒造氣爐吹風(fēng)氣和合成馳放氣，產(chǎn)生溫度≤950℃的高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔饨?jīng)組合除塵器除去粒度較大的煙塵后進(jìn)入鍋爐受熱蒸發(fā)區(qū)，高溫?zé)煔庠谡舭l(fā)區(qū)內(nèi)傳熱使脫鹽水發(fā)生相變成為蒸汽。換熱后的煙氣經(jīng)電除塵器，除去粉塵后由引風(fēng)機(jī)送洗滌系統(tǒng)洗滌后經(jīng)煙囪排入大氣；混配煤在爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的灰渣，在保證爐內(nèi)燃燒正常的情況下間斷直排爐外。流程如圖1。

煤倉（V-07）內(nèi)的煤經(jīng)下料調(diào)節(jié)閘板閥進(jìn)入皮帶給煤機(jī)（L-08A/B）到螺旋給煤機(jī)（L-09 A/B），由螺旋給煤機(jī)將煤推送入混燃爐的燃燒室內(nèi)，經(jīng)二次風(fēng)機(jī)（C-03）來的空氣經(jīng)二級(jí)空氣預(yù)熱器，通過給煤機(jī)出料口下部的播煤風(fēng)管送入混燃爐的燃燒室內(nèi)，并將給煤機(jī)送來的煤均勻吹撒到混燃爐的床層上。由一次風(fēng)機(jī)（C-02）來的空氣經(jīng)一級(jí)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入風(fēng)室，通過布風(fēng)板經(jīng)風(fēng)帽進(jìn)入爐膛內(nèi)，提供煤燃燒所需的氧，使煤在混燃爐的爐膛內(nèi)，加之由二次風(fēng)機(jī)送來經(jīng)二級(jí)空氣預(yù)熱器預(yù)熱的空氣繞動(dòng)作用下，充分燃燒以放出熱量加熱產(chǎn)生高溫?zé)煔狻Ｍㄟ^引風(fēng)機(jī)（C-04）的抽吸，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)爐膛上部進(jìn)入組合式分離器內(nèi)，將煙氣中所攜帶的顆粒粉塵和部分細(xì)粉塵分離后，進(jìn)入鍋爐換熱蒸發(fā)區(qū)，依次經(jīng)過蒸發(fā)水冷壁管1～2組、高溫過熱器、低溫過熱器、蒸發(fā)水冷壁管3～22組、高溫省煤器、低溫省煤器、一、二級(jí)空氣預(yù)熱器、電袋復(fù)合除塵器（V-05）、過引風(fēng)機(jī)（C-04）由煙氣脫硫塔（V-06）排入大氣。由造氣和合成送來的吹風(fēng)、馳放氣分別在預(yù)混器和無焰燃燒器內(nèi)，配入由二次風(fēng)機(jī)送來經(jīng)二級(jí)空氣預(yù)熱器預(yù)熱的空氣后，進(jìn)入混燃爐的中上部完全燃燒變成高溫?zé)煔狻?/p>

2 主要化學(xué)反應(yīng)

（1）炭與空氣（氧氣O2）的反應(yīng)

（2）氫與空氣（氧氣O2）的反應(yīng)

（3）硫與空氣（氧氣O2）的反應(yīng)

（4）吹風(fēng)氣與空氣（氧氣O2）的反應(yīng)

（5）馳放氣與空氣（氧氣O2）的反應(yīng)

3 生產(chǎn)裝置存在的問題

（1）從工藝流程分析，三廢爐裝置燃煤及煙氣系統(tǒng)沒有采用自動(dòng)控制，也無氧含量測(cè)量控制。

（2）從尾氣排放數(shù)據(jù)分析正常情況尾氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物沒有超標(biāo)，尾氣中顆粒物偶爾超標(biāo)，氧含量長期超標(biāo)。

（3）空氣過量較多煙氣流速過快，煙氣中的粉塵加速磨損水冷壁管、爐墻、省煤器水管及引風(fēng)機(jī)導(dǎo)致設(shè)備故障多停車。粉塵磨損水冷壁管如圖2所示。

（4）煙氣流速過快把大量粉塵帶到靜電除塵器，導(dǎo)致靜電除塵器除塵效果差，之后技改加裝了布袋除塵器及洗滌系統(tǒng)才解決了尾氣粉塵超標(biāo)問題。

圖2

（5） 空 氣過量、燃煤及煙氣系統(tǒng)沒有采用自動(dòng)控制是造成三廢爐不能“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行的主要原因。

4 解決方案及措施

在三廢爐燃燒過程中，當(dāng)空氣過剩系數(shù)過小即氧量不足時(shí)，燃料未完全燃燒而導(dǎo)致熱效率降低，煙囪冒黑煙，對(duì)環(huán)境造成較大的污染，同時(shí)存在爆燃的安全風(fēng)險(xiǎn)。而當(dāng)空氣過剩系數(shù)太大即氧量過多時(shí)，過?？諝鈳ё叩臒崃慷?，也導(dǎo)致熱效率低。過量的氧氣會(huì)導(dǎo)致煙氣中SO2、SO3和NOX含量增大，粉塵排放超標(biāo)，一方面對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，另一方面加速水冷壁、省煤器、爐墻的磨蝕損壞。因此，將氧氣含量控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，不僅能夠提高燃料熱效率，起到節(jié)約能源的作用，還能夠減少廢氣對(duì)環(huán)境的污染以及水冷壁、省煤器、爐墻的磨蝕損壞，降低收塵系統(tǒng)及尾氣洗滌系統(tǒng)的負(fù)荷。為達(dá)到裝置“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行的目的，對(duì)燃燒系統(tǒng)必須做如下優(yōu)化控制。

（1）本裝置采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行全流程溫度、壓力、流量、液位監(jiān)控，熱力系統(tǒng)的鍋爐液位采用先進(jìn)的三沖量自動(dòng)控制，除氧器液位、減溫減壓采用單回路PID控制。

（2）燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制是解決“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行的主要辦法。

①在混燃爐出口增加一套氧化鋯氧分析儀，將氧氣含量控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi),氧化鋯氧分析儀能在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙氣中的氧含量，并能將監(jiān)測(cè)到的氧含量值直接輸入到DCS控制系統(tǒng)，與二次風(fēng)機(jī)C03形成PID自動(dòng)控制回路，氧含量控制在5%以下，風(fēng)機(jī)電機(jī)為185kW380V，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)速器控制。如圖3所示。

圖3

②混燃爐底風(fēng)室壓力PI-1001與一次風(fēng)機(jī)C02形成PID控制回路，壓力穩(wěn)定控制在5kPa左右, 保證煤的沸騰燃燒。風(fēng)機(jī)電機(jī)為630kW6kV，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用永磁調(diào)速器控制。如圖4所示。

表1

圖4

③混燃爐流化床壓力PI-1002與引風(fēng)機(jī)C04形成PID控制回路，壓力穩(wěn)定控制在-100Pa左右，保證系統(tǒng)微負(fù)壓工作。風(fēng)機(jī)電機(jī)為800kW6kV，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用永磁調(diào)速器控制。如圖5所示。

圖5

4.3 改造新增設(shè)備表（表1）

由于空氣過量降低30%，尾氣排放溫度降低59．63℃，年可以節(jié)約7552t標(biāo)煤/a，按500元噸計(jì)可以節(jié)約3776000元。

5 改造前后經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較表（表2）

改造前后尾氣排放指標(biāo)，見表3。

6 結(jié)論與展望

6.1 節(jié)電效果

通過對(duì)裝置的優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能，裝置節(jié)電率達(dá)到50%左右，三臺(tái)風(fēng)機(jī)年可以節(jié)電：

Q=（8 0 0+6 3 0+1 8 5）×5 0%×2 4×3 3 0=6395400kW·h，按0．4元計(jì)算年可以節(jié)約電費(fèi)2558160元。

6.2 熱能利用效率提升

由于空氣過量降低30%，尾氣排放溫度降低59．63℃，年可以節(jié)約7552 t標(biāo)煤/a，按500元噸計(jì)可以節(jié)約3776000元。

表2

表3

6.3 設(shè)備故障率下降

（1）由于采用永磁電機(jī)調(diào)速器進(jìn)行平滑無級(jí)調(diào)速，柔性啟動(dòng)，減少電機(jī)的沖擊電流，延長傳動(dòng)系統(tǒng)各主要部件（軸承，密封等）的使用壽命。

（2）由于永磁調(diào)速器使電機(jī)和負(fù)載分開，無機(jī)械連接，隔離振動(dòng)，電機(jī)、風(fēng)機(jī)振動(dòng)不會(huì)相互影響，設(shè)備故障率下降60%左右。

（3）由于采用優(yōu)化控制，空氣流速下降，水冷壁、省煤器、爐墻的磨蝕降低，保證了裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行?？諝饬魉傧陆?，帶到除塵及尾氣洗滌系統(tǒng)的粉塵大幅下降，減輕尾氣處理負(fù)荷，保證尾氣排放達(dá)標(biāo)。

（4）節(jié)能減排是能源、化工、冶金、建材等企業(yè)管理永恒的主題。單純的從某個(gè)專業(yè)的角度考慮節(jié)能減排效果有限，只有組織工藝、設(shè)備、電氣、自控、操作等專業(yè)專家對(duì)裝置進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)行充分論證，通過優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能才能實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化。